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CN108692317B - 一种污泥焚烧处理方法与装置 - Google Patents

一种污泥焚烧处理方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种污泥焚烧处理方法与装置，针对生活污泥热值低，污泥焚烧产生的热能低，污泥干化所需的热能高，污泥焚烧产生的热能不足以将污泥干化，需要补给热能的问题，通过对污泥进行预处理，提高污泥的热值，改善污泥脱水性，经过预处理的有机污泥进行脱水，脱水造粒后污泥颗粒进行干化，干化后的干污泥焚烧处理，冷空气与干化过程中产生的热蒸气进行余热换热，再与焚烧产生的烟气进行二次换热，换热后的热空气用于污泥干化，实现污泥干化、焚烧热平衡。

Description

一种污泥焚烧处理方法与装置
技术领域
本发明涉及污泥焚烧处理领域，尤其涉及一种污泥焚烧处理的方法与装置。
背景技术
生活污泥是市政污水处理厂处理污水产生的固体沉淀物，具有有机质含量多、易发臭、产量大、含水率高的特点。截至2015年底，全国城市污水处理厂处理能力1.4亿立方米/日，全年累计处理污水量达410.3亿立方米，年污泥产量达到4000万吨，若不妥善处理，其产生的臭气会造成空气污染，其含水率高，随意堆放还会污染地下水，且其产量巨大，填埋场地已经满足不了目前的产泥量，需要开发新型污泥处理技术，实现生活污泥的减量化、无害化、资源化。
污泥焚烧处理不仅可以最大限度地实现污泥的减量化和无害化，而且焚烧产物还可以制成附属产品，是一种有效的污泥处置方式。但是污泥焚烧处置方式存在两个问题，一是生活污泥热值低，需要掺煤或秸秆等助燃物一起燃烧，不仅造成资源浪费，而且增加污染物的产生，二是污泥在焚烧前需要干化处理，污泥干化需要大量热能，还需外补能量，能耗高。如专利一种高浓度有机质污泥处理方法（专利号：201410832960.4）公开一种高浓度有机质污泥处理方法，其步骤为臭氧预处理、化学调质、隔膜压滤深度脱水、污泥造粒、低温热泵除湿干燥、掺杂生物质燃料富氧燃烧，该专利脱水后污泥含水率在50%以下，但是还需要掺杂生物质燃料进行焚烧，能耗高，且增加污染产生。
发明内容
本发明针对生活污泥热值低，污泥焚烧产生的热能低，污泥干化所需的热能高，污泥焚烧产生的热能不足以将污泥干化，需要补给热能的问题，提供一种污泥干化、焚烧热平衡处理的方法与装置，通过提高污泥热值、降低脱水污泥含水率、两级热交换技术，实现污泥干化、焚烧热平衡。
本发明采用的技术方案是：
一种污泥焚烧处理方法，具有如下步骤：
a、生活污泥首先进行预处理，提高污泥热值，改善污泥脱水性；
b、将经过预处理的有机污泥进行脱水处理，脱水后的湿污泥进行造粒，形成污泥颗粒；
c、污泥颗粒进入干化装置中，受热干化，干化后的干污泥短期储存后进行焚烧处理，干化过程中产生的热臭气与冷空气进行余热换热，降温后的臭气经除臭处理后排放；
d、干污泥在气化焚烧炉中焚烧，产生的挥发分在二燃室中充分燃烧，热烟气与步骤c中受热的冷空气进行热交换，降温后的烟气经烟气净化处理后排放，换热后的热空气作为干化装置的热源。
进一步地，所述步骤a中的预处理步骤为：先将生活污泥含水率调节至90%以上，再调节污泥溶液pH为1到5，破坏微生物菌胶团的团聚，降低有机质菌团的密度，再进行除砂，去除重力较大的泥砂，向除砂后的有机污泥中加入生石灰，混合均匀后再加入有机絮凝剂。
