CN102531318B

CN102531318B - 一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统及处理工艺

Info

Publication number: CN102531318B
Application number: CN2011104017648A
Authority: CN
Inventors: 尹水娥; 吴剑; 阎维平
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: CN102531318A

Abstract

本发明公开了属于污泥的无害化处理技术领域的一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统及处理工艺。处理系统由垃圾储坑、空分装置、垃圾-污泥焚烧炉、旋风分离器、余热锅炉、布袋除尘器、汽轮机发电机组、两级干燥器、干化污泥存储仓、细粉分离器、冷凝器、汽水分离器和二氧化碳的净化与捕捉系统组成。干化污泥在富氧气氛中燃烧充分，节省辅助燃料，焚烧的余热高效地回收和利用，排放的烟气中的CO₂经冷却、净化、压缩液化，最终得到高纯度的CO₂，可作为工业应用，其他的杂志做回收处理，二噁英等剧毒物质分类收集并报送资质的单位统一处理，实现了以废治废，以资源化促无害化，从而降低废物处理成本、提高能源利用率。

Description

一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统及处理工艺

技术领域

本发明属于垃圾无害化处理技术领域，特别涉及高含水率污泥的干化、焚烧、焚烧余热利用及烟气等污染物排放的一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统及处理工艺。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市化进程的加快，以及污水处理厂的普及和污水处理技术的快速发展，我国的污泥产量日益增加，给环境造成很大的压力。现有的污泥处置方法有污泥填埋、污泥农用、污泥的干化与热处理以及污泥焚烧等。

污泥填埋有自身的缺点，污泥中的污染物质仍然存在，容易造成二次污染；需进行一定程度的干化预处理，因此成本上升；而且需要占用大量土地面积，因此填埋方法现在使用的越来越少，难以找到合适的填埋场是非常重要的一个原因。

污泥农用的缺点是污泥中含有重金属、病原体、难降解有机物等会造成环境污染，以及N、P的流失对地表水和地下水的污染。随着人们对环境的越来越重视，许多国家都颁布了农用污泥的标准，从重金属浓度等各方面进行要求，污泥农用越来越受到限制。

污泥的干化与热处理，可使污泥体积减少至原来的1/4-1/5，早在20世纪40年代，日本和欧美就尝试用直接加热干燥的方式来处理污泥，经过几十年的发展，干化技术在处理高含水率污泥的优点正逐步显现出来。可以说干燥是此类物质减量化、无害化和资源化利用的关键一步。

焚烧是污泥处置过程中最大化减量的手段。焚烧后污泥体积相对机械脱水后污泥体积，减少高达90％的量；且一般污泥干化后具有一定的热值，因此可以保证燃烧的进行。与其他处置方法相比，1)焚烧极大的减少了污泥的体积和重量，最终需要处理的物质很少；2)污泥处理速度快，不需要长期储存，特别适合大规模集中处置城市污水处理厂污泥；3)污泥可以就地焚烧，不需要长距离运输，有效防止污泥运输过程可能对环境造成的二次污染；4)可以回收热量，用于发电和供热。

焚烧也存在着一些问题。焚烧过程中排放的烟气易含有二噁英、重金属飞灰等剧毒物质，对环境和人体可能造成危害。污泥焚烧造成的气体排放问题，仍然是当前污泥焚烧技术研究难以突破的关键点。

因此，开发一种整体工艺，能实现利用干化污泥焚烧产生的一部分热能作为初始污泥的干化热源，实现污泥的干化焚烧一体化，降低系统运行综合成本，并使污泥焚烧产生的烟气污染物达到零排放，具有重要的应用价值。

