CN114853312B - 一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统及方法，利用活性炭制备产生的可燃气作为辅助燃料，与干化后的污泥一同焚烧，利用焚烧后的高温烟气同时为活性炭制备的烘干过程、碳化过程及活化过程供热，并且利用余热锅炉与高温烟气换热产生的蒸汽作为污泥干化热源及活性炭活化的活化剂。该系统实现了活性炭制备与污泥焚烧的多过程深层次的耦合。将污泥储仓抽气及干化机尾气送入焚烧炉焚烧，实现了污泥臭气的无害化处理。污泥成分复杂，燃烧烟气中含有重金属，二噁英等有害物质，烟气净化过程中可利用系统所生产的活性炭进行吸附净化，多余活性炭可外销盈利。

Description

一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统及方法
技术领域
本发明涉及活性炭制备技术和污泥焚烧处置技术领域，尤其是一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统及方法。
背景技术
污泥作为污水处理产生的二次污染物，富含微生物、难降解有机物、盐类、重金属及其他一些有害物质，并伴有恶臭，若不经过无害化处理，将对环境造成二次污染。由于污泥含水率高、体积庞大，传统的污泥处置方式如填埋、堆肥等方式已无法适应国内用地需求。污泥干化焚烧成为处置污泥的主流技术路线之一。污泥含水率极高，必须经过干化之后才可进行焚烧处理，污泥干化需要消耗大量的能量，粗略估算仅靠污泥焚烧产生的热量仅能满足50%左右的需求，需要靠外部能源来补充。目前污泥焚烧处置工艺利用的辅助燃料主要是天然气或者柴油等，这些都需要从市场购买，每年采购费用非常可观，大大增加污泥焚烧处置的运行成本。
活性炭作为一种环保耗材，在化工、医药、环保等领域应用广泛，每年需求量巨大。而活性炭的生产过程中会产生大量的可燃气，焦油等物质，这些物质所含有的能量远超出活性炭生产所需，但是活性炭生产过程中通常将这些可燃物直接燃烧，为活性炭生产提供热量，剩余的热量往往得不到很好的利用，最终白白浪费。
公开号为CN110835225A的专利为一种活性炭制备协同污泥干化的装置和方法，包括活性炭生产系统及污泥干化系统，其中活性炭生产系统包括碳化炉、活化炉、二燃室、余热锅炉、烟气净化系统，污泥干化系统包括污泥供给装置、污泥干燥机和焚烧炉。活性炭生产系统中余热锅炉产生的蒸汽除用于活化炉之外，剩余蒸汽作为干燥热源用于污泥干燥机，实现活性炭生产过程过剩能量的利用。将污泥干燥机产生的干燥气通入活化炉以实现干燥气的无害化处理。
CN110835225A的技术方案中活性炭生产及污泥干化处理实为两条独立完整的生产线，系统投资成本高。活性炭生产线过剩的蒸汽量有限，仅利用该部分能量进行污泥干化，大大限制了污泥干化系统产能。干燥机的尾气虽含有大量水蒸气，但是同时也含有大量空气，若送入活化炉处理，将使得活化炉中物料烧蚀率增加，降低活性炭产率。干化后的污泥热值依然比较低，单独焚烧存在困难，仍需投加辅助燃料才可燃烧。
现有污泥焚烧技术需购买补充大量的辅助燃料，增加污泥焚烧处置的成本。现有的活性炭生产工艺过程存在的大量的能量浪费。已公开的活性炭与污泥耦合技术在活性炭生产系统和污泥干化处理系统的耦合方式上并没有深入研究，容易出现下述问题：两系统设备相对独立，存在重复性的设备，使得系统投资运行成本高昂；污泥干化所需热量巨大，仅靠活性炭生产线余热，限制了污泥干化系统的产能；两系统耦合程度较低，系统能量及设备利用率低等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统及方法，利用活性炭制备产生的可燃气作为辅助燃料，与干化后的污泥一同焚烧，利用焚烧后的高温烟气同时为活性炭制备的物料烘干过程、碳化过程及活化过程供热，并且利用余热锅炉与高温烟气换热产生的蒸汽作为污泥干化热源及活性炭活化的活化剂。该系统实现了活性炭制备与污泥焚烧的多过程深层次的耦合。