进一步地，所述生活污泥的干基热值≥1100kcal/kg。
进一步地，所述步骤b中脱水后的湿污泥含水率为55%~75%。
进一步地，所述步骤c中干化过程中产生的水蒸气湿度为40%~80%。
进一步地，所述步骤c中余热换热后，冷空气温度升高了10℃~35℃。
进一步地，所述步骤d中烟气换热后，热空气的温度为100℃~200℃。
一种污泥焚烧处理装置，包括：污泥预处理装置，用于去除污泥中的无机砂粒，提高污泥热值；脱水装置，与所述污泥预处理装置相连接，用于湿污泥脱水；造粒装置，与所述脱水装置相连接，用于将脱水污泥打碎成污泥颗粒；干化装置，与所述造粒装置相连接，用于污泥颗粒干化；余热换热装置，通过除湿风机与所述干化装置相连接，用于冷空气与干化热臭气的换热；除臭装置，与所述余热换热装置相连接，用于干化臭气的除臭；干污泥储存装置，与所述干化装置相连接，用于储存干化后的污泥；气化焚烧炉，与所述干污泥储存装置相连接，用于干化污泥的焚烧；二燃室，与所述气化焚烧炉相连接，用于污泥挥发分的充分燃烧；烟气换热装置，与所述二燃室相连接，并通过冷风风机与所述余热换热装置相连接，并通过热风风机与所述干化装置相连接，用于热烟气的换热；烟气净化装置，与所述烟气换热装置相连接，用于烟气净化。
进一步地，所述干化装置为厢式干燥器、洞道式干燥器、带式干燥器、转筒干燥器、气流干燥器、流化床干燥器中的一种。
进一步地，所述二燃室停留时间为2.0s~3.0s。
本发明的有益效果为：
1、本发明为污泥焚烧处置方式，污泥焚烧后形成炉渣，减量效果好，炉渣不再产生臭气，且可作为建筑材料再利用，实现污泥的减量化、无害化和资源化处置。
2、生活污泥一般由微生物有机质、泥砂、无机盐、水组成，一般脱水只能将污泥的含水率脱至80%~85%，而污泥焚烧需要污泥含水率小于20%，若用干化方式去除污泥中多余的水分，则需要较高热能。本发明通过先对污泥进行预处理，破坏微生物菌胶团的团聚，再加入生石灰和有机絮凝剂，有助于污泥脱水，使脱水后污泥含水率降为55%~75%，大大节约污泥干化所需热能。
3、本发明采用两级换热的方式使得污泥干化、焚烧产生的热量最大限度的用于污泥干化，首先用污泥干化产生的热臭气加热冷空气，升温后的冷空气与热烟气换热，使得热能得到最大化利用。
4、即使焚烧产生的热能得到最大化的利用，为了使焚烧产生的热能和污泥干化所需热能达到平衡，需要干污泥的热值达到2400kcal/kg以上。对于有机质含量不高的污泥（干基热值为1100kcal/kg~2400kcal/kg），本发明首先对污泥进行预处理，通过调节污泥溶液pH去除污泥中的部分无机盐成份，并使污泥菌胶团破解，提高污泥中有机质与无机砂粒的比重差，再对污泥进行除砂，除去的泥砂有机质含量低，可用作建筑材料，除砂后的污泥干基热值得到很大的提高，达到2400kcal/kg以上，不需要掺加任何助燃物质，可以保证污泥自持焚烧。
5、一般污泥焚烧因为需要掺加煤、秸秆等助燃剂，因此多采用流化床焚烧炉，其特点是补风量大。本发明经预处理后的有机污泥热值较高，根据污泥自身组分特点，其有机质中挥发分占比在70%~80%，因此本发明可采用气化焚烧炉进行污泥焚烧，一方面由于风量小，产生的飞灰量小，另一方面由于风量小，则由配风带来的热能损失小，再一方面由于风量小，则后续烟气处理量小。因此采用气化焚烧炉用于污泥焚烧可以进一步地节能、环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种污泥焚烧处理方法的流程图；
