CN113531557B - 一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统 - Google Patents

Abstract

该发明涉及废水污泥处理技术领域，尤其涉及一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统。包括顺次设置搅拌上料装置、阴燃发生装置、气体处理装置和气体排出装置；所述搅拌上料装置用以将污泥和助燃介质充分混合并输送至阴燃发生装置内；所述阴燃发生装置包括燃烧炉，所述燃烧炉包括上部的干燥室、中部的燃烧室、下部的点燃室和设置在点燃室下部外侧的卸料装置和出渣装置，所述搅拌装置和干燥室之间通过输送管道连接；所述气体处理装置包括管道顺次连接的凝水装置、旋风除尘装置、喷淋塔和一体箱，所述燃烧炉的上部和凝水装置的上端连通。本技术方案用以解决现有技术中的污泥处理方式能耗高、成本高以及效率低下的问题。

Description

一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统

技术领域

该发明涉及废水污泥处理技术领域，尤其涉及一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统。

背景技术

目前，城市废水污泥的处理方法主要有焚烧法、生物处理法、热洗涤法、溶剂萃取法、化学破乳法、固液分离法、固化填埋法、超热蒸汽、热解等，这些技术各有优缺点且能解决部分城市废水污泥带来的危害。其中，由于城市废水污泥含水率高达80%以上，用焚烧处理需要提前干燥或加额外的燃料，这使得成本增加。生物处理法所需时间周期太长，无法实现快速减量化。热洗涤法、溶剂萃取法和化学破乳法、固液分离法处理工艺复杂，成本较高。填埋法工艺简单，成本低且处理量大，但容易产生二次污染。热解法，对工艺、设备和安全要求高，油气品质差、异味大、残渣仍为危废。总的来说，污泥的处理是污水处理厂主要的挑战，因此，低能耗、高效率且环保的城市废水污泥处理方法显得尤为重要。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统，用以解决现有技术中的污泥处理方式能耗高、成本高以及处理效率低下的问题。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统，包括顺次设置搅拌上料装置、阴燃发生装置、气体处理装置和气体排出装置；

所述搅拌上料装置用以将污泥和助燃介质充分混合并输送至阴燃发生装置内；

所述阴燃发生装置包括燃烧炉，所述燃烧炉包括上部的干燥室、中部的燃烧室、下部的点燃室和设置在点燃室下部外侧的卸料装置和出渣装置，所述卸料装置和出渣装置用以排出和处理燃烧室内污泥燃烧后的产物，搅拌装置和干燥室之间通过输送管道连接；

所述气体处理装置包括管道顺次连接的凝水装置、旋风除尘装置、喷淋塔和一体箱，所述燃烧炉的上部和凝水装置的上端连通，所述凝水装置通过管道还分别与点燃室和燃烧室连通；

所述气体排出装置包括排气烟囱，所述排气烟囱通过管道与一体箱连通，用以排放气体处理装置处理之后的气体。

本技术方案的工作原理如下：

将相应质量的污泥和助燃介质放入搅拌上料装置中，进行充分的混合后，搅拌上料装置将充分混合的物理和助燃介质传输至燃烧炉中的干燥室内，然后向下运动至燃烧室时进行点火，由于助燃介质的存在，含水污泥将会逐渐被烘干，烘干之后的污泥内部的有机物将会燃烧，从而实现污泥的阴燃，阴燃燃烧所产生的热量，一方面可使阴燃燃烧持续进行，另一方面阴燃产生的热量以及产生烟气中所含的热量还能对干燥室内的含水污泥进行烘干，反应后的灰渣通过卸料装置和出渣装置排出，同时，产生的烟气从炉体上方排出到达凝水装置，烟气在凝水装置中有三种流动方式：（1）烟气通过管道回到燃烧室中，为污泥的阴燃反应提供空气，以及干燥污泥和消除烟气中的可燃成分；（2）烟气回到点燃室中，为阴燃点火提供空气，同时也可以消除点燃室排出尾气中的可燃成分，减少污染；（3）烟气通过旋风除尘、喷淋塔、一体箱和排气烟囱，排放到大气中。

