CN103539332B - 一种污泥干化焚烧发电一体化***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种污泥干化焚烧发电一体化***及方法，燃气轮机与发电机连接，燃气轮机排烟口与污泥干化装置连通，污泥干化装置出口连接有气固分离装置，气固分离装置的干污泥出口与料斗相连通，料斗与流化床锅炉的进料管相连通，流化床锅炉烟气出口与分离器相连通，分离器固体出口经返料器与流化床锅炉的进料口相连通；利用燃气轮机的烟气余热作为污泥干化的热源，实现能源梯级利用，热效率高，避免了燃烧燃煤干化污泥产生的二氧化硫、氮氧化物和粉尘等排放问题，有效避免污泥填埋和土地利用造成的污染地下水和环境问题，经过干化后的污泥含水率大幅度降低，在流化床锅炉内能够实现稳定燃烧，不需要添加辅助燃料，避免剧毒污染物二噁英的产生。
Description
技术领域
本发明涉及污水污泥处理领域，特别涉及一种污泥干化焚烧发电一体化***及方法。
背景技术
(一)污水污泥的产量及其危害
随着城镇化进程的快速推进，中国的污水处理产业得到了快速发展，污水处理能力及处理率增长迅速，污水污泥的产量迅速增加。截止到2009年底，中国投入运行的城镇污水处理厂1992座，处理污水量280亿m3，产生含水率80％的污泥约2005万吨。随着城镇化水平和污水处理量的增加，污泥量将很快突破3000万吨。污泥的成分和化学性质复杂，既包含有机物、植物营养成分等，也包含重金属等有害物质。污泥的卫生学指标主要包括细菌总数、粪大肠菌群数、寄生虫卵含量等。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染。
经过几十年的发展，欧美、日本等发达地区和国家的污泥处理处置技术已经基本成熟，相关法律法规和技术标准基本完善。主要技术路线包括：焚烧处理、卫生填埋、土地利用等，能够实现污泥的减量化、无害化、稳定化的目的。
据不完全统计，目前全国城镇污水处理厂污泥只有小部分进行卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等，而大部分未进行规范化的处理处置，直接威胁我国的环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低。
(二)污泥处理的基本要求
污泥处理应符合安全环保、循环利用、节能降耗等原则。在污泥的处理过程中，污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质必须达到的污染控制标准；充分利用污泥中所含有的有机质、各种营养元素和能量，将污泥中的有机质和营养元素补充到土地中，或者通过厌氧消化或焚烧等技术回收污泥中的能量；应避免采用消耗大量的优质清洁能源、物料和土地资源的处理处置技术，以实现污泥低碳处理处置。
国家鼓励利用污泥厌氧消化过程中产生的沼气热能、垃圾和污泥焚烧余热、发电厂余热或其他余热作为污泥处理处置的热源。
(三)污泥处理技术
污泥处置包括土地利用、焚烧、填埋等方式。
污泥的土地利用包括用于土地改良、用于园林绿化、用于农业等。但是，污泥的土地利用对污泥的泥质有非常严格的要求，否则可能对地下水和周围环境产生二次污染。
污泥的填埋处理不仅需要占用大量的土地，填埋场还排放大量恶臭气体、甲烷等温室气体，如果处置不当，也会造成地下水污染。
