CN116441291A - 一种多源垃圾协同处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多源垃圾协同处理系统及方法,系统包括:生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置、污泥处理装置及控制装置,生活垃圾处理装置包括热解气化单元及余热蒸汽单元,厨余垃圾处理装置包括高温好氧发酵单元及三相分离单元,污泥处理装置包括污泥干燥单元;余热蒸汽单元将产生的一次蒸汽通入污泥干燥单元;污泥干燥单元将产生的二次蒸汽通入高温好氧发酵单元;三相分离单元的残渣和渗滤液分别通入污泥干燥单元及热解气化单元;控制装置接收并控制余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数。实现了多源垃圾间的能源和物料的双协同,并通过信号接收处理,进一步实现了不同工艺链间关键参数的联锁量化调控。

Description

一种多源垃圾协同处理系统及方法
技术领域
本发明属于垃圾处理技术领域,具体涉及一种多源垃圾协同处理系统及方法。
背景技术
针对县镇级生活垃圾、污泥、餐厨垃圾及园林废弃物的处理,通常做法是各类型垃圾单独处理副产物或中间产物需另外处理。
县镇生活垃圾具有极强的地域性、明显的分散性,且通过长途运输到某一聚集点后再进行处置,过程中难免造成资源浪费及二次污染,不利于实现低成本低污染低能耗处理县镇生活垃圾。如果县镇生活垃圾露天堆积以及不当处理,会造成严重的水体、土壤和大气污染,威胁县镇人居环境安全,给县镇居民带来严重的健康风险。此外,广大县镇也面临着能源短缺的情况,粗放、低效的能源获取和利用方式,不但限制了县镇经济的发展,也加重了县镇环境污染。城市生活垃圾的管理方式、处理技术手段也无法机械地用于县镇生活垃圾,应充分考虑县镇生活垃圾的特点对其进行处理。
同时,现有技术中有提出多源垃圾协同处理的方案,如专利CN115625177A给出了一种餐厨垃圾、生活垃圾与污泥协同处理装置,通过设置冲洗池、破碎机、生物质分离器、过滤池、焚烧炉以及堆肥箱,可对餐厨垃圾、生活垃圾和污泥同时进行处理。专利CN113634581A给出了一种多源废弃物复合处理系统及处理方法,通过将成分接近的餐饮垃圾与厨余垃圾配置在同一生产线中依次经过混合搅拌和流量调节,在节约成本减小占用空间场地的同时,方便快速确定影响检验结果的主要因素,主因排查快速,节约时间、提高效率;通过径流量调节装置和角流量调节装置的共同设置,从而可通过流量调节实现各废弃物配比的精调节,通过第一至第五控制器对各存储装置出口的启闭,从而可实现对各废弃物配比的粗调节,方便用户自由选择,方便确定影响检验结果因素的同时,增大适用范围。
但是,如何针对县镇级生活垃圾、污泥、餐厨垃圾及园林废弃物等多源垃圾提出适用的垃圾协同处理方案,以实现降低垃圾处理的运行成本,最大程度实现系统运行稳定性是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
在针对上述现有技术中存在的缺陷,本发明提供了一种多源垃圾协同处理系统及方法,通过协同生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置、污泥处理装置及控制装置,将生活垃圾处理装置中余热蒸汽单元连通污泥处理装置的污泥干燥单元,将产生的一次蒸汽通入;污泥干燥单元连通厨余垃圾处理装置的高温好氧发酵单元,将产生的二次蒸汽通入;厨余垃圾处理装置的三相分离单元连通污泥干燥单元及生活垃圾处理装置的热解气化单元,将分离的残渣和渗滤液分别通入污泥干燥单元和热解气化单元;控制装置接收并控制余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数。较现有的多种多源垃圾协同处理方案中仅能进行物料协同,本发明能实现多源垃圾间的能源和物料的双协同,并通过信号接收处理,进一步实现了不同工艺链间关键参数的联锁量化调控。
