CN113956065B - 基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统及方法，属于陶粒等轻集材料领域，70‑80％含水率的市政污泥最先在污泥低温真空干化装置内干化到30‑40％含水率，然后在配料系统与黏土、粉煤灰、煤矸石、固结剂、水等物料混合配料，进行陈化、造粒，然后送入回转窑进行陶粒烧成，陶粒成品则送往物料冷却机冷却后贮存。回转窑烧成系统采用废轮胎和废橡胶等一般工业固废作为燃料，回转窑烧成系统产生的高温烟气依次经过蒸汽发生器、一级静电除尘器、氧化塔、半干法脱硫塔、布袋除尘器，经引风机后送往烟囱排放。本发明所述系统及方法的特点是基于自主开发的低温污泥低温真空干化装置，全套陶粒烧成系统具有可高效利用一般固废、系统废水零排放、能量综合利用效率高的优点，整套系统在陶粒行业具有广阔的运行前景。

Description

基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统及方法
技术领域
本发明属于陶粒等轻集材料领域，具体涉及基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统及方法。
背景技术
陶粒是一种煅烧过程经发泡而生产的轻骨料，具有球状外形、表面光滑、坚硬、内部呈蜂窝状、密度小、热导率低、强度高等特点。并且由于陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，具一定强度和坚固性，因而具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔热性等特点。这些优异的性能，使得陶粒近些年广泛应用于建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等部门。随着社会经济的发展，其应用领域还在继续扩大，如近年在耐火材料行业中，陶粒主要用于作隔热耐火材料的骨料，混凝土行业中，陶粒则用来取代混凝土中的碎石和卵石。烧制陶粒的传统材料为黏土、铝矾土等，这些材料多国内稀缺资源，且大量开发用于烧制陶粒将产生严重的生态环境破坏。
随着城市人口的增加和工业的发展，生产和生活用水量越来越大，排放的污水越来越多，据不完全统计，仅我国生活污水处理厂每年排放的干基污泥量就有1300万吨，且每年以10％的比例增长，当前污泥消纳问题日益突出，亟待解决。陶粒烧制过程的膨胀实际就是发泡，发泡物质在高温下释放气体，产生气体压力使陶粒坯体膨胀，通过加热产生的熔体包围并防止气体外溢，陶粒膨胀才能成功。污泥具有含水率高、有机质含量高、富含丰富的N、P、K，并且具有易腐败、恶臭等特点，高温条件下污泥内的有机质会大量分解，产生气体，是优良的制陶粒“膨胀剂”。目前已有相关单位采用污泥为原材料烧制“污泥陶粒”，用污泥代替部分黏土、铝矾土来烧制陶粒，既节省黏土，又给污泥处置提供了一条新思路。
发明CN112142445A提供了一种利用市政生活污泥与页岩混合制备陶粒的方法，其主要步骤为：将市政污泥和页岩以20-25％:75-80％的比例搅拌混合，待充分混合均匀后物料进入立体陈化库进行陈化，接着造粒、焙烧产生成品陶粒。该方法充分利用了市政污泥易产气的特点，将污泥与页岩混合制备成陶粒材料，具有烧制成本低、原料易获得的特点。但由于湿基污泥含水率高(约80％)、污泥的添加比例不可能过大，按照提供的方法污泥最大添加量为25％，对于一条年产10万方的陶粒生产线，每年仅能处理4687吨干基污泥，污泥消耗能力相当有限。将市政污泥干化缩水后添加到陶粒烧制过程，可以显著增加污泥的消纳能力，如将污泥干化至40％含水率，则在同等配料含水率的条件下，最大可增加到50％掺配比例，那么一条年产10万方陶粒生产线可附带处理污泥28000吨干基污泥。
发明CN112811779A提供了一种干污泥接收输送工艺及其污泥干化系统，系统主要包括圆盘干燥机、冷凝器。圆盘干燥机的外壁两侧设置有蒸汽入口，圆盘干燥机的外壁一侧设置有污泥出口，蒸汽入口的外壁一侧设置有蒸汽冷凝出口，圆盘干燥机的外壁一侧设置有驱动电机。系统工作工程如下：在圆盘干燥机中将污泥和污水进行分离，来使污泥干燥，从而便于将其进行排放处理，而污水会被分离出，先进入到旋风分离器中，分别将废水、灰尘以及废气进行分离开，将污水中的颗粒杂质进行剔除处理，将过滤灰尘的污水传输到冷凝器的内部，来将污水中废气挥发，接至焚烧风机进行利用处理，而其余的污水则从下端输出进行分级处理。该装置可以干燥并输送污泥，但污泥干燥温度高，且需要大量额外蒸汽消耗，干燥温度过高，将导致污泥中的有机质及细胞被破坏，高温干燥后的污泥虽然体积缩小，但无法烧制成陶粒。
发明内容
发明目的：为了解决上述讨论的问题，本发明公开基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统，解决了陶粒烧制过程中污泥掺混比例低，常规污泥干化技术又很难实现污泥大量、低温度干化的问题，并充分利用回转窑排烟废热及尾部烟气半干法脱硫系统实现陶粒烧成全套系统热量自平衡，废水零排放；本发明的另一目的是提供基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统的方法。
