CN115637177A - 一种生化污泥掺烧设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生化污泥掺烧设备及方法，属于生化污泥处理技术领域。该设备包括粉煤进料系统以及气化系统；粉煤进料系统包括粉煤给料罐和粉煤输送管线；粉煤给料罐具有粉煤出口，粉煤的来源包括生化污泥和原料煤；气化系统包括气化炉；气化炉的顶部设有烧嘴；烧嘴具有煤粉通道以及用于通入氧气与蒸汽的混合气的气体通道；粉煤输送管线的两端分别与粉煤出口以及煤粉通道连接以使粉煤进入气化炉与混合气进行气化反应。相应的方法包括：采用上述设备对含有生化污泥的粉煤进行掺烧。该方法可解决污泥燃烧的环境风险，有利于消除二次污染问题，并且具有较高的气化热效率，可节省污泥处置成本。

Description

一种生化污泥掺烧设备及方法

技术领域

本发明涉及生化污泥处理技术领域，具体而言，涉及一种生化污泥掺烧设备及方法。

背景技术

污水处理站产生的生化污泥是由有机物、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，生化污泥产生量较大，目前的处置方法大多是送危废处理中心焚烧处置，转移及处理成本较高。

为了实现固体废物生化污泥的资源化和无害化等的目的，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种生化污泥掺烧设备，其可实现生化污泥的合理无害处理。

本发明的目的之二在于提供一种通过上述生化污泥掺烧设备进行生化污泥掺烧的方法。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供了一种生化污泥掺烧设备，其包括粉煤进料系统以及气化系统；

粉煤进料系统包括粉煤给料罐和粉煤输送管线；

粉煤给料罐具有粉煤出口，粉煤的来源包括生化污泥和原料煤；

气化系统包括气化炉；气化炉的顶部设有烧嘴；烧嘴具有煤粉通道以及用于通入氧气与蒸汽的混合气的气体通道；

粉煤输送管线的两端分别与粉煤出口以及煤粉通道连接以使粉煤进入气化炉与混合气进行气化反应。

在可选的实施方式中，生化污泥掺烧设备还包括前处理系统；

前处理系统包括磨煤机、粉煤袋式过滤器、粉煤贮罐和粉煤锁斗；

磨煤机具有磨煤机第一入口和磨煤机第二入口，其中，磨煤机第一入口用于通入生化污泥和原料煤，磨煤机第二入口用于通入惰性气体；

惰性气体用于将生化污泥和原料煤经磨煤机研磨后所得的粉料进行干燥和输送至粉煤袋式过滤器；

磨煤机的出口与粉煤袋式过滤器的入口连接；粉煤袋式过滤器具有粉煤袋式过滤器第一出口，粉煤袋式过滤器第一出口与粉煤贮罐的入口连接；粉煤锁斗具有粉煤锁斗第一入口，粉煤贮罐的出口与粉煤锁斗第一入口连接，粉煤锁斗的出口与粉煤给料罐的入口连接。

在可选的实施方式中，气化炉包括位于上部的水冷壁复式燃烧反应室以及位于下部的激冷室；

反应室为表面覆盖耐火材料的盘管式水冷壁结构。

在可选的实施方式中，生化污泥掺烧设备还包括氧气系统；

氧气系统包括氧气预热器以及氧气蒸汽混合器；

氧气预热器用于对来自单元的氧气进行预热，氧气预热器的出口与氧气蒸汽混合器的入口连接以使氧气与蒸汽进行混合，氧气蒸汽混合器的出口与烧嘴的气体通道连接。

在可选的实施方式中，生化污泥掺烧设备还包括气化汽水系统；

气化汽水系统包括中压汽包以及中压锅炉水循环泵，中压汽包具有中压汽包第一入口、中压汽包第二入口、中压汽包第一出口和中压汽包第二出口；

中压汽包第一入口用于通入中压锅炉给水，中压汽包第一出口与中压锅炉水循环泵的入口连接，中压锅炉水循环泵的出口与气化炉的水冷壁的盘管的一端连接，水冷壁的盘管的另一端与中压汽包第二入口连接。