进一步限定，所述搅拌上料装置还包括称重装置，所述称重装置用以确定搅拌装置内的污泥和助燃介质的搅拌混合比例，其有益之处在于，按照固定的比例将污泥和助燃介质相混合，可增强污泥阴燃的效果。

进一步限定，所述助燃介质包括沙、空心陶瓷管和煤粉，其有益之处在于，空心陶瓷管和沙混合，形成阴燃反应所需要的多孔介质，为污泥的阴燃提供更大的反应表面积，使得有更多的氧气能与污泥接触，发生反应，使污泥的阴燃反应能够发生，提高了污泥的处理效率，添加煤粉的目的是煤粉的燃烧可以对燃烧室内的污泥进行烘干，使烘干后的污泥内的有机物燃烧，实现污泥的阴燃。

进一步限定，所述凝水装置与燃烧室和点燃室之间的连接管道上设有控制阀。

进一步限定，所述凝水装置的外侧设有鼓风机，所述鼓风机的输出端与凝水装置连通，其有益之处在于，鼓风机可以将大气中的空气吹入凝水装置中在分别到达燃烧室和引燃室，为燃烧提供必要的空气。

进一步限定，所述一体箱和排气烟囱之间设有引风机，所述引风机的进风端与一体箱连通，所述引风机的出风端与排气烟囱连通，其有益之处在于，引风机将炉内形成负压使得烟气更容易排出。

进一步限定，所述阴燃发生装置、气体处理装置和气体排出装置之间的连接管道上均设有压力表，其有益之处在于，根据压力表的数值变化，可对本系统中的各个部件的工作状态进行实时的监测和预警。

进一步限定，所述排气烟囱的出口处设有烟气检测仪，其有益之处在于，用以实时监测排出气体是否达到排放标准，同时也能对气体处理装置的工作状态进行掌控。

进一步限定，所述燃烧炉内设有氧气浓度传感器和燃料检测传感器，其有益之处在于，可以通过实时监测燃烧炉内的氧气浓度，确保阴燃所需要的燃烧耗氧，若氧气浓度不足时，可调节鼓风机的输出功率，向燃烧炉内注入氧气，燃料检测传感器，用以检测燃烧室内燃料的高度，用以控制干燥室内的燃料向燃烧室的供应。

本发明所取的技术效果如下：

（1）本发明可达到城市废水污泥及时高效且节能环保的处理效果。利用本技术方案处理城市废水污泥，处理技术方法简单，提高了污泥的处理效率，节约了能源消耗，降低了处理成本。

（2）利用本技术方案处理城市废水污泥，可最大程度地实现污泥的“减量化、稳定化”。另外，阴燃后的灰渣根据重金属含量可选择直接或使用重金属螯合剂处理后进入填埋场，也可用作建筑材料或铺路等。与明火燃烧相比，本技术方案可以极大的减少城市废水污泥在燃烧过程中的热量损失，从而延长了城市废水污泥的熄灭时间，另外，和明火相比，用本技术方案处理污泥无需提前干燥处理，这使得成本更低。

（3）陶瓷空心管的中部空心，能够储存氧气，能增大污泥内部的间隙，使阴燃所需要的氧气能更好的渗透至污泥的内部，增加了能量的存储，减少了能量的损失，降低成本且加快了效率。

（4）阴燃反应温度比明火燃烧的反应温度低，使得SOx、NOx、二恶英和呋喃等有害气体的产量大大减低，无需SNCR系统烟气中氮氧化物可达标。通过烟气回流，使得污泥受到干燥，避免了阴燃反应因热量损失过多而熄灭；另外，本技术方案中凝水装置中的烟气的回流至点燃室和燃烧室内，使得烟气中的CO等有毒气体及可燃成分得到消除。

（5）陶瓷空心管所能承受的温度高，在阴燃反应结束后将排出的灰尘和残渣进行筛分，即可将陶瓷空心管筛出来重复使用。

（6）鼓风机和凝水装置接通，向燃烧炉内注入空气时，空气会被凝水装置内的氧气加热之后排入燃烧室内，避免冷空气直接进入燃烧室，造成燃烧室内热量损耗，影响到燃烧室内的阴燃状态。