第一方面,本发明提供一种多源垃圾协同处理系统,包括:生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置、污泥处理装置及控制装置,生活垃圾处理装置包括热解气化单元及余热蒸汽单元,厨余垃圾处理装置包括高温好氧发酵单元及三相分离单元,污泥处理装置包括污泥干燥单元;
余热蒸汽单元连通污泥干燥单元,将产生的一次蒸汽通入;污泥干燥单元连通高温好氧发酵单元,将产生的二次蒸汽通入;三相分离单元分别连通污泥干燥单元及热解气化单元,将分离的残渣通入污泥干燥单元,渗滤液通入热解气化单元;
控制装置与生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置及污泥处理装置信号连接,接收并控制余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数。
进一步的,余热蒸汽单元中通入烟气,并产生一次蒸汽;
余热蒸汽单元的进口烟气温度为700~850℃,出口烟气温度为350~450℃,一次蒸汽的压力为0.7~1.25Mpa,一次蒸汽的温度为170~180℃。
进一步的,污泥干燥单元的入口污泥含水率为80~90%,出口污泥含水率为30~40%,二次蒸汽的温度为120~140℃。
进一步的,高温好氧发酵单元的发酵温度为60~75℃。
进一步的,控制装置包括信号接收模块、决策模块和信号反馈模块,信号接收模块接收余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数,将运行参数传输至决策模块进行各单元节点统筹计算并获取控制值,通过信号反馈模块将控制值反馈至对应单元对运行参数进行调整。
进一步的,余热蒸汽单元的运行参数包括:余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度、出口烟气温度及一次蒸汽产生量;
污泥干燥单元的运行参数包括:污泥处理量、进口污泥含水率、出口污泥含水率、一次蒸汽进口温度、一次蒸汽出口温度及一次蒸汽需求量;
高温好氧发酵单元的运行参数包括:厨余垃圾处理量、进口厨余垃圾含水率、出口厨余垃圾含水率、二次蒸汽进口温度、二次蒸汽出口温度及二次蒸汽需求量。
进一步的,将运行参数传输至决策模块进行各单元节点统筹计算并获取控制值,具体包括:
决策模块采用两级梯度的分析计算,其一级为分析控制余热蒸汽单元与污泥干燥单元,其二级为分析控制污泥干燥单元与高温好氧发酵单元;
获取并分析余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度及出口烟气温度,调控一次蒸汽产生量;通过污泥处理量、进口污泥含水率、出口污泥含水率,调控污泥干燥单元的一次蒸汽产生量、一次蒸汽需求量、一次蒸汽进口温度和一次蒸汽出口温度;通过厨余垃圾处理量、厨余垃圾进出口含水率,调控高温好氧发酵单元的二次蒸汽需求量、二次蒸汽进口温度和二次蒸汽出口温度。
进一步的,通过分析并调控余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度及出口烟气温度,获取一次蒸汽产生量,具体表示为:
其中,为余热蒸汽单元的烟气放热量,KJ/h,/>为余热蒸汽单元的换热效率,为余热蒸汽单元的烟气量,kg/h,/>为烟气定压比热容,kJ/(kg·℃),/>为进口烟气温度,℃,/>为出口烟气温度,℃,/>为一次蒸汽产生量,kg/h,/>为一次蒸汽的饱和蒸汽焓,kJ/kg,/>为给水焓,kJ/kg;