图2为本发明一种污泥焚烧处理装置的示意图。
图中：1-污泥预处理装置，2-脱水装置，3-造粒装置，4-干化装置，5-余热换热装置，6-除湿风机，7-除臭装置，8-干污泥储存装置，9-气化焚烧炉，10-二燃室，11-烟气换热装置，12-冷风风机，13-热风风机，14-烟气净化装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明采用的技术方案是：
一种污泥焚烧处理方法，具有如下步骤：
a、生活污泥首先进行预处理，提高污泥热值，改善污泥脱水性；
b、将经过预处理的有机污泥进行脱水处理，脱水后的湿污泥进行造粒，形成污泥颗粒；
c、污泥颗粒进入干化装置中，受热干化，干化后的干污泥短期储存后进行焚烧处理，干化过程中产生的热臭气与冷空气进行余热换热，降温后的臭气经除臭处理后排放；
d、干污泥在气化焚烧炉中焚烧，产生的挥发分在二燃室中充分燃烧，热烟气与步骤c中受热的冷空气进行热交换，降温后的烟气经烟气净化处理后排放，换热后的热空气作为干化装置的热源。
进一步地，所述步骤a中的预处理步骤为：先将生活污泥含水率调节至90%以上，再调节污泥溶液pH为1到5，破坏微生物菌胶团的团聚，降低有机质菌团的密度，再进行除砂，去除重力较大的泥砂，向除砂后的有机污泥中加入生石灰，混合均匀后再加入有机絮凝剂。
进一步地，所述生活污泥的干基热值≥1100kcal/kg。
进一步地，所述步骤b中脱水后的湿污泥含水率为55%~75%。
进一步地，所述步骤c中干化过程中产生的水蒸气湿度为40%~80%。
进一步地，所述步骤c中余热换热后，冷空气温度升高了10℃~35℃。
进一步地，所述步骤d中烟气换热后，热空气的温度为100℃~200℃。
一种污泥焚烧处理装置，包括：污泥预处理装置，用于去除污泥中的无机砂粒，提高污泥热值；脱水装置，与所述污泥预处理装置相连接，用于湿污泥脱水；造粒装置，与所述脱水装置相连接，用于将脱水污泥打碎成污泥颗粒；干化装置，与所述造粒装置相连接，用于污泥颗粒干化；余热换热装置，通过除湿风机与所述干化装置相连接，用于冷空气与干化热臭气的换热；除臭装置，与所述余热换热装置相连接，用于干化臭气的除臭；干污泥储存装置，与所述干化装置相连接，用于储存干化后的污泥；气化焚烧炉，与所述干污泥储存装置相连接，用于干化污泥的焚烧；二燃室，与所述气化焚烧炉相连接，用于污泥挥发分的充分燃烧；烟气换热装置，与所述二燃室相连接，并通过冷风风机与所述余热换热装置相连接，并通过热风风机与所述干化装置相连接，用于热烟气的换热；烟气净化装置，与所述烟气换热装置相连接，用于烟气净化。
进一步地，所述干化装置为厢式干燥器、洞道式干燥器、带式干燥器、转筒干燥器、气流干燥器、流化床干燥器中的一种。
进一步地，所述二燃室停留时间为2.0s~3.0s。
本发明的有益效果为：
1、本发明为污泥焚烧处置方式，污泥焚烧后形成炉渣，减量效果好，炉渣不再产生臭气，且可作为建筑材料再利用，实现污泥的减量化、无害化和资源化处置。
2、生活污泥一般由微生物有机质、泥砂、无机盐、水组成，一般脱水只能将污泥的含水率脱至80%~85%，而污泥焚烧需要污泥含水率小于20%，若用干化方式去除污泥中多余的水分，则需要较高热能。本发明通过先对污泥进行预处理，破坏微生物菌胶团的团聚，再加入生石灰和有机絮凝剂，有助于污泥脱水，使脱水后污泥含水率降为55%~75%，大大节约污泥干化所需热能。