在可选的实施方式中，生化污泥掺烧设备还包括排渣系统；

排渣系统包括破渣机、渣锁斗、渣锁斗循环泵以及渣池；

激冷室的下部与破渣机连接，破渣机与渣锁斗的入口连接，渣锁斗的出口与渣池连接，激冷室的下部与渣锁斗之间还连接有渣锁斗循环泵。

在可选的实施方式中，生化污泥掺烧设备还包括灰水处理系统；

灰水处理系统包括渣池泵和沉降槽；

渣池泵的两端分别与渣池和沉降槽连接。

在可选的实施方式中，生化污泥掺烧设备还包括合成气洗涤系统；

合成气洗涤系统包括文丘里洗涤器和洗涤塔；

文丘里洗涤器的入口与气化炉连接，文丘里洗涤器的出口与洗涤塔连接。

第二方面，本申请提供了一种生化污泥掺烧方法，其采用上述生化污泥掺烧设备对含有生化污泥的粉煤进行掺烧。

在可选的实施方式中，生化污泥掺烧方法具有以下特征中的至少一种：

A、气化反应于压力为4-4.5MPa、温度为1300-1600℃的条件下进行；

B、88-92wt％的粉煤的颗粒粒度≤90μm，剩余的粉煤的颗粒粒度≤5μm；

C、粉煤的水分含量＜2wt％；

D、来自空分单元的氧气预热至175-185℃；

E、粉煤输送管线中粉煤的输送流速为7-9m/s，粉煤的密度＞350kg/m³；

F、气化反应中氧煤比为0.6-0.9；

G、气化炉的炉膛温度不超过800℃；

H、气化炉中甲烷含量控制为1000-2000ppm；

I、气化炉激冷室液位不低于30％。

本申请的有益效果包括：

本申请提供过的生化污泥掺烧设备可将煤粉和混合气(蒸汽和氧气)共同于气化炉中进行气化反应，生产以CO、H₂为主要成分的粗煤气。相应的方法气化效率高，煤转化效率高，可解决污泥燃烧的环境风险，有利于消除二次污染问题，并且可节省污泥处置成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请提供的生化污泥掺烧设备的结构示意图；

图2为本申请试验例中现场原煤以及原煤与活性污泥不同添加比例下的灰渣粘温特性图。

图标：11-煤仓引风机；12-煤给料排风过滤器；13-原料煤贮仓；14-称重给料机；15-磨煤机；16-惰性气体发生器；17-循环风机；18-粉煤袋式过滤器；19-粉煤贮罐；20-粉煤锁斗；21-粉煤给料罐；22-粉煤储罐过滤器；23-中压汽包；24-气化炉；241-反应室；242-激冷室；25-破渣机；26-锁斗循环泵；27-渣锁斗；28-锁斗冲洗水罐；29-锁斗冲洗水冷却器；30-渣池；31-沉渣池泵；32-沉渣池；33-渣池泵；34-沉降槽；35-沉降槽底液泵；36-灰水槽；37-低压灰水泵；38-废水冷却器；39-过滤机；40-第一真空泵；41-滤液池；42-滤液池泵；43-氧气预热器；44-氧气蒸汽混合器；45-中压锅炉水循环泵；46-锅炉给水过滤器；47-烧嘴冷却水缓冲罐；48-烧嘴冷却水过滤器；49-烧嘴冷却水泵；50-洗涤塔；51-激冷水泵；52-激冷水过滤器；53-文丘里洗涤器；54-开工引射器；55-高闪罐；56-高闪汽提塔；57-洗涤塔给料泵；58-高闪分离罐；59-除氧器；60-低闪罐；61-真闪罐；62-换热器；63-空冷装置；64-第二真空泵；65-除氧水泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请提供的生化污泥掺烧设备及方法进行具体说明。

本申请提供了一种生化污泥掺烧设备，请参照图1，其包括粉煤进料系统以及气化系统。

粉煤进料系统包括粉煤给料罐21和粉煤输送管线。

粉煤给料罐21具有粉煤出口，粉煤的来源包括生化污泥和原料煤。

在粉煤进料系统上游，还设有前处理系统。

前处理系统包括磨煤机15、粉煤袋式过滤器18、粉煤贮罐19和粉煤锁斗20。

磨煤机15具有磨煤机第一入口和磨煤机第二入口，其中，磨煤机第一入口用于通入生化污泥和原料煤，磨煤机第二入口用于通入惰性气体。

惰性气体用于将生化污泥和原料煤经磨煤机15研磨后所得的粉料进行干燥和输送至粉煤袋式过滤器18。

磨煤机15的出口与粉煤袋式过滤器18的入口连接；粉煤袋式过滤器18具有粉煤袋式过滤器第一出口，粉煤袋式过滤器第一出口与粉煤贮罐19的入口连接；粉煤锁斗20具有粉煤锁斗第一入口，粉煤贮罐19的出口与粉煤锁斗第一入口连接，粉煤锁斗20的出口与粉煤给料罐21的入口连接。此外，粉煤贮罐19还可连接有粉煤储罐过滤器22。

