CN115159810B - 一种低能耗的污泥干化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低能耗的污泥干化系统，包括湿污泥仓，所述湿污泥仓的出口与预干化装置的入口连接，所述预干化装置的出口与污泥干化机的污泥入口连接，所述污泥干化机的尾气出口与旋风分离器入口连接，所述污泥干化机的污泥出口、所述旋风分离器的底部粉尘出口均与干污泥仓的入口连接，所述旋风分离器的顶部气体出口与降温除湿装置的气体入口连接。本发明不仅通过预干化装置将污泥干化机尾气余热用于干化污泥，而且利用预干化装置的空预器回收蒸发罐内的冷凝水热量将空气加热后送入污泥干化机，降低了蒸汽消耗量，大幅度地提高了污泥干化工艺的能量利用率，降低了污泥干化运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及污泥干化处理技术领域，具体来说，涉及一种低能耗的污泥干化系统。
背景技术
据统计，我国污水处理率已超过90%，但污水处理后产生的污泥处理率不高。2019年我国城镇湿污泥产生量接近6325万吨，是2010年污泥产量的近2倍，近10年平均复合增长率高达7.6%。污泥中富集的大量氮、磷等营养物质以及有机物、病毒微生物、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质，对生态环境造成的严重压力。
常见的污泥处理方式有卫生填埋、厌氧消化、堆肥、焚烧。湿污泥含水率往往大大高于普通生活垃圾卫生填埋场所要求的60%含水率，而且各地方面临着无处填埋的窘境；厌氧消化存在运营成本高，安全隐患大，容易产生大量沼渣，需多次处理，且占地比较大的问题；堆肥中由于污泥泥质不稳定，重金属难以稳定化，只能用作园林绿化用肥，同时堆肥过程产生大量的臭气，会污染周边环境，需加入大量秸秆等调理剂，进行不断供氧。上述三种处理方式已经逐渐满足不了逐渐快速增长的污泥处理量需求。目前，以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积，同时可以回收污泥的能量。
目前污水处理厂的污泥经过浓缩和机械脱水处理后仍有较高的含水率，一般都在60%～80%。没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且在能耗上、建设投资上也是极不经济的。因此无论采用污泥单独焚烧方式还是协同焚烧方式，都需要对污泥进行干化处理，把脱水污泥中的水分进一步蒸发去除。
目前应用最广泛的污泥热干化方式是蒸汽干化。在设备运行能耗方面，采用蒸汽干化工艺吨污泥从含水率80%降低至40%的蒸汽消耗量高达0.8～1.2吨，吨污泥的干化能耗较高。其所消耗的热量中，污泥水分蒸发吸收热量占比为91.87%，污泥干燥升温吸收热量占比为1.64%，载气升温吸收热量占比为3.06%，整个系统辐射消耗的热量为3.43%。根据热力学第一定律，除系统设备散失掉的部分热量外，污泥干化系统消耗的绝大部分热量都转移到了污泥干化机尾气中，然后经过降温除湿流程后或送入锅炉焚烧或经过除臭流程后外排，而干化机降温除湿流程中的能量并未得到有效回收利用，造成了能量的大量浪费。
CN101708939A公布了一种利用系统余热的污泥干化焚烧处理系统，利用焚烧炉的炉渣和烟气等低品位余热用于污泥干化，节省了部分蒸汽用量。但是炉渣与湿污泥混合后一同进入焚烧炉焚烧降低了焚烧炉的污泥处理能力，烟气在与湿污泥直接接触后，温度急剧降低、湿度大幅度增加，低温高湿的烟气进入除尘器，设备长期运行后容易导致布袋堵塞，影响设备稳定运行。
CN110748899A公布了一种考虑余热利用的燃煤耦合污泥干化焚烧系统和方法，将污泥干化和燃煤电站锅炉两种工艺耦合起来，一方面增设一套背压发电系统，燃煤锅炉产生的蒸汽先经过背压蒸汽轮机发电降温降压变成低温低压的蒸汽后用于污泥干化的热源，同时在污泥干化机下游增设余热利用系统回收干化机尾气的余热用于加热锅炉凝结水，减少汽轮机的抽汽消耗。该方法一定意义上实现了污泥干化的余热利用，但是燃煤电站锅炉运行相对稳定，污泥干化与其过度耦合运行后会对锅炉运行的稳定性带来干扰，而且由于需要增设一套背压发电系统，使得该方法的投资成本很高。
