CN109809671A - 一种污泥处理***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源环保技术领域，公开了一种污泥处理***及方法，该***包括：超音速激波干化装置、热裂解装置和氧化焚烧装置；超音速激波干化装置包括：进料口、热流体进口和激波喷嘴；激波喷嘴喷射超音速震荡激波，与由热流体进口进入的热流体形成高速热流体，进料口的延伸方向和所述激波喷嘴的喷射路径相交，以使物料在高速热流体的冲击下形成干渣；超音速激波干化装置的干渣出口与热裂解装置的干渣进口连通，热裂解装置的干渣出口与氧化焚烧装置的干渣进口连通。本发明提供的一种污泥处理***及方法，能够实现工业危废污泥、市政污泥、含油污泥等的一体化处理，彻底解决了固体危废。

Description

一种污泥处理***及方法

技术领域

本发明涉及能源环保技术领域，特别是涉及一种污泥处理***及方法。

背景技术

传统的城市污泥、生活垃圾氧化焚烧发电，是当前国内外普遍采用的有效处理方法。但由于市政污泥、鲜活垃圾的干化工艺不达标(正常焚烧时，垃圾、污泥的含水率应小于20％)，导致焚烧发电的高能耗和污染废气、废液排放，污泥、垃圾废液污染环境存在的问题由来已久。其主要根源是由于城市含水污泥、生活垃圾，氧化焚烧时的干化质量不好，而导致的结果。湿污泥、鲜活垃圾的焚烧处理时，要求物料的含水率要小于20％时，氧化焚烧处于最佳状态。而国内现行的污泥、垃圾焚烧装置，由于技术手段或干化成本原因，大部分企业氧化焚烧处理城市污泥、生活垃圾、含油危废污泥时的物料含水率远高于20％。

国内多数采用自然重力渗透方法去除生活垃圾、市政污泥的部分水分，但该种方式难以做到使物料水分的含水率达到符合氧化焚烧的合格标准。因此对含水鲜活垃圾、市政污泥、危固废物进行焚烧处理时，由于物料的含水率超标不能自燃，因此需要添加大量的燃料能源参与助燃，极大地增加了焚烧发电项目的运营成本。为降低市政污泥、鲜活垃圾中的水分含量，以达到标准焚烧含水率，传统的处理工艺是预先对污泥、鲜活垃圾等进行干化处理，传统干化处理工艺通常采用电渗透、MDS脱水机、KDS脱水机、桨叶式干化机、回转窑式热风干化机等干化装置进行脱水处理，然而，此类装置需要消耗大量的热源能耗，物料干化时所需能耗费用，占用了焚烧环保企业的高额资金，难以保证市政污泥、鲜活垃圾、工业危废污泥等的预处理质量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有技术中市政污泥、鲜活垃圾的干化处理效