在磨煤机15的上游端，待处理的生化污泥在水处理装置中经过蒸汽干燥机将含水率从80wt％降至40wt％左右，之后通过叉车将干化污泥转运至原料煤贮仓13，原料煤送至原料煤贮仓13，干化污泥与原料煤搅拌均匀后，由称重给料机14定量加入到输煤皮带并进入磨煤机15，随后物料在研磨台上被轧辊磨成粉状，并由来自惰性气体发生器16的高温惰性气体进行干燥并输送至粉煤袋式过滤器18。

较佳地，原料煤贮仓13上部还设有煤给料排风过滤器12，以收集原料煤从埋刮板输送机上卸下时扬起的煤粉，煤给料排风过滤器12收集的煤粉定时清除并卸入到原料煤贮仓13中。煤给料排风过滤器12配有煤仓引风机11，过滤后的气体通过烟囱排入大气中。

惰性气体将碾磨后的粉煤输送到磨煤机15上部的旋转分级筛，筛出的粗颗粒返回到磨盘重新碾磨。出磨煤机15的合格粉煤由惰性气体输送入粉煤袋式过滤器18进行分离后，粉煤通过粉煤袋式过滤器第一出口经旋转卸料阀、纤维分离器及粉煤螺旋输送机送至粉煤贮罐19，分离出的惰性气体部分排放至大气，剩余部分依次经粉煤袋式过滤器第二出口和循环风机17进入惰性气体发生器16循环使用。

在一次加料过程中，粉煤贮罐19内的粉煤通过重力作用进入粉煤锁斗20。粉煤锁斗20内充满粉煤后即与粉煤贮罐19及所有低压设备隔离，然后进行加压(通过粉煤锁斗第二入口充入高压CO₂完成)，当其压力升至与粉煤给料罐21压力相同且粉煤给料罐21内料位降低到足以接收一批粉煤时，打开粉煤锁斗20与粉煤给料罐21之间平衡阀门进行压力平衡，然后依次打开粉煤锁斗20和粉煤给料罐21之间的两个切断阀，粉煤通过重力作用进入粉煤给料罐21。粉煤锁斗20卸料完成后通过将气体排放至粉煤贮罐19过滤器进行泄压，泄压完成后重新与粉煤贮罐19经压力平衡后连通，此时一次加料完成。

气化系统包括气化炉24，气化炉24的顶部设有烧嘴；烧嘴具有煤粉通道以及用于通入氧气与蒸汽的混合气的气体通道。

粉煤输送管线的两端分别与粉煤出口以及煤粉通道连接以使粉煤进入气化炉24与混合气进行气化反应。

较佳地，来自煤加压及进煤单元的粉煤用高压二氧化碳通过三条粉煤输送管线采用密相输送方式，送入气化炉24烧嘴的三个粉煤通道。

可参考地，气化炉24包括位于上部的水冷壁复式燃烧反应室241以及位于下部的激冷室242；

反应室241为表面覆盖耐火材料的盘管式水冷壁结构。在水冷壁和气化炉压力容器之间的环隙连续通入保护气(高压CO₂)，气化炉24承压外壳温度保持在200℃左右。

示例性地，粉煤气化系统可设置6台气化炉24，气化炉24的上部直径(对应水冷壁复式燃烧反应室241的直径)为3200mm，下部直径(对应激冷室242的直径)为3800mm，全容积为160.4m³，单炉投煤量62.45t/h。

进一步地，上述生化污泥掺烧设备还包括氧气系统。

氧气系统包括氧气预热器43以及氧气蒸汽混合器44。

氧气预热器43用于对来自空分单元的氧气进行预热，氧气预热器43的出口与氧气蒸汽混合器44的入口连接以使氧气与蒸汽(中压过热蒸汽)进行混合，氧气蒸汽混合器44的出口与烧嘴的气体通道连接。

氧气和蒸汽的混合气(作为氧化剂)以及粉煤分别通过烧嘴的气体通道和煤粉通道进入气化炉24内，在气化炉24内粉煤与混合气充分混合并在高温高压下(4-4.5MPa，1300-1600℃，优选约4.2MPa和1320℃)进行气化反应。

在开车点或及气化炉24预热阶段，通过一条管线将常温氧气送至点火烧嘴及开工烧嘴对气化炉24进行升温预热。

上述烧嘴可通过在其水夹套内通入冷却水进行保护，水在水夹套中连续循环流动。

具体的，锅炉给水通过锅炉给水过滤器46进入烧嘴冷却水缓冲罐47，缓冲气体排大气，缓冲水再经烧嘴冷却水泵49以及烧嘴冷却水过滤器48进入烧嘴。

反应室241内气化反应后生成的粗合成气的成分为氢气、一氧化碳、少量的其他组分(包括硫化物、氮、氩和甲烷)以及液态炉渣。这些物质离开上部的反应室241向下进入激冷室242，经激冷环后流过下降管进入激冷室242水浴，渣在水中固化并沉到气化炉24的底部；合成气通过和水的直接接触，其中携带的大多数细颗粒被洗涤进入了水里，同时粗合成气也被水冷却、饱和。冷却后的合成气向上流过破泡板后离开气化炉24。