城市污水污泥中的高含水率是造成此类废物处理费用高、难度大的一个关键问题。如果以降低的成本降低污泥中的含水率是面临的主要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统及处理工艺；其特征在于，所述污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统为垃圾储坑1和空分装置2集成一体、并分别与垃圾-污泥焚烧炉3连接、垃圾-污泥焚烧炉3排烟口与旋风分离器4、余热锅炉5、布袋除尘器6、污泥一段干燥器10、细粉分离器11、冷凝器12、汽水分离器13和二氧化碳的净化与捕捉系统14串联；其中、余热锅炉5再与汽轮机发电机组7、污泥二段干燥器8、干化污泥存储仓9和垃圾-污泥焚烧炉3串联连接，形成余热回收利用回路；污泥一段干燥器10和细粉分离器11的公共接口和污泥二段干燥器8联通；并且污泥一段干燥器10和细粉分离器11各自的一个输出口连接在一起后再和污泥二段干燥器8连接。

所述布袋除尘器6的烟气出口与垃圾-污泥焚烧炉3烟道连接。

所述污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺，包括如下步骤：

1)初始污泥经简单机械脱水后成为湿污泥，从污泥进口装置进入污泥一段干燥器10，由除尘后的烟气余热即回收了来自焚烧烟气的部分热量直接干化；

2)如果污泥一段干燥器10热量不够，污泥干燥效果不佳，调节乏汽量，启用污泥二段干燥器补充加热，进行污泥间接干化，所用的热量来自做功后的乏汽；

3)干污泥被送料机械输送到干化污泥储存仓9，按需要量送给垃圾-污泥焚烧炉3，在富氧的气氛下焚烧，垃圾-污泥焚烧炉3焚烧后的烟气进入旋风分离器4，旋风分离器4分离出的物料循环返回到垃圾-污泥焚烧炉3，继续参与焚烧；从旋风分离器4出来的烟气进入余热锅炉5，余热锅炉出来的一部分热烟气利用来提供的高品质蒸汽用于汽轮机发电机组7发电；或用于供热和印染工业，发电后的乏汽或者工业用热后的热水用来作为污泥二段干燥器8的热源，用于间接干化污泥继续回收热量，进一步降低污泥的含水率，干化后的污泥进入干化污泥存储仓9，按照需要和垃圾存储坑1中的垃圾一同进入垃圾-污泥焚烧炉3)续参与焚烧；

4)余热锅炉5出来的另一部分热烟气经布袋除尘器6除尘后分两部处理，经除尘后的200℃-240℃温度范围的烟气一部分直接回到炉膛继续参与焚烧，大量烟气循环大大减少了排烟热损失，主要作用是增加炉内流动湍流度和调整炉内燃烧温度；另外一部分进入污泥一段干燥器10、直接与污泥接触，使污泥含水率降低，随后污泥进入污泥二段干燥器8，离开污泥一段干燥器10的烟气含有大量的污泥细粉和水分，经细粉分离器11、冷凝器12、汽水分离器13除粉脱水后进入二氧化碳的净化与捕捉系统14，其中细粉分离器11分离出的污泥细粉送到污泥二段干燥器8；含有大量杂质的CO₂烟气经压缩冷却，分离杂质，最终得到高纯度的液态二氧化碳。

所述富氧的气氛是O₂和CO₂。

所述污泥一段干燥器为直接干化，直接干化设备为直接转筒式干燥器和流化床干燥器；污泥二段干燥器为间接干化，间接干化设备为水平桨板式、中空螺旋式或者圆盘式。

所述垃圾-污泥焚烧炉为流化床焚烧炉。

所述从布袋除尘器排出的大量烟气回到流化床焚烧炉炉膛，减少排烟损失，提高热效率，以及污泥焚烧热量的利用。

所述空分装置分离的氮气可作为商用；经冷却、净化和压缩液化的烟气最终得到高纯度的CO₂，作为其他工业原材料，其中空分装置和压缩液化的动力驱动来源于汽轮机的发电。

所述污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺不存在烟气污染物的排放，也没有烟囱设施。

所述杂质包括HCl、SO₂、NO、少量O₂和二噁英。

本发明的有益效果是：本发明与已有技术相比，具有两个明显的效果，

1)充分利用垃圾-污泥焚烧的热源干燥污泥，不足部分由乏汽加热补充，不需要外加热源的供应，完全实现了焚烧余热的回收利用和污泥干化焚烧的一体化，降低了运行成本，且系统合理紧凑，所使用的设备结构成熟，具有良好的应用前景。