技术方案：为达到上述目的，本发明的基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统，包括污泥低温真空干化装置、配料系统、陈化工段、造粒装置、回转窑烧成装置、陶粒冷却机、陶粒库、送风机、蒸汽发生器、一级静电除尘器、氧化塔、半干法脱硫塔、布袋除尘器、引风机、烟囱、给水泵；所述的污泥低温真空干化装置产生的干污泥与碳酸钙、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂在配料系统中混合配料，然后送往陈化工段进行陈化，接着将陈化后物料通过造粒装置进行造粒，造粒后物料送往回转窑烧成装置进行陶粒烧成；回转窑烧成装置出口与陶粒冷却机相连，陶粒冷却机出料与陶粒库相连；陶粒冷却机高温出风口与送风机入口相连，送风机出口则和回转窑烧成装置补风口相连；回转窑烧成装置高温尾气出口依次连接蒸汽发生器、一级静电除尘器、氧化塔、半干法脱硫塔、布袋除尘器、引风机、烟囱；一级静电除尘器，捕获的底灰送往配料系统与物料混合配料。
进一步地，所述的污泥低温真空干化装置，包含湿污泥仓、鼓泡持液层、喷淋层、气流分布板、布水器、第一旁路阀、液位平衡管、风帽、乏汽进口、冷凝水出口、塔底冷凝水池；所述的湿污泥仓底部与柱塞泵入口相连，柱塞泵出口与干化机湿污泥入口相连，干化机干污泥出口与第一出料阀相连，第一出料阀与第一中间仓入口相连，第一中间仓出口与第二出料阀相连，第二出料阀与第二中间仓入口相连，第二中间仓出口与第三出料阀相连，第三出料阀出口依次连接星型给料机、皮带机、斗提机和干污泥仓；所述的干化机乏汽出口与乏汽冷凝器本体乏汽进口相连。
进一步地，所述的乏汽冷凝器本体凝结水出口与循环泵入口相连，循环泵出口与自清洗过滤器相连，循环泵出口回流一部分凝结水，回流管与布水器进口相连，自清洗过滤器出水口与冷却塔相连，冷却塔下方冷却塔水池出水口与喷淋层入口相连；自清洗过滤器出口旁路与第二旁路阀相连，第二旁路阀与废水处理装置相连，废水处理装置净水出口与半干法脱硫塔相连，自清洗过滤器反冲洗水排污口、废水处理装置排泥口均与湿污泥仓相连；乏汽冷凝器本体不凝气出口与真空泵入口相连，真空泵出口与送风机入口相连；干化机蒸汽入口与蒸汽发生器蒸汽出口相连，干化机疏水出口与给水泵相连，给水泵出口与蒸汽发生器上水口相连。
进一步地，所述的第一中间仓和第二中间仓上部空间设置有排气口，第一中间仓和第二中间仓排气口用管路相连，管路上设置有气平衡阀，两个排气口又分别连接第一抽气阀和第二抽气阀，第一抽气阀和第二抽气阀出口管线合并后与真空泵入口相连；第二中间仓上部空间还设置有进气孔，进气孔连接有进气阀。
进一步地，所述的乏汽冷凝器本体，包含有乏汽进口、冷凝水出口、不凝气出口、塔底冷凝水池、鼓泡持液层、喷淋层、气流均布板、布水器；乏汽冷凝器本体结构从上往下依次为不凝气出口、鼓泡持液层、喷淋层、气流均布板、乏汽进口、布水器、冷凝水出口和塔底冷凝水池。
进一步地，所述的鼓泡持液层，鼓泡持液层由风帽构成，风帽正列布置于底板上，间距为250-400mm；风帽由风帽帽盖为φ150×240mm封底圆筒和风帽内筒为φ80×180圆管构成；持液层，液层厚度为100-150mm；底板上方设置有进水导管开口，导管开口与冷却塔水池用直径25mm的液位平衡管相连，鼓泡持液层液位高于冷却塔水池液位5m。
进一步地，所述的气流均布板，气流均布板由孔板拼接而成，孔板开孔为菱形结构，菱形长短对角线分别为40mm和20mm，菱形边厚度为5mm。
进一步地，所述的布水器，包含有母管、支管、喷嘴，喷嘴为直径25mm、长150mm剖口短管，短管与所连支管的夹角为45℃，喷嘴间距为500-800mm。
进一步地，所述的基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统的方法，包括如下步骤：所述的污泥低温真空干化装置产生的30-40％含水率的市政污泥与黏土、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂及适量的水分在配料系统中按照一定配比混合均匀后送往陈化工段，混合物料经充分陈化后送往窑尾造粒装置进行造粒，造粒后的生陶粒则从回转窑陶粒烧成装置窑尾进料口进入，在回转窑内生陶粒与高温烟气接触完成陶粒干燥、煅烧、成结等过程，最后从回转窑出料口排出，排出的高温熟陶粒温度为800℃以上，进入陶粒冷却机冷却；陶粒冷却机采用负压系统，由送风机抽取的冷空气作为冷却介质在陶粒冷却机内将高温陶粒进行冷却，冷却后的陶粒进入陶粒库贮存；送风机抽取的空气由陶粒冷却机出口高温空气和污泥低温真空干化装置中的真空泵产生的不凝气构成；回转窑陶粒烧成装置出口排出的高温烟气温度约为350℃，高温烟气排入蒸汽发生器回收绝大部分余热后，温度降低至120℃，接着烟气进入一级静电除尘器，一级静电除尘器的除尘效率约为85％，捕获的粉尘送往配料系统，重新回窑烧制陶粒；一级静电除尘器出口烟气进入氧化塔，从氧化塔喷入的强氧化剂将窑炉内的NOx和污泥逸散的臭气氧化为高价态可溶性氮氧化物N2O5和N2O3和小分子气态物质，所使用的氧化剂为亚氯酸钠溶液，氧化塔不设置专有反应器，采取烟道直喷的方式；氧化塔烟道出口连接半干法脱硫塔，烟气中酸性气体SO2、HCl、N2O5和N2O3被半干法脱硫塔中喷入的消石灰碱性物质吸收脱除，半干法脱硫塔出口设置有布袋除尘器，将烟气中的脱硫灰等颗粒物收集，达标后的烟气经引风机送往烟囱排放；半干法脱硫塔所采用的喷淋工艺水为污泥低温真空干化装置中乏汽冷凝器本体产生的冷凝水，干化污泥产生的冷凝水废水送往脱硫塔喷雾降温，可以实现全套系统废水零排放；蒸汽发生器补给水接口连接给水泵出口，蒸汽发生器蒸汽出口连接干化机轴套蒸汽进口，干化机轴套疏水出口连接给水泵入口，通过此套装置可以实现回转窑排放的高温烟气余热利用，全套污泥低温真空干化装置无需设置额外的热源补充，依靠回转窑排烟废热可实现所需污泥干化，实现系统热量自平衡；