激冷水通过下降管顶部的激冷环，沿下降管壁面向下流进激冷室242。激冷室242中的激冷水还有少量的固体，在液位控制下连续排除送到排渣系统及灰水处理单元。

进一步地，上述生化污泥掺烧设备还包括气化汽水系统。

气化汽水系统包括中压汽包23以及中压锅炉水循环泵45，中压汽包23具有中压汽包第一入口、中压汽包第二入口、中压汽包第一出口和中压汽包第二出口；

中压汽包第一入口用于通入中压锅炉给水，中压汽包第一出口与中压锅炉水循环泵45的入口连接，中压锅炉水循环泵45的出口与气化炉24的水冷壁的盘管的一端连接，水冷壁的盘管的另一端与中压汽包第二入口连接。

上述结构中，为了保护气化炉24压力容器及水冷壁盘管，水冷壁盘管内通过汽包循环水泵维持强制的水循环。管内流动的水吸收炉内部分氧化反应产生的热量，部分汽化，在汽包内进行汽液分离后产出5.4MPa的饱和蒸汽，减压后送出气化界区，如送至中压蒸汽管网。

中压汽包23与中压锅炉水循环泵45之间的管路还可根据需要进行加药。

进一步地，上述生化污泥掺烧设备还包括排渣系统和灰水处理系统。

排渣系统包括破渣机25、渣锁斗27、渣锁斗循环泵26以及渣池30。

激冷室242的下部与破渣机25连接，破渣机25与渣锁斗27的入口连接，渣锁斗27的出口与渣池30连接，激冷室242的下部与渣锁斗27之间还连接有渣锁斗循环泵26。

灰水处理系统包括渣池泵33和沉降槽34。

渣池泵33的两端分别与渣池30和沉降槽34连接。

在气化炉24底部的激冷室242中收集的粗渣被破渣机25破碎，然后通过渣锁斗系统排至捞渣机。为了确保顺利排渣，在气化炉24激冷室242和渣锁斗27之间设有锁斗循环泵26，使渣水在渣锁斗27和气化炉24激冷室242之间进行循环。

在渣锁斗27与气化炉24的激冷室242连通后，经过一段预定时间(约为28min)锁斗卸料程序将会启动。通过集渣、泄压、排渣、冲洗和充压等一系列的周期性过程将渣和水排入捞渣机，由捞渣机送出渣池30。捞渣机清液侧溢流水通过渣池泵33输送至沉降槽34进行沉降处理。

此外，渣锁斗27与渣池30之间还可另连接沉渣池泵31，沉渣池泵31与沉渣池32连接，沉渣池32进一步与沉降槽34连接。

较佳地，灰水处理系统还包括灰水槽36，灰水槽36的入口与沉降槽34第一出口连接，沉降槽34的入口可添加絮凝剂，灰水槽36的入口可添加分散剂。

灰水槽36的出口可设有低压灰水泵37，灰水槽36与低压回水泵之间也可添加分散剂。低压灰水泵37的出口可与除氧器59连接，也可与废水冷却器38连接以将废水排去污水处理。

沉降槽34第二出口可经沉降槽底液泵35与过滤机39第一入口连接，过滤机39第二入口可通入新鲜水，过滤后的滤液可经第一真空泵40和滤液池泵42泵入滤液池41，滤液池41还可与沉降槽34连接实现循环。

此外，渣锁斗27还可连接有锁斗冲洗水罐28，锁斗冲洗水罐28还可连接有锁斗冲洗水冷却器29。上述灰水槽36连接的低压灰水泵37可将冲洗水输送至锁斗冲洗水冷却器29，冷却后进入锁斗冲洗水罐28。

进一步地，上述生化污泥掺烧设备还包括合成气洗涤系统。

合成气洗涤系统包括文丘里洗涤器53和洗涤塔50。

文丘里洗涤器53的入口与气化炉24连接，文丘里洗涤器53的出口与洗涤塔50连接。上述文丘里洗涤器53与气化炉24之间还可设有开工引射器54。

从气化炉24来的合成气进入文丘里洗涤器53，气体中的固体被完全浸湿后进入合成气洗涤塔50，向下经洗涤塔50内的下降管进入洗涤塔50底部直接冲击液面，大部分夹带的固体从气体中被除去。合成气通过下降管周围的环形空间向上经位于洗涤塔50上部的四道喷淋塔盘，与来自变换单元的工艺冷凝液或开车用中压锅炉给水通过错流接触洗去其余的固体颗粒，再经除沫器进行汽液分离，基本上不含固体颗粒的合成气离开洗涤塔50去火炬系统或去变换单元。