附图说明

图1为本具体实施方式中城市废水污泥自维持阴燃处理系统的平面示意图。

附图编号

称重装置1、搅拌上料装置2、储油箱3、干燥室4、燃烧室5、点燃室6、燃烧机7、卸料装置8、出渣装置9、凝水装置10、旋风除尘装置11、喷淋塔12、一体箱13、引风机14、排气烟囱15。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统，包括顺次设置搅拌上料装置2、阴燃发生装置、气体处理装置和气体排出装置；搅拌上料装置2主要包括搅拌装置和上料装置，搅拌装置主要包括搅拌腔和搅拌器，搅拌器可以电机带动叶片旋转，上料装置可以为输送管或者是传送带的形式，且输送管或者是传送带的末端与燃烧炉的进口连接，优选地，搅拌上料装置2还包括称重装置1，称重装置1在本实施例中为电子秤，称重装置1用以确定搅拌装置内的污泥和助燃介质的搅拌混合比例，按照固定的比例将污泥和助燃介质相混合，可增强污泥阴燃的效果。

搅拌上料装置2用以将污泥和助燃介质充分混合并输送至阴燃发生装置内；

阴燃发生装置包括燃烧炉，燃烧炉包括上部的干燥室4、中部的燃烧室5、下部的点燃室6和设置在点燃室6下部外侧的卸料装置8和出渣装置9，搅拌装置和干燥室4之间通过输送管道连接；当然在本实施例中只是列举了燃烧炉的部分，在实际的使用过程中，燃烧炉内还应该包括可移动式炉排、燃料检测传感器，氧气浓度传感器等，可移动式炉排用以控制干燥室4内的燃料向燃烧室5内添加，氧气浓度传感器可以测燃烧炉内的氧气浓度，确保阴燃所需要的燃烧耗氧，若氧气浓度不足时，可调节鼓风机的输出功率，向燃烧炉内注入氧气，燃料检测传感器，用以检测燃烧室5内燃料的高度，用以控制干燥室4内的燃料向燃烧室5的供应，本上述的叙述中燃料指的是污泥、沙、陶瓷空心管和煤粉的总称，当然为了使阴燃能够发生，在污泥中还可以混合有燃油、秸秆和有机可燃物等较大燃烧值的可燃介质，在本系统中使用的是煤粉，煤粉的主要作用是便于对前期含水污泥的烘干。点燃室6的外侧设有燃烧机7，燃烧机7用以对燃烧室5内进行点火，燃烧机7的能源为燃油，在燃烧机7的外侧设有储油箱3，便于燃烧机7点火时使用。

气体处理装置包括管道顺次连接的凝水装置、旋风除尘装置11、喷淋塔12和一体箱13，燃烧炉的上部和凝水装置的上端连通，凝水装置通过管道还分别与点燃室6和燃烧室5连通；优选地，凝水装置的外侧设有鼓风机，鼓风机的输出端与凝水装置连通鼓风机可以将大气中的空气吹入凝水装置中在分别到达燃烧室5和引燃室，为燃烧提供必要的空气。优选地，凝水装置与燃烧室5和点燃室6之间的连接管道上设有控制阀。

气体排出装置包括排气烟囱15，排气烟囱15通过管道与一体箱13连通，用以排放气体处理装置处理之后的气体。优选地，排气烟囱15的出口处设有烟气检测仪用以实时监测排出气体是否达到排放标准，同时也能对气体处理装置的工作状态进行掌控。优选地，一体箱13和排气烟囱15之间设有引风机14，引风机14的进风端与一体箱13连通，引风机14的出风端与排气烟囱15连通引风机14将炉内形成负压使得烟气更容易排出。