污泥焚烧处理技术方案为：首先对含水率为80％的湿污泥进行干化，干化后的污泥进入焚烧装置完成焚烧处理。污泥的焚烧处理可以最大程度的实现减量化和稳定化，几乎杀死污泥中100％的病菌，无害化程度高，而且还可以对污泥中的可燃物进行热利用，实现污泥热能的资源化。但是，污泥焚烧处理的干化过程中需要消耗燃煤等优质能源，成本较高；此外，湿污泥干化过程需要消耗燃煤提供能源，煤炭燃烧排放二氧化硫、氮氧化物、粉尘等大气污染物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用燃气轮机发电后排放的烟气余热对湿污泥进行低成本干化，并利用干化污泥的热能资源进行发电的污泥干化焚烧发电一体化***及方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种污泥干化焚烧发电一体化***，包括燃气轮机，燃气轮机与发电机连接，燃气轮机排烟口与污泥干化装置进气口相连通，污泥干化装置的污泥进口与污泥供应装置连通，污泥干化装置出口连接有气固分离装置，气固分离装置的干污泥出口与料斗相连通，料斗与流化床锅炉的进料口相连通，流化床锅炉设置有与炉膛连通的助燃空气入口和石灰石粉管，流化床锅炉烟气出口与分离器相连通，分离器气体出口与烟气净化装置相连通，烟气净化装置出口连接有引风机，分离器固体出口经返料器与流化床锅炉的进料口相连通。
所述流化床锅炉的蒸汽管路出口与蒸汽轮机相连通，蒸汽轮机与发电机相连通，所述分离器气体出口连接换热器后与烟气净化装置相连通，蒸汽轮机的乏汽出口连接有凝汽器，凝汽器经给水泵与换热器冷水入口连接，换热器蒸汽出口与流化床锅炉的蒸汽管路入口连通。
所述污泥干化装置为喷雾干燥塔，喷雾干燥塔进气口上设置有布风装置，污泥进口上设置有雾化器；所述污泥供应装置包括浆料罐，浆料罐依次连接过滤器和污泥泵后与雾化器连通，燃气轮机排烟口与布风装置相连通。
所述烟气净化装置采用活性炭废气净化装置结合电除尘器或布袋除尘器为活性炭废气净化装置结合电除尘器或布袋除尘器。
所述气固分离装置为袋式过滤器，袋式过滤器废气出口经引风机与除臭装置相连通，袋式过滤器干污泥出口与料斗相连通。
所述除臭装置为UV光解净化设备。
一种污泥干化焚烧发电一体化方法，包括以下步骤：
(1)、高压燃气与经过压缩的高压空气在燃气轮机内燃烧推动涡轮高速旋转，并推动发电机发电，做完功的烟气与来自污泥供应装置的湿污泥进入到污泥干化装置内直接接触换热，污泥中的大部分水分蒸发进入到烟气中，干化后的污泥与烟气一同离开污泥干化装置进入气固分离装置，干化后的污泥与烟气在气固分离装置中分离，烟气排出，干化污泥送入料斗中；
(2)、料斗内的干化污泥进入到流化床锅炉，与助燃空气燃烧，炉内脱硫用的石灰石粉经过石灰石粉管进入到炉膛，与污泥燃烧反应生成的SO2相结合生成硫酸盐，烟气携带颗粒离开炉膛进入到分离器完成气固分离，大部分颗粒被分离器捕集下来并经返料器返回流化床锅炉炉膛，高温烟气离开分离器进入到烟气净化装置净化达标后，经引风机排放到大气中。
所述步骤(2)中干化污泥在流化床锅炉燃烧，流化床锅炉蒸汽管路产生的高温高压蒸汽进入蒸汽轮机、并推动发电机发电，蒸汽轮机排放的乏汽进入凝汽器转变成凝结水，凝结水经给水泵加压后进入换热器中，由流化床锅炉进一步加热后转变成过热蒸汽进入蒸汽轮机，完成循环；离开分离器的高温烟气进入到换热器并对布置在其中的受热面放热后进入到烟气净化装置净化后排放。
