CN112664943A - 一种污泥热解焚烧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥热解焚烧工艺，包括污泥调理、干化、焚烧、尾气处理、氨气再利用以及热交换等步骤。本发明具有如下有益效果：（1）利用污泥调理时产生的氨气作为脱硝剂去除高温烟气中的氮氧化物，以废治废，变废为宝，降低污泥废物处置成本；（2）利用干化污泥后形成的氨气作为脱硝剂，进一步利用废物资源；（3）充分利用烟气清洁室排出的烟气，一部分用于加热干化，另一部分用于加热助燃空气以及降低排空烟气的露点温度，实现无烟排放；（4）焚烧炉内燃烧充分，污泥焚烧效果好；（5）污泥焚烧产生的尾气、污水、飞灰、炉渣分别进行收集处理，清洁环保。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，尤其涉及一种污泥热解焚烧工艺。
背景技术
污泥是由污水处理的固体副产物组成的，含有毒有害物质，需进行稳定化、减量化和无害化处理。随着近年来对各地污泥环境风险和危害认识的不断清晰，“泥水并重”的态势正逐步形成，污泥处理处置费用的标准也呈现逐年提升的趋势。以焚烧为核心的处理方法是污泥态固体废弃物最彻底的处理方法，可以将有机物完全碳化，杀死病原体，最大限度减少污泥态固废体积并实现能量的回收利用，解决污泥态固体废弃物的最终处置问题。由于污泥初始含水率很高，无法进行直接焚烧，因此在焚烧前通常需要先对污泥进行干化处理，通过干化处理降低污泥含水率后，再进行焚烧步骤。现有技术通常使用焚烧炉对污泥进行焚烧热解，而焚烧产生的烟气中包括浓度较高的氮氧化物，为了降低氮氧化物的排放浓度，减少对大气的污染，通常会对焚烧后的烟气采用选择性非催化还原法（SNCR）进行脱硝处理，而脱硝剂通常使用氨水或尿素。采用SNCR方法脱硝，还原剂是最大消耗品，作为还原剂的尿素、氨水又是通过合成氨转换而生产出来的，合成氨单位产品综合能耗相当高，在合成氨的过程中又会产生大量污染物，另一方面，还原剂的运输成本也非常高。
例如，一种在中国专利文献上公开的“污泥干化-焚烧系统中烟气深度脱硝系统和方法”，其公开号CN110550841A，其中方法包括：1）、在污泥干化系统中加入湿污泥和絮凝剂，经过板框压滤后得到含水率50％的干污泥；絮凝剂包括三价铁盐和生石灰，三价铁盐的加入量在湿污泥的2～3％wt之间，生石灰的加入量在湿污泥的5～6％wt之间；2)、干污泥进入污泥焚烧炉进行焚烧，干污泥掺烧量为30％，同时在污泥焚烧炉中通入NH3，NH3和干污泥中NOx的摩尔比为1:1，污泥焚烧温度在850℃以上，焚烧时间在2.5s以上，从而得到含有粉尘的飞灰；等步骤。该发明申请通过在污泥焚烧炉中通入氨气进行脱硝，其不足之处是，氨气与氮氧化物的摩尔比为1:1，氨气消耗量大，成本高。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的污泥焚烧过程中脱硝剂消耗量大，成本高，不环保的问题，提供一种污泥热解焚烧工艺，减少脱硝剂使用量，降低成本，以废治废。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种污泥热解焚烧工艺，包括如下步骤：
a. 将含水率60~85%的污泥，进行污泥调理，将污泥中的氮转化为氨气；
b. 将通过调理释放氨气后的污泥，进行半干化处理，降低污泥的含水率至30~35%；
c. 将半干化后的污泥输送至焚烧炉中，污泥内VOCs气体蒸发，有机质热解，形成可燃气体，焚烧炉中通入助燃空气，可燃气体在焚烧炉内燃烧加热炉内温度；
d. 半干化后的污泥热解后形成碳化物，碳化物焚烧后形成灰烬排出焚烧炉；
e. 焚烧炉产生的高温烟气通入烟气清洁室进行除VOC处理，且在烟气清洁室中加入尿素和步骤a中产生的氨气，对高温烟气进行脱硝处理；
f. 一部分经脱硝处理后的烟气对步骤b中的污泥进行加热半干化；
