CN111623352A - 一种低热值高灰污泥自持焚烧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低热值高灰污泥热解及自持焚烧的系统及方法,将湿污泥由螺旋输送入旋转热解炉，与通过焚烧炉排渣管排出的高温渣混合后高温热解,热解后泥渣直接送至料仓，然后进炉内焚烧。尾部余热锅炉后引部分烟气进入旋转热解炉，污泥在高温渣及惰性烟气条件下产生的热解气被送入焚烧炉内掺烧。尾部的高温空预器将空气加热升温后送入炉内助燃，保证低热值高灰污泥完全实现自持燃烧。利用高温渣作为低热值污泥干化热解热源，不但有效降低了污泥的含水率增加了污泥热值。此外，利用尾部烟气用作热解气氛并将产生的热解气引入焚烧炉，不但利用了热解气的热值，解决了热解气难处理的问题，有效降低燃烧过程中污染物的生成。

Description

一种低热值高灰污泥自持焚烧系统及方法

技术领域

本发明涉及污染物处理领域，特别是涉及一种低热值高灰污泥自持焚烧系统及工作方法。

背景技术

作为水处理的衍生品，近年来污泥产量不断上升。我国每年产生3000万吨-4000万吨含水率在80％左右的市政污泥。预计到2020年，我国的市政污泥产量将达到6000万吨-9000万吨。加上长期以来我国污水处理界普遍存在“重水轻泥”的倾向，遗留下许多污泥处理处置问题。

污泥的处置方法目前主要有排海、填埋、农用、焚烧等。与前3种处置方法相比，焚烧处置具有减量化、无害化和资源化的显著优点。在发达国家，污泥的焚烧处置已得到了相当广泛的应用。由于污泥排海受严格控制，而污泥填埋或农用也将受到更多的限制，在未来，污泥焚烧处置的比例将不断提髙。

日本、意大利、德国、美国等发达国家的污泥干基热值较高，均值15-19MJ/kg，我国城市污泥干基热值均值在11MJ/kg左右，与欧美等发达国家相比，我国污泥干基热值低了22.4％-37.7％。同时，国内污泥厂等外运污泥仍具有较高的含水率，经脱水浓缩后的污泥含水率基本在80％左右。湿污泥因热值低，需干化处理后才可以进行焚烧，且自建焚烧系统处理成本过高。较高的含水率和较低的污泥热值使得国内大部分污泥只能作为掺烧物，与垃圾焚烧发电厂、水泥窑以及燃煤电厂等进行协同处置。

在申请号为CN107420914A的发明专利中，公开了一种“一种低热值污泥与食用菌渣协同焚烧系统及工艺”，其特征在于利用高热值的废弃食用菌菌渣协同处置低热值湿污泥，实现以废治废，但污泥掺烧量有限，且污泥掺烧会降低炉内温度和灰的软化点，并增加飞灰产生量，增加除尘和烟气净化负荷，降低锅炉效率等一系列缺点。

在申请号为CN110590120A的发明专利中，公开了一种“一种污泥蒸汽调质高干脱水耦合焚烧一体化方法及装置”，其特征在于将含水率80%的污泥加调质剂搅拌均匀得到含水率为90%的污泥，然后加热至90-100℃，经压滤脱水得到含水率为30-35%的污泥滤饼，最后送入流化床焚烧炉中自持焚烧，但能耗高，处理污泥范围小且污泥压滤、干燥及焚烧系统投资大，运行成本高。

在申请号为CN110526543A的发明专利中，公开了一种“一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统及方法”，其特征在于将水热处理技术与燃煤火电机组耦合，既快速彻底的实现了污泥的最终处置，又实现了污泥的能源化，降低了电厂的燃煤消耗，但是采用多级反应釜使污泥处理量受限，不适合建设大型焚烧发电项目等问题。

在申请号为CN107721112A的发明专利中，公开了一种“城市污泥干化热解气化自持焚烧系统”，其特征在于将污泥气化产生的生物质气作为预干燥热源循环利用，气化后灰渣可作为水泥等建材添加剂，实现了污泥稳定化、无害化、资源化利用，但污泥在系统中能量相当于一次性利用且热解气自持燃烧稳定性不佳，利用价值低，在实际的工业应用中难以推广。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提供了一种低热值高灰污泥热解及自持焚烧的系统及方法，该系统有效利用了高温渣作为污泥热解的热源，彻底解决低热值高灰分污泥处理难和热解气难处理的问题。

一种低热值高灰污泥热解及自持焚烧的系统，包括污泥自持焚烧装置、污泥旋转热解炉（14）、烟气换热装置和烟气处理装置；污泥自持焚烧装置包括依次串联的料仓（1）、焚烧炉（3）、旋风分离器（5）、排渣管（15）以及返料器（13）；旋转热解炉（14）的固体物料入口分别连接污泥自持焚烧装置中的排渣管（15）和湿污泥进料口，旋转热解炉（14）的固体物料出口连接泥渣料仓（1）；烟气换热装置包括余热锅炉（6）和高温空气预热器（7），余热锅炉（6）和高温空气预热器（7）通过烟道连接；烟气处理装置包括高温引风机（12）、干法脱硫反应塔（11）、布袋除尘器（10）和烟囱（9）；高温引风机（12）的进口与高温空气预热器（7）和干法脱硫反应塔（11）之间的烟道连接，高温引风机（12）的出口与旋转热解炉（14）的气体入口相连，旋转热解炉（14）的气体出口与焚烧炉（3）的废气掺烧入口相连。