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统，包括污泥储仓、污泥干化机、污泥焚烧炉、余热锅炉、冷凝换热器、空气预热器、高温空气预热器、蒸汽管道、空气管道、烟气管道、热解气管道、烘干炉、碳化炉、活化炉和原料仓；污泥储仓、污泥干化机和污泥焚烧炉依次通过运输设备连接；原料仓、烘干炉、碳化炉和活化炉通过运输设备依次连接；余热锅炉、污泥干化机和污泥储仓依次通过蒸汽管道连接，污泥储仓与余热锅炉之间还通过蒸汽管道直接连接，余热锅炉与活化炉通过蒸汽管道连接；污泥储仓和污泥干化机通过空气管道共同连接于冷凝换热器的进气口，冷凝换热器的出气口、空气预热器、高温空气预热器和污泥焚烧炉的进气口依次通过空气管道连接；污泥焚烧炉的出气口分别与高温空气预热器的进气口、碳化炉的进气口和活化炉的进气口通过烟气管道连接；高温空气预热器的出气口、碳化炉的出气口和活化炉的出气口通过烟气管道共同连接于余热锅炉的进气口，余热锅炉的出气口分别通过烟气管道连接烘干炉和烟气排出口，烘干炉的出气口与烟气排出口通过烟气管道连接；活化炉和碳化炉通过热解气管道共同连接于空气预热器上，且空气预热器与污泥焚烧炉通过热解气管道连接。
作为本发明的进一步优选，污泥储仓与余热锅炉之间还通过蒸汽管道直接连接。
作为本发明的进一步优选，还包括烟气净化装置，余热锅炉的出气口和烘干炉的出气口共同连接于烟气净化装置上。
作为本发明的进一步优选，还包括4台风机，风机分别设置于空气预热器与高温空气预热器之间的空气管道上，余热锅炉出口与烘干炉入口之间的烟气管道上，空气预热器与污泥焚烧炉之间的热解气管道上，碳化炉、活化炉出口与余热锅炉入口之间的烟气管道上。
作为本发明的进一步优选，所述运输设备为转运车或输送带。
作为本发明的进一步优选，余热锅炉与活化炉通过蒸汽管道连接。
作为本发明的进一步优选，碳化炉和活化炉采用外热式回转炉。
作为本发明的进一步优选，烘干炉采用内热式回转炉。
一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置方法，步骤（1）、经挤压脱水之后的湿污泥存储于污泥储仓，并在污泥储仓内进一步发酵，之后通过运输设备污泥进入污泥干化机；此时余热锅炉中的蒸汽通过蒸汽管道流向污泥干化机，污泥干化机利用蒸汽作为热源进行污泥干化；蒸汽在污泥干化机放热后以汽水混合物的状态通过蒸汽管道流入污泥储仓，为污泥储仓供热，供热后的回水通过蒸汽管道回流至余热锅炉。
作为本发明的进一步优选，还包括步骤（2）、在步骤（1）中干化后的污泥通过输送设备运输至污泥焚烧炉，同时活化炉和碳化炉中产生的热解气通过热解气管道输送至空气预热器，与空气预热器内的空气进行换热，降温后的热解气通过热解气管道输送至污泥焚烧炉作为辅助燃料。
作为本发明的进一步优选，还包括步骤（3）、污泥储仓和干化机内的空气通过空气管道流向污泥焚烧炉，在空气经过冷凝换热器除湿之后，与外界空气混合后依次经过空气预热器和高温空气预热器加热后进入污泥焚烧炉，热解气、干化污泥和空气共同在污泥焚烧炉内燃烧形成高温烟气。
作为本发明的进一步优选，还包括步骤（4）、污泥焚烧炉的出气口的高温烟气分为三部分，第一部分通过烟气管道通往碳化炉，为碳化过程供热，碳化炉中产生的碳化料通过运输设备进入活化炉进行活化；第二部分通往活化炉，为活性炭的活化过程供热，活化炉利用余热锅炉产生的蒸汽作为活化剂进行活化产生活性炭；第三部分通往高温空气预热器，对空气进行二次预热，供焚烧炉使用；之后三部分高温烟气共同进入余热锅炉换热，产生蒸汽；余热锅炉出口烟气抽取部分或者全部通入烘干炉，烘干炉接收原料仓的原料并进行烘干，之后送往烟气净化装置，净化达标后排放。
本发明具有如下有益效果：
1、活性炭生产与污泥焚烧处置深度耦合，共用污泥焚烧炉、余热锅炉及烟气净化系统等，有效降低了设备投资运行成本。
2、利用活性炭生产产生的可燃气作为污泥焚烧的辅助燃料，既实现了活性炭生产工艺过剩能量的高效利用，又解决了污泥焚烧工艺需外购辅助燃料产生高昂运行成本的问题。