湿污泥仓出口湿污泥由柱塞泵送往干化机干化，干化机采用全密封结构，干化机形式为桨叶式干化机，干化机内干化过程操作温度为80℃，绝对压力为50KPa，真空度约为51Kpa，由于干化机内为大真空状态，污泥中水分蒸发温度仅为80℃，干化系统效率较常规干化更高，另外，由于是低温干化，污泥内有机质及细胞结构不会被加热破坏，不会影响烧制陶粒的品质；干化后的污泥从干化机出料口排出进入真空出料全套装置。
进一步地，所述的污泥低温真空干化装置的真空出料过程如下：
1)第一出料阀、第二出料阀、第三出料阀、气平衡阀、第二抽气阀、进气阀均处于关闭状态，缓慢打开第一抽气阀开始抽第一中间仓中的空气，延时t1s后关闭第一抽气阀；
2)缓慢打开第一出料阀，同时缓慢打开第二抽气阀，延时t2s后关闭第一出料阀和第二抽气阀；
3)缓慢打开气平衡阀，延时t3s后，打开第二出料阀，延时t4s后，依次关闭第二出料阀和气平衡阀；
4)打开第一抽气阀，打开进气阀，延时t5s后关闭；
5)打开第一出料阀，打开第三出料阀，延时t6s后关闭；
6)重复步骤2)-步骤5)即可保证干化机内真空度稳定，实现真空出料；出料经星型给料机、皮带机、斗提机送往干污泥仓储存。
有益效果：与现有技术相比，本发明具备以下优势：
本发明最大的系统是陶粒烧成系统，其最大的亮点是基于新型污泥低温真空干化装置。因此，陶粒烧成系统和污泥低温真空干化装置均需要保护。其次，新型污泥低温真空干化装置有两个核心构件，一个是乏汽冷凝器，另一个是真空连续出料装置，这两个构件可以并在新型污泥低温真空装置内。
1、可大量利用污泥及一般工业固废，具有环保效益，并实现节能减排。陶粒窑采用废橡胶、废轮胎作为燃料；陶粒烧制原材料主要包括干化后污泥、煤矸石、粉煤灰等一般工业固废，实现废物利用。并且在陶粒窑出口设置陶粒冷却机，回收高温陶粒显热，减少系统燃料耗量。在陶粒烧成回转窑尾部烟气高温段设置蒸汽发生器，产生蒸汽，蒸汽用于污泥低温真空干化。经热平衡计算，回收的高温余热完全满足污泥干化的需要，干化系统无需补充额外热量，热量可自平衡；
2、全套系统无废水排放。污泥低温干化过程会产生大量废水，产生的废水送往半干法脱硫塔内喷雾降温和配料系统配料，可以实现废水零排放。另外，自清洗过滤器和废水处理装置产生的废泥水送回湿污泥仓，废泥渣循环利用；
3、开发了一种污泥低温真空干化装置，可以实现稳定大真空、低温干化，且占地面积及设备造价远低于常规低温干化。该系统具有干化温度低、处理能力大的特点，干化机为全封闭结构，配置有真空出料装置和乏汽冷凝器。干化机内为大真空低温干化，操作温度约为80℃，操作压力为50kPa(绝压)(此处是新型污泥低温真空干化装置的操作参数，80℃低温干化)，每小时处理量最大可达120t。由于是80℃低温干化，干化系统对污泥细胞破坏少，污泥内有机质不会发生改变，不会造成陶粒烧制失效。本系统干化机可采用常规热干化机，如可采用桨叶式干化机，但由于采用低温真空干化，其设备造价和设备外形尺寸远低于常规干化机；
4、开发一种真空连续出料装置(第一出料阀104-第二抽气阀116)。通过设置的两级中间仓和气平衡阀组可实现真空干化机不失压，连续稳定出料；
5、开发一种乏汽冷凝器。乏汽冷凝装置采用汽水直接换热方式，在乏汽冷凝器顶部设置有液位自平衡式鼓泡持液层，提高了换热效率，具有设备体积小、外排不凝气体含杂质少的特点。另外，由于乏汽冷凝装置为大真空，具有5mH2O的负压水头，因此无需设置喷淋水循环泵，依靠塔内负压实现冷却塔水池水沿管路自流至喷淋层，完成喷淋冷却。
附图说明
图1为陶粒烧成主系统流程图；
图2为污泥低温真空干化装置流程图；
图3为鼓泡持液层布置图；
图4为风帽结构示意图；
图5为气流均布板结构示意图；
图6为布水器结构示意图；
附图标记：1-污泥低温真空干化装置、2-配料系统、3-陈化工段、4-造粒装置、5-回转窑烧成装置、6-陶粒冷却机、7-陶粒库、8-送风机、9-蒸汽发生器、10-一级静电除尘器、11-氧化塔、12-半干法脱硫塔、13-布袋除尘器、14-引风机、15-烟囱、16-给水泵；101-湿污泥仓、102-柱塞泵、103-干化机、104-第一出料阀、105-第一中间仓、106-第二出料阀、107-第二中间仓、108-第三出料阀、109-星型给料机、110-皮带机、111-斗提机、112-干污泥仓、113-进气阀、114-第一抽气阀、115-气平衡阀、116-第二抽气阀、117-真空泵、118-乏汽冷凝器本体、119-不凝气出口、120-鼓泡持液层、121-喷淋层、122-气流分布板、123-布水器、124-第一旁路阀、125-循环泵、126-自清洗过滤器、127-第二旁路阀、128-废水处理装置、129-冷却塔、130-冷却塔水池、131-液位平衡管、132-风帽、133-乏汽进口、134-冷凝水出口、135-塔底冷凝水池、132-1-风帽帽盖、132-2-风帽内筒、132-3-底板、123-1-母管、123-2-支管、123-3-喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。对于本领域技术人员来说，其依然可以参照下述实施例对记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换、改进、系统删减等，均应包含在本发明的保护范围之内。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1-6所示，基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统，包括污泥低温真空干化装置1、配料系统2、陈化工段3、造粒装置4、回转窑烧成装置5、陶粒冷却机6、陶粒库7、送风机8、蒸汽发生器9、一级静电除尘器10、氧化塔11、半干法脱硫塔12、布袋除尘器13、引风机14、烟囱15、给水泵16。