所述步骤(1)中污泥干化装置为喷雾干燥塔，污泥供应装置包括浆料罐，经过机械干化的污泥饼在浆液罐内经加水搅拌调整成能实现雾化的污泥浆液，污泥浆液经过滤器过滤后由污泥泵输送至布置在喷雾干燥塔上的雾化器，污泥浆液雾化成具有一定粒径分布的污泥浆液滴后进入到喷雾干燥塔；燃气轮机排出的烟气进入到布置在喷雾干燥塔上的布风装置整流后进入到喷雾干燥塔与污泥浆液滴直接接触换热，浆液滴中的大部分水分蒸发进入到烟气中，干化后的污泥颗粒与烟气一同离开喷雾干燥塔进入气固分离装置。
所述气固分离装置为袋式过滤器，袋式过滤器内布置大量多孔结构的织物，进入袋式过滤器的烟气通过该多孔结构的织物时，烟气携带的污泥颗粒被分离下来输送至料斗，废气经引风机送入除臭装置中脱臭、杀菌得到的净化烟气排放到大气中。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)利用燃气轮机的烟气余热作为污泥干化的热源，实现能源梯级利用，热效率高，可以节省污泥干化的燃料成本，也避免了燃烧燃煤干化污泥产生的二氧化硫、氮氧化物和粉尘等大气污染物的排放问题。
(2)经干化焚烧处理，污泥的减量化、稳定化效果显著，而且由于污泥干化、焚烧处理所需时间短，本发明在较小用地的条件下，可以处理大量的污泥。有效避免污泥填埋和土地利用造成的污染地下水和环境问题。
(3)经过干化后的污泥含水率大幅度降低，污泥的低位发热量可以高达8000kJ/kg以上，在流化床锅炉内可以稳定燃烧，不需要添加辅助燃料的条件下，床温可以稳定维持在850℃以上，满足污泥焚烧的温度条件，避免剧毒污染物二噁英的产生。
进一步，利用污泥焚烧产生的蒸汽推动蒸汽发电机组发电，实现了污泥能源资源的利用，满足污泥处理的节能减排要求，进一步提高能源利用率。
进一步，本发明利用喷雾式干燥塔来干化污泥，热烟气与污泥颗粒在干燥塔内直接接触，热效率高，解决了传统技术采用间接加热的污泥干化方式存在的热效率低、以及受热面的磨损问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1-凝结水管，2-石灰石粉管，3-鼓风机，4-给水泵，5-进料管，6-返料器，7-换热器，8-烟气净化装置，9-引风机，10-袋式过滤器，11-分离器，12-料斗，13-给料管，14-流化床锅炉，15-料气混合通道，16-喷雾干燥塔，17-蒸汽管，18-排气管，19-除臭装置，20-浆料罐，21-浆液管，22-过滤器，23-污泥泵，24-雾化器，25-布风装置，26-排烟管，27-燃气管，28-燃气轮机，29-发电机，30-空气管，31-蒸汽轮机，33-凝汽器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明主要包括燃气轮机28，喷雾干燥塔16，袋式过滤器10，除臭装置19，流化床锅炉14，换热器7、烟气净化装置8等。
所述燃气轮机28的空气进口与空气管30相连通、燃气进口与燃气管27相连通，燃气轮机28与发电机29相连接，所述燃气轮机28通过排烟管26与喷雾干燥塔16的进气口相连通，浆料罐20通过浆液管21与喷雾干燥塔16的污泥进口相连通，喷雾干燥塔16的出口与袋式过滤器10的进口相连通，袋式过滤器10的废气出口与除臭装置19相连通，除臭装置19的进口烟道上设置引风机9，除臭装置19的出口与排气管18相连通，袋式过滤器10的干污泥出口通过给料管13与料斗12相连通；料斗12与流化床锅炉14的进料管5相连通，流化床锅炉14通过蒸汽管17与蒸汽轮机31相连通，蒸汽轮机31与发电机29相连通，流化床锅炉14蒸汽管路出口依次连接有凝汽器33、给水泵4，给水泵4与换热器7冷水入口连接，换热器7蒸汽出口与流化床锅炉14的蒸汽管路入口连通；流化床锅炉14烟气出口与分离器11相连通，分离器11与换热器7相连通，换热器7的烟气出口与烟气净化装置8相连通。