CN113606781A公布了一种用于污泥干化系统的冷凝热回收热泵热水系统。通过冷凝热回收装置将干化机尾气中水蒸气的冷凝热回收加热热水，通过热泵系统回收干化机冷凝后的尾气显热，用于二次加热热水。加热产生的热水储存在热水箱中，供下游热用户。该方法只是有效地回收了污泥干化系统的余热，但是并没有降低污泥干化所消耗的蒸汽量，此外，余热回收系统所产生的热水量很大，下游热用户很难消耗掉。
CN113465422A公布了一种用于桨叶式干化机污泥干化尾气的热能回收系统及其使用方法，利用热管换热器回收干化机尾气的余热用于加热新风（空气）。该方法同上述公布的方法一样，虽然有效地回收了污泥干化系统的余热，但是并没有降低污泥干化所消耗的蒸汽量，而且余热回收系统所产生的热空气除非有特定的需求，否则很难得到应用。
针对这些问题，目前还没有有效的解决办法。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种低能耗的污泥干化系统，能够克服现有技术的上述不足，直接降低污泥干化过程中的蒸汽消耗量，提高现有污泥干化工艺的能量利用效率。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种低能耗的污泥干化系统，包括湿污泥仓，所述湿污泥仓的出口与预干化装置的入口连接，所述预干化装置的出口与污泥干化机的污泥入口连接，所述污泥干化机的尾气出口与旋风分离器入口连接，所述污泥干化机的污泥出口、所述旋风分离器的底部粉尘出口均与干污泥仓的入口连接，所述旋风分离器的顶部气体出口与降温除湿装置的气体入口连接，所述降温除湿装置的气体出口与引风机的入口连接，所述引风机的出口与除臭装置入口连接；
所述预干化装置包括湿污泥换热器，所述湿污泥换热器的热源出口与机力冷却塔的入口连接，所述机力冷却塔的出口与所述降温除湿装置的冷源入口连接，所述降温除湿装置的冷源出口与所述湿污泥换热器的热源入口连接；
所述预干化装置还包括蒸发罐、压缩机及空预器，所述湿污泥换热器的污泥出口与所述蒸发罐的污泥入口连接，所述蒸发罐的低压蒸汽出口与所述压缩机的蒸汽入口连接，所述压缩机的蒸汽出口与所述蒸发罐的高压蒸汽入口连接，所述蒸发罐的冷凝水出口与所述空预器的热源入口连接，所述空预器的热空气出口与所述污泥干化机的热空气入口连接，所述空预器还设有冷空气入口和外排冷凝水的热源出口。
进一步地，所述湿污泥换热器为间接式换热器。
进一步地，所述湿污泥仓的出口与所述湿污泥换热器的污泥入口连接。
进一步地，所述蒸发罐内设有换热装置，所述换热装置为盘管式或管翅式。
进一步地，所述蒸发罐的污泥出口与所述污泥干化机的污泥入口连接。
进一步地，所述污泥干化机为桨叶式干化机、圆盘式干化机或以蒸汽为污泥烘干热源的干化机。
进一步地，所述污泥干化机还设有蒸汽入口和凝结水出口。
进一步地，所述降温除湿装置的气体出口与引风机的入口连接的管道上设有冷凝水出口。
进一步地，所述除臭装置上设有尾气排放口。
本发明的有益效果：本发明不仅通过预干化装置将污泥干化机尾气余热用于干化污泥，而且利用预干化装置的空预器回收蒸发罐内的冷凝水热量将空气加热后送入污泥干化机，降低了蒸汽消耗量，大幅度地提高了污泥干化工艺的能量利用率，降低了污泥干化运行成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的低能耗的污泥干化系统的结构示意图；