污泥低温真空干化装置1产生的干污泥与碳酸钙、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂在配料系统2中混合配料，然后送往陈化工段3进行陈化，接着将陈化后物料通过造粒装置4进行造粒，造粒后物料送往回转窑烧成装置5进行陶粒烧成；回转窑烧成装置5出口与陶粒冷却机6相连，陶粒冷却机6出料与陶粒库7相连；陶粒冷却机6高温出风口与送风机8入口相连，送风机8出口则和回转窑烧成装置5补风口相连；回转窑烧成装置5高温尾气出口依次连接蒸汽发生器9、一级静电除尘器10、氧化塔11、半干法脱硫塔12、布袋除尘器13、引风机14、烟囱15；一级静电除尘器10，捕获的底灰送往配料系统2与物料混合配料。
污泥低温真空干化装置1，包含湿污泥仓101、柱塞泵102、干化机103、第一出料阀104、第一中间仓105、第二出料阀106、第二中间仓107、第三出料阀108、星型给料机109、皮带机110、斗提机111、干污泥仓112、进气阀113、第一抽气阀114、气平衡阀115、第二抽气阀116、真空泵117、乏汽冷凝器本体118、不凝气出口119、鼓泡持液层120、喷淋层121、气流分布板122、布水器123、第一旁路阀124、循环泵125、自清洗过滤器126、第二旁路阀127、废水处理装置128、冷却塔129、冷却塔水池130、液位平衡管131、风帽132、乏汽进口133、冷凝水出口134、塔底冷凝水池135；湿污泥仓101底部与柱塞泵102入口相连，柱塞泵102出口与干化机103湿污泥入口相连，干化机103干污泥出口与第一出料阀104相连，第一出料阀104与第一中间仓105入口相连，第一中间仓105出口与第二出料阀106相连，第二出料阀106与第二中间仓107入口相连，第二中间仓107出口与第三出料阀108相连，第三出料阀108出口依次连接星型给料机109、皮带机110、斗提机111和干污泥仓112；干化机103乏汽出口与乏汽冷凝器本体118乏汽进口相连，乏汽冷凝器本体118凝结水出口与循环泵125入口相连，循环泵125出口与自清洗过滤器126相连，循环泵125出口回流一部分凝结水，回流管与布水器123进口相连，自清洗过滤器126出水口与冷却塔129相连，冷却塔129下方冷却塔水池130出水口与喷淋层121入口相连；自清洗过滤器126出口旁路与第二旁路阀127相连，第二旁路阀127与废水处理装置128相连，废水处理装置128净水出口与半干法脱硫塔12相连，自清洗过滤器126反冲洗水排污口、废水处理装置128排泥口均与湿污泥仓101相连；乏汽冷凝器本体118不凝气出口与真空泵117入口相连，真空泵117出口与送风机8入口相连；干化机103蒸汽入口与蒸汽发生器9蒸汽出口相连，干化机103疏水出口与给水泵16相连，给水泵16出口与蒸汽发生器9上水口相连。
第一中间仓105和第二中间仓107上部空间设置有排气口，第一中间仓105和第二中间仓107排气口用管路相连，管路上设置有气平衡阀115，两个排气口又分别连接第一抽气阀114和第二抽气阀116，第一抽气阀114和第二抽气阀116出口管线合并后与真空泵117入口相连；第二中间仓107上部空间还设置有进气孔，进气孔连接有进气阀113。
乏汽冷凝器本体118，包含有乏汽进口133、冷凝水出口134、不凝气出口119、塔底冷凝水池135、鼓泡持液层120、喷淋层121、气流均布板122、布水器123；乏汽冷凝器本体118结构从上往下依次为不凝气出口119、鼓泡持液层120、喷淋层121、气流均布板122、乏汽进口133、布水器123、冷凝水出口134和塔底冷凝水池135。
鼓泡持液层120，鼓泡持液层120由风帽132构成，风帽132正列布置于底板132-3上，间距为250-400mm；风帽由风帽帽盖132-1为φ150×240mm封底圆筒和风帽内筒132-2为φ80×180圆管构成；持液层，液层厚度为100-150mm；底板132-3上方设置有进水导管开口，导管开口与冷却塔水池用直径25mm的液位平衡管相连，鼓泡持液层液位高于冷却塔水池液位5m。
气流均布板122，气流均布板由孔板拼接而成，孔板开孔为菱形结构，菱形长短对角线分别为40mm和20mm，菱形边厚度为5mm。
布水器123，包含有母管123-1、支管123-2、喷嘴123-3，喷嘴123-3为直径25mm、长150mm剖口短管，短管与所连支管123-2的夹角为45℃，喷嘴123-3间距为500-800mm。
