市政污泥干化焚烧系统及其处理工艺

摘要

本发明公开了一种市政污泥干化焚烧系统，它包括焚烧炉，所述焚烧炉的烟气出口与污泥干燥机连通；污泥干燥机尾气出口分别与换热器和焚烧炉连通，换热器与尾气处理系统连通；污泥干燥机的出料口一路直接与焚烧炉连通，另一路与热解炉连通，热解炉出料口分别与活性炭尾气处理系统和焚烧炉连通。本发明同时还公开市政污泥干化焚烧系统的处理工艺。本发明具有系统构成简单，污泥处理过程能耗少，无二次污染，整个处理过程简洁，故障率低等优点。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种环保工艺，尤其涉及一种市政污泥干化焚烧系统及其处理工艺。

背景技术

当前国内外对污泥的处理处置方法主要有填埋、焚烧、土地利用。污泥填埋占用大量土地，产生的渗滤液和气体会严重污染地下水和大气。土地利用时由于污泥中含有病原菌、寄生虫卵、重金属和多种难降解有机化合物，将会危害人体健康和动植物生长。焚烧是实现污泥无害化、减量化、稳定化最为彻底的手段，在污泥处理处置中所占的比例逐年提高，已成为发达国家采用的主要技术，但其技术和装备投资大，运行成本高，高温烟气未能充分利用。最近几年出现的一些资源化技术也因处理成本过高，且有些技术尚处在实验室研究阶段，实际生产中难以大规模推广应用。

从国内外城市污水污泥处理处置现状来看，干化技术发展最快、最适合于污泥大规模减量化。而如何有效地将含湿量高的污泥干化使其稳定并作为一种资源是目前世界各国面临的一个共同难题。

目前，全世界大约有50余家污泥干燥公司。意大利涡轮设备与工艺公司（VOMM）、奥地利安德里茨公司（Andritz）、荷兰范登布鲁克公司开发的干燥技术在污泥和湿性垃圾处理领域应用广泛，已在国外众多的污水处理厂成功应用了数十年。

在我国国内，目前有有利用电厂低温烟气的余热进行污泥干化（例如申请号为200510048978.6、200510049554.1、 200510049556.0、200510050634.9、200510050701.7的中国专利），以及利用循环流化床锅炉（例如申请号为200510011942.0、200510077292.X、200510038416.3、93242549.6 、200610037604.9的中国专利）对湿污泥进行直接焚烧处理的报道。前者需占用大量的占地，且处置能力低，并对电厂的稳定运行有所影响；后者看似简单，但经测算，将直接影响锅炉运行效率约5-6%，并且造成锅炉受热面等部位积灰和腐蚀加强，处置费用较高，尚未考虑锅炉维护成本和效率降低带来的费用增加。

总体来讲，国内的污泥焚烧处理系统复杂，操作工艺条件苛刻，投资运行成本较高，所用设备单一，集成化程度低，系统可靠性不强，并存在如下问题：（1）污泥干燥系统的传热效率低；（2）污泥粘性大，在干化过程中易出现的粘壁问题；（3）污泥干化需要额外能源，能耗较大；（4）污泥干化焚烧过程中易出现的二次污染；（5）污泥活性炭制备中尾气的污染不易控制。例如中国专利200510111467.4给出了一种污泥干化与焚烧工艺及其系统装置，适用于城市污水处理厂活性污泥的处理，工艺流程经过：湿污泥料仓、计量斗、污泥混合器、污泥干燥机、粒状分离器、冷却器、干化产品贮仓、焚烧炉、烟气净化装置，所述的焚烧炉采用鼓泡流化床焚烧炉，焚烧炉尾部布置有省煤器、空气预热器，焚烧所产生的高温烟气分别用来加热导热油及冷空气，被加热后的导热油通过循环泵送至污泥干燥机干燥湿污泥。由于其采用导热油间接换热，从烟气到与污泥换热需经过二次换热，不但降低了系统的干化效率，增大了能耗；而且增加了余热锅炉、导热油站等装置，致使系统投资大、结构更为复杂、也增大了工人的操作难度。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前市政污泥处理系统存在的能耗高，有二次污染，处理过程复杂，故障率高等问题，提供一种具有系统构成简单，污泥处理过程能耗少，无二次污染，整个处理过程简洁，故障率低等优点的市政污泥干化焚烧系统及其处理工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种市政污泥干化焚烧系统，它包括焚烧炉，所述焚烧炉的烟气出口与污泥干燥机连通；污泥干燥机尾气出口分别与换热器和焚烧炉连通，换热器与尾气处理系统连通；污泥干燥机的出料口一路直接与焚烧炉连通，另一路与热解炉连通，热解炉出料口分别与活性炭尾气处理系统和焚烧炉连通。