优选地，阴燃发生装置、气体处理装置和气体排出装置之间的连接管道上均设有压力表根据压力表的数值变化，可对本系统中的各个部件的工作状态进行实时的监测和预警。

在本实施例中还涉及到对本系统起到控制作用的一种数学模型，其主要目的是为了维持污泥在本系统中能够持续进行，保证污泥阴燃的环境，具体如下：T（Si）=fi(th,Δpi,tθ,Pn)（组状态控制的差分离散模型），其中：T（Si）:系统状态函数， S是状态变量，Si是其i个状态组；确定了Si，就可以根据状态测量值，对控制对象的过程进行有效控制；每个控制对象的控制方法，是一个独立的控制程序模块。下面通过具体实施例进行解释说明：

S1：当P1＜-20pa时或者当P1＞80pa时，控制系统关闭空气调节阀Fk1、Fk2，并触发报警模块)；

S2：当ΔP1=（P1-P2）≥Pa时，当ΔP2=（P2-P3）≥Pb时，当ΔP3=（P3-P4）≥Pc时，当ΔP4=（P4-P5）≥Pd时，控制系统在上述任意一个条件满足时，均触发报警模块，其中，Pa、Pb、Pc、Pd为所测量管路段的压差设定值；

S3：在x=1时，

当200℃＜tx＜300℃时，控制系统关闭上部空气调节阀和下部空气调节阀，并使燃烧机4开至最大）；

当tx＜200℃时，控制系统控制上部空气调节阀、下部空气调节阀和燃烧机4打开，且控制系统控制搅拌上料装置2启动，且控制提升落料装置向燃烧室6内注入物料；

当300℃＜tx＜450℃时,控制系统控制上部空气调节阀开启，下部空气调节阀关闭，同时使燃烧机4处于最低档位；

在x=2时，

当tx≥450℃时，控制系统控制上部空气调节阀和下部空气调节阀开启，同时关闭燃烧机4；

S4：x=3～6，当tx=(（t3+t4+t5+t6）/4)＜200℃时，控制系统控制上部调节阀和下部调节阀关闭，同时使燃烧机4开启；

S5：对烟道调节阀Fym，当m=3，如果tθ=t4＞100℃，控制系统控制设置在凝水装置9和旋风分离装置之间烟道上的烟道调节阀全开。

需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统，其特征在于，包括顺次设置搅拌上料装置、阴燃发生装置、气体处理装置和气体排出装置；

所述搅拌上料装置用以将污泥和助燃介质充分混合并输送至阴燃发生装置内；

所述阴燃发生装置包括燃烧炉，所述燃烧炉包括上部的干燥室、中部的燃烧室、下部的点燃室和设置在点燃室下部外侧的卸料装置和出渣装置，所述卸料装置和出渣装置用以排出和处理燃烧室内污泥燃烧后的产物，搅拌装置和干燥室之间通过输送管道连接；

所述气体处理装置包括管道顺次连接的凝水装置、旋风除尘装置、喷淋塔和一体箱，所述燃烧炉的上部和凝水装置的上端连通，所述凝水装置通过管道还分别与点燃室和燃烧室连通，烟气通过管道分别回到燃烧室和点燃室中；

所述气体排出装置包括排气烟囱，所述排气烟囱通过管道与一体箱连通，用以排放气体处理装置处理之后的气体；

所述助燃介质包括沙、空心陶瓷管和煤粉，所述凝水装置的外侧设有鼓风机，所述鼓风机的输出端与凝水装置连通，所述阴燃发生装置、气体处理装置和气体排出装置之间的连接管道上均设有压力表，所述排气烟囱的出口处设有烟气检测仪，所述燃烧炉内设有氧气浓度传感器和燃料检测传感器。

2.根据权利要求1所述的一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统，其特征在于，所述搅拌上料装置还包括称重装置，所述称重装置用以确定搅拌装置内的污泥和助燃介质的搅拌混合比例。

3.根据权利要求1所述的一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统，其特征在于，所述凝水装置与燃烧室和点燃室之间的连接管道上设有控制阀。

4.根据权利要求1所述的一种城市废水污泥自维持阴燃处理系统，其特征在于，所述一体箱和排气烟囱之间设有引风机，所述引风机的进风端与一体箱连通，所述引风机的出风端与排气烟囱连通。

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