基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统的使用方法，污泥低温真空干化装置1产生的30-40％含水率的市政污泥与黏土、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂及适量的水分在配料系统2中按照一定配比混合均匀后送往陈化工段3，混合物料经充分陈化后送往窑尾造粒装置4进行造粒，造粒后的生陶粒则从回转窑陶粒烧成装置5窑尾进料口进入，在回转窑内生陶粒与高温烟气接触完成陶粒干燥、煅烧、成结等过程，最后从回转窑出料口排出，排出的高温熟陶粒温度为800℃以上，进入陶粒冷却机6冷却；陶粒冷却机采用负压系统，由送风机8抽取的冷空气作为冷却介质在陶粒冷却机6内将高温陶粒进行冷却，冷却后的陶粒进入陶粒库7贮存；送风机8抽取的空气由陶粒冷却机6出口高温空气和污泥低温真空干化装置1中的真空泵117产生的不凝气构成；回转窑陶粒烧成装置5出口排出的高温烟气温度约为350℃，高温烟气排入蒸汽发生器9回收绝大部分余热后，温度降低至120℃，接着烟气进入一级静电除尘器10，一级静电除尘器10的除尘效率约为85％，捕获的粉尘送往配料系统2，重新回窑烧制陶粒；一级静电除尘器10出口烟气进入氧化塔11，从氧化塔喷入的强氧化剂将窑炉内的NOx和污泥逸散的臭气氧化为高价态可溶性氮氧化物N2O5和N2O3和小分子气态物质，所使用的氧化剂为亚氯酸钠溶液，氧化塔不设置专有反应器，采取烟道直喷的方式；氧化塔11烟道出口连接半干法脱硫塔12，烟气中酸性气体SO2、HCl、N2O5和N2O3被半干法脱硫塔12中喷入的消石灰碱性物质吸收脱除，半干法脱硫塔12出口设置有布袋除尘器13，将烟气中的脱硫灰等颗粒物收集，达标后的烟气经引风机14送往烟囱15排放；半干法脱硫塔12所采用的喷淋工艺水为污泥低温真空干化装置1中乏汽冷凝器本体118产生的冷凝水，干化污泥产生的冷凝水废水送往脱硫塔喷雾降温，可以实现全套系统废水零排放；蒸汽发生器9补给水接口连接给水泵16出口，蒸汽发生器9蒸汽出口连接干化机103轴套蒸汽进口，干化机103轴套疏水出口连接给水泵16入口，通过此套装置可以实现回转窑排放的高温烟气余热利用，全套污泥低温真空干化装置1无需设置额外的热源补充，依靠回转窑排烟废热可实现所需污泥干化，实现系统热量自平衡；
湿污泥仓101出口湿污泥由柱塞泵102送往干化机103干化，干化机103采用全密封结构，干化机103形式为桨叶式干化机，干化机103内干化过程操作温度为80℃，绝对压力为50KPa，真空度约为51Kpa，由于干化机103内为大真空状态，污泥中水分蒸发温度仅为80℃，干化系统效率较常规干化更高，另外，由于是低温干化，污泥内有机质及细胞结构不会被加热破坏，不会影响烧制陶粒的品质；干化后的污泥从干化机103出料口排出进入真空出料全套装置，真空出料过程如下：
1)第一出料阀104、第二出料阀106、第三出料阀108、气平衡阀115、第二抽气阀116、进气阀113均处于关闭状态，缓慢打开第一抽气阀114开始抽第一中间仓105中的空气，延时t1s后关闭第一抽气阀114；
2)缓慢打开第一出料阀104，同时缓慢打开第二抽气阀116，延时t2s后关闭第一出料阀104和第二抽气阀116；
3)缓慢打开气平衡阀115，延时t3s后，打开第二出料阀106，延时t4s后，依次关闭第二出料阀106和气平衡阀115；
4)打开第一抽气阀114，打开进气阀113，延时t5s后关闭；
5)打开第一出料阀104，打开第三出料阀108，延时t6s后关闭；
6)重复步骤2)-步骤5)即可保证干化机内真空度稳定，实现真空出料；出料经星型给料机109、皮带机110、斗提机111送往干污泥仓112储存。
延时时间(t1s、t2s、t3s、t4s、t5s和t6s)均分别为5-30s。
干化机103内污泥蒸发出的乏汽，即包含大量水蒸气和少量吸附在污泥细胞间的不凝结气体CO2、N2、O2等，经干化机103顶部排气口引接至乏汽冷凝器本体118的乏汽进口133；乏汽在首先经过气流均布板122，然后向上流动与喷淋层121喷出的冷却水直接接触，进行强烈传热传质，大量水蒸气在此区域冷凝成水，滴落至塔底冷凝水池135，剩余少部分水蒸气、不凝气及污泥干化过程带出的固体颗粒经过鼓泡持液层，剩余蒸汽全部冷凝，不凝气体经洗涤后，从塔顶不凝气出口119经真空泵117抽出送往送风机8，作为回转窑助燃风的一部分，进窑焚烧，由于不凝气体的连续排出，乏汽冷凝器本体118内可维持稳定的51kPa的真空度；机组在正常运行时，需要保持鼓泡持液层一定的液位高度，并且确保液位时刻稳定，才能实现剩余乏汽在鼓泡持液层内进行充分清洗、冷凝；乏汽冷凝器本体118内真空度为51kPa，折算负压水头约为5.1米，本发明采用在鼓泡持液层底板上方开孔引接一直径为25mm的液位平衡管131，将液位平衡管131另一端插入冷却塔水池130液位以下，依靠塔内负压可将冷却塔水池130内的水送到鼓泡持液层120，由于冷却塔水池130液位基本恒定，塔内负压也基本恒定；因此，只要将持液层液位和冷却塔液位高差控制在5米左右，即可实现持液层内液位时刻稳定；塔底冷凝水池135设有冷凝水出口134，冷凝水经循环泵125一路送往自清洗过滤器126，除去水中的颗粒后送往冷却塔129降温，降温后的冷水落入冷却塔水池130，依靠塔内负压将水池中的冷却水抽吸至喷淋层121，另一路则经过第一旁路阀124回流至布水器123，由于进入的乏汽含有少量灰粒，灰粒会在塔底冷凝水池135堆积，通过布水器123回流的高速水流，可让池底处于“沸腾”状态，减少颗粒堆积；自清洗过滤器126出口设第二旁路阀127，通过此旁路阀开度的大小可以维持冷却塔水池130水位稳定，第二旁路阀127出水则送往废水处理装置128，处理后的废水送往半干法脱硫塔12，作为喷射降温工艺用水；自清洗过滤126和废水处理装置128产生的污泥废水则返回至湿污泥仓101。
