CN1312064C - 利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化系统。它具有污泥预处理系统、进料系统、热源系统、污泥干化系统、除尘除气系统和垃圾污泥焚烧发电系统；进料系统具有依次相连接的挤条机、第一斗带式提升机和第一进料口；污泥干化系统具有依次相连接的第一回转烘干窑、冷却输送带、分离切割式粉碎机、第二斗带式提升机、第二进料口、第二回转烘干窑。本发明不仅能够使城市污泥或河、湖疏浚污泥得到彻底的无害化、减量化和资源化处理，而且能够使垃圾发电后的余热得到充分利用，从而开辟了一条以废治废的新途径。本发明已在江苏无锡等地投入实际运用，实践表明，采用该项技术能够获得显著的社会、环境和经济三重效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化系统。
背景技术
城市生活污水和工业废水经过污水处理厂的处理，达标后排放，是保护水资源和城市生态环境建设必不可少的环境工程措施。
城市污水处理系统包括污水处理和污泥处理两部分。近年来，通过引进国外先进技术和技术改造，我国的水处理技术水平有了很大的提高，各种类型的污水都能得到有效地控制，然而，对污水处理过程中产生的污泥处理技术，则远远地落后于城市污水处理技术的发展。各类污水经过处理，使污水中绝大部分污染物转移到污泥中，因此，城市污水处理厂污泥除了具有含水率高和数量大的特点外，还富集了大量高浓度的有毒有害污染物。
污染河流和湖泊沉积物中富集有大量的有机物和重金属，特别是流经我国城市的大部分河道长年淤积，不仅使河道的航运功能明显下降，而且使水环境质量日益恶化，疏浚是恢复河、湖自然功能和保护水环境行之有效的工程措施。然而，疏浚污泥具有与城市污水处理厂污泥相似的特点，即数量大，含水率高，且富集有机污染物。
目前，我国城市污水处理厂污泥和河道疏浚污泥主要采取临时堆埋的处置方法，不仅花费大量的资金和占用大量的土地资源，而且给生态环境造成严重的二次污染，特别是污泥中的污水下渗，给地下水资源带来的危害更是无法估计，而事实上城市周围不可能有适合堆放这类污泥的空间和地点，污泥临时堆埋所产生的环境二次污染的危害，实际上抵消了污水处理的环境效益。面对污泥引起的环境问题日趋尖锐和污泥危害日益加剧的现实，人们尝试利用污泥作为肥料，用于农业或绿化，但是，污泥中所含的各种重金属限制了土壤对污泥利用的适应性(表1)，它们会在土壤中富集，并通过作物的吸收进入食物链，最终危害到人体的健康，即使有些污泥来自城市生活污水，重金属含量虽然较低，但污泥中所含的病原体和持久性有机污染物，以及污水处理过程中添加的各种药剂，都会给环境带来潜在的危害。
表1城市污泥和疏浚污泥中重金属的含量变化
| 项目 | 重金属(mg/kg) | 备注 | ||||||||
| Cu | Pb | Zn | Cr | Cd | Ni | As | Hg | |||
| 城市污泥 | 平均值 | 326.6 | 192.9 | 2261 | 296.3 | 4.1 | 297.4 | 16.9 | 3.9 | 根据4年分析数据 |
| 含量范围 | 236.2-397.2 | 80.78-314.0 | 69.5-3790 | 27.9-592.4 | 1.35-7.2 | 57.5-750.3 | 8.9-31.9 | 0.8-4.3 | ||
| 疏浚污泥 | 平均值 | 138.77 | 69.6 | 2042 | 93.0 | 1.6 | 46.8 | 20.7 | 0.8 | 运河(杭州段) |
| 含量范围 | 13.7-772.3 | 17.3-164.2 | 73.89-4153 | 44.1-123.2 | 0.27-6.91 | 27.3-80.7 | 5.97-65.8 | 0.1-5.03 | ||
