污泥分级分相厌氧消化与沼气发电机组余热综合利用系统

摘要

本发明提供了一种污泥分级分相厌氧消化与沼气发电机组余热综合利用系统，该系统沼气发电机组的低温循环冷却水由软化水箱设备回收，并将低温循环水给预热池的污泥预加热；高温缸套水由热平衡水罐回收，并将高温水给高温水解反应池增温和保温、给中温厌氧消化池保温、为烟气余热锅炉补水，烟气余热锅炉回收沼气发电机组烟气热值，给加热池的污泥加热；高温水解反应池至中温厌氧消化池的污泥热值通过泥泥换热器回收，给预热池的污泥预加热，高温水解反应池、中温厌氧消化池产生的沼气经处理后进沼气发电机组。本发明对沼气发电过程中不同温度的余热分别进行梯级利用，沼气发电机组发电直接利用，沼气发电系统热值回收利用率大于83％。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理厂节能降耗技术领域，涉及一种污泥分级分相厌氧消化与沼气 发电机组余热综合回收利用组合的能量优化集成系统。

背景技术

随着城市化进程的加快和环境保护要求的逐渐提高，城市污水处理厂数量日益增 加。目前，世界上超过90％的城市污水处理都采用活性污泥法，由于剩余污泥产生量一 般是污水处理量的0.5‰～0.8‰(以含水率80％计)，污泥的含水率一般在98.5-99.5％， 含水率高，有机质含量高，性质不稳定，易腐化发臭，且含有病原菌、寄生虫卵、重金 属等有毒有害物质，使得污泥的处理处置成为污水处理厂中的重要问题。污泥处理投资 占污水厂总投资的20％-50％(国外一些发达国家污泥处理投资占污水厂总投资的50％- 70％)。城市污泥处理处置运行费用居高不下已成为限制其发展的一个重要因素，大力 发展廉价低耗的污泥处理处置技术已成当务之急。

污泥中丰富的有机成分使得污泥的厌氧消化成为污泥处理处置的重要途径之一。污 泥分级分相厌氧消化是在无氧的条件下由兼性菌和专性厌氧菌分解有机物产生二氧化碳 和甲烷的过程。污泥分级分相厌氧消化因具有减少污泥体积、稳定污泥性质、产生甲烷 气体，同时污泥在消化过程中，产生的甲烷菌具有很强的抗菌作用，可杀死大部分病原 菌以及其它有害微生物，使污泥卫生化，特别是高温厌氧消化杀菌能力大幅度提高。污 泥分级分相厌氧消化，高温水解反应池反应温度控制在40-50℃，中温厌氧消化池反应 温度控制在35-38℃，跟常规的中温厌氧消化(35-38℃)相比，需要大量热能，因其 耗费能源较大从而导致运行成本过高并限制了应用。

发明内容

本发明为了解决现有的污泥分级分相厌氧消化技术中存在的耗费能源较大的问 题，进而提供一种污泥分级分相厌氧消化与沼气发电机组余热综合利用系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

污泥分级分相厌氧消化与沼气发电机组余热综合利用系统，该系统包括预热池、加 热池、高温水解反应池、中温厌氧消化池、沼气发电机组、烟气余热锅炉、热平衡水 罐、软化水箱设备、泥泥换热器、泥水换热器和水水换热器设备，所述沼气发电机组的 低温循环冷却水由所述软化水箱设备回收低温循环水热值，并将所述低温循环水通过所 述泥水换热器给所述预热池的污泥预加热；高温缸套水由所述热平衡水罐回收高温水热 值，并将所述高温水通过所述水水换热器给所述高温水解反应池增温和保温、给所述中 温厌氧消化池保温、以及为所述烟气余热锅炉补给水，所述烟气余热锅炉回收所述沼气 发电机组烟气热值，产生的蒸汽直接给所述加热池的污泥加热；所述高温水解反应池至 所述中温厌氧消化池的污泥热值通过所述泥泥换热器回收，回收热值给所述预热池的污 泥预加热，高温水解反应池、中温厌氧消化池产生的沼气经处理后进沼气发电机组。沼 气发电过程中不同温度的余热分别进行梯级利用，沼气发电机发电可直接利用，沼气发 电系统热值回收利用率大于83％以上。

本发明具有以下有益效果：1)将污泥分级分相厌氧消化技术和沼气发电机组余热 综合利用技术相结合，沼气发电过程中不同温度的余热分别进行梯级利用，回收热值作 为分级分相厌氧消化的热源，能量得到充分而合理的利用，形成了污泥处理系统电、 热、能综合利用的新集成技术。2)泥泥换热器。高温水解反应池污泥至中温厌氧消化 池污泥热值通过泥泥换热器回收，充分利用系统热值；3)节约能源。污泥分级分相厌 氧消化的热能来自沼气发电机组的余热，分级分相厌氧消化系统产生沼气，沼气带动发 电机组，沼气发电机组余热用于高温、中温污泥厌氧消化所需热能。与燃料锅炉相比， 节能大量能源。4)不污染环境。使用沼气发电机组余热作为污泥高温、中温厌氧消化 的热源，避免了使用传统锅炉造成的大气污染。5)对不同温度的热源分别进行梯级利 用，提高了沼气发电系统热值回收利用效率。

附图说明

图1为本发明的具体实施方式提供的污泥分级分相厌氧消化与沼气发电机组余热综 合利用系统工艺流程图；

图2为本发明的具体实施方式提供的沼气发电机组余热综合利用系统工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