一种低热值高灰污泥热解及自持焚烧的系统及方法，主要系统流程如下：

1）焚烧炉内的高温渣直接通过排渣管进入到旋转热解炉（14）；

2）高温渣与湿污泥按照1:0.5-1.5的质量配比连续的进入旋转热解炉（14）内进行高温热解；

3）在尾部烟道抽取温度在200℃以内的低温烟气，进入旋转热解炉（14）内将高温渣和污泥热解产生的热解气带入焚烧炉（3）内掺烧；

4）料仓中的泥渣输送至焚烧炉（3）内自持焚烧，而高温空气预热器（7）将助燃风温度加热至300℃以上送至焚烧炉（3）内；

5）焚烧炉（3）后尾部烟道排出的尾气经烟气净化系统处理后达标排放。

其中：

步骤1）中，所述的焚烧炉（3）采用流化床，炉内采用无换热面的绝热炉型。

步骤2）中，高含水高灰污泥可包括如下：30-90%含水率污泥，40-80%高灰污泥，颗粒粒径0-20mm,热值低于5000KJ/Kg，污泥种类包含：市政、纺织、印染等作为一般固废定义的污泥。

步骤2）中，所述的旋转热解炉内依次分为混合区、热解区和分离区，混合区设置多个导料滑板，从而实现将高温渣和污泥在炉内充分混合，热解区温度控制在300-500℃内，旋转热解炉转速为1-100转/分，转速可调，完成污泥的干化、脱水及热解过程，分离区完成气固分离。

步骤3）中，所述的低温烟气用于泥渣热解，热解后产生的高温热解气直接通入焚烧炉内燃烧利用，既利用了高温热解气的显热及其所含的热量，而且能够降低燃烧区域污染物的生成。

步骤4）中，所述的焚烧炉通过调节各处配风风量的大小，调整物料在各区域的停留时间，控制炉膛燃烧区烟气温度在850℃-950℃范围内，控制氧含量在5%-8%范围内，从而控制炉内整体燃烧状况。

步骤5）中，所述的烟气处理装置依次包括干法脱硫反应塔、布袋除尘器和烟囱等，从而降低污染气体的排放。

进一步地，所述旋转热解炉内混合区污泥温度范围为400-700℃，到热解区温度范围为300-500℃。

进一步地，所述旋转热解炉进口的污泥含固率范围为20％以内，旋转热解炉混合区出口污泥的含固率范围为50-70％。

进一步地，所述焚烧炉内的燃烧温度为850-950℃，焚烧所产生烟气温度在850℃以上停留的时间大于2s。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、本发明利用了高温渣的热量，将污泥与高温渣直接接触在惰性烟气气氛下热解，不但充分利用了高温渣的潜热作为污泥热解的热源，而且可以实现高灰渣的循环充分燃烧，解决了高灰燃料燃烧面临的灰渣含碳量高的问题。

2、本发明通过尾部低温烟气作为热解炉的惰性气氛，且将热解过程中产生的热解气通入到炉内进行掺烧，不但解决了热解气难处理的问题，利用了热解气的热值，而且降低了炉内污渣焚烧过程中氮氧化物的产生。

3、本发明利用高温助燃空气及绝热焚烧炉膛，保证了低热值的污泥在经过热解后能够实现自持稳定燃烧。

附图说明

图1是本发明所使用的示意图。

附图标记说明:1-料仓，2-热风口，3-炉膛，4-旋风分离器立管，5-旋风分离器主体，6-余热锅炉，7-高温空气预热器，8-送风机，9-烟囱，10-布袋除尘器，11-干法脱硫反应塔，12-高温引风机，13-返料器，14-旋转热解炉，15-排渣管，16-废气掺烧口。

图2旋转热解炉结构示意图。

具体实施方式：

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的系统及方法包括污泥自持焚烧装置、污泥旋转热解炉、烟气换热装置和烟气处理装置。

污泥自持焚烧装置包括依次串联的料仓1、焚烧炉3、旋风分离器5、排渣管15以及返料器13。焚烧炉3旁装有热风口2和废气掺烧口16。旋风分离器包括分离器主体5和分离器立管4，分离器立管设置在分离器主体下方,旋风分离器主体5与炉膛出口通过膨胀节连接，分离器立管4下方固定安装返料器13。经过旋风分离器的大颗粒循环物料分离后通过返料器13返回焚烧炉3继续进行物料循环燃烧，烟气进入余热锅炉6与尾部受热面进行热交换。