通过分析污泥处理量、进口污泥含水率和出口污泥含水率,调控污泥干燥单元的一次蒸汽产生量、一次蒸汽需求量、一次蒸汽进口温度和一次蒸汽出口温度,具体表示为:
其中,Qwn,T为污泥干燥所需的总热量,KJ/h,Qwn,1为污泥中水分蒸发所需热量,KJ/h,Qwn,2为污泥升温带走的热量,KJ/h,为污泥水分蒸发量,kg/h,/>为水的比热容,kJ/(kg·℃),/>为污泥干燥单元的污泥出口温度,℃,/>污泥干燥单元的污泥进口温度,℃,/>为水分蒸发气化潜热,kJ/(kg·℃)/>为湿基污泥处理量,kg/h,为污泥进口含水率,%,/>为污泥出口含水率,%,/>为干基污泥量,kg/h,/>为污泥干基比热容,kJ/(kg·℃),/>为一次蒸汽需求量,kg/h,/>为污泥干燥所用饱和蒸汽汽化潜热,KJ/kg,/>为一次蒸汽进口温度,℃,/>为一次蒸汽出口温度,℃;
通过分析厨余垃圾处理量、进口厨余垃圾含水率和出口厨余垃圾含水率,调控高温好氧发酵单元的二次蒸汽进口温度、二次蒸汽出口温度,获取二次蒸汽需求量,具体表示为:
其中,Qcy,T为高温好氧发酵单元中厨余垃圾发酵所需要的总热量,KJ/h,Qcy,in为厨余垃圾发酵产生的热量,KJ/h,Qcy,1为厨余垃圾中水分蒸发所需热量,KJ/h,Qcy,2为厨余垃圾升温带走的热量,KJ/h,为厨余垃圾水分蒸发量,kg/h,/>为高温好氧发酵单元的出口物料温度,℃,/>为高温好氧发酵单元的进口物料温度,℃,/>为湿基厨余垃圾处理量,kg/h,/>为厨余垃圾进口含水率,%,/>为厨余垃圾出口含水率,%,为干基厨余垃圾量,kg/h,/>为厨余垃圾中有机物发热量,KJ/kg,/>为厨余垃圾有机物含量,%,/>为厨余垃圾中有机物降解率,%,/>为二次蒸汽需求量,kg/h,为厨余垃圾发酵所需蒸汽汽化潜热,KJ/kg,/>为二次蒸汽进口温度,℃,/>为二次蒸汽出口温度,℃。
进一步的,还包括农林废弃物处理装置,污泥处理装置还包括混料压块单元,农林废弃物处理装置连通混料压块单元和高温发酵单元,农林废弃物处理装置产生的物料部分进入混料压块单元,部分进入高温发酵单元,混料压块单元中物料占压块的质量比为10~20%;
混料压块单元还与热解气化单元连通,压块占燃料块的质量比为5~15%。
第二方面,本发明还提供一种多源垃圾协同处理方法,采用如上述多源垃圾协同处理系统,具体包括如下步骤:
生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置及污泥处理装置分别进行垃圾处理;
其中,余热蒸汽单元将产生的一次蒸汽通入污泥干燥单元;
污泥干燥单元产生的二次蒸汽通入高温好氧发酵单元;
分别连通污泥干燥单元及热解气化单元,将分离的残渣通入污泥干燥单元,渗滤液通入热解气化单元;
控制装置接收并控制余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数。
本发明提供的一种多源垃圾协同处理系统及方法,至少包括如下有益效果:
(1)针对县镇级生活垃圾、污泥、餐厨垃圾及农林废弃物等,实现多源废弃物协同处理、垃圾处理副产物或中间产物可处理、能量互为补给和梯级利用的方案,从而减少能源消耗、减碳节能,降低垃圾处理成本。
(2)本发明的多源垃圾协同处理系统做到了各工艺链间的有机耦合,实现了生活垃圾处理系统的余热利用,以及污泥处理系统和厨余垃圾处理系统之间的能量梯级利用,降低了运行成本。
(3)本发明的多源垃圾协同处理系统嵌入决策模块进行参数调控决策,实现工艺间的热量、蒸汽量、垃圾处理量、渗滤液回喷量等关键参数的联锁量化调控,最大程度实现系统运行稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的一种多源垃圾协同处理系统的工艺流程图;