有的地方试图通过焚烧来达到污泥减量的目的，但是，污泥焚烧设备投资额高，能源消耗量大，运行费用昂贵，污泥焚烧的费用在400元/吨以上，加上污泥在焚烧时，会给大气环境带来污染和焚烧后的残渣仍需处置等原因，根据我国的国情，污泥焚烧处理在经济上难以承受，在技术上还不完善。
随着我国经济的快速发展和城市人口的迅速增长，城市污水处理量在不断地增加，这意味着污水处理厂污泥的数量将与日俱增，因此，开辟一条城市污泥无害化、减量化和资源化处理的有效途径，已势在必行。根据我们对城市污水处理厂污泥理化性质的研究表明，污泥中的主要化学成分含量变化不大(表2)，这说明了城市污水处理厂产生的污泥，其主要化学组成是基本保持稳定。
表2典型城市污水处理厂污泥的化学组成(％)
| 样品 | 化学组成 (％) | 备注 | ||||||||||
| SiO2 | MgO | CaO | Fe2O3 | Al2O3 | K2O | Na2O | 全氮 | 全磷 | 烧失量 | |||
| 城市污泥 | 含量范围 | 35.10-35.78 | 2.18-3.73 | 5.40-6.44 | 2.80-4.68 | 7.20-8.47 | 0.69-0.82 | 0.51-0.62 | 1.35-2.90 | 0.8-0.7 | 35.26-36.30 | 3年监测数据 |
| 平均值 | 35.49 | 3.13 | 6.53 | 3.84 | 7.94 | 0.73 | 0.58 | 2.13 | 0.75 | 35.95 | ||
污泥的烧失量较高，平均达到36％左右，全氮和全磷的含量也较高，这表明污泥中含有较高的有机物质。污泥中有机质含量高，它的热值也高，通过测定表明，城市污水处理厂污泥的热值相当于褐煤的热值，达到标准煤热值的1/3-1/2(表3)；城市河道疏浚污泥中有机质的含量也较高，根据有机物和热值之间的相互
表3城市污水处理厂污泥和煤的燃烧热值
| 品种 | 发热量(干质) | |
| (千焦/千克) | (千卡/千克) | |
| 初沉污泥(新鲜泥) | 15800-18200 | 3780-4354 |
| 活性污泥(新鲜泥) | 15200-15300 | 3636-3660 |
| 活性泥+初沉泥(新鲜泥) | 17000 | 4067 |
| 活性泥+初沉泥(消化泥) | 7450 | 1782 |
| 烟煤(标准煤) | 20900-33500 | 5000-8014 |
| 褐煤 | 9540-12720 | 2282-3043 |
关系，它的热值也比较高。如果能将这些污泥中的热能开发利用起来，不仅能够使城市污泥得到彻底安全地处理，而且能够使污泥所具有的热能成为有价值的资源。
然而，从污水处理厂产生的污泥和河道疏浚污泥，通过机械脱水，含水率一般在75％-85％之间，如果要使污泥能够燃烧，必须首先将污泥的含固率达到100％，这意味着需要大量的外加能源，根据实验和计算表明，要将含水率75％-85％的污泥完全燃尽，将污泥干化到达燃点所需要的能源，大于污泥燃烧所产生的能量，这正是污泥焚烧处理需要高费用的原因。我们提出了利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化系统，先利用垃圾发电厂烟气余热将污泥干化，然后，用干化后的污泥与垃圾一起焚烧发电，经过焚烧发电后的垃圾、污泥和煤的残渣，用来生产轻质建筑材料，从而实现城市污泥得到彻底无害化、减量化和资源化处理的最终目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化系统。