由变换单元送来的高温工艺冷凝液(如高温变化冷凝液)一部分进入洗涤塔50的塔盘，另一部分进入到塔釜。为了降低洗涤塔50底水中的固体浓度及微量组分的富集，洗涤塔50底部部分的水和固体去排渣系统及灰水处理系统。同时为了补充由合成气带走的水及由洗涤塔50、气化炉24排出的水，由洗涤塔给料泵57送来的工艺水被补充到洗涤塔50塔釜中。

可参考地，洗涤塔50底部可连接高闪罐55(即高压闪蒸分离罐)，高闪罐第一出口与气化炉24下部连接，高闪罐第二出口与低闪罐60入口连接，高闪罐第三出口与高闪气体塔第一入口连接。低闪罐第一出口与真闪罐61的第一入口连接，低闪罐第二出口与除氧器59连接。真闪罐61的第一出口与沉降槽34连接，真闪罐61的第二出口与空冷装置63连接，空冷装置63的出口可连接有第二真空泵64和分离罐以将合格气体排至大气。

除氧器59中还通入有低压蒸汽和脱盐水，除氧器59的出口还可与高闪汽提塔56连接，除氧器59与高闪汽提塔56之间可连接有除氧水泵65。高闪汽提塔56的底部可连接洗涤塔给料泵57进而与洗涤塔50连接。高闪汽提塔56的顶部可依次连接有换热器62和高闪分离罐58。高闪分离罐58的顶部将高闪不凝气至硫回收，高闪分离罐58的底部与除氧器59连接。

上述脱盐水还可作为各处密封水，低压蒸汽还可用于伴热。

从合成气洗涤塔50底部抽出的激冷水经激冷水泵51及激冷水过滤器52送至气化炉24的激冷环及文丘里洗涤器53。

需说明的是，本申请未进一步详细说明的结构可参照相关现有技术，在此不做过多赘述。

相应地，本申请还提供了一种生化污泥掺烧方法，其采用上述生化污泥掺烧设备对含有生化污泥的粉煤进行掺烧。

通过干煤粉加压气化技术，在特定条件下进行氧化反应，生产以CO、H₂为主要成分的粗煤气。与其它气化工艺相比，以干煤粉形式加料，气化效率高，煤转化效率高。

该生化污泥掺烧方法具有以下特征中的至少一种：

A、气化反应于压力为4-4.5Mpa(如4MPa、4.1MPa、4.2MPa、4.3MPa、4.4MPa或4.5MPa等，优选4.2MPa)、温度为1300-1600℃(如1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃或1600℃等，优选1320℃)的条件下进行。

B、88-92wt％(优选90wt％)的粉煤的颗粒粒度≤90μm，剩余的粉煤的颗粒粒度≤5μm。

C、粉煤的水分含量＜2wt％。

D、来自空分单元的氧气预热至175-185℃(如180℃)，该氧气的压力可设置为6.3MPa左右。

E、粉煤输送管线中粉煤的输送流速为7-9m/s(如7m/s、7.5m/s、8m/s、8.5m/s或9m/s等)，粉煤的密度＞350kg/m³。

若粉煤流量计显示异常，可以参考煤粉管线远传压力进行煤量调节，三条煤粉管线压降保持一致。

F、气化反应中氧煤比为0.6-0.9(如0.6、0.7、0.8或0.9等)。

值得说明的是，粉煤流量计显示可能有一定偏差，导致氧煤比计算不是很精确，正常情况下氧煤比控制在0.6-0.9(跟煤种有关系)，若因煤粉流量异常导致氧煤比高于0.9，则及时调校煤粉流量计，避免因氧煤比高联锁跳车。

氧煤比调节原则可参照：

a、气化炉24加负荷时，先加煤量，后加氧量，待煤量稳定后再加氧量；

b、气化炉24减负荷时，先减氧量，再减煤量，待煤量稳定后方可再减氧量；

c、若气化炉24工况表明氧煤比偏低，需要优化增加氧量时，每次以0.1％的阀位缓慢增加，严禁大幅度加氧量。

G、气化炉24的炉膛温度不超过800℃。

炉膛温度直接反应气化炉24水冷壁挂渣的好坏，水冷壁挂渣较好时，炉膛温度显示在600℃以内。气化炉24正常运行时，一般控制气化炉24炉膛温度(插入式TT1125/26/27/)＜1000℃；埋入式温度＜600℃；当气化炉24炉膛温度＞800℃时，应适当降低氧煤比操作，及时将炉膛温度调整控制在800℃内。