所述的喷雾干燥塔16上设置布风装置25和雾化器24；来自排烟管26的高温烟气经布风装置25进入喷雾干燥塔16，来自于浆料罐20的浆液通过浆液管21进入雾化器24雾化成浆液滴后进入喷雾干燥塔16，浆液管21上还设置过滤器22和污泥泵23；浆液滴与高温烟气在喷雾干燥塔16内直接接触换热，浆液滴内的绝大部分水分经加热蒸发后进入到烟气中，干化的污泥颗粒与烟气一同离开喷雾干燥塔16，经料气混合通道15进入袋式过滤器10；
所述的流化床锅炉14的下部设置鼓风机3、石灰石粉管2、进料管5；来自袋式过滤器10的干化污泥经给料管13进入料斗12，进一步经过进料管5进入流化床锅炉14；流化床锅炉14上部的烟气出口与分离器11相连通，分离器11捕集下来的颗粒经返料器6和进料管5返回流化床锅炉14，气固分离后的烟气进入换热器7，烟气温度降低后离开换热器7，进入烟气净化装置8，净化后的烟气经引风机9排入到大气中；
流化床锅炉14产生的高温高压蒸汽经蒸汽管17进入蒸汽轮机31、并推动发电机29发电，蒸汽轮机31排放的乏汽进入凝汽器33转变成凝结水，凝汽器33通过凝结水管1与给水泵4相连通，凝结水经给水泵4加压后进入换热器7吸热。
燃气轮机排放的烟气余热作为污泥喷雾干化的热源，污泥干化尾气经过除臭装置净化后排放，干化后的污泥进入流化床锅炉直接焚烧产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。本发明的天然气高品位能源发电、低品位烟气余热用于干化污泥，实现能源梯级高效利用，能源利用率高；利用干化后的污泥焚烧并发电，实现了污泥的无害化、资源化、减量化处理；污泥的焚烧处理不需要添加燃煤等辅助燃料，污泥的处理成本低、大气污染物的排放量低。因此，本发明能够在安全、环保和经济的前提下实现污泥的处理处置和综合利用，达到节能减排和发展循环经济的目的。
同时公开了一种污泥干化焚烧发电一体化方法，包括以下步骤：
(1)、高压燃气与经过压缩的高压空气在燃气轮机28内燃烧推动涡轮高速旋转，并推动发电机29发电，做完功的烟气经燃气轮机28的排烟口排出，温度在350℃至550℃之间。高温烟气经排烟管26进入到布置在喷雾干燥塔16上的布风装置25，经过布风装置25进行整流后进入到喷雾干燥塔16；
经过机械干化的污泥饼的含水率在80％左右，污泥饼在浆料罐20内经加水搅拌调整成一定含水率的污泥浆液，并能实现雾化。污泥浆液进入到浆液管21、经过滤器22过滤、经污泥泵23输送至布置在喷雾干燥塔16上的雾化器24，污泥浆液雾化成具有一定粒径分布的污泥浆液滴后进入到喷雾干燥塔16。
整流后的热烟气与污泥浆液滴进入到喷雾干燥塔16内直接接触换热，浆液滴中的大部分水分蒸发进入到烟气中，烟气放热后温度降低到100℃以下，干化后的污泥颗粒与烟气一同离开喷雾干燥塔16，经料气混合通道15进入到袋式过滤器10。袋式过滤器10内布置大量多孔结构的织物，在烟气通过该多孔结构的织物时，烟气携带的污泥颗粒被分离下来，并经给料管13送至料斗12。除尘后的烟气经引风机9进入到除臭装置19，该除臭装置优先采用高能UV光束裂解除臭原理，使恶臭气体中细菌的分子键裂解，破坏细菌的核酸(DNA)，再通过臭氧进行氧化反应，彻底达到脱臭及杀灭细菌的目的。净化后的烟气经排气管18排放到大气中；