3、利用高温烟气为活性炭生产提供热量，并且利用换热后的烟气产生蒸汽供污泥干化和活性炭活化，实现了能量的梯级利用，提高能量利用率。
4、利用干化机内换热后的蒸汽凝结水为污泥储仓供热，实现能量梯级利用的同时，为污泥的发酵脱水提供了良好的环境，有利于污泥干化。
5、将污泥储仓抽气及干化机尾气送入焚烧炉焚烧，实现了污泥臭气的无害化处理。
6.污泥成分复杂，燃烧烟气中含有重金属，二噁英等有害物质，烟气净化过程中可利用系统所生产的活性炭进行吸附净化，多余活性炭可外销盈利。
本申请与CN110835225A有以下不同：本申请中将活性炭制备系统与污泥干化焚烧系统进行深度耦合，两系统共用焚烧炉、余热锅炉、烟气净化系统等，利用活性炭制备过程中产生的可燃气作为污泥焚烧过程的辅助燃料，利用余热锅炉产生的蒸汽作为污泥干化热源及活性炭活化过程活化剂，将污泥干燥机尾气、污泥储仓换气以及活性炭生产线物料烘干炉尾气进行除湿后作为焚烧炉配风，最终焚烧炉的烟气通过烟气净化系统处理后排放。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中有：1.污泥储仓；2.污泥干化机；3.污泥焚烧炉；4.高温空气预热器；5.余热锅炉；6.烘干炉；7.碳化炉；8.活化炉；9.冷凝换热器；10.空气预热器；11.烟气净化装置；12.原料仓；13.蒸汽管道；14.空气管道；15.烟气管道；16.热解气管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统，包括污泥储仓1、污泥干化机2、污泥焚烧炉3、余热锅炉5、冷凝换热器9、空气预热器10、高温空气预热器4、蒸汽管道13、空气管道14、烟气管道15、热解气管道16、烘干炉6、碳化炉7、活化炉8和原料仓12；污泥储仓1、污泥干化机2和污泥焚烧炉3依次通过运输设备连接；原料仓12、烘干炉6、碳化炉7和活化炉8通过运输设备依次连接。运输设备优选为转运车或传送带，将污泥或活性炭原料等材质进行转运至下一个进程的场地。
余热锅炉5、污泥干化机2和污泥储仓1依次通过蒸汽管道13连接；余热锅炉5与与活化炉8通过蒸汽管道13连接，污泥储仓1与余热锅炉5之间还通过蒸汽管道13直接连接。污泥储仓1和污泥干化机2通过空气管道14共同连接于冷凝换热器9的进气口，冷凝换热器9的出气口、空气预热器10、高温空气预热器4和污泥焚烧炉3的进气口依次通过空气管道14连接。
污泥焚烧炉3的出气口分别与高温空气预热器4的进气口、碳化炉7的进气口和活化炉8的进气口通过烟气管道15连接；高温空气预热器4的出气口、碳化炉7的出气口和活化炉8的出气口通过烟气管道15共同连接于余热锅炉5的进气口，余热锅炉5的出气口分别通过烟气管道15连接烘干炉6和烟气排出口，烘干炉6的出气口与烟气排出口通过烟气管道15连接。
活化炉8和碳化炉7通过热解气管道16共同连接于空气预热器10上，且空气预热器10与污泥焚烧炉3还通过热解气管道16连接。碳化炉7和活化炉8采用外热式回转炉。烘干炉6采用内热式回转炉。
还包括烟气净化装置11，余热锅炉5的出气口和烘干炉6的出气口共同连接于烟气净化装置11上。对余热锅炉5和烘干炉6中的烟气进行净化，净化达标后排放。冷凝换热器9对污泥储仓1及干化机尾气冷凝除湿产生的废水由于含有有机物及有害物质，可与烟气净化系统中产生的废水一同送往污水处理站进行处理。
还包括4台风机，风机分别设置于空气预热器10与高温空气预热器4之间的空气管道14上；余热锅炉5出口与烘干炉6入口之间的烟气管道15上；空气预热器10与污泥焚烧炉3之间的热解气管道16上；碳化炉7、活化炉8出口与余热锅炉入口之间的烟气管道15上。便于将空气、烟气和热解气抽出。
一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置方法，步骤（1）、经挤压脱水之后的湿污泥存储于污泥储仓1，并在污泥储仓1内进一步发酵，之后通过运输设备使污泥进入污泥干化机2；此时余热锅炉5中的蒸汽通过蒸汽管道13流向污泥干化机2，蒸汽在污泥干化机2内作为热源进行污泥干化；蒸汽在污泥干化机2放热后以汽水混合物的状态通过蒸汽管道13流入污泥储仓1，为污泥储仓1供热，供热后的回水通过蒸汽管道13回流至余热锅炉5继续加热循环利用。