H、气化炉24中甲烷含量控制为1000-2000ppm。

甲烷含量控制基于当前煤种，根据前期运行经验以及气化炉24水冷壁目前挂渣状态，气化炉24炉况正常情况下，将甲烷含量控制在1000-2000ppm范围内，正常控制指标1500pmm，在1000-2000ppm范围内优化调节，避免甲烷含量低于800ppm；若出现气化炉24掉渣，炉温上涨至高报警或汽包自产蒸汽量大于6t/h，可以适当降低炉温操作，将甲烷控制在2000-3000ppm范围内，待炉温稳定后可以适当提高炉温，将甲烷控制在正常指标范围内。

I、气化炉24激冷室242液位不低于30％。

影响气化炉24激冷室242液位的因素有激冷水量、黑水排放量、气化炉24负荷以及激冷室242内积灰垢等情况。在有激冷水量、黑水排放量、气化炉24负荷一定的情况下，气化炉24激冷室242液位不能低于30％。若激冷室242液位呈缓慢下降趋势，通过工艺手段调整难以提升，须进行综合判断调整。

此外，还需进行以下控制：

J、汽包盘管密度控制：

a、控制汽包液位稳定，补水和汽包产汽平衡，严禁大幅度补水，避免对汽包盘管密度造成影响；

b、操作中应尽量加大气化炉24主盘管循环水量，汽包循环水总量设计指标780m³/h，但中压锅炉水泵还有余量，要求根据中压锅炉水泵能力，控制中压锅炉水泵电流稳定在14-15A之间；

c、控制主盘管密度大于700kg/m³，若出现汽包补水和汽包产汽异常偏大或主盘管密度低于700kg/m³，可以暂时适当降低氧煤比操作。

K、粗渣颜色和形状及其控制：

捞渣机粗渣样可以反应出气化炉24操作炉温状况，若细料多，且颜色发黑，说明炉温控制低，煤耗高，粗渣残碳高；若粗渣呈细沙状态，伴有少量针状或丝状渣，颜色呈黄绿色，说明炉温高，煤耗低。较佳地，控制渣样颜色为黄灰色，呈细沙状，此种工况对应炉温较为合适，粗渣残碳约3％左右。

L、车间专人管理原料煤的煤质，成立煤质数据分析库，根据煤质分析，适时调整配煤比例并及时提出操作指导；

M、入炉煤每天进行一次常规分析，每周进行两次灰熔点分析；根据入炉煤分析结果及时掌握煤质数据，并参考煤质分析结果进行炉况调节；

N、每班至少查看两次粗渣颜色和形状，根据粗渣样指导中控对炉况的调节；

O、适时对6台炉子炉况进行监控，若发现异常要及时指导操作。

承上，本申请提供的方法解决了以下问题中的至少一种：

(1)、解决了生化污泥掺烧后对原料煤灰熔点影响较大，影响气化炉24操作的窗口温度的问题。

(2)、解决了生化污泥掺烧后对水煤浆气化煤浆的成浆性及稳定性的影响的问题。

(3)、解决了生化污泥掺烧后对水煤浆添加剂影响的问题。

(4)、有利于控制污泥中氯离子对气化炉24烧嘴及渣水系统管道腐蚀的危害。

(5)、有利于根据原料煤本身特性、气化炉24运行参数及生化污泥成分设计合理的掺烧模型。

(6)、首次提出并研究应用生化污泥送气化炉24协同处置技术。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

试验例

①、生化污泥采样并进行理化分析、灰份分析。

采集内蒙古伊泰化工有限责任公司120万吨/年精细化学品示范项目污水处理站的生化污泥现场样本(从污水处理工段污泥浓缩池采集的“浓缩后污泥”现场样本，从混合反应池底部采集的“膜池混合液”，从离心脱水机后采集的“脱水后污泥”)，参照煤质分析参照国标GB/T 212-2008、GB/T 30733-2014、GB/T214-2007等标准，使用马沸炉、SDTGA8000工业分析仪、5E-CHN2200型元素分析仪、SDCHN435型元素分析仪、SDS820型自动定硫仪等仪器对各种不同属性的生化污泥进行工业分析、元素分析、灰熔点、灰组成分析、碱金属含量分析、氯元素分析。

其结果如表1所示。

表1检测结果

上述表1中，“ad”指空气干燥基(Air dried basis)，即放在空气中自然风干后，达到平衡状态的煤为基准(ad分析基)。“d”指干燥基意思(Dry basis)，即以假想无水状态的煤为基准。下同。