(2)、料斗12内的干化污泥经过进料管5进入到流化床锅炉14，与鼓风机3提供的助燃空气燃烧，使炉膛温度稳定在850℃左右，有效杀死污泥中的大量病菌，使污泥中的有机成分燃烧分解。炉内脱硫用的石灰石粉经过石灰石粉管2进入到炉膛，与污泥燃烧反应生成的SO2相结合生成硫酸盐，实现SO2的有效脱除。烟气携带颗粒离开炉膛进入到分离器11，完成气固分离，大部分颗粒被分离器11捕集下来并经返料器6返回炉膛，高温烟气离开分离器11进入到换热器7并对布置在其中的受热面放热，温度降低到100℃以下的烟气离开换热器7进入到烟气净化装置8。该烟气净化装置优选活性炭废气净化装置，吸附烟气中的重金属、二噁英类污染物，并结合电除尘器或袋式除尘器。净化达标后的烟气经引风机9排放到大气中；
作为本发明方法的进一步优化方案，流化床锅炉14蒸汽管路产生的高温高压蒸汽经蒸汽管17进入蒸汽轮机31并推动发电机29发电，蒸汽轮机31排放的乏汽进入凝汽器33，发热后凝结成水，通过凝结水管1进入到给水泵4，经给水泵4加压后进入到换热器7吸热，并经流化床锅炉14进一步加热后转变成高温高压蒸汽，再一次进入到蒸汽管路，完成循环。
本发明的技术效果有：
1、利用燃气轮机发电后排放的烟气余热在喷雾干燥塔内对湿污泥液滴直接加热干化，干化强度大，污泥干化的产量大。
2、通过除臭装置对干化污泥过程中产生的尾气进行除臭净化处理，对大气环境的不利影响小。
3、利用流化床锅炉对干化污泥进行焚烧处理，燃烧稳定，有效实现污泥处理的减量化、无害化、稳定化，并通过污泥焚烧发电，实现污泥热资源的有效利用，实现了污泥处理的资源化。
4、干化后的污泥采用焚烧方式处理的处理量大，适合大规模水处理厂产生大量污泥的处理。解决了污泥土地利用和填埋处理造成的地下水污染和环境污染问题。
Claims (8)
1.一种污泥干化焚烧发电一体化***，其特征在于：包括燃气轮机(28)，燃气轮机(28)与发电机(29)连接，燃气轮机(28)排烟口与污泥干化装置进气口相连通，污泥干化装置的污泥进口与污泥供应装置连通，污泥干化装置出口连接有气固分离装置，气固分离装置的干污泥出口与料斗(12)相连通，料斗(12)与流化床锅炉(14)的进料口相连通，流化床锅炉(14)设置有与炉膛连通的助燃空气入口和石灰石粉管(2)，流化床锅炉(14)烟气出口与分离器(11)相连通，分离器(11)气体出口与烟气净化装置(8)相连通，烟气净化装置(8)出口连接有引风机(9)，分离器(11)固体出口经返料器(6)与流化床锅炉(14)的进料口相连通；
所述流化床锅炉(14)的蒸汽管路出口与蒸汽轮机(31)相连通，蒸汽轮机(31)与发电机(29)相连通，所述分离器(11)气体出口连接换热器(7)后与烟气净化装置(8)相连通，蒸汽轮机(31)的乏汽出口连接有凝汽器(33)，凝汽器(33)经给水泵(4)与换热器(7)冷水入口连接，换热器(7)蒸汽出口与流化床锅炉(14)的蒸汽管路入口连通；
所述污泥干化装置为喷雾干燥塔(16)，喷雾干燥塔(16)进气口上设置有布风装置(25)，污泥进口上设置有雾化器(24)；所述污泥供应装置包括浆料罐(20)，浆料罐(20)依次连接过滤器(22)和污泥泵(23)后与雾化器(24)连通，燃气轮机(28)排烟口与布风装置(25)相连通。