2)O₂/CO₂气氛下焚烧污泥，实现污泥焚烧烟气污染物的富集与回收，CO₂的净化与捕集，从而实现烟气污染物的零排放。对于解决我国迫在眉睫的焚烧污染物排放处理问题具有重要的应用价值和社会效益。

附图说明

图1是一种烟气污染物零排放的污泥一体化处理工艺的结构及流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统及处理工艺。下面结合附图予以说明。

图1所示是一种烟气污染物零排放的污泥一体化处理工艺的结构及流程示意图。图中，所示的垃圾-污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统是连接方式为垃圾储坑1、垃圾-污泥焚烧炉3、旋风分离器4、余热锅炉5与汽轮机发电机组7依次相连；空分装置2与垃圾-污泥焚烧炉3相连；余热锅炉5后接布袋除尘器6，布袋除尘器6有两个烟气出口，分别与垃圾-污泥焚烧炉3、污泥一段干燥器10相连；污泥一段干燥器10后面依次接细粉分离器11、冷凝器12、汽水分离器13和二氧化碳的净化与捕捉系统14；污泥二段干燥器8分别与汽轮机发电机组7、污泥一段干燥器10、干化污泥存储仓9、细粉分离器12相连。

具体的工作方式，结合上述工艺流程描述如下，

垃圾储坑的垃圾进入垃圾-污泥焚烧炉3在富氧(O₂/CO₂)的气氛下焚烧，垃圾-污泥焚烧炉3焚烧后的烟气进入旋风分离器4，循环物料返回到垃圾-污泥焚烧炉3继续参与焚烧。从旋风分离器4出来的烟气进入余热锅炉5，该余热一部分利用来提供高品质蒸汽用于汽轮机发电机组7发电；另一部分烟气经换热后从余热锅炉尾部出来进入布袋除尘器6除尘，经除尘后的烟气温度大约200℃-240℃，分为两部分，一部分返回垃圾-污泥焚烧炉3，主要是用来调节炉内温度和增加流动湍流度；另外一部分烟气进入污泥一段干燥器10、直接与污泥接触，使污泥含水率降低，随后污泥进入污泥二段干燥器8，离开污泥一段干燥器10的烟气含有大量的污泥细粉和水分，经细粉分离器11、冷凝器12、汽水分离器13除粉脱水后进入二氧化碳的净化与捕捉系统14，其中细粉分离器11分离出的污泥细粉送到污泥二段干燥器8；含有大量杂质的CO₂烟气经压缩冷却，分离杂质(杂质主要是HCl、SO₂、NO、O₂等)，最终得到高纯度的液态二氧化碳。捕集的高纯度CO₂可以作为化工产品利用或者用于油井驱油或地质埋存，其他被收集的重金属、二噁英等危险污染物报送资质的单位统一处理。余热锅炉出来的主蒸汽进入汽轮机发电机组7做功，做功乏汽进入污泥二段干燥器8，用于间接干化污泥，进一步降低污泥的含水率，干化后的污泥进入干化污泥存储仓9，按照需要和垃圾存储坑1中的垃圾一同进入垃圾-污泥焚烧炉3进行处理。

Claims

1.一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统；其特征在于，所述污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统为垃圾储坑（1）和空分装置（2）集成一体、并分别与垃圾-污泥焚烧炉（3）连接、垃圾-污泥焚烧炉（3）排烟口与旋风分离器（4）、余热锅炉（5）、布袋除尘器（6）、污泥一段干燥器（10）、细粉分离器（11）、冷凝器（12）、汽水分离器（13）和二氧化碳的净化与捕捉系统（14）依次串联；其中、余热锅炉（5）再与汽轮机发电机组（7）、污泥二段干燥器（8）、干化污泥存储仓（9）和垃圾-污泥焚烧炉（3）依次串联连接，形成余热回收利用回路；污泥一段干燥器（10）和细粉分离器（11）的公共接口和污泥二段干燥器（8）联通；并且污泥一段干燥器（10）和细粉分离器（11）各自的一个输出口连接在一起后再和污泥二段干燥器（8）连接。