②、图2为本项目现场原煤以及原煤与活性污泥(同①)不同添加比例下的灰渣粘温特性。

图2中，raw coal代表原煤。从图2可以看出，1wt％以下的污泥添加量，对原煤灰渣粘温特性几乎没有影响。

③、入炉煤(同②的现场原煤)及其与污泥(同①)复配后的成分分析如表2所示。

表2成分分析

项目	红庆河：正际＝6:1	+0.44％污泥	+1.0％污泥
				入炉水分％	2.0000	2.0000	2.0000
灰份％	15.2016	15.3695	15.5846
				C％	64.4259	64.2129	63.9410
H％	4.2821	4.2670	4.2473
				O％	12.7853	12.8428	12.9164
Cl％	0.0000	0.0010	0.0020
				S％	0.5098	0.5111	0.5124
N％	0.7953	0.7967	0.7982
				F％	0.0000	0.0000	0.0000
高位发热量(入炉基)kJ/kg	25736	25637	25509
				流动温度FT℃	1200	1200	1200

④、根据上述③的污泥分析结果，利用数学模型对生化污泥送气化炉掺烧进行可行性分析。

根据模型活性污泥加入后对气化工艺性能的影响如表3所示。

表3影响

从上表分析可知，污泥干基掺比在1wt％以下，对原气化装置的部分运行指标影响都很小。

⑤、气化后系统的影响分析。

煤气化原料中氯离子含量高会对气化工艺装置造成的腐蚀。污泥加入后对原料煤中氯离子组成的影响较大，由于气化原料煤中氯离子本身存在一定的波动，因此计算不同阶段下掺烧后氯离子浓度。

污泥氯含量分析结果如表4所示。

表4分析结果

由于气化原料煤中氯离子本身存在一定的波动，以下假设原煤的氯离子含量分别为300、400ppm，列出了不同污泥添加比例下污泥与原煤混合后的氯离子含量变化。

a、原料煤氯含量300ppm，污泥与煤混合物的氯离子含量如表5所示。

表5氯离子含量(mg/g)

	膜池混合液	浓缩后污泥	脱水后污泥
				1.0％添加量	399	328	323
1.9％添加量	488	354	344
				2％添加量	498	357	347

b、原料煤氯含量400ppm，污泥与煤混合物的氯离子含量如表6所示。

表6氯离子含量(mg/g)

	膜池混合液	浓缩后污泥	脱水后污泥
				1.9％添加量	588	454	444

从上可知：污泥在添加1.9％时，原料混合物中氯离子有小幅度增加，但占比较低，对原气化装置影响较小。

根据以上分析结果，说明方案可行，但要注意添加掺配比例，同时在生产过程中做好气化装置各项指标及运行状态的动态监测。

根据上述模型分析1％以下的污泥添加量，对原煤灰渣粘温特性、气化装置的部分运行指标影响都很小，在实际掺烧过程中我司按照0.145％的比例进行掺烧，得出的实际相关数据如表7所示。

表7数据

上述“420t/h”粉煤气化每小时消耗420t/h的原料煤；“0.61t/h”指粉煤气化每小时掺烧污泥的量为消耗0.61t/h的污泥。

粉煤气化有效气一氧化碳和氢气总量减少0.16％，二氧化碳增加0.16％，有效气总体平衡；由于干化污泥添加量非常少，合成气量数值较大，前后数据基本没有变化。

实际掺烧后的粉煤物料平衡如表8所示。

表8数据

由上表可以看出，氧气消耗有所增加，不凝气、废渣以及滤饼含量产出增加。

综上所述，本申请提供的方法主要可解决污泥燃烧的环境风险，由于气化炉高温高压气化环境相和激冷技术有力的消除了二次污染问题，固体污染物被残渣所固化，激冷技术有效抑制二嗯英生成。并且，本申请提供的方法可以使得污泥中有机物转化为粗合成气(能源)，合成气可用来做工业燃料或制化工品，对污泥中的碳氢元素进行回收利用。此外，该方法也可以将能耗和装置耦合利益最大化，利用煤气化炉粗合成气的显热或气化工艺流程中的余热可作为污泥干化热源，低成本降低污泥含水率并达到气化条件，同时回收了煤气化系统中的余热，极大提高了气化系统热效率；极大的节省了污泥处置投资成本，促进企业的可持续发展。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种生化污泥掺烧设备，其特征在于，包括粉煤进料系统以及气化系统；