所述污泥干燥机为打散回转圆筒干燥机，其包括筒体，筒体的上部和下部分别设有脱水污泥进口和干化污泥出口，筒体内设有打散轴，打散轴上设有若干组垂直于打散轴的打散刀装置，每一组打散刀装置由两个平行的在同一平面内的打散刀组成，所述每一组打散刀装置的两个平行的打散刀之间通过若干与打散刀垂直的且相互之间平行的破碎齿连接；打散轴的两端伸出筒体外，并支撑于打散轴支架上，打散轴的一端设有传动皮带轮。

一种市政污泥干化焚烧系统的处理工艺，包括以下步骤:

1）含水率为70%-90%的脱水污泥通过脱水污泥起吊机从污泥槽中吊至脱水污泥料仓，再通过螺旋输送机或污泥泵进入污泥干燥机内，在污泥干燥机内经打散装置打散后和来自焚烧炉的烟气直接接触换热实现干燥造粒；

2）步骤1）中污泥干燥机所得干化污泥中的一路通过螺旋输送机或刮板输送机送入焚烧炉焚烧，焚烧后的高温烟气和空气混合调温后送入污泥干燥机，直接与污泥接触进行干燥，有效的提高了传热效率；

3）步骤1）中污泥干燥机所得干化污泥中的另一路通过螺旋输送机送入双温区热解炉，干化污泥首先在低温区进行热解炭化；然后进入高温区，此时活化气体通过设在炉体上的进气口进入热解炉内，对低温区裂解产物进行活化生成活性炭，活性炭成品送入活性炭尾气处理系统，吸附尾气中污染物；热解炉副产品即热解产生的气体送入焚烧炉焚烧，既有效利用了污泥的可燃成分，又避免尾气排放污染环境；

4）污泥干燥机的尾气抽取一路与助燃空气混合后送入焚烧炉，这部分气体不但能够预热助燃空气，而且降低了燃烧区域氧气浓度，进而降低了燃烧反应速率和火焰温度，能够改进燃烧室内温度温度均匀性，防止局部过热，因此有效地避免了燃料结焦和高温型NOx的生成；

5）污泥干燥机尾气的另一路连接换热器，与经过处理的尾气换热后，再进入尾气处理系统，此步骤为了避免处理过的尾气温度在其露点温度以下，对设备造成腐蚀；经过尾气处理系统处理的尾气经换热器换热后排出。

所述步骤2）中，焚烧炉焚烧产生的高温烟气为750-1300℃，在焚烧炉的高温区至少停留2-4秒后进入污泥干燥机，进入后该高温烟气急冷至300℃以下；其目的是避免高温下分解的二噁英在冷却过程中再次合成，这种方法能有效地控制二噁英的排放。

所述的烟气急冷方法为：湿污泥进入污泥干燥机后被打散构件迅速破碎为当量直径为2-15mm的颗粒，控制污泥干燥机内截面流速在0.5-5m/s，与湿污泥颗粒迅速换热降温至300℃以下。

所述步骤5）中，尾气处理系统包括活性炭吸附塔和碱液吸收塔。

本发明实现了干化系统能源部分自给，利用干化后的污泥作为燃料进行燃烧，所产生的高温烟气直接为污泥干化提供所需能源。对于富余的干化污泥，可用于污泥活性炭等高附加值产品的制备。本发明实现了不借助外部热能的添加，干化能源自给率达80%以上。