图2为本发明提供的多源垃圾协同处理系统的能源梯级利用系统示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义,“多种”一般包含至少两种。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
如图1,本发明提供一种多源垃圾协同处理系统,包括:生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置、污泥处理装置及控制装置。
生活垃圾处理装置包括预处理单元、热解气化单元、余热蒸汽单元及烟气处理单元。预处理单元包括破袋设备、筛分设备、粉粹设备、磁选设备及连接各个设备的物料输送设备,预处理单元配置可根据垃圾形状进行调整。热解气化单元包括混料配比设备、进料设备、热解气化炉和出渣设备,余热蒸汽单元可以为余热蒸汽锅炉。烟气处理单元包括急冷脱酸塔、双介质喷射器、布袋除尘器等设备。
余热蒸汽单元连通污泥干燥单元,将产生的一次蒸汽通入;污泥干燥单元连通高温好氧发酵单元,将产生的二次蒸汽通入;三相分离单元分别连通污泥干燥单元及热解气化单元,将分离的残渣通入污泥干燥单元,渗滤液通入热解气化单元;
渗滤液喷入生活垃圾的热解气化单元的喷入量根据热解气化炉内二燃室出口烟气温度和热解气化炉的垃圾处理量确定,具体如下:
上式中,为渗滤液喷入热解气化单元的喷入量和热解气化炉的垃圾处理量的比例;/>为渗滤液喷入量,kg/h;/>为进入热解气化炉的垃圾量,kg/h;/>为热解气化炉内二燃室出口烟气温度,℃。
预处理单元可以使得生活垃圾经过破袋、筛分、粉粹、磁选等过程后,去除其中的渣土、金属、砂石等不可热解的物质。经过预处理后的生活垃圾通过混料配比设备进入热解气化单元,生活垃圾通过进料设备进入热解气化炉内,在炉内进行热解气化,转化为灰渣和高温烟气,炉渣通过出渣设备排出。高温烟气进入余热蒸汽单元,利用烟气高温余热产生饱和蒸汽,饱和蒸汽作为热源以供污泥处理装置和厨余垃圾处理装置使用。从余热蒸汽锅炉排出的烟气进入烟气处理单元。在烟气处理单元实现烟气的急冷降温、脱酸、重金属吸附、颗粒物截留等烟气净化环节,从而实现烟气达标排放。
污泥处理装置包括接料斗和污泥干燥单元,污泥干燥单元又包括污泥干燥机、干燥污泥储存仓等,以及各设备之间连通污泥输送设备等。污泥从接料斗进入污泥干燥机和余热蒸汽锅炉产生的饱和蒸汽进行间壁式换热。经过污泥干燥机的饱和蒸汽,作为厨余垃圾的好氧发酵热源使用,干燥后的污泥进入干燥污泥储存仓暂存。
厨余垃圾处理装置包括厨余预处理单元、高温好氧发酵单元及三相分离单元。厨余预处理单元包括分选平台、水洗破碎设备、脱水设备等,其目的是实现厨余垃圾的分选、破碎和脱水等。脱水后的物料进入高温好氧发酵单元。高温好氧发酵单元利用污泥处理干燥单元排出蒸汽作为辅热,产出物料可作为有机肥基质或土壤调理剂使用,可用于园林绿化或进一步加工成有机肥。厨余垃圾脱水后的产生的油水混合物进入三相分离单元,从而将油脂、渗滤液和固渣进行三相分离,分离出的油脂可利用制作生物柴油,分离后的渗滤液喷入热解气化炉,分离后的固渣进入污泥干燥单元,协同污泥一起经过干燥后进入生活垃圾热的解气化炉处理。
控制装置与生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置及污泥处理装置信号连接,接收并控制余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数。
本发明给出的多源垃圾协同处理系统包括生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置、污泥处理装置及控制装置,实现了多源废弃物的关联耦合协同处理,能够实现多源废弃物协同处理、垃圾处理副产物或中间产物可处理、能量互为补给和梯级利用的方案,以实现县镇级多源垃圾协同处理,从而减少能源消耗、减碳节能,降低垃圾处理成本。