g. 另一部分经脱硝处理后的烟气对步骤c中通入的空气进行加热。
本发明的特点在于在污泥半干化处理之前，首先对污泥进行调理。由于污泥富集了污水中的污染物，含有大量的氮，通过在污泥中加入调理剂，一方面促使污泥脱水，方便后续半干化处理，另一方面让污泥中的氮充分转化成氨气释放出来，将氨气收集后用于对焚烧产生烟气进行脱硝，利用污泥自身产生的氨气作为脱硝剂，以废治废，减少额外脱硝剂的使用量，减少合成脱硝剂时产生的能源消耗及污染，降低运输及处理成本。脱硝处理在烟气清洁室的高温区域进行，将氮氧化物还原成氮气与水，达到脱销的目的，确保NOx排放浓度在250mg/Nm3以下。烟气清洁室主要起到对从焚烧炉中排出的烟气进行二次燃烧，去除污泥干化时产生的VOCs气体和臭气，同时在烟气清洁室的高温条件下，二噁英类物质可以被大部分分解破坏。经脱硝处理后的烟气温度约680℃，该高温烟气一部分用于对污泥进行加热干化，经过干化装置内部污泥传质、传热后温度降低至150~200℃；另一部分通过换热器与空气换热，加热后的空气通入焚烧炉作为助燃空气为焚烧炉供氧。
作为优选，所述步骤f包括如下步骤：
f1. 对污泥进行半干化后形成低温混合烟气，低温混合烟气进入集尘器除去粉尘，粉尘进入焚烧炉焚烧处理；
f2. 经除尘处理的低温混合烟气经换热器换热升温，升温后的混合烟气通入烟气清洁室进行除VOC处理，同时混合烟气中的氨气对步骤e中的高温烟气进行脱硝处理。
半干化污泥后形成的低温混合烟气包括清洁室烟气、水分、粉尘、干化产生的VOCs气体以及包含氨气、硫化氢等在内的臭气，该低温混合烟气先进入集成器，除去烟气中90%以上的粉尘，集成器收集的粉尘再进入焚烧炉进行焚烧处理；而经集尘处理后的混合烟气送入换热器提升温度，提升温度后的混合烟气进入烟气清洁室，混合烟气中的VOCs等气体在烟气清洁室的高温条件下充分燃烧除去，而混合烟气中还含有氨气，该部分氨气还可以作为补充脱硝剂，对烟气清洁室内烟气进行脱硝处理，进一步降低额外脱硝剂的使用，废气利用率进一步增加。该部分烟气从干化装置、换热器、烟气清洁室再到干化装置，形成一个干化、升温、除废气、脱硝、干化的闭循环。
作为优选，所述步骤g包括如下步骤：
g1. 经脱硝处理后的烟气与空气换热，烟气温度降低至250~300℃，与之换热的空气经换热后温度上升至120~180℃，升温后的空气通入焚烧炉为其供氧；
g2. 经步骤g1降温后的烟气再次与空气换热，烟气经活性炭吸附、布袋除尘、脱硫后排入烟囱，烟气温度降低至60~73℃，与之换热的空气经换热后温度上升至100~120℃，升温后的空气通入烟囱与烟气混合降低湿含率和相对湿度。
另一部分经脱硝处理后的烟气用于与空气换热。高温烟气经过多次换热回收热量，烟气经活性炭吸附、布袋除尘、脱硫后排入烟囱；换热器包括第一换热器、第二换热器和第三换热器，高温烟气在第一换热器与步骤f中干化后的低温混合烟气换热后温度降低至450~500℃，然后在第二换热器与环境空气换热，烟气温度降低至250℃，而环境空气经换热后温度上升，升温后的环境空气经风机引入焚烧炉作为助燃空气，为焚烧炉供氧，以及提供焚烧火焰的旋转动力；烟气继续在第三换热器与空气换热，经尾气处理后温度降低至60~73℃，通过第三换热器加热鼓入换热器内的环境干空气，加热后的干空气用风管引入烟囱末端与降温脱水达标进入烟囱后的烟气相混合，使混合后的烟气湿含率和相对湿度大大降低，从而降低了排空烟气的露点温度，使排空烟气在排出后的短时间内达不到露点温度，尾气水分不会凝成水雾，进而达到消减白烟的目的，实现无烟排放。
作为优选，所述步骤g2中布袋产生的粉尘输入飞灰库储存，集中外运处理。
布袋和换热器中产生大量飞灰，将产生的飞灰集中外运处理，另外，系统中产生的污水进入污水处理设施集中处理后达标排放。
作为优选，所述焚烧炉外壁上设有进料口，所述焚烧炉中心底部设有排渣口，焚烧炉的炉膛由进料口向排渣口依次包括干燥区、热解区、焚烧区和冷却区，炉膛内设有水平旋转的搅拌装置，污泥从进料口进入炉膛，污泥在搅拌装置作用下旋转向炉膛中心底部移动并在热解区热解成碳化物，碳化物在焚烧区焚烧后形成灰烬，灰烬在冷却区冷却后通过排渣口排出。