湿污泥无返料直接干化技术，采用湿污泥直接加料干化技术，通过干燥机内部打散构件的作用，实现干化系统稳地运行，避免了其他干化方式所采用的复杂的返料系统，降低了系统投资，提高了设备可靠度；

采用污泥干燥直接造粒技术，在湿污泥干化过程中，通过内部打散构件的作用，实现干化造粒一体化，直接获得颗粒状干化污泥，无需进一步制粒即可用于干化污泥焚烧和污泥活性碳制备。

在干燥机内二噁英控制的急冷技术，在湿污泥干化过程中，通过干燥机内部打散构件作用，将湿污泥迅速打散为当量直径2-15mm的颗粒，与速度为0.5-5m/s的高温烟气接触换热，可实现高温烟气与被干化污泥高强度传热传质过程，高温烟气可由850—1100℃迅速急冷至300℃以下，有效实现对二噁英生成控制。

采用干燥尾气与助燃空气混合气体送入焚烧炉，不但能够预热助燃空气，而且降低了燃烧区域氧气浓度，进而降低了燃烧反应速率和火焰温度，能够改进燃烧室内温度温度均匀性，防止局部过热，因此有效地避免了燃料结焦和高温型NOx的生成；

活性炭制备副产物的再利用及系统尾气处理中的应用，在活性炭制备过程中同时会生成液态和气态的高热值副产品，将副产品引入焚烧炉燃烧，有效利用了能源，并避免了二次污染。活性炭产品用于本系统尾气的处理，充分体现出以废治废和技术集中成套化的优势。

本发明的有益效果是：

1.利用高温烟气直接干燥污泥，解决了污泥干燥系统的传热效率低的技术难点；

2.利用污泥干化可以防粘结特征，解决污泥粘性大，在干化过程中易出现的粘壁问题；

3.利用流态化燃烧特征，解决污泥干化能源部分自给，实现系统节能降耗问题；

4.利用系统内置急冷特征，解决在污泥干化焚烧过程中易出现的二次污染的技术难点；

5.利用污泥活性炭制备尾气的再利用技术，解决污泥活性炭制备中尾气的污染控制问题；

6.系统构成简单，占地少，投资少，运行成本低，操作过程简单。

附图说明

图1为本发明的系统流程图；

图2为本发明具体实施例的工艺流程图；

图3为回转圆筒干燥机及打散构件剖面图；

图4为图3中A-A向剖视图；

其中，1.焚烧炉，2.污泥干燥机，3.热解炉，4.换热器，5.尾气处理系统，6.燃烧室，7.旋风分离器，8.返料器，9.污泥给料仓，10.干污泥给料仓，11.混气室，12.气体分配室，13.脱水污泥进口，14.筒体，15.打散刀（破碎齿支架），16.破碎齿，17.打散轴，18.传动皮带轮，19.打散轴支架，20.干化污泥出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1-4所示，市政污泥干化焚烧系统，它包括焚烧炉1，所述焚烧炉1的烟气出口与污泥干燥机2连通；污泥干燥机2尾气出口分别与换热器4和焚烧炉1连通，换热器4与尾气处理系统5连通；污泥干燥机2的出料口一路直接与焚烧炉1连通，另一路与热解炉3连通，热解炉3出料口分别与尾气处理系统5和焚烧炉1连通。

所述污泥干燥机2为打散回转圆筒干燥机，其包括筒体14，筒体14的上部和下部分别设有脱水污泥进口13和干化污泥出口20，筒体14内设有打散轴17，打散轴17上设有若干组垂直于打散轴17的打散刀装置，每一组打散刀装置由两个平行的在同一平面内的打散刀15组成，所述每一组打散刀装置的两个平行的打散刀15之间通过若干与打散刀15垂直的且相互之间平行的破碎齿16连接；打散轴17的两端伸出筒体14外，并支撑于打散轴支架19上，打散轴17的一端设有传动皮带轮18。

焚烧炉1为循环流化床焚烧炉。

一种市政污泥干化焚烧系统的处理工艺，包括以下步骤:

1）含水率为70%-90%的脱水污泥通过脱水污泥起吊机从污泥槽中吊至脱水污泥给料仓9，再通过螺旋输送机或污泥泵进入污泥干燥机2内，在污泥干燥机2内经打散装置打散后和来自焚烧炉1的烟气直接接触换热实现干燥造粒；