余热蒸汽单元中通入烟气,以产生一次蒸汽,余热蒸汽单元的进口烟气温度为700~850℃,出口烟气温度为350~450℃,一次蒸汽的压力为0.7~1.25Mpa,一次蒸汽的温度为170~180℃。
污泥干燥单元的进口污泥含水率为80~90%,出口污泥含水率为30~40%,二次蒸汽的温度为120~140℃。
高温好氧发酵单元的发酵温度为60~75℃。
如图2所示,控制装置包括信号接收模块、决策模块和信号反馈模块,信号接收模块接收余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数,将运行参数传输至决策模块进行各单元节点统筹计算并获取控制值,通过信号反馈模块将控制值反馈至对应单元对运行参数进行调整。
余热蒸汽单元的运行参数包括:余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度、出口烟气温度及一次蒸汽产生量;
污泥干燥单元的运行参数包括:污泥处理量、进口污泥含水率、出口污泥含水率、一次蒸汽进口温度、一次蒸汽出口温度及一次蒸汽需求量;
高温好氧发酵单元的运行参数包括:厨余垃圾处理量、进口厨余垃圾含水率、出口厨余垃圾含水率、、二次蒸汽进口温度、二次蒸汽出口温度及二次蒸汽需求量。
将运行参数传输至决策模块进行各单元节点统筹计算并获取控制值,具体包括:
决策模块采用两级梯度的分析计算,其一级为分析控制余热蒸汽单元与污泥干燥单元,其二级为分析控制污泥干燥单元与高温好氧发酵单元;
获取并分析余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度及出口烟气温度,调控一次蒸汽产生量;通过污泥处理量、进口污泥含水率、出口污泥含水率,调控污泥干燥单元的一次蒸汽产生量、一次蒸汽需求量、一次蒸汽进口温度和一次蒸汽出口温度;通过厨余垃圾处理量、进口厨余垃圾含水率、出口厨余垃圾含水率,调控高温好氧发酵单元的二次蒸汽需求量、二次蒸汽进口温度和二次蒸汽出口温度。
一次蒸汽产生量不小于一次蒸汽需求量,一次蒸汽需求量不小于二次蒸汽需求量。
通过分析并调控余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度及出口烟气温度,获取一次蒸汽产生量,具体表示为:
其中,为余热蒸汽单元的烟气放热量,KJ/h,/>为余热蒸汽单元的换热效率,为余热蒸汽单元的烟气量,kg/h,/>为烟气定压比热容,kJ/(kg·℃),/>为进口烟气温度,℃,/>为出口烟气温度,℃,/>为一次蒸汽产生量,kg/h,/>为一次蒸汽的饱和蒸汽焓,kJ/kg,/>为给水焓,kJ/kg;
烟气定压比热容可以通过进、出口烟气温度,结合烟气特性表确定。一次蒸汽的饱和蒸汽焓、给水焓为根据压力和温度确定的已知量,不同的温度和压力对应不同的焓值,如给水温度为15℃时,给水焓为63.554 kJ/kg,余热蒸汽单元产生压力1Mpa温度180℃的一次蒸汽,饱和蒸汽焓为2014.8 kJ/kg。
对于生活垃圾热解装置,以通入余热蒸汽单元中烟气质量、余热蒸汽单元进、出口烟气温度/>和/>为监测参数。这些参数决定了余热蒸汽单元中烟气放热量/>和一次蒸汽产生量/>。若所需一次蒸汽产生量增加、余热蒸汽单元进口烟气温度降低或通入余热蒸汽单元中烟气质量减少,则可以通过决策模块进行优化计算,通过调节降低余热蒸汽单元出口烟气温度,调节增加余热蒸汽单元的一次蒸汽产生量。
通过分析污泥处理量、进口污泥含水率、出口污泥含水率,调控污泥干燥单元的一次蒸汽产生量、一次蒸汽需求量、一次蒸汽进口温度和一次蒸汽出口温度,具体表示为:
其中,Qwn,T为污泥干燥所需的总热量,KJ/h,Qwn,1为污泥中水分蒸发所需热量,KJ/h,Qwn,2为污泥升温带走的热量,KJ/h,为污泥水分蒸发量,kg/h,/>为水的比热容,kJ/(kg·℃),/>为污泥干燥单元的污泥出口温度,℃,/>污泥干燥单元的污泥进口温度,℃,/>为水分蒸发气化潜热,kJ/(kg·℃)/>为湿基污泥处理量,kg/h,为污泥进口含水率,%,/>为污泥出口含水率,%,/>为干基污泥量,kg/h,/>为污泥干基比热容,kJ/(kg·℃),/>为一次蒸汽需求量,kg/h,/>为污泥干燥所用饱和蒸汽汽化潜热,KJ/kg,/>为一次蒸汽进口温度,℃,/>为一次蒸汽出口温度,℃;
污泥干燥需要的热量考虑两部分:污泥升温需要热量和污泥中水分蒸发需要的热量,而污泥升温需要的热量又需要考虑湿基污泥中水分的升温和干基污泥的升温两部分。湿基污泥处理量和干基污泥量的关系,例如,实际污泥量10kg,含水率80%,湿基污泥处理量为8kg,干基污泥量为2kg。
对于污泥干燥单元,污泥进、出口含水率和/>、污泥进、出口温度和/>,一次蒸汽进口温度、一次蒸汽出口温度/>和/>为监测参数,以上这些参数决定了污泥干燥单元的湿基污泥处理量/>和一次蒸汽需求量/>。若所需湿基污泥处理量/>增加,则需要的一次蒸汽需求量增加,则可以通过决策模块进行优化计算,通过调节降低余热蒸汽单元出口烟气温度/>,调节一次蒸汽产生量/>或者通过调节污泥干燥单元的一次蒸汽出口温度/>。生活垃圾的余热蒸汽单元的一次蒸汽产生量/>减少,同时在达到污泥目标的污泥出口含水率/>的前提下,则可以通过决策模块进行优化计算得出该工况下所能承载的湿基污泥处理量/>,从而增加污泥处理量的量化和可化,提高系统运行的稳定性。
通过分析厨余垃圾处理量、进、出口厨余垃圾含水率,调控高温好氧发酵单元的二次蒸汽进口温度、二次蒸汽出口温度,获取二次蒸汽需求量,具体表示为:
其中,Qcy,T为高温好氧发酵单元中厨余垃圾发酵所需要的总热量,KJ/h,Qcy,in为厨余垃圾发酵产生的热量,KJ/h,Qcy,1为厨余垃圾中水分蒸发所需热量,KJ/h,Qcy,2为厨余垃圾升温带走的热量,KJ/h,为厨余垃圾水分蒸发量,kg/h,/>为高温好氧发酵单元的出口物料温度,℃,/>为高温好氧发酵单元的进口物料温度,℃,/>为湿基厨余垃圾处理量,kg/h,/>为厨余垃圾进口含水率,%,/>为厨余垃圾出口含水率,%,为干基厨余垃圾量,kg/h,/>为厨余垃圾中有机物发热量,KJ/kg,/>为厨余垃圾有机物含量,%,/>为厨余垃圾中有机物降解率,%,/>为二次蒸汽需求量,kg/h,为厨余垃圾发酵所需蒸汽汽化潜热,KJ/kg,/>为二次蒸汽进口温度,℃,/>为二次蒸汽出口温度,℃。
对于厨余垃圾的高温好氧发酵单元,以厨余垃圾的进、出口含水率、进出口物料温度/>和/>、二次蒸汽进、出口温度/>和/>为监测参数,上述参数决定了厨余的高温好氧发酵单元的湿基厨余垃圾处理量/>和所需的蒸汽量/>。若系统所需处理的湿基厨余垃圾量/>增加,则二次蒸汽需求量增加,则所需要调整二次蒸汽出口/>或增加污泥干燥单元产生的二次蒸汽量;若增加污泥干燥单元产生的二次蒸汽量,此时污泥干燥单元的湿基污泥处理量也需要得到相应匹配。
如图1所示,另外,多源垃圾协同处理系统还包括农林废弃物处理装置,污泥处理装置还包括混料压块单元,农林废弃物处理装置连通混料压块单元和高温好氧发酵单元,农林废弃物处理装置产生的物料部分进入混料压块单元,部分进入高温好氧发酵单元,混料压块单元中物料占压块的质量比为10~20%;混料压块单元包括混料配比设备和压块设备。
混料压块单元还与热解气化单元连通,压块占燃料块的质量比为5~15%。
农林废弃物处理装置是将农林废弃物进行粉碎,粉碎后的物料一部分作为厨余垃圾的高温好氧发酵单元辅料使用,另一部分和干燥后污泥一起进入混料压块单元,农林废弃物占混合物的10%~20%。在混料配比设备形成的混合物进入压块设备进行压块,压制成燃料块。压制成的燃料块输送至生活垃圾的热解气化单元的混料配比装置,协同生活垃圾一起进行热解气化处理,污泥和农林废弃物混合物燃料块占总处理量的5%~15%,污泥干燥废气进入生活垃圾的烟气处理单元。