所述粉煤进料系统包括粉煤给料罐和粉煤输送管线；

所述粉煤给料罐具有粉煤出口，所述粉煤的来源包括生化污泥和原料煤；

所述气化系统包括气化炉；所述气化炉的顶部设有烧嘴；所述烧嘴具有煤粉通道以及用于通入氧气与蒸汽的混合气的气体通道；

所述粉煤输送管线的两端分别与所述粉煤出口以及所述煤粉通道连接以使粉煤进入气化炉与混合气进行气化反应。

2.根据权利要求1所述的生化污泥掺烧设备，其特征在于，所述生化污泥掺烧设备还包括前处理系统；

所述前处理系统包括磨煤机、粉煤袋式过滤器、粉煤贮罐和粉煤锁斗；

所述磨煤机具有磨煤机第一入口和磨煤机第二入口，其中，所述磨煤机第一入口用于通入生化污泥和原料煤，所述磨煤机第二入口用于通入惰性气体；

所述惰性气体用于将生化污泥和原料煤经所述磨煤机研磨后所得的粉料进行干燥和输送至所述粉煤袋式过滤器；

所述磨煤机的出口与所述粉煤袋式过滤器的入口连接；所述粉煤袋式过滤器具有粉煤袋式过滤器第一出口，所述粉煤袋式过滤器第一出口与所述粉煤贮罐的入口连接；所述粉煤锁斗具有粉煤锁斗第一入口，所述粉煤贮罐的出口与所述粉煤锁斗第一入口连接，所述粉煤锁斗的出口与所述粉煤给料罐的入口连接。

3.根据权利要求1所述的生化污泥掺烧设备，其特征在于，所述气化炉包括位于上部的水冷壁复式燃烧反应室以及位于下部的激冷室；

所述反应室为表面覆盖耐火材料的盘管式水冷壁结构。

4.根据权利要求1所述的生化污泥掺烧设备，其特征在于，所述生化污泥掺烧设备还包括氧气系统；

所述氧气系统包括氧气预热器以及氧气蒸汽混合器；

所述氧气预热器用于对来自单元的氧气进行预热，所述氧气预热器的出口与所述氧气蒸汽混合器的入口连接以使所述氧气与蒸汽进行混合，所述氧气蒸汽混合器的出口与所述烧嘴的气体通道连接。

5.根据权利要求3所述的生化污泥掺烧设备，其特征在于，所述生化污泥掺烧设备还包括气化汽水系统；

所述气化汽水系统包括中压汽包以及中压锅炉水循环泵，所述中压汽包具有中压汽包第一入口、中压汽包第二入口、中压汽包第一出口和中压汽包第二出口；

所述中压汽包第一入口用于通入中压锅炉给水，所述中压汽包第一出口与所述中压锅炉水循环泵的入口连接，所述中压锅炉水循环泵的出口与所述气化炉的水冷壁的盘管的一端连接，所述水冷壁的盘管的另一端与所述中压汽包第二入口连接。

6.根据权利要求3所述的生化污泥掺烧设备，其特征在于，所述生化污泥掺烧设备还包括排渣系统；

所述排渣系统包括破渣机、渣锁斗、渣锁斗循环泵以及渣池；

所述激冷室的下部与所述破渣机连接，所述破渣机与所述渣锁斗的入口连接，所述渣锁斗的出口与所述渣池连接，所述激冷室的下部与所述渣锁斗之间还连接有所述渣锁斗循环泵。

7.根据权利要求6所述的生化污泥掺烧设备，其特征在于，所述生化污泥掺烧设备还包括灰水处理系统；

所述灰水处理系统包括渣池泵和沉降槽；

所述渣池泵的两端分别与所述渣池和所述沉降槽连接。

8.根据权利要求1所述的生化污泥掺烧设备，其特征在于，所述生化污泥掺烧设备还包括合成气洗涤系统；

所述合成气洗涤系统包括文丘里洗涤器和洗涤塔；

所述文丘里洗涤器的入口与气化炉连接，所述文丘里洗涤器的出口与所述洗涤塔连接。

9.一种生化污泥掺烧方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的生化污泥掺烧设备对含有生化污泥的粉煤进行掺烧。

10.根据权利要求9所述的生化污泥掺烧方法，其特征在于，所述生化污泥掺烧方法具有以下特征中的至少一种：

A、气化反应于压力为4-4.5MPa、温度为1300-1600℃的条件下进行；

B、88-92wt％的粉煤的颗粒粒度≤90μm，剩余的粉煤的颗粒粒度≤5μm；

C、粉煤的水分含量＜2wt％；

D、来自空分单元的氧气预热至175-185℃；

E、粉煤输送管线中粉煤的输送流速为7-9m/s，粉煤的密度＞350kg/m³；

F、气化反应中氧煤比为0.6-0.9；

G、气化炉的炉膛温度不超过800℃；

H、气化炉中甲烷含量控制为1000-2000ppm；

I、气化炉激冷室液位不低于30％。

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