污泥低温真空干化装置1产生的30-40％含水率的市政污泥与黏土、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂及适量的水分在配料系统2中按照40:15:15:10:5:5:10配比混合均匀后送往陈化工段3，混合物料经充分陈化后送往窑尾造粒装置4进行造粒，造粒后的生陶粒则从回转窑陶粒烧成装置5窑尾进料口进入，在回转窑内生陶粒与高温烟气接触完成陶粒干燥、煅烧、成结等过程，最后从回转窑出料口排出，排出的高温熟陶粒温度为800℃以上，进入陶粒冷却机6冷却。
陶粒冷却机采用负压系统，由送风机8抽取的冷空气作为冷却介质在陶粒冷却机6内将高温陶粒进行冷却，冷却后的陶粒进入陶粒库7贮存。
送风机8抽取的空气由陶粒冷却机6出口高温空气和污泥低温真空干化装置1中的真空泵117产生的不凝气构成。
回转窑陶粒烧成装置5出口排出的高温烟气温度约为350℃，高温烟气排入蒸汽发生器9回收绝大部分余热后，温度降低至120℃，接着烟气进入一级静电除尘器10，一级静电除尘器10的除尘效率约为85％，捕获的粉尘送往配料系统2，重新回窑烧制陶粒。一级静电除尘器10出口烟气进入氧化塔11，从氧化塔喷入的强氧化剂将窑炉内的NOx和污泥逸散的臭气氧化为高价态可溶性氮氧化物N2O5和N2O3和小分子气态物质，所使用的氧化剂为亚氯酸钠溶液，氧化塔不设置专有反应器，采取烟道直喷的方式。氧化塔11烟道出口连接半干法脱硫塔12，烟气中酸性气体SO2、HCl、N2O5和N2O3被半干法脱硫塔12中喷入的消石灰碱性物质吸收脱除，半干法脱硫塔12出口设置有布袋除尘器13，将烟气中的脱硫灰等颗粒物收集，达标后的烟气经引风机14送往烟囱15排放。
半干法脱硫塔12所采用的喷淋工艺水为污泥低温真空干化装置1中乏汽冷凝器本体118产生的冷凝水，干化污泥产生的冷凝水废水送往脱硫塔喷雾降温，可以实现全套系统废水零排放。
蒸汽发生器9补给水接口连接给水泵16出口，蒸汽发生器9蒸汽出口连接干化机103轴套蒸汽进口，干化机103轴套疏水出口连接给水泵16入口，通过此套装置可以实现回转窑排放的高温烟气余热利用，全套污泥低温真空干化装置1无需设置额外的热源补充，依靠回转窑排烟废热可实现所需污泥干化，实现系统热量自平衡。
湿污泥仓101出口湿污泥由柱塞泵102送往干化机103干化，干化机103采用全密封结构，干化机103形式为桨叶式干化机，干化机103内干化过程操作温度为80℃，绝对压力为50KPa，真空度约为51Kpa，由于干化机103内为大真空状态，污泥中水分蒸发温度仅为80℃，干化系统效率较常规干化更高，另外，由于是低温干化，污泥内有机质及细胞结构不会被加热破坏，不会影响烧制陶粒的品质。
干化后的污泥从干化机103出料口排出进入真空出料全套装置，真空出料过程如下：
1)第一出料阀104、第二出料阀106、第三出料阀108、气平衡阀115、第二抽气阀116、进气阀113均处于关闭状态，缓慢打开第一抽气阀114开始抽第一中间仓105中的空气，延时5s后关闭第一抽气阀114；
2)缓慢打开第一出料阀104，同时缓慢打开第二抽气阀116，延时5s后关闭第一出料阀104和第二抽气阀116；
3)缓慢打开气平衡阀115，延时2s后，打开第二出料阀106，延时5s后，依次关闭第二出料阀106和气平衡阀115；
4)打开第一抽气阀114，打开进气阀113，延时5s后关闭；
5)打开第一出料阀104，打开第三出料阀108，延时5s后关闭；
6)重复步骤2)-步骤5)即可保证干化机内真空度稳定，实现真空出料。出料经星型给料机109、皮带机110、斗提机111送往干污泥仓112储存。
干化机103内污泥蒸发出的乏汽，即包含大量水蒸气和少量吸附在污泥细胞间的不凝结气体CO2、N2、O2等，经干化机103顶部排气口引接至乏汽冷凝器本体118的乏汽进口133。
乏汽在首先经过气流均布板122，然后向上流动与喷淋层121喷出的冷却水直接接触，进行强烈传热传质，大量水蒸气在此区域冷凝成水，滴落至塔底冷凝水池135，剩余少部分水蒸气、不凝气及污泥干化过程带出的固体颗粒经过鼓泡持液层，剩余蒸汽全部冷凝，不凝气体经洗涤后，从塔顶不凝气出口119经真空泵117抽出送往送风机8，作为回转窑助燃风的一部分，进窑焚烧，由于不凝气体的连续排出，乏汽冷凝器本体118内可维持稳定的51kPa的真空度。机组在正常运行时，需要保持鼓泡持液层一定的液位高度，并且确保液位时刻稳定，才能实现剩余乏汽在鼓泡持液层内进行充分清洗、冷凝。乏汽冷凝器本体118内真空度为51kPa，折算负压水头约为5.1米，本实例采用在鼓泡持液层底板上方开孔引接一直径为25mm的液位平衡管131，将液位平衡管131另一端插入冷却塔水池130液位以下，依靠塔内负压可将冷却塔水池130内的水送到鼓泡持液层120，由于冷却塔水池130液位基本恒定，塔内负压也基本恒定。因此，只要将持液层液位和冷却塔液位高差控制在5米左右，即可实现持液层内液位时刻稳定。
塔底冷凝水池135设有冷凝水出口134，冷凝水经循环泵125一路送往自清洗过滤器126，除去水中的颗粒后送往冷却塔129降温，降温后的冷水落入冷却塔水池130，依靠塔内负压将水池中的冷却水抽吸至喷淋层121，另一路则经过第一旁路阀124回流至布水器123，由于进入的乏汽含有少量灰粒，灰粒会在塔底冷凝水池135堆积，通过布水器123回流的高速水流，可让池底处于“沸腾”状态，减少颗粒堆积。