图1为沼气发电机组余热综合利用与污泥分级分相厌氧消化技术集成系统工艺流程 图。该系统包括预热池1、加热池2、高温水解反应池3、中温厌氧消化池4、沼气发电机 组5、烟气余热锅炉6、热平衡水罐7、软化水箱设备8、泥泥换热器、泥水换热器和水水 换热器设备，沼气发电机组5的低温循环冷却水由软化水箱设备8回收低温循环水热值， 并将低温循环水通过泥水换热器给预热池1的污泥预加热；高温缸套水由热平衡水罐7回 收高温水热值，并将高温水通过水水换热器给高温水解反应池3增温和保温、给中温厌 氧消化池4保温、以及为烟气余热锅炉6补给水，烟气余热锅炉6回收沼气发电机组5的烟 气热值，产生的蒸汽直接给加热池2的污泥加热；高温水解反应池3至中温厌氧消化池4 的污泥热值通过泥泥换热器回收，回收热值给预热池1的污泥预加热，高温水解反应池 3、中温厌氧消化池4产生的沼气经处理后进沼气发电机组5，沼气发电过程中不同温度 的余热分别进行梯级利用，沼气发电机组5发电可直接利用，沼气发电系统热值回收利 用率大于83％以上。

图2为沼气发电机组余热综合利用系统工作原理图。

沼气发电机组5的低温循环冷却水主要冷却机组的中冷器，出水温度不高于55℃， 通过泥水换热器回收余热，给预热池1的污泥预加热；沼气发电机组5的高温缸套水主要 冷却机组的油冷器、机体及缸盖等部件，出水温度一般不高于85℃，通过水水换热器回 收余热，给高温水解反应池3增温和保温，给中温厌氧消化池4保温；沼气发电机组5的 烟气余热，烟气温度在550℃左右，通过烟气余热锅炉6回收热值，产生蒸汽给预热池1 的污泥加热。

本发明可用于城市污水处理厂生成污泥的稳定，为污泥后续的减量化和资源化处理 提供基础，同时实现电、热、能的优化配置。还可以用于除城市污水厂外的其他污水处 理厂。

实施例一：

一个规模为为100,000t/d的城市污水处理厂，产生含水率80％的污泥约75t/d，冬季 系统运行，预处理池污泥含水率92％，污泥泥温15℃，污泥高温(约50℃)水解、中温 (35℃)厌氧消化系统所需热量为2.554×10⁵kcal，高温、中温厌氧消化系统产生沼气 3120m3/d，可供300kw的发电机组运行，产电260kw。考虑沼气发电机组烟气余热回收 利用效率70％，低温循环冷却水和高温缸套水回收利用效率80％，沼气发电机组余热可 回收2.654×10⁵kcal；夏季系统运行，预处理池污泥含水率92％，污泥泥温25℃，污泥 高温(约50℃)水解、中温(35℃)厌氧消化系统所需热量为1.547×10⁵kcal，沼气发 电机组余热可回收2.654×10⁵kcal；由上述数据可以看出，夏季，沼气发电机组余热回 收系统产生的热量能够远远满足高温、中温厌氧消化所需要的热量；冬季，沼气发电机 组余热回收系统产生的热量基本能够满足高温、中温厌氧消化所需要的热量，考虑系统 运行稳定性，系统可以增设一台沼气锅炉。

已有资料表明，城市污水处理厂电耗约占总能耗60-90％，污水生物处理电能能耗 (主要用于曝气供氧)占总电耗的50-70％，污泥处理电耗占总电耗的10-25％，可见将 沼气发电机组余热综合利用与高温、中温污泥厌氧消化技术集成，不但能实现污水处理 厂内部水、热、能的优化配置，更可实现污水处理厂大幅度的节能降耗。运用污泥分级 分相厌氧消化技术，沼气产量比中温厌氧消化提高35％，系统产生的沼气可发电，大约 占35％左右，发电机余热主要三部分：高温缸套水、低温循环冷却水、烟气余热，大约 占56％。高温缸套水、低温循环冷却水通过水水换热器换热后能稳定产生80℃、50℃热 水，烟气余热可以通过余热锅炉产生蒸汽或热水。污泥分级分相厌氧消化技术与沼气发 电机组余热综合利用技术的发展，为实现污水处理厂基于能量优化配置的污泥稳定化、 资源化提供了技术可能。

本发明具有以下优点及突出性效果：1)将污泥分级分相厌氧消化技术和沼气发电 机组余热综合利用技术相结合，沼气发电过程中不同温度的余热分别进行梯级利用，回 收热值作为分级分相厌氧消化的热源，能量得到充分而合理的利用，形成了污泥处理系 统电、热、能综合利用的新集成技术。2)泥泥换热器。高温水解反应池污泥至中温厌 氧消化池污泥热值通过泥泥换热器回收，充分利用系统热值；3)节约能源。污泥分级 分相厌氧消化的热能来自沼气发电机组的余热，分级分相厌氧消化系统产生沼气，沼气 带动发电机组，沼气发电机组余热用于高温、中温污泥厌氧消化所需热能。与燃料锅炉 相比，节能大量能源。4)不污染环境。使用沼气发电机组余热作为污泥高温、中温厌 氧消化的热源，避免了使用传统锅炉造成的大气污染。5)对不同温度的热源分别进行梯 级利用，提高了沼气发电系统热值回收利用效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替 换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保 护范围为准。