旋转热解炉14的固体物料入口分别连接污泥自持焚烧装置中的排渣管15和湿污泥进料口，旋转热解炉14的固体物料出口连接料仓1。旋转热解炉14内分为混合区、热解区和分离区，其中混合区污泥温度控制在500℃，而热解区温度控制在400℃，转速为10转/分，完成污泥的干化、脱水及热解过程，分离区完成气固分离。

烟气换热装置包括余热锅炉6和高温空气预热器7。余热锅炉6的蒸汽参数为1.0MPa，温度为184℃。高温空气预热器的空气温度为320℃。余热锅炉6的烟气出口连接高温空气预热器7的烟气入口，高温空气预热器7的空气出口管道对接热风口2，高温空气预热器7的空气入口与送风机8的出口连接；高温空气预热器7的烟气出口连接干法脱硫反应塔11。

烟气处理装置依次连接干法脱硫反应塔11、布袋除尘器10和烟囱9。干法脱硫反应塔11进行酸性气体和二噁英气体的脱除，确保污染物达标。布袋除尘器10确保粉尘含量达标。

焚烧炉运行时，将70%含水率湿污泥由螺旋输送入旋转热解炉14，与通过排渣管15的820℃高温渣按照1:1的质量配比连续的进行混合后高温热解,热解后泥渣的含水率降至32%，热值显著提高，然后泥渣直接送入料仓1。高温引风机将高温空气预热器7后的190℃烟气引入旋转热解炉14，湿污泥在高温渣及惰性烟气条件下产生的热解气通过废气掺烧口16送入焚烧炉3内掺烧。此外，常温空气经过高温空气预热器7后的温度升至320℃通过热风口2直接进入焚烧炉3内助燃，从而有效保证低热值高灰污泥完全实现自持燃烧。

流化床焚烧炉以热解污泥渣和混合热解气为主要燃料，完全可以满足自持燃烧的要求，并且排出的高温渣满足湿污泥进行干化脱水和热解碳化的热量需求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低热值高灰污泥热解及自持焚烧的系统，其特征在于，包括污泥自持焚烧装置、污泥旋转热解炉（14）、烟气换热装置和烟气处理装置；污泥自持焚烧装置包括依次串联的料仓（1）、焚烧炉（3）、旋风分离器（5）、排渣管（15）以及返料器（13）；旋转热解炉（14）的固体物料入口分别连接污泥自持焚烧装置中的排渣管（15）和湿污泥进料口，旋转热解炉（14）的固体物料出口连接泥渣料仓（1）；烟气换热装置包括余热锅炉（6）和高温空气预热器（7），余热锅炉（6）和高温空气预热器（7）通过烟道连接；烟气处理装置包括高温引风机（12）、干法脱硫反应塔（11）、布袋除尘器（10）和烟囱（9）；高温引风机（12）的进口与高温空气预热器（7）和干法脱硫反应塔（11）之间的烟道连接，高温引风机（12）的出口与旋转热解炉（14）的气体入口相连，旋转热解炉（14）的气体出口与焚烧炉（3）的废气掺烧入口相连。

2.一种低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的系统进行低热值高灰污泥热解及自持焚烧处理，包括如下流程：

1）焚烧炉（3）内的高温渣直接通过排渣管进入到旋转热解炉（14）；

2）湿污泥通过螺旋送至旋转热解炉（14）内与高温渣进行高温热解；

3）在尾部烟道抽取烟气进入旋转热解炉（14）内将高温渣和污泥热解产生的热解气送入焚烧炉（3）内掺烧；

4）热解后的泥渣送入料仓（1）然后送至焚烧炉（3）内焚烧，而经过高温空气预热器（7）后的高温空气送入焚烧炉（3）内辅助燃烧；

5）焚烧炉（3）后尾部烟道排出的尾气经烟气净化后达标排放。

3.如权利要求2所述的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于：污泥特性参数：30-90%含水率污泥，40-80%高灰污泥，粒径0-20mm,热值低于5000KJ/Kg，所述市政、纺织、印染作为一般固废定义的污泥。

4.如权利要求2所述的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于：高温渣与湿污泥按照1:0.5-1.5的质量配比连续的进入旋转热解炉（14）内进行热解反应。

5.如权利要求2所述的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于：高温渣的温度为800℃以上，颗粒粒径小于6mm。

6.如权利要求2所述的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于：在尾部烟道抽取温度在200℃以内的烟气进入旋转热解炉（14）。

7.如权利要求2所述的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于：旋转热解炉（14）内温度控制在300-500℃内，炉体的转速为1-100转/分且可调，内部设置多个导料滑板，从而实现将高温渣和污泥在炉内充分混合，完成污泥的干燥、脱水及热解过程。

8.如权利要求2所述的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于：焚烧炉（3）采用流化床，炉内采用无换热面的绝热炉型。

9.如权利要求2所述的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于：高温空气预热器（7）可将助燃风温加热到300℃以上。

10.如权利要求2所述的低热值高灰污泥热解及自持焚烧的方法，其特征在于，所述焚烧炉（3）内的燃烧温度为850-950℃，焚烧所产生烟气温度在850℃以上停留的时间大于2s。

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