自清洗过滤器126出口设第二旁路阀127，通过此旁路阀开度的大小可以维持冷却塔水池130水位稳定，第二旁路阀127出水则送往废水处理装置128，处理后的废水送往半干法脱硫塔12，作为喷射降温工艺用水。自清洗过滤126和废水处理装置128产生的污泥废水则返回至湿污泥仓101。
实施例一
下面结合某10万方/年陶粒烧成生产线配1套污泥低温真空干化装置为例，具体的设计工况主要参数如下。
单台陶粒烧成主系统主要工艺参数：
陶粒烧成系统产能：10万方/年；
废轮胎、废橡胶耗量：1950kg/h(废轮胎w％：废橡胶w％＝4:6)；
回转窑出口烟气量：17550Nm3/h；
回转窑排烟温度：375℃
物料添加比例：干化污泥(40％)、黏土、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂、水分按照14.4:15:25:20:5:5:15.6；
配料系统耗水量：2.03t/h
蒸汽发生器后烟气温度：120℃；
半干法脱硫塔后烟气温度：65℃；
最终排烟温度：64℃；
蒸汽发生器蒸发量：1.88t/h；
蒸汽参数：130℃、0.17Mpa；
污泥低温真空干化系统：
污泥处理能力：90t/d；
污泥含水率：70％；
干污泥含水率：40％；
干污泥产量：45t/d；
外排水量：1.875t/h；
半干法脱硫塔耗水量：0.53t/h；
氧化剂种类：20％亚氯酸钠溶液；
氧化剂喷射量：50L/h；
实施例二
下面结合某2×10万方/年陶粒烧成生产线配1套污泥低温真空干化装置为例(即2拖1方案，回收2台窑废热，用于1套低温真空干化装置)，具体的设计工况主要参数如下。
单台陶粒烧成主系统主要工艺参数：
陶粒烧成系统产能：20万方/年；
废轮胎、废橡胶耗量：3950kg/h(废轮胎w％：废橡胶w％＝4:6)；
回转窑出口烟气量：36000Nm3/h；
回转窑排烟温度：360℃
2条回转窑物料添加比例：
干化污泥(40％)、黏土、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂、水分按照7:20:20:20:5:5:23；
配料系统总共耗水量：2.79t/h
蒸汽发生器后烟气温度：200℃；
半干法脱硫塔后烟气温度：65℃；
最终排烟温度：64℃；
2台蒸汽发生器总蒸发量：3.37t/h；
蒸汽参数：130℃、0.17Mpa；
污泥低温真空干化系统：
污泥处理能力：120t/d；
污泥含水率：80％；
干污泥含水率：40％；
干污泥产量：40t/d；
外排水量：3.33t/h；
2台半干法脱硫塔耗水量：2690kg/h；
氧化剂种类：20％亚氯酸钠溶液；
氧化剂喷射量：100L/h；
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (7)

1.基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统，其特征在于：包括污泥低温真空干化装置（1）、配料系统（2）、陈化工段（3）、造粒装置（4）、回转窑烧成装置（5）、陶粒冷却机（6）、陶粒库（7）、送风机（8）、蒸汽发生器（9）、一级静电除尘器（10）、氧化塔（11）、半干法脱硫塔（12）、布袋除尘器（13）、引风机（14）、烟囱（15）、给水泵（16）；所述的污泥低温真空干化装置（1）产生的干污泥与碳酸钙、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂在配料系统（2）中混合配料，然后送往陈化工段（3）进行陈化，接着将陈化后物料通过造粒装置（4）进行造粒，造粒后物料送往回转窑烧成装置（5）进行陶粒烧成；回转窑烧成装置（5）出口与陶粒冷却机（6）相连，陶粒冷却机（6）出料与陶粒库（7）相连；陶粒冷却机（6）高温出风口与送风机（8）入口相连，送风机（8）出口则和回转窑烧成装置（5）补风口相连；回转窑烧成装置（5）高温尾气出口依次连接蒸汽发生器（9）、一级静电除尘器（10）、氧化塔（11）、半干法脱硫塔（12）、布袋除尘器（13）、引风机（14）、烟囱（15）；一级静电除尘器（10），捕获的底灰送往配料系统（2）与物料混合配料；
所述的污泥低温真空干化装置（1），包含湿污泥仓（101）、鼓泡持液层（120）、喷淋层（121）、气流均布板（122）、布水器（123）、第一旁路阀（124）、液位平衡管（131）、风帽（132）、乏汽进口（133）、冷凝水出口（134）、塔底冷凝水池（135）；所述的湿污泥仓（101）底部与柱塞泵（102）入口相连，柱塞泵（102）出口与干化机（103）湿污泥入口相连，干化机（103）干污泥出口与第一出料阀（104）相连，第一出料阀（104）与第一中间仓（105）入口相连，第一中间仓（105）出口与第二出料阀（106）相连，第二出料阀（106）与第二中间仓（107）入口相连，第二中间仓（107）出口与第三出料阀（108）相连，第三出料阀（108）出口依次连接星型给料机（109）、皮带机（110）、斗提机（111）和干污泥仓（112）；所述的干化机（103）乏汽出口与乏汽冷凝器本体（118）乏汽进口相连；所述的气流均布板（122），气流均布板由孔板拼接而成，孔板开孔为菱形结构。