经半干化的污泥含水率约为30~35%，该污泥被存储到干化污泥料仓，然后在进料机的旋转搅拌和螺旋推送下从进料口进入焚烧炉，在焚烧炉内干化污泥自身温度不断上升，在200℃左右水分蒸发完毕，VOCs气体开始蒸发，有机质开始热解，200~600℃时产生热分解可燃气体，可燃气体与通入的助燃空气一起燃烧，在搅拌装置不断的搅拌旋转作用下，使得被焚烧的污泥表面不断地被更新，污泥各部分均得到充分燃烧，均匀产生的可燃气体和助燃空气在炉内达到850℃以上的燃烧状态。而污泥在搅拌装置作用下逐渐向焚烧炉中心移动，污泥在500~900℃的热解区热解形成碳化物，碳化物在焚烧区被完全焚烧后成为灰烬，灰烬在冷却区通过空气冷却，最终从排渣口排出，经气流输送进入炉渣罐装车外运。
作为优选，所述搅拌装置中设有连通炉膛的多孔管，所述多孔管中通入助燃空气，助燃空气对炉膛进行喷射式助燃。
搅拌装置设有多个搅拌臂，搅拌臂伸入至污泥中对污泥进行充分搅拌，而助燃空气通搅拌臂中的多孔管通入至污泥内部，对污泥内部进行充分供氧，使污泥能够充分燃烧，喷射式通气助燃的方式，使得助燃空气有足够动力吹开污泥进入污泥内部供氧。
作为优选，所述焚烧炉炉壁上设有回旋空气口，从回旋空气口中通入助燃空气，助燃空气对炉膛进行外环旋风式助燃。
回旋空气口中通入的助燃空气从污泥外部对焚烧炉供氧，帮助焚烧炉内的可燃气体充分燃烧，并且助燃空气产生的回旋运动带动焚烧火焰旋转，旋转火焰配合搅拌装置的搅拌效果，使炉膛内的污泥能够燃烧得更充分，并使得燃烧温度保持均匀稳定。
作为优选，在步骤c中向所述焚烧炉中通入辅助燃料，辅助燃料为天然气、燃油、燃煤或生物质。
当焚烧炉炉膛内温度较低时，通过通入辅助燃料辅助燃烧。
作为优选，步骤a中的污泥加入调理剂后在污泥调理反应器中进行污泥调理，所述污泥通过搅拌释放氨气，氨气通过氨气储罐储存，所述氨气储罐中设有氨气检测仪用于监控浓度和压力，所述氨气储罐中的氨气均匀定量地通入烟气清洁室。
氨气经过氨气释放器根据烟气清洁室内烟气量、以及步骤f2中的氨气输送量均匀定量地将氨气输送入烟气清洁室，作为脱硝剂去除高温烟气中的氮氧化物。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）利用污泥调理时产生的氨气作为脱硝剂去除高温烟气中的氮氧化物，以废治废，变废为宝，降低污泥废物处置成本；（2）利用干化污泥后形成的氨气作为脱硝剂，进一步利用废物资源；（3）充分利用烟气清洁室排出的烟气，一部分用于加热干化，另一部分用于加热助燃空气以及降低排空烟气的露点温度，实现无烟排放；（4）焚烧炉内燃烧充分，污泥焚烧效果好；（5）污泥焚烧产生的尾气、污水、飞灰、炉渣分别进行收集处理，清洁环保。
附图说明
图1是本发明的一种工艺流程图。
图2是本发明烟气清洁室的反应示意图。
图3是本发明焚烧炉的一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2所示的实施例中，一种污泥热解焚烧工艺，包括如下步骤：
a. 运来的新鲜污泥（含水率60~85%）首先进入污泥接收池暂存，再由污泥输送泵送至第一污泥调理反应器和第二污泥调理反应器中进行污泥调理，加入调理剂后让污泥中的氮充分转化成氨气释放出来，其中，调理剂为现有技术。两个污泥调理反应器相互切换，连续运行；
b. 通过调理释放氨气后的污泥，再由污泥输送机均匀定量地送入转子干化器进行半干化处理。干化后含水率约为30~35%的污泥被存储到干化污泥料仓，然后在进料机的旋转搅拌和螺旋推送下，进入焚烧炉进行焚烧处理；