图中：1、湿污泥仓，2、预干化装置，3、污泥干化机，4、旋风除尘器，5、干污泥仓，6、降温除湿装置，7、引风机，8、除臭装置，9、机力冷却塔10、冷凝水出口；20、湿污泥换热器，21、蒸发罐，22、压缩机，23、空预器；231、冷空气入口，232、热源出口；31、蒸汽入口，32、凝结水出口；81、尾气排放口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种低能耗的污泥干化系统，包括湿污泥仓1，所述湿污泥仓1的出口与预干化装置2的入口连接，所述预干化装置2的出口与污泥干化机3的污泥入口连接，所述污泥干化机3的尾气出口与旋风分离器4入口连接，所述污泥干化机3的污泥出口、所述旋风分离器4的底部粉尘出口均与干污泥仓5的入口连接，所述旋风分离器4的顶部气体出口与降温除湿装置6的气体入口连接，所述降温除湿装置6的气体出口与引风机7的入口连接，所述引风机7的出口与除臭装置8入口连接；
所述预干化装置2包括湿污泥换热器20，所述湿污泥换热器20的热源出口与机力冷却塔9的入口连接，所述机力冷却塔9的出口与所述降温除湿装置6的冷源入口连接，所述降温除湿装置6的冷源出口与所述湿污泥换热器20的热源入口连接；
所述预干化装置2还包括蒸发罐21、压缩机22及空预器23，所述湿污泥换热器20的污泥出口与所述蒸发罐21的污泥入口连接，所述蒸发罐21的低压蒸汽出口与所述压缩机22的蒸汽入口连接，所述压缩机22的蒸汽出口与所述蒸发罐21的高压蒸汽入口连接，所述蒸发罐21的冷凝水出口与所述空预器23的热源入口连接，所述空预器23的热空气出口与所述污泥干化机3的热空气入口连接，所述空预器23还设有冷空气入口231和外排冷凝水的热源出口232。
进一步地，所述湿污泥换热器20为间接式换热器。
实施例中，所述湿污泥仓1的出口与所述湿污泥换热器20的污泥入口连接。所述蒸发罐21内设有换热装置，所述换热装置为盘管式或管翅式。
实施例中，所述蒸发罐21的污泥出口与所述污泥干化机3的污泥入口连接。所述污泥干化机3为桨叶式干化机、圆盘式干化机或以蒸汽为污泥烘干热源的干化机。所述污泥干化机3还设有蒸汽入口31和凝结水出口32。
实施例中，所述降温除湿装置6的气体出口与引风机7的入口连接的管道上设有冷凝水出口10。所述除臭装置8上设有尾气排放口81。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，根据本发明所述的一种低能耗的污泥干化系统主要包括：湿污泥仓1、预干化装置2、污泥干化机3、旋风除尘器4、干污泥仓5、降温除湿装置6、机力冷却塔9、引风机7及除臭装置8。所述湿污泥仓1出口与预干化装置2污泥入口相连；所述预干化装置2污泥出口与污泥干化机3污泥入口相连；所述污泥干化机3污泥出口与干污泥仓5入口相连；所述污泥干化机3尾气出口与旋风分离器4入口相连；旋风分离器4底部粉尘出口与干污泥仓5入口相连，旋风分离器4顶部气体出口与降温除湿装置6气体入口相连；降温除湿装置6气体出口与引风机7入口相连，降温除湿装置6冷源入口与机力冷却塔9出口相连；降温除湿装置6冷源出口与预干化装置2热源入口相连；预干化装置2热源出口与机力冷却塔9入口相连；引风机7出口与除臭装置8入口相连。
所述预干化装置2包括湿污泥换热器20、蒸发罐21、压缩机22及空预器23。所述湿污泥换热器20采用间接式换热器形式；湿污泥换热器的热源为来自干化机尾气余热。所述蒸发罐21内包括换热装置；换热装置型式可以为盘管式、管翅式等类型。
所述湿污泥换热器包括热源水入口、热源水出口、湿污泥入口、湿污泥出口，所述热源水入口与降温除湿装置冷源水出口；热源水出口与机力冷却塔入水口相连；湿污泥入口与湿污泥仓出口相连、湿污泥出口与蒸发罐污泥入口相连；所述湿污泥换热器主要用于湿污泥预干化的湿污泥加热，比如将含水率80%的湿污泥从常温加热至50～70℃，预干化所需的热源来自降温除湿装置冷凝干化机尾气释放出的热量。
所述蒸发罐包括污泥入口、高压蒸汽入口、低压蒸汽出口、污泥出口、冷凝水出口；所述蒸发罐污泥入口与湿污泥换热器污泥出口相连；所述蒸发罐污泥出口与污泥干化机污泥入口相连；所述蒸发罐低压蒸汽出口与压缩机入口相连；所述蒸发罐高压蒸汽入口与压缩机出口相连。所述蒸发罐用于提供湿污泥中水分在低压真空下蒸发的场所，蒸发罐的真空度通过所述压缩机维持；通过闪蒸，湿污泥的含水率从80%降低至70%以下，送入污泥干化机进行二次干化；闪蒸过程中产生的低压蒸汽通过压缩机做功变成高压蒸汽再次进入蒸发罐。