2.根据权利要求1所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统；其特征在于，所述布袋除尘器（6）的烟气出口与垃圾-污泥焚烧炉（3）烟道连接。

3.根据权利要求1所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统，其特征在于，所述垃圾－污泥焚烧炉为流化床焚烧炉。

4.根据权利要求1所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统，其特征在于，所述污泥一段干燥器为直接干化，直接干化设备为直接转筒式干燥器和流化床干燥器；污泥二段干燥器为间接干化，间接干化设备为水平桨板式、中空螺旋式或者圆盘式。

5.一种权利要求3所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理系统的零排放处理工艺，其特征在于，所述污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺，包括如下步骤：

1）初始污泥经简单机械脱水后成为湿污泥，从污泥进口装置进入污泥一段干燥器（10），由除尘后的烟气余热即回收了来自焚烧烟气的部分热量直接干化；

2）如果污泥一段干燥器（10）热量不够，污泥干燥效果不佳，调节乏汽量，启用污泥二段干燥器补充加热，进行污泥间接干化，所用的热量来自做功后的乏汽；

3）干污泥被送料机械输送到干化污泥储存仓（9），按需要量送给垃圾-污泥焚烧炉（3），在富氧的气氛下焚烧，垃圾-污泥焚烧炉（3）焚烧后的烟气进入旋风分离器（4），旋风分离器（4）分离出的物料循环返回到垃圾-污泥焚烧炉（3），继续参与焚烧；从旋风分离器（4）出来的烟气进入余热锅炉（5），余热锅炉出来的一部分热烟气提供的高品质蒸汽用于汽轮机发电机组（7）发电；或用于供热和印染工业，发电后的乏汽或者工业用热后的热水用来作为污泥二段干燥器（8）的热源，用于间接干化污泥继续回收热量，进一步降低污泥的含水率，干化后的污泥进入干化污泥存储仓（9），按照需要和垃圾储坑（1）中的垃圾一同进入垃圾-污泥焚烧炉（3）续参与焚烧；

4）余热锅炉（5）出来的另一部分热烟气经布袋除尘器（6）除尘后分两部处理，经除尘后的200℃－240℃温度范围的烟气一部分直接回到炉膛继续参与焚烧，大量烟气循环大大减少了排烟热损失，主要作用是增加炉内流动湍流度和调整炉内燃烧温度；另外一部分进入污泥一段干燥器（10）、直接与污泥接触，使污泥含水率降低，随后污泥进入污泥二段干燥器（8），离开污泥一段干燥器（10）的烟气含有大量的污泥细粉和水分，经细粉分离器（11）、冷凝器（12）、汽水分离器（13）除粉脱水后进入二氧化碳的净化与捕捉系统（14），其中细粉分离器（11）分离出的污泥细粉送到污泥二段干燥器（8）；含有大量杂质的ＣＯ₂烟气经压缩冷却，分离杂质，最终得到高纯度的液态二氧化碳。

6.根据权利要求5所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺，其特征在于，所述富氧的气氛是Ｏ₂和ＣＯ₂。

7.根据权利要求5所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺，其特征在于，所述从布袋除尘器排出的大量烟气回到流化床焚烧炉炉膛，减少排烟损失，提高热效率，以及污泥焚烧热量的利用。

8.根据权利要求5所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺，其特征在于，空分装置分离的氮气作为商用；经冷却、净化和压缩液化的烟气最终得到高纯度的CO₂，作为其他工业原材料，其中空分装置和压缩液化的动力驱动来源于汽轮机的发电。

9.根据权利要求5所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺，其特征在于，所述污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺不存在烟气污染物的排放，也没有烟囱设施。

10.根据权利要求5所述一种污泥干燥、焚烧一体化的零排放处理工艺，其特征在于，所述杂质包括ＨＣｌ、ＳＯ₂、ＮＯ、少量Ｏ₂和二噁英。