本发明还提供一种多源垃圾协同处理方法,采用如上述多源垃圾协同处理系统,具体包括如下步骤:
生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置及污泥处理装置分别进行垃圾处理;
其中,余热蒸汽单元将产生的一次蒸汽通入污泥干燥单元;
污泥干燥单元产生的二次蒸汽通入高温好氧发酵单元;
分别连通污泥干燥单元及热解气化单元,将分离的残渣通入污泥干燥单元,渗滤液通入热解气化单元;
控制装置接收并控制余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多源垃圾协同处理系统,其特征在于,包括:生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置、污泥处理装置及控制装置,生活垃圾处理装置包括热解气化单元及余热蒸汽单元,厨余垃圾处理装置包括高温好氧发酵单元及三相分离单元,污泥处理装置包括污泥干燥单元;
余热蒸汽单元连通污泥干燥单元,将产生的一次蒸汽通入;污泥干燥单元连通高温好氧发酵单元,将产生的二次蒸汽通入;三相分离单元分别连通污泥干燥单元及热解气化单元,将分离的残渣通入污泥干燥单元,渗滤液通入热解气化单元;
控制装置与生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置及污泥处理装置信号连接,接收并控制余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数。
2.如权利要求1所述多源垃圾协同处理系统,其特征在于,余热蒸汽单元中通入烟气,并产生一次蒸汽;
余热蒸汽单元的进口烟气温度为700~850℃,出口烟气温度为350~450℃,一次蒸汽的压力为0.7~1.25Mpa,一次蒸汽的温度为170~180℃。
3.如权利要求2所述多源垃圾协同处理系统,其特征在于,污泥干燥单元的入口污泥含水率为80~90%,出口污泥含水率为30~40%,二次蒸汽的温度为120~140℃。
4.如权利要求3所述多源垃圾协同处理系统,其特征在于,高温好氧发酵单元的发酵温度为60~75℃。
5.如权利要求4所述多源垃圾协同处理系统,其特征在于,控制装置包括信号接收模块、决策模块和信号反馈模块;
信号接收模块接收余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数,将运行参数传输至决策模块进行各单元节点统筹计算并获取控制值,通过信号反馈模块将控制值反馈至对应单元对运行参数进行调整。
6.如权利要求5所述多源垃圾协同处理系统,其特征在于,余热蒸汽单元的运行参数包括:余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度、出口烟气温度及一次蒸汽产生量;
污泥干燥单元的运行参数包括:污泥处理量、进口污泥含水率、出口污泥含水率、一次蒸汽进口温度、一次蒸汽出口温度及一次蒸汽需求量;
高温好氧发酵单元的运行参数包括:厨余垃圾处理量、进口厨余垃圾含水率、出口厨余垃圾含水率、二次蒸汽进口温度、二次蒸汽出口温度及二次蒸汽需求量。
7.如权利要求6所述多源垃圾协同处理系统,其特征在于,将运行参数传输至决策模块进行各单元节点统筹计算并获取控制值,具体包括:
决策模块采用两级梯度的分析计算,其一级为分析控制余热蒸汽单元与污泥干燥单元,其二级为分析控制污泥干燥单元与高温好氧发酵单元;