2.根据权利要求1所述的基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统，其特征在于：所述的乏汽冷凝器本体（118）凝结水出口与循环泵（125）入口相连，循环泵（125）出口与自清洗过滤器（126）相连，循环泵（125）出口回流一部分凝结水，回流管与布水器（123）进口相连，自清洗过滤器（126）出水口与冷却塔（129）相连，冷却塔（129）下方冷却塔水池（130）出水口与喷淋层（121）入口相连；自清洗过滤器（126）出口旁路与第二旁路阀（127）相连，第二旁路阀（127）与废水处理装置（128）相连，废水处理装置（128）净水出口与半干法脱硫塔（12）相连，自清洗过滤器（126）反冲洗水排污口、废水处理装置（128）排泥口均与湿污泥仓（101）相连；乏汽冷凝器本体（118）不凝气出口与真空泵（117）入口相连，真空泵（117）出口与送风机（8）入口相连；干化机（103）蒸汽入口与蒸汽发生器（9）蒸汽出口相连，干化机（103）疏水出口与给水泵（16）相连，给水泵（16）出口与蒸汽发生器（9）上水口相连。
3.根据权利要求2所述的基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统，其特征在于：所述的第一中间仓（105）和第二中间仓（107）上部空间设置有排气口，第一中间仓（105）和第二中间仓（107）排气口用管路相连，管路上设置有气平衡阀（115），两个排气口又分别连接第一抽气阀（114）和第二抽气阀（116），第一抽气阀（114）和第二抽气阀（116）出口管线合并后与真空泵（117）入口相连；第二中间仓（107）上部空间还设置有进气孔，进气孔连接有进气阀（113）。
4.根据权利要求3所述的基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统，其特征在于：所述的乏汽冷凝器本体（118），包含有乏汽进口（133）、冷凝水出口（134）、不凝气出口（119）、塔底冷凝水池（135）、鼓泡持液层（120）、喷淋层（121）、气流均布板（122）、布水器（123）；乏汽冷凝器本体（118）结构从上往下依次为不凝气出口（119）、鼓泡持液层（120）、喷淋层（121）、气流均布板（122）、乏汽进口（133）、布水器（123）、冷凝水出口（134）和塔底冷凝水池（135）。
5.根据权利要求4所述的基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统，其特征在于：所述的布水器（123），包含有母管（123-1）、支管（123-2）、喷嘴（123-3），喷嘴（123-3）为剖口短管，短管与所连支管（123-2）的夹角为锐角，喷嘴（123-3）间距为500-800mm。
6.权利要求1-5中任意一项所述的基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：所述的污泥低温真空干化装置（1）产生的30-40%含水率的市政污泥与黏土、粉煤灰、煤矸石、除尘器底灰、固结剂及适量的水分在配料系统（2）中按照一定配比混合均匀后送往陈化工段（3），混合物料经充分陈化后送往窑尾造粒装置（4）进行造粒，造粒后的生陶粒则从回转窑烧成装置（5）窑尾进料口进入，在回转窑内生陶粒与高温烟气接触完成陶粒干燥、煅烧、成结过程，最后从回转窑出料口排出，进入陶粒冷却机（6）冷却；陶粒冷却机采用负压系统，由送风机（8）抽取的冷空气作为冷却介质在陶粒冷却机（6）内将高温陶粒进行冷却，冷却后的陶粒进入陶粒库（7）贮存；送风机（8）抽取的空气由陶粒冷却机（6）出口高温空气和污泥低温真空干化装置（1）中的真空泵（117）产生的不凝气构成；高温烟气排入蒸汽发生器（9）回收绝大部分余热后，接着烟气进入一级静电除尘器（10）；一级静电除尘器（10）出口烟气进入氧化塔（11）；氧化塔（11）烟道出口连接半干法脱硫塔（12），半干法脱硫塔（12）出口设置有布袋除尘器（13），将烟气中的脱硫灰颗粒物收集，达标后的烟气经引风机（14）送往烟囱（15）排放。
7.根据权利要求6所述的基于污泥低温真空干化装置的陶粒烧成系统的方法，其特征在于，所述的污泥低温真空干化装置（1）的真空出料过程如下：
1）第一出料阀（104）、第二出料阀（106）、第三出料阀（108）、气平衡阀（115）、第二抽气阀（116）、进气阀（113）均处于关闭状态，缓慢打开第一抽气阀（114）开始抽第一中间仓（105）中的空气，延时t1s后关闭第一抽气阀（114）；
2）缓慢打开第一出料阀（104），同时缓慢打开第二抽气阀（116），延时t2s后关闭第一出料阀（104）和第二抽气阀（116）；
3）缓慢打开气平衡阀（115），延时t3s后，打开第二出料阀（106），延时t4s后，依次关闭第二出料阀（106）和气平衡阀（115）；
4）打开第一抽气阀（114），打开进气阀（113），延时t5s后关闭；
5）打开第一出料阀（104），打开第三出料阀（108），延时t6s后关闭；
6）重复步骤2）-步骤5）即可保证干化机内真空度稳定，实现真空出料；出料经星型给料机（109）、皮带机（110）、斗提机（111）送往干污泥仓（112）储存。
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