它具有污泥预处理系统、进料系统、热源系统、污泥干化系统、除尘除气系统和垃圾污泥焚烧发电系统；污泥预处理系统具有槽式堆泥场，在槽式堆泥场设有翻混机、土壤生物滤床；进料系统具有依次相连接的挤条机、第一斗带式提升机和第一进料口；热源系统具有依次相连接的垃圾污泥焚烧发电装置、复合除尘装置、烟道、第一引风机、第一通风管、风门，风门分别与第一回转烘干窑和第二回转烘干窑相接；污泥干化系统具有依次相连接的第一回转烘干窑、冷却输送带、分离切割式粉碎机、第二斗带式提升机、第二进料口、第二回转烘干窑；除尘除气系统具有第二通风管，第二通风管分别与第一回转烘干窑、第二回转烘干窑、水膜除尘器相连，水膜除尘器依次连接有第二引风机、第三通风管、烟囱；垃圾污泥焚烧发电系统具有输送带，输送带依次连接有垃圾污泥焚烧发电装置、复合除尘装置。
本发明为城市污水处理厂污泥或河、湖疏浚污泥的无害化、减量化和资源化处理开辟了一条行之有效的新途径；利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥，在使垃圾发电产生的能量得到最大利用的同时，也减轻了热气向大气的排放；本发明利用垃圾发电厂余热温度为120℃-160℃的烟气干化污泥，由于污泥在低温条件下得到干化，因此污泥基本保持了原有的热值，从而使污泥在与垃圾一起焚烧发电时贡献更大的热量，另外，由于采用了串联式污泥干化系统，即使有回转烘干窑需要检修，仍然能够使烟气顺畅排出，不会影响垃圾发电厂的正常运行。利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥，可以在不用消耗新能源的情况下，将污水处理厂污泥或河、湖疏浚污泥的含水率降低，使污泥的热能资源得到最大的利用，同时使城市污泥真正得到无害化、减量化和资源化处理，这实际上开辟了一条废物循环利用，以废治废的有效途径，不仅能够产生显著的社会和环境效益，而且也能获得明显的经济效益，本发明已在江苏无锡等地投入实际运用，实践表明，采用该项技术能够获得显著的社会、环境和经济三重效益。
附图说明
附图是利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥和污泥发电一体化系统示意图。图中：挤条机1、第一斗带式提升机2、第一进料口3、第一回转烘干窑4、冷输送带5、分离切割式粉碎机6、第二斗带式提升机7、第二进料口8、第二回转烘干窑9、输送带10、垃圾污泥焚烧发电装置11、复合除尘装置12、烟道13、第一引风机14、第一通风管15、风门16、第二通风管17、水膜除尘器18、第二引风机19、第三通风管20、烟囱21、污泥堆放场22、翻混机23、土壤生物滤床24。
具体实施方式
如附图所示，利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥和污泥发电一体化系统具有污泥预处理系统、进料系统、热源系统、污泥干化系统、除尘除气系统和垃圾污泥焚烧发电系统；污泥预处理系统具有槽式堆泥场(22)，在槽式堆泥场设有翻混机23、土壤生物滤床24；进料系统具有依次相连接的挤条机1、第一斗带式提升机2和第一进料口3；供热系统具有依次相连接的垃圾污泥焚烧发电装置11、复合除尘装置12、烟道13、第一引风机14、第一通风管15、风门16，风门16分别与第一回转烘干窑4和第二回转烘干窑9相接；污泥干化系统具有依次相连接的第一回转烘干窑4、冷却输送带5、分离切割式粉碎机6、第二斗带式提升机7、第二进料口8、第二回转烘干窑9；除尘除气系统具有第二通风管17，第二通风管17分别与第一回转烘干窑4、第二回转烘干窑9、水膜除尘器18相连，水膜除尘器18依次连接有第二引风机19、第三通风管20、烟囱21；垃圾污泥焚烧发电系统具有输送带10，输送带10依次连接有垃圾污泥焚烧发电装置11、复合除尘装置12。
利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥和污泥发电一体化系统由污泥预处理系统，进料系统，热源系统(垃圾污泥焚烧发电系统)，污泥干化系统，除尘除气系统和冷却输送设备等六个部分组成，每一部分的具体构件如下：