c. 如图3所示，焚烧炉内安装有搅拌装置6，为圆形固定床焚烧炉，从进料口11至排渣口51（即炉膛圆周至圆心方向）炉膛料层分为四个区域，分别代表着干燥区2、热解区3、焚烧区4和冷却区5。在焚烧过程中，搅拌装置6做水平旋转运动，随着干化污泥自身温度上升至约200℃，水分蒸发完毕，VOCs气体开始蒸发，有机质开始热解，200℃~600℃时产生热分解气体，这些可燃气体与搅拌装置6上设置的多孔管喷出的助燃空气一并燃烧，搅拌装置不断的搅拌旋转，使被焚烧的污泥表面始终不断低被更新，均匀产生的可燃气体加上从炉壁周围设置的回旋空气口7鼓入的助燃空气，在炉内温度达850℃以上，形成旋转燃烧状态，可燃气体在焚烧炉膛内被完全燃烧，炉膛内还可通入天然气作为辅助燃料，加强燃烧；
d. 污泥热解（500℃~900℃）后形成的碳化物在燃烧过程中螺旋式逐渐向焚烧炉中心移动，完全焚烧后的灰烬经由搅拌装置喷出的空气得到冷却，最终从处于中心部位的排渣口51排出，经气流输送进入炉渣罐装车外运；
e. 焚烧炉产生的高温烟气首先进入烟气清洁室中，采用选择性非催化还原法（SNCR）降低焚烧烟气中氮氧化物的浓度。主要措施有两种：其一是喷射尿素；其二是混合喷射污泥自身产生氨气。氮氧化物与氨反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
污泥自身产生的氨气分两部分，一种是污泥调理反应器产生收集的氨气，进入污泥调理反应器的污泥，加入调理剂，将污泥中的氮转化成氨气，通过搅拌不断的释放出来，由氨气检测仪器监控浓度与压力的变化，通过收集装置将氨气送入氨气储罐储存，再经过氨气释放器均匀定量的将氨气输送进烟气清洁室，作为脱硝剂去除高温烟气中的氮氧化物。以废治废、变废为宝、最大限度的利用废物资源，降低污泥废物的处置成本；另一种是转子干化器干化污泥时污泥中释放出的氨气。烟气清洁室主要起到二次燃烧去除污泥干化产生的VOC和臭气，温度不够时用天然气辅助燃烧，在烟气清洁室内部高温区域直接喷入尿素和氨气作为脱硝剂，将氮氧化物还原成氮气与水，达到脱硝的目的，确保NOx 排放浓度在250mg/Nm³以下；
f. 烟气清洁室的高温烟气温度为850℃，经脱硝处理后烟气温度约680℃左右。烟气清洁室出口的高温烟气分为两路，两路气路比例约为1:1：一路进入转子干化器，对污泥进行加热干化，经过与转子干化器内部污泥传质、传热后温度降低至150~200℃，干化污泥后形成的低温混合烟气（包括清洁室烟气、水分、粉尘、干化产生的VOC与臭气如硫化氢、氨气等）先进入集尘器，除去烟气中90%以上粉尘，集尘器收集的粉尘再进入清洁焚烧炉焚烧处理。经集尘后的混合烟气经风机送入第一换热器将混合烟气温度提升，温度提升后的混合烟气最后进入烟气清洁室与天然气、焚烧炉中排出的烟气混合燃烧进行除VOC、除臭处理，同时混合烟气中的氨气对步骤e中的高温烟气进行脱硝处理，该路烟气从转子干化器中以低温混合烟气的方式排出，经过集尘、第一热交换器、烟气清洁室处理尾气及脱硝后再以高温烟气的形式回到转子干化器内对污泥进行加热干化，形成一个闭循环；
g. 另一路经脱硝处理后高温烟气依次经第一换热器、第二换热器、第三换热器换热回收热量，经活性炭吸附、布袋除尘、脱硫，烟气达标后排入烟囱。高温烟气首先进入第一换热器与转子干化器出口除尘后的低温混合烟气换热之后温度降至450~500℃；然后经第二换热器与环境空气后温度降低至250~300℃，经过第二换热器的环境空气，经换热后温度上升至120~180℃，经引风机进入焚烧炉作为助燃空气，为焚烧炉供氧，以及提供焚烧火焰的旋转动力；烟气经第二换热器后继续经第三换热器与空气换热，在活性炭吸附、布袋除尘、脱硫后烟气温度降低至60~73℃左右，而通过第三换热器加热的环境干空气至100℃以上，用风管引入烟囱末端，与降温脱水达标进入烟囱后的烟气相混合，使混合后的烟气湿含率和相对湿度大大降低，从而降低了排空烟气的露点温度，使排空烟气在排出后很短时间内达不到露点温度，尾气水份不会凝结成水雾，进而达到消减白烟的目的，实现无烟排放，换热器和布袋产生的粉尘输入飞灰库储存，集中外运处理；系统产生的废水进入污水处理设施处理，达标后排放。