还包括步骤（2）、在步骤（1）中干化后的污泥通过输送设备运输至污泥焚烧炉3，同时活化炉8和碳化炉7中产生的热解气通过热解气管道16输送至空气预热器10，与空气预热器10内的空气进行换热，将空气升温，降温后的热解气通过热解气管道16输送至污泥焚烧炉3作为燃料。
还包括步骤（3）、污泥储仓1和污泥干化机2内的空气通过空气管道14流向污泥焚烧炉3，在空气经过冷凝换热器9除湿之后，与外界空气混合后依次经过空气预热器10和高温空气预热器4加热后进入污泥焚烧炉3，热解气、干化污泥和空气共同在污泥焚烧炉3内燃烧形成高温烟气。
还包括步骤（4）、污泥焚烧炉3的出气口的高温烟气分为三部分，第一部分通过烟气管道15通往碳化炉7，为碳化过程供热，碳化炉7中产生的碳化料通过运输设备进入活化炉8进行活化；
第二部分通往活化炉8，为活性炭的活化过程供热，活化炉8利用余热锅炉5产生的蒸汽作为活化剂进行活化产生活性炭；第三部分通往高温空气预热器4，对空气进行二次预热，供污泥焚烧炉3使用；之后三部分高温烟气共同进入余热锅炉5换热，产生蒸汽；余热锅炉5出口烟气抽取部分或者全部通入烘干炉6，烘干炉6接收原料仓12的原料并进行烘干，之后送往烟气净化装置11，烟气净化装置11为现有技术，净化达标后排放。
本发明将活性炭生产与污泥焚烧处置深度耦合，共用焚烧炉、余热锅炉及烟气净化系统等，有效降低了设备投资运行成本。且利用活性炭生产产生的可燃气作为污泥焚烧的辅助燃料，既实现了活性炭生产工艺过剩能量的高效利用，又解决了污泥焚烧工艺需外购辅助燃料产生高昂运行成本的问题。利用高温烟气为活性炭生产提供热量，并且利用换热后的烟气产生蒸汽供污泥干化和活性炭活化，实现了能量的梯级利用，提高能量利用率。利用干化机内换热后的蒸汽凝结水为污泥储仓供热，实现能量梯级利用的同时，为污泥的发酵脱水提供了良好的环境，有利于污泥干化。将污泥储仓抽气及污泥干化机尾气送入污泥焚烧炉焚烧，实现了污泥臭气的无害化处理。污泥成分复杂，燃烧烟气中含有重金属，二噁英等有害物质，烟气净化过程中可利用系统所生产的活性炭进行吸附净化，多余活性炭可外销盈利。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统，其特征在于：包括污泥储仓（1）、污泥干化机（2）、污泥焚烧炉（3）、余热锅炉（5）、冷凝换热器（9）、空气预热器（10）、高温空气预热器（4）、蒸汽管道（13）、空气管道（14）、烟气管道（15）、热解气管道（16）、烘干炉（6）、碳化炉（7）、活化炉（8）和原料仓（12）；污泥储仓（1）、污泥干化机（2）和污泥焚烧炉（3）依次通过运输设备连接；原料仓（12）、烘干炉（6）、碳化炉（7）和活化炉（8）通过运输设备依次连接；
余热锅炉（5）、污泥干化机（2）和污泥储仓（1）依次通过蒸汽管道（13）连接，污泥储仓（1）与余热锅炉（5）之间还通过蒸汽管道（13）直接连接，余热锅炉（5）与活化炉（8）通过蒸汽管道（13）连接；
污泥储仓（1）和污泥干化机（2）通过空气管道（14）共同连接于冷凝换热器（9）的进气口，冷凝换热器（9）的出气口、空气预热器（10）、高温空气预热器（4）和污泥焚烧炉（3）的进气口依次通过空气管道（14）连接；
污泥焚烧炉（3）的出气口分别与高温空气预热器（4）的进气口、碳化炉（7）的进气口和活化炉（8）的进气口通过烟气管道（15）连接；高温空气预热器（4）的出气口、碳化炉（7）的出气口和活化炉（8）的出气口通过烟气管道（15）共同连接于余热锅炉（5）的进气口，余热锅炉（5）的出气口分别通过烟气管道（15）连接烘干炉（6）和烟气排出口，烘干炉（6）的出气口与烟气排出口通过烟气管道（15）连接；
活化炉（8）和碳化炉（7）通过热解气管道（16）共同连接于空气预热器（10）上，且空气预热器（10）与污泥焚烧炉（3）通过热解气管道（16）连接。