3、本发明采用两级换热的方式使得污泥干化、焚烧产生的热量最大限度的用于污泥干化，首先用污泥干化产生的热臭气加热冷空气，升温后的冷空气与热烟气换热，使得热能得到最大化利用。
4、即使焚烧产生的热能得到最大化的利用，为了使焚烧产生的热能和污泥干化所需热能达到平衡，需要干污泥的热值达到2400kcal/kg以上。对于有机质含量不高的污泥（干基热值为1100kcal/kg~2400kcal/kg），本发明首先对污泥进行预处理，通过调节污泥溶液pH去除污泥中的部分无机盐成份，并使污泥菌胶团破解，提高污泥中有机质与无机砂粒的比重差，再对污泥进行除砂，除去的泥砂有机质含量低，可用作建筑材料，除砂后的污泥干基热值得到很大的提高，达到2400kcal/kg以上，不需要掺加任何助燃物质，可以保证污泥自持焚烧。
5、一般污泥焚烧因为需要掺加煤、秸秆等助燃剂，因此多采用流化床焚烧炉，其特点是补风量大。本发明经预处理后的有机污泥热值较高，根据污泥自身组分特点，其有机质中挥发分占比在70%~80%，因此本发明可采用气化焚烧炉进行污泥焚烧，一方面由于风量小，产生的飞灰量小，另一方面由于风量小，则由配风带来的热能损失小，再一方面由于风量小，则后续烟气处理量小。因此采用气化焚烧炉用于污泥焚烧可以进一步地节能、环保。
实施例1
污泥预处理：某生活污泥，含水率为85%，热值为1100kcal/kg，将污泥含水率调节至90%，搅拌2h，向污泥溶液中加入无机稀酸，调节污泥溶液pH为1，搅拌30min，沉淀1h，沉淀的污泥进入除砂装置，向除砂后的有机污泥加入生石灰，使得污泥溶液pH为中性，混合均匀后再加入1‰的PAM，形成有机污泥絮体。
污泥干化、焚烧：预处理后的有机污泥进行板框脱水，脱水污泥含水率为55%，干基热值为2450kcal/kg，脱水污泥造粒后进入干化装置，干化装置进气口热空气温度为100℃，干化后的污泥含水率为25%，干化后热蒸气湿度为40%，温度为60℃，经换热后温度降为35℃；干化后的污泥在气化焚烧炉中焚烧，焚烧烟气温度为800℃，经换热后温度降为150℃，余热换热后的空气温度提高10℃，经烟气换热后温度达到100℃。
实施例2
污泥预处理：某生活污泥，含水率为83%，热值为2300kcal/kg，将污泥含水率调节至95%，搅拌1h，向污泥溶液中加入无机稀酸，调节污泥溶液pH为5，搅拌1h，沉淀2h，沉淀的污泥进入除砂装置，向除砂后的有机污泥加入生石灰，使得污泥溶液pH为中性，混合均匀后再加入1‰的PAM，形成有机污泥絮体。
污泥干化、焚烧：预处理后的有机污泥进行板框脱水，脱水污泥含水率为75%，干基热值为3500kcal/kg，脱水污泥造粒后进入干化装置，干化装置进气口热空气温度为150℃，干化后的污泥含水率为20%，干化后热蒸气湿度为80%，温度为50℃，经换热后温度降为30℃；干化后的污泥在气化焚烧炉中焚烧，焚烧烟气温度为1200℃，经换热后温度降为200℃，余热换热后的空气温度提高10℃，经烟气换热后温度达到150℃。
实施例3
污泥预处理：某生活污泥，含水率为86%，热值为2600kcal/kg，将污泥含水率调节至95%，搅拌1h，向污泥溶液中加入无机稀酸，调节污泥溶液pH为4，搅拌1h，沉淀2h，沉淀的污泥进入除砂装置，向除砂后的有机污泥加入生石灰，使得污泥溶液pH为中性，混合均匀后再加入1‰的PAM，形成有机污泥絮体。