1.污泥预处理系统，将含水量为75～85％的城市污水处理厂污泥或河、湖疏浚污泥在污泥堆放场堆放2-5天，借助翻混机的作用，一方面蒸发掉一部分水份，另一方面使来自不同的污水处理厂或河、湖的污泥均匀化，为提高污泥干化效果创造条件。污泥预处理过程中释放的气体，通过土壤生物滤床消除。
2.进料系统，将经过预处理的污泥送入挤条机，把污泥制成直径为6～10mm的条柱状，然后用斗带式提升机将污泥送入干化系统。
3.热源系统，将垃圾污泥焚烧发电后的烟气，通过复合除尘器除尘后，用引风机通过烟道分别送到两个回转烘干窑中，利用烟气余热(温度为120℃～160℃)进行串联式污泥干化。
4.污泥干化系统，由两个体积不同的回转烘干窑、冷却输送带、分离切割式粉碎机组成，第一个回转烘干窑直径为2.0～2.6m，长度为22.0～28.0m，第二个回转烘干窑直径为1.8～2.4m，长为20～26m，分离切割式粉碎机先将小于6～8mm的污泥颗粒分离，然后将具有塑性的大颗粒污泥切割粉碎成粒径小于6～8mm的颗粒。
5.除尘除气系统，由通风管、水膜除尘器和引风机组成，通风管分别连接二个回转烘干窑的尾部和冷却输送带，并与水膜除尘器相接，污泥干化过程中释放的气体经过水膜除尘器，进行除尘除气，然后用引风机，将达到大气排放标准的尾气，送入烟囱。
6.冷却输送设备，由安装在封闭箱顶部，与污泥前进方向成45度角的若干个冷风喷射嘴和输送带组成。污泥从第一回转烘干窑出来后，在被输送到第二回转烘干窑的过程中，经过冷风吹脱，在加速冷却过程中可以起到进一步脱水的效果，同时使残留的气体进一步被清除。污泥从第二回转烘干窑出来后，通过输送带，送至垃圾发电装置，与垃圾、煤混合进行燃烧发电，燃尽后的残渣用作生产轻质建筑材料。
Claims (3)
1.一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥和污泥发电一体化系统，其特征在于，它具有污泥预处理系统、进料系统、热源系统、污泥干化系统、除尘除气系统和垃圾污泥焚烧发电系统；污泥预处理系统具有槽式堆泥场(22)，在槽式堆泥场设有翻混机(23)、土壤生物滤床(24)；进料系统具有依次相连接的挤条机(1)、第一斗带式提升机(2)和第一进料口(3)；热源系统具有依次相连接的垃圾污泥焚烧发电装置(11)、复合除尘装置(12)、烟道(13)、第一引风机(14)、第一通风管(15)、风门(16)，风门(16)分别与第一回转烘干窑(4)和第二回转烘干窑(9)相接；污泥干化系统具有依次相连接的第一回转烘干窑(4)、冷却输送带(5)、分离切割式粉碎机(6)、第二斗带式提升机(7)、第二进料口(8)、第二回转烘干窑(9)；除尘除气系统具有第二通风管(17)，第二通风管(17)分别与第一回转烘干窑(4)、第二回转烘干窑(9)、水膜除尘器(18)相连，水膜除尘器(18)依次连接有第二引风机(19)、第三通风管(20)、烟囱(21)；垃圾污泥焚烧发电系统具有输送带(10)，输送带(10)依次连接有垃圾污泥焚烧发电装置(11)、复合除尘装置(12)。
2.根据权利要求1所述的一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥和污泥发电一体化系统，其特征在于，所述的第一回转烘干窑直径为2.0～2.6m，长度为22.0～28.0m。
3.根据权利要求1所述的一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥和污泥发电一体化系统，其特征在于，所述的第二回转烘干窑直径为1.8～2.4m，长为20～26m。
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