2.根据权利要求1所述的污泥干化焚烧发电一体化***，其特征在于：所述烟气净化装置(8)采用活性炭废气净化装置结合电除尘器或布袋除尘器。
3.根据权利要求1所述的污泥干化焚烧发电一体化***，其特征在于：所述气固分离装置为袋式过滤器(10)，袋式过滤器(10)废气出口经引风机(9)与除臭装置(19)相连通，袋式过滤器(10)干污泥出口与料斗(12)相连通。
4.根据权利要求3所述的污泥干化焚烧发电一体化***，其特征在于：所述除臭装置(19)为UV光解净化设备。
5.一种基于权利要求1一体化***的污泥干化焚烧发电一体化方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、高压燃气与经过压缩的高压空气在燃气轮机(28)内燃烧推动涡轮高速旋转，并推动发电机(29)发电，做完功的烟气与来自污泥供应装置的湿污泥进入到污泥干化装置内直接接触换热，污泥中的大部分水分蒸发进入到烟气中，干化后的污泥与烟气一同离开污泥干化装置进入气固分离装置，干化后的污泥与烟气在气固分离装置中分离，烟气排出，干化污泥送入料斗(12)中；
(2)、料斗(12)内的干化污泥进入到流化床锅炉(14)，与助燃空气燃烧，炉内脱硫用的石灰石粉经过石灰石粉管(2)进入到炉膛，与污泥燃烧反应生成的SO2相结合生成硫酸盐，烟气携带颗粒离开炉膛进入到分离器(11)完成气固分离，大部分颗粒被分离器(11)捕集下来并经返料器(6)返回流化床锅炉(14)炉膛，高温烟气离开分离器(11)进入到烟气净化装置(8)净化达标后，经引风机(9)排放到大气中。
6.根据权利要求5所述的污泥干化焚烧发电一体化方法，其特征在于：所述步骤(2)中干化污泥在流化床锅炉(14)燃烧，流化床锅炉(14)蒸汽管路产生的高温高压蒸汽进入蒸汽轮机(31)、并推动发电机(29)发电，蒸汽轮机(31)排放的乏汽进入凝汽器(33)转变成凝结水，凝结水经给水泵(4)加压后进入换热器(7)中，由流化床锅炉(14)进一步加热后转变成过热蒸汽进入蒸汽轮机(31)，完成循环；离开分离器(11)的高温烟气进入到换热器(7)并对布置在其中的受热面放热后进入到烟气净化装置(8)净化后排放。
7.根据权利要求5所述的污泥干化焚烧发电一体化方法，其特征在于：所述步骤(1)中污泥干化装置为喷雾干燥塔(16)，污泥供应装置包括浆料罐(20)，经过机械干化的污泥饼在浆料罐(20)内经加水搅拌调整成能实现雾化的污泥浆液，污泥浆液经过滤器(22)过滤后由污泥泵(23)输送至布置在喷雾干燥塔(16)上的雾化器(24)，污泥浆液雾化成具有一定粒径分布的污泥浆液滴后进入到喷雾干燥塔(16)；燃气轮机(28)排出的烟气进入到布置在喷雾干燥塔(16)上的布风装置(25)整流后进入到喷雾干燥塔(16)与污泥浆液滴直接接触换热，浆液滴中的大部分水分蒸发进入到烟气中，干化后的污泥颗粒与烟气一同离开喷雾干燥塔(16)进入气固分离装置。
8.根据权利要求5所述的污泥干化焚烧发电一体化方法，其特征在于：所述气固分离装置为袋式过滤器(10)，袋式过滤器(10)内布置大量多孔结构的织物，进入袋式过滤器(10)的烟气通过该多孔结构的织物时，烟气携带的污泥颗粒被分离下来输送至料斗(12)，废气经引风机(9)送入除臭装置(19)中脱臭、杀菌得到的净化烟气排放到大气中。
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