所述压缩机包括蒸汽入口、蒸汽出口；所述压缩机蒸汽入口与蒸发罐低压蒸汽出口相连；所述压缩机蒸汽出口与蒸发罐高压蒸汽入口相连。
所述空预器包括冷空气入口、热空气出口、热源入口、热源出口；所述空预器热空气出口与污泥干化机空气入口相连；热源入口与蒸发罐冷凝水出口相连；空预器热源出口的冷凝水外排至排水沟。所述空预器用于加热干化机运行过程中所需的空气；所述空预器热源为蒸发罐内产生的冷凝水。加热后的空气送入污泥干化机空气入口，通过本方法可以降低蒸汽消耗量。
所述污泥干化机包括污泥入口、蒸汽入口、空气入口、尾气出口、污泥出口以及凝结水出口。所述污泥干化机将预干化后的污泥加热干化至所需要的含水率30%～40%或者更低，后经过污泥出口输送至干污泥仓储存；蒸汽自污泥干化机蒸汽入口进入放热凝结为水之后通过凝结水出口输送至外系统的除氧器或降温释放压力后存储二次利用等；自污泥中蒸发出来的水分与进入到污泥干化机的热空气混合形成了高温高湿的干化机尾气。所述污泥干化机可以为桨叶式干化机、圆盘式干化机及其他以蒸汽为污泥烘干热源的干化机。
所述旋风除尘器用于去除干化机尾气中的粉尘，所述旋风除尘器包括气体入口、粉尘出口、气体出口；气体入口与干化机尾气出口相连；粉尘出口与干污泥仓入口相连；气体出口与降温除湿装置气体入口相连。
所述降温除湿装置用于将干化机尾气降温除湿，降温后的尾气经过引风机进入除臭装置处理后外排；干化机尾气除湿形成的冷凝水外排至排水沟；降温除湿过程中释放出的热量加热经由来自机力冷却塔的冷源送至预干化装置，作为湿污泥预干化的热源。
所述机力冷却塔用于冷却来自预干化装置的热源出口水，将冷却后的水送至降温除湿装置冷却干化机尾气。
一种低能耗污泥干化系统，它的工作流程如下：
含水率80%的湿污泥从湿污泥仓输送至预干化装置，在预干化装置内，湿污泥首先在湿污泥换热器中从常温加热至50～70℃，加热后的湿污泥中的水分在蒸发罐内蒸发，闪蒸形成的低压蒸汽经由压缩机压缩变成高压蒸汽送至蒸发罐用于湿污泥闪蒸，换热后形成的冷凝水送至空预器加热进入污泥干化机的冷空气；闪蒸后污泥的含水率由80%降低至70%以下，送入污泥干化机。在污泥干化机内，污泥进行二次干化至所需要的含水率指标，然后送入干污泥仓储存；干化过程中形成的干化机尾气从干化机排出后进入旋风分离器进行气固分离，分离下来的污泥颗粒送入干污泥仓，分离后的干化机尾气进入降温除湿装置。在降温除湿装置内，干化机尾气内的水蒸气冷凝放热，热量被输送至预干化装置用于湿污泥一次干化；形成的冷凝水外排；降温除湿后的干化机尾气经由引风机进入除臭装置进行化学、生物除臭处理，然后外排。
与常规的污泥干化工艺相比，本发明方法通过预干化装置，回收干化机尾气余热用于污泥预干化和空气预热，在现有能耗的基础上降低40%以上的蒸汽消耗量，大幅度地降低污泥干化成本。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，不仅通过预干化装置将污泥干化机尾气余热用于干化污泥，而且利用预干化装置的空预器回收蒸发罐内的冷凝水热量将空气加热后送入污泥干化机，降低了蒸汽消耗量，大幅度地提高了污泥干化工艺的能量利用率，降低了污泥干化运行成本。
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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低能耗的污泥干化方法，其特征在于，使用一种低能耗的污泥干化系统，污泥干化系统包括湿污泥仓（1），所述湿污泥仓（1）的出口与预干化装置（2）的入口连接，所述预干化装置（2）的出口与污泥干化机（3）的污泥入口连接，所述污泥干化机（3）的尾气出口与旋风分离器（4）入口连接，所述污泥干化机（3）的污泥出口、所述旋风分离器（4）的底部粉尘出口均与干污泥仓（5）的入口连接，所述旋风分离器（4）的顶部气体出口与降温除湿装置（6）的气体入口连接，所述降温除湿装置（6）的气体出口与引风机（7）的入口连接，所述引风机（7）的出口与除臭装置（8）入口连接；