2.根据权利要求1所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统，其特征在于：碳化炉（7）和活化炉（8）采用外热式回转炉。
3.根据权利要求2所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统，其特征在于：烘干炉（6）采用内热式回转炉。
4.根据权利要求2所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统，其特征在于：还包括烟气净化装置（11），余热锅炉（5）的出气口和烘干炉（6）的出气口共同连接于烟气净化装置（11）上。
5.根据权利要求1所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统，其特征在于：还包括4台风机，风机分别设置于空气预热器（10）与高温空气预热器（4）之间的空气管道（14）上；余热锅炉（5）出口与烘干炉（6）入口之间的烟气管道（15）上；空气预热器（10）与污泥焚烧炉（3）之间的热解气管道（16）上；碳化炉（7）、活化炉（8）出口与余热锅炉入口之间的烟气管道（15）上。
6.根据权利要求1所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统，其特征在于：所述运输设备为转运车或输送带。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统的处置方法，其特征在于：
步骤（1）、经挤压脱水之后的湿污泥存储于污泥储仓（1），并在污泥储仓（1）内进一步发酵，之后通过运输设备污泥进入污泥干化机（2）；此时余热锅炉（5）中的蒸汽通过蒸汽管道（13）流向污泥干化机（2），蒸汽在污泥干化机（2）内作为热源进行污泥干化；蒸汽在污泥干化机（2）放热后以汽水混合物的状态通过蒸汽管道（13）流入污泥储仓（1），为污泥储仓（1）供热，供热后的回水通过蒸汽管道（13）回流至余热锅炉（5）。
8.根据权利要求7所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统的处置方法，其特征在于：还包括步骤（2）、在步骤（1）中干化后的污泥通过输送设备运输至污泥焚烧炉（3），同时活化炉（8）和碳化炉（7）中产生的热解气通过热解气管道（16）输送至空气预热器（10），与空气预热器（10）内的空气进行换热，降温后的热解气通过热解气管道（16）输送至污泥焚烧炉（3）作为辅助燃料。
9.根据权利要求8所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统的处置方法，其特征在于：还包括步骤（3）、污泥储仓（1）臭气和污泥干化机（2）尾气通过空气管道（14）流向污泥焚烧炉（3），在经过冷凝换热器（9）除湿之后，与外界空气混合后依次经过空气预热器（10）和高温空气预热器（4）加热后进入污泥焚烧炉（3），热解气、干化污泥和空气共同在污泥焚烧炉（3）内燃烧形成高温烟气。
10.根据权利要求9所述的一种活性炭制备耦合污泥焚烧处置系统的处置方法，其特征在于：还包括步骤（4）、污泥焚烧炉（3）出口的高温烟气分为三部分，第一部分通过烟气管道（15）通往碳化炉（7），为碳化过程供热，碳化炉（7）中产生的碳化料通过运输设备进入活化炉（8）进行活化；
第二部分通往活化炉（8），为活性炭的活化过程供热，活化炉（8）同时利用余热锅炉（5）产生的蒸汽作为活化剂进行活化产生活性炭；
第三部分通往高温空气预热器（4），对空气进行二次预热，供焚烧炉使用；之后三部分高温烟气共同进入余热锅炉（5）换热，产生蒸汽；余热锅炉（5）出口烟气抽取部分或者全部通入烘干炉（6），烘干炉（6）接收原料仓（12）的原料并进行烘干，之后送往烟气净化装置（11），净化达标后排放。
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