污泥干化、焚烧：预处理后的有机污泥进行板框脱水，脱水污泥含水率为70%，干基热值为3700kcal/kg，脱水污泥造粒后进入干化装置，干化装置进气口热空气温度为200℃，干化后的污泥含水率为15%，干化后热蒸气湿度为60%，温度为90℃，经换热后温度降为60℃；干化后的污泥在气化焚烧炉中焚烧，焚烧烟气温度为1500℃，经换热后温度降为200℃，余热换热后的空气温度提高35℃，经烟气换热后温度达到200℃。

Claims (3)

1.一种污泥焚烧处理方法，其特征在于，具有如下步骤：
a、生活污泥首先进行预处理，提高污泥热值，改善污泥脱水性；
b、将经过预处理的有机污泥进行脱水处理，脱水后的湿污泥进行造粒，形成污泥颗粒；
c、污泥颗粒进入干化装置中，受热干化，干化后的污泥短期储存后进行焚烧处理，干化过程中产生的热臭气与冷空气进行余热换热，降温后的臭气经除臭处理后排放；
d、干污泥在气化焚烧炉中焚烧，产生的挥发分在二燃室中充分燃烧，热烟气与步骤c中的受热冷空气进行热交换，降温后的烟气经烟气净化处理后排放，换热后的热空气作为干化装置的热源；
一种污泥焚烧处理方法所述步骤a中的预处理步骤为：先将生活污泥含水率调节至90％以上，再调节污泥溶液pH为1到5，破坏生物菌胶团的团聚，降低有机质菌胶团的密度，再进行除砂，去除重力较大的泥砂，向除砂后的有机污泥中加入生石灰，混合均匀后再加入有机絮凝剂；
所述生活污泥的干基热值≥1100kcal/kg；
所述步骤b脱水后的湿污泥含水率为55％～75％；
所述步骤c中干化过程中产生的水蒸气湿度为40％～80％；
所述步骤c中余热换热后，冷空气温度升高了10℃～35℃；
所述步骤d中烟气换热后，热空气的温度为100℃～200℃；
所述步骤d中焚烧炉焚烧产生的挥发分，在二燃室中停留时间为2.0～3.0s。
2.一种应用权利要求1所述的一种污泥焚烧处理方法的装置，其特征在于，包括：污泥预处理装置(1)，用于去除污泥中的无机砂粒，提高污泥热值；脱水装置(2)，与所述污泥预处理装置(1)相连接，用于湿污泥脱水；造粒装置(3)，与所述脱水装置(2)相连接，用于将脱水污泥成污泥颗粒；干化装置(4)，与所述造粒装置(3)相连接，用于污泥颗粒干化；余热换热装置(5)，通过除湿风机(6)与所述干化装置(4)相连接，用于冷空气与干化臭气的换热；除臭装置(7)，与所述余热换热装置(5)相连接，用于干化臭气的除臭；干污泥储存装置(8)，与所述干化装置(4)相连接，用于储存干化后的污泥；气化焚烧炉(9)，与所述干污泥储存装置(8)相连接，用于干化污泥的焚烧；二燃室(10)，与所述气化焚烧炉(9)相连接，用于污泥挥发分的充分燃烧；烟气换热装置(11)，与所述二燃室(10)相连接，并通过冷风风机(12)与所述余热换热装置(5)相连接，并通过热风风机(13)与所述干化装置(4)相连接，用于热烟气的换热；烟气净化装置(14)，与所述烟气换热装置(11)相连接，用于烟气净化。
3.根据权利要求2所述的一种污泥焚烧处理装置，其特征在于，所述干化装置(4)为厢式干燥器、洞道式干燥器、转筒干燥器、气流干燥器、流化床干燥器中的一种。
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