整个工艺系统中，为控制二噁英类物质，采用“3T”技术来抑制二噁英类物质产生：焚烧过程中挥发热解产生的气体在焚烧炉内部形成850℃以上的高温旋转回流状火焰，并在高温区二次送风，烟气在高温区停留时间≥2 s，实现有机物和热解气体的彻底焚烧，污泥固相也在不断的翻炒扰动，螺旋式运行，并从源头避免二噁英的生成；同时高温烟气通过主动式直接干化器，烟气在2s内迅速降温到200℃以下，避开二噁英生成速率最大的温度区域；烟气净化系统通过活性炭喷射确保二噁英的排放达标。
Claims (9)
1.一种污泥热解焚烧工艺，包括如下步骤：
将含水率60~85%的污泥，进行污泥调理，将污泥中的氮转化为氨气；
将通过调理释放氨气后的污泥，进行半干化处理，降低污泥的含水率至30~35%；
将半干化后的污泥输送至焚烧炉中，污泥内VOCs气体蒸发，有机质热解，形成可燃气体，焚烧炉中通入助燃空气，可燃气体在焚烧炉内燃烧加热炉内温度；
半干化后的污泥热解后形成碳化物，碳化物焚烧后形成灰烬排出焚烧炉；
焚烧炉产生的高温烟气通入烟气清洁室进行除VOC处理，且在烟气清洁室中加入尿素和步骤a中产生的氨气，对高温烟气进行脱硝处理；
一部分经脱硝处理后的烟气对步骤b中的污泥进行加热半干化；
另一部分经脱硝处理后的烟气对步骤c中通入的空气进行加热。
2.根据权利要求1所述的一种污泥热解焚烧工艺，其特征是，所述步骤f包括如下步骤：
f1. 对污泥进行半干化后形成低温混合烟气，低温混合烟气进入集尘器除去粉尘，粉尘进入焚烧炉焚烧处理；
f2. 经除尘处理的低温混合烟气经换热器换热升温，升温后的混合烟气通入烟气清洁室进行除VOC处理，同时混合烟气中的氨气对步骤e中的高温烟气进行脱硝处理。
3.根据权利要求1所述的一种污泥热解焚烧工艺，其特征是，所述步骤g包括如下步骤：
g1. 经脱硝处理后的烟气与空气换热，烟气温度降低至250~300℃，与之换热的空气经换热后温度上升至120~180℃，升温后的空气通入焚烧炉为其供氧；
g2. 经步骤g1降温后的烟气再次与空气换热，烟气经活性炭吸附、布袋除尘、脱硫后排入烟囱，烟气温度降低至60~73℃，与之换热的空气经换热后温度上升至100~120℃，升温后的空气通入烟囱与烟气混合降低湿含率和相对湿度。
4.根据权利要求3所述的一种污泥热解焚烧工艺，其特征是，所述步骤g2中布袋产生的粉尘输入飞灰库储存，集中外运处理。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种污泥热解焚烧工艺，其特征是，所述焚烧炉外壁上设有进料口，所述焚烧炉中心底部设有排渣口，焚烧炉的炉膛由进料口向排渣口依次包括干燥区、热解区、焚烧区和冷却区，炉膛内设有水平旋转的搅拌装置，污泥从进料口进入炉膛，污泥在搅拌装置作用下旋转向炉膛中心底部移动并在热解区热解成碳化物，碳化物在焚烧区焚烧后形成灰烬，灰烬在冷却区冷却后通过排渣口排出。
6.根据权利要求5所述的一种污泥热解焚烧工艺，其特征是，所述搅拌装置中设有连通炉膛的多孔管，所述多孔管中通入助燃空气，助燃空气对炉膛进行喷射式助燃。
7.根据权利要求6所述的一种污泥热解焚烧工艺，其特征是，所述焚烧炉炉壁上设有回旋空气口，从回旋空气口中通入助燃空气，助燃空气对炉膛进行外环旋风式助燃。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种污泥热解焚烧工艺，其特征是，在步骤c中向所述焚烧炉中通入辅助燃料，辅助燃料为天然气、燃油、燃煤或生物质。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种污泥热解焚烧工艺，其特征是，步骤a中的污泥加入调理剂后在污泥调理反应器中进行污泥调理，所述污泥通过搅拌释放氨气，氨气通过氨气储罐储存，所述氨气储罐中设有氨气检测仪用于监控浓度和压力，所述氨气储罐中的氨气均匀定量地通入烟气清洁室。
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