获取并分析余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度及出口烟气温度,调控一次蒸汽产生量;通过污泥处理量、进口污泥含水率、出口污染含水率,调控污泥干燥单元的一次蒸汽产生量、一次蒸汽需求量、一次蒸汽进口温度和一次蒸汽出口温度;通过厨余垃圾处理量、进口厨余垃圾含水率、出口厨余垃圾含水率,调控高温好氧发酵单元的二次蒸汽需求量、二次蒸汽进口温度和二次蒸汽出口温度。
8.如权利要求7所述多源垃圾协同处理系统,其特征在于,通过分析余热蒸汽单元的烟气量、进口烟气温度及出口烟气温度,获取一次蒸汽产生量,具体表示为:
其中,为余热蒸汽单元的烟气放热量,KJ/h,/>为余热蒸汽单元的换热效率,/>为余热蒸汽单元的烟气量,kg/h,/>为烟气定压比热容,kJ/(kg·℃),/>为进口烟气温度,℃,/>为出口烟气温度,℃,/>为一次蒸汽产生量,kg/h,/>为一次蒸汽的饱和蒸汽焓,kJ/kg,/>为给水焓,kJ/kg;
通过分析污泥处理量、污泥进出口含水率,调控污泥干燥单元的一次蒸汽产生量、一次蒸汽需求量、一次蒸汽进口温度和一次蒸汽出口温度,具体表示为:
其中,Qwn,T为污泥干燥所需的总热量,KJ/h,Qwn,1为污泥中水分蒸发所需热量,KJ/h,Qwn,2为污泥升温带走的热量,KJ/h,为污泥水分蒸发量,kg/h,/>为水的比热容,kJ/(kg·℃),/>为污泥干燥单元的污泥出口温度,℃,/>污泥干燥单元的污泥进口温度,℃,/>为水分蒸发气化潜热,kJ/(kg·℃)/>为湿基污泥处理量,kg/h,为污泥进口含水率,%,/>为污泥出口含水率,%,/>为干基污泥量,kg/h,/>为污泥干基比热容,kJ/(kg·℃),/>为一次蒸汽需求量,kg/h,/>为污泥干燥所用饱和蒸汽汽化潜热,KJ/kg,/>为一次蒸汽进口温度,℃,/>为一次蒸汽出口温度,℃;
通过分析厨余垃圾处理量、进口厨余垃圾含水率和出口厨余垃圾含水率,调控高温好氧发酵单元的二次蒸汽进口温度、二次蒸汽出口温度,获取二次蒸汽需求量,具体表示为:
其中,Qcy,T为高温好氧发酵单元中厨余垃圾发酵所需要的总热量,KJ/h,Qcy,in为厨余垃圾发酵产生的热量,KJ/h,Qcy,1为厨余垃圾中水分蒸发所需热量,KJ/h,Qcy,2为厨余垃圾升温带走的热量,KJ/h,为厨余垃圾水分蒸发量,kg/h,/>为高温好氧发酵单元的出口物料温度,℃,/>为高温好氧发酵单元的进口物料温度,℃,/>为湿基厨余垃圾处理量,kg/h,/>为厨余垃圾进口含水率,%,/>为厨余垃圾出口含水率,%,/>为干基厨余垃圾量,kg/h,/>为厨余垃圾中有机物发热量,KJ/kg,/>为厨余垃圾有机物含量,%,/>为厨余垃圾中有机物降解率,%,/>为二次蒸汽需求量,kg/h,/>为厨余垃圾发酵所需蒸汽汽化潜热,KJ/kg,/>为二次蒸汽进口温度,℃,/>为二次蒸汽出口温度,℃。
9.如权利要求1所述多源垃圾协同处理系统,其特征在于,还包括农林废弃物处理装置,污泥处理装置还包括混料压块单元,农林废弃物处理装置连通混料压块单元和高温发酵单元,农林废弃物处理装置产生的物料部分进入混料压块单元,部分进入高温发酵单元,混料压块单元中物料占压块的质量比为10~20%;
混料压块单元还与热解气化单元连通,压块占燃料块的质量比为5~15%。
10.一种多源垃圾协同处理方法,其特征在于,采用如权利要求1-9任一所述多源垃圾协同处理系统,具体包括如下步骤:
生活垃圾处理装置、厨余垃圾处理装置及污泥处理装置分别进行垃圾处理;
其中,余热蒸汽单元将产生的一次蒸汽通入污泥干燥单元;
污泥干燥单元产生的二次蒸汽通入高温好氧发酵单元;
分别连通污泥干燥单元及热解气化单元,将分离的残渣通入污泥干燥单元,渗滤液通入热解气化单元;
控制装置接收并控制余热蒸汽单元、污泥干燥单元及高温好氧发酵单元的运行参数。
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