2）步骤1）中污泥干燥机2所得干化污泥中的一路通过螺旋输送机或刮板输送机送入干污泥料仓10，经输送装置送入焚烧炉1焚烧，焚烧后的高温烟气和空气混合调温后送入污泥干燥机2，直接与污泥接触进行干燥，有效的提高了传热效率；

3）步骤1）中污泥干燥机2所得干化污泥中的另一路通过螺旋输送机送入双温区热解炉3，干化污泥首先在低温区进行热解炭化；然后进入高温区，此时活化气体通过设在炉体上的进气口进入热解炉3内，对低温区裂解产物进行活化生成活性炭，活性炭成品送入尾气处理系统5，吸附尾气中重金属离子和二噁英等污染物；热解炉副产品即热解产生的气体送入焚烧炉1焚烧，既有效利用了污泥的可燃成分，又避免尾气排放污染环境。

4）污泥干燥机2的尾气抽取一路与助燃空气在混气室11混合后送入气体分配室12，气体分配室12引出四条支路，其中三条作为流化床焚烧炉1的一、二、三次助燃气体，这部分气体不但能够预热助燃空气，而且降低了燃烧反应速率和火焰温度，能够改进燃烧室5内温度温度均匀性，防止局部过热，因此有效地避免了燃料结焦和高温型NOx的生成；另外一条支路引入返料器8作为返料风，将旋风分离器7分离出的污泥颗粒送入燃烧室6。NOx是氮氧化合物的总称，包括NO和NO₂。

5）污泥干燥机2尾气的另一路连接换热器4，与经过处理的尾气换热后，再进入尾气处理系统5，此步骤为了避免处理过的尾气温度在其露点温度以下，对设备造成腐蚀；经过尾气处理系统5处理的尾气经换热器4换热后排出。

所述步骤2）中，焚烧炉1焚烧产生的高温烟气为750-1300℃，在焚烧炉1的高温区至少停留2-4秒后进入污泥干燥机2，进入后该高温烟气急冷至300℃以下。其目的是避免高温下分解的二噁英在冷却过程中再次合成，这种方法能有效地控制二噁英的排放。

所述的烟气急冷方法为：湿污泥进入污泥干燥机2后被打散构件迅速破碎为当量直径为2-15mm的颗粒，控制污泥干燥机2内截面流速在0.5-5m/s，与湿污泥颗粒迅速换热降温至300℃以下。

所述步骤5）中，尾气处理系统5包括活性炭吸附塔和碱液吸收塔。

本发明实现了干化系统能源部分自给，利用干化后的污泥作为燃料进行燃烧，所产生的高温烟气直接为污泥干化提供所需能源。对于富余的干化污泥，可用于污泥活性炭等高附加值产品的制备。本发明实现了不借助外部热能的添加，干化能源自给率达80%以上。

湿污泥无返料直接干化技术，采用湿污泥直接加料干化技术，通过干燥机内部打散构件的作用，实现干化系统稳地运行，避免了其他干化方式所采用的复杂的返料系统，降低了系统投资，提高了设备可靠度；采用污泥干燥直接造粒技术，在湿污泥干化过程中，通过内部打散构件的作用，实现干化造粒一体化，直接获得颗粒状干化污泥，无需进一步制粒即可用于干化污泥焚烧和污泥活性碳制备。

采用干燥尾气与助燃空气混合气体送入焚烧炉，不但能够预热助燃空气，而且降低了燃烧区域氧气浓度，进而降低了燃烧反应速率和火焰温度，能够改进燃烧室内温度温度均匀性，防止局部过热，因此有效地避免了燃料结焦和高温型NOx的生成；

在干燥机内二噁英控制的急冷技术，在湿污泥干化过程中，通过干燥机内部打散构件作用，将湿污泥迅速打散为当量直径2-15mm的颗粒，与速度为0.5-5m/s的高温烟气接触换热，可实现高温烟气与被干化污泥高强度传热传质过程，高温烟气可由850—1100℃迅速急冷至300℃以下，有效实现对二噁英生成控制。