所述预干化装置（2）包括湿污泥换热器（20），所述湿污泥换热器（20）的热源出口与机力冷却塔（9）的入口连接，所述机力冷却塔（9）的出口与所述降温除湿装置（6）的冷源入口连接，所述降温除湿装置（6）的冷源出口与所述湿污泥换热器（20）的热源入口连接；
所述预干化装置（2）还包括蒸发罐（21）、压缩机（22）及空预器（23），所述湿污泥换热器（20）的污泥出口与所述蒸发罐（21）的污泥入口连接，所述蒸发罐（21）的低压蒸汽出口与所述压缩机（22）的蒸汽入口连接，所述压缩机（22）的蒸汽出口与所述蒸发罐（21）的高压蒸汽入口连接，所述蒸发罐（21）的冷凝水出口与所述空预器（23）的热源入口连接，所述空预器（23）的热空气出口与所述污泥干化机（3）的热空气入口连接，所述空预器（23）还设有冷空气入口（231）和外排冷凝水的热源出口（232）；
所述蒸发罐（21）用于提供湿污泥中水分在低压真空下蒸发的场所，蒸发罐（21）的真空度通过所述压缩机（22）维持，通过闪蒸，湿污泥的含水率从80%降低至70%以下，送入污泥干化机（3）进行二次干化，闪蒸过程中产生的低压蒸汽通过压缩机（22）做功变成高压蒸汽再次进入蒸发罐（21）；
所述空预器（23）用于加热干化机运行过程中所需的空气，所述空预器（23）热源为蒸发罐内产生的冷凝水，加热后的空气送入污泥干化机（3）空气入口；
污泥干化方法如下：含水率80%的湿污泥从所述湿污泥仓（1）输送至预干化装置（2），在所述预干化装置（2）内，湿污泥首先在湿污泥换热器（20）中从常温加热至50～70℃，加热后的湿污泥中的水分在所述蒸发罐（21）内蒸发，闪蒸形成的低压蒸汽经由压缩机（22）压缩变成高压蒸汽送至所述蒸发罐（21）用于湿污泥闪蒸，换热后形成的冷凝水送至所述空预器（23）加热进入污泥干化机（3）的冷空气，闪蒸后污泥的含水率由80%降低至70%以下，送入污泥干化机（3），在所述污泥干化机（3）内，污泥进行二次干化至所需要的含水率指标，然后送入干污泥仓（5）储存，干化过程中形成的干化机尾气从干化机排出后进入旋风分离器（4）进行气固分离，分离下来的污泥颗粒送入干污泥仓（5），分离后的干化机尾气进入降温除湿装置（6），在所述降温除湿装置（6）内，干化机尾气内的水蒸气冷凝放热，热量被输送至预干化装置（2）用于湿污泥一次干化，形成的冷凝水外排，降温除湿后的干化机尾气经由引风机（7）进入除臭装置（8）进行化学、生物除臭处理，然后外排。
2.根据权利要求1所述的低能耗的污泥干化方法，其特征在于，所述湿污泥换热器（20）为间接式换热器。
3.根据权利要求1所述的低能耗的污泥干化方法，其特征在于，所述湿污泥仓（1）的出口与所述湿污泥换热器（20）的污泥入口连接。
4.根据权利要求1所述的低能耗的污泥干化方法，其特征在于，所述蒸发罐（21）内设有换热装置，所述换热装置为盘管式或管翅式。
5.根据权利要求1所述的低能耗的污泥干化方法，其特征在于，所述蒸发罐（21）的污泥出口与所述污泥干化机（3）的污泥入口连接。
6.根据权利要求1所述的低能耗的污泥干化方法，其特征在于，所述污泥干化机（3）为桨叶式干化机、圆盘式干化机或以蒸汽为污泥烘干热源的干化机。
7.根据权利要求1所述的低能耗的污泥干化方法，其特征在于，所述污泥干化机（3）还设有蒸汽入口（31）和凝结水出口（32）。
8.根据权利要求1所述的低能耗的污泥干化方法，其特征在于，所述降温除湿装置（6）的气体出口与引风机（7）的入口连接的管道上设有冷凝水出口（10）。
9.根据权利要求1所述的低能耗的污泥干化方法，其特征在于，所述除臭装置（8）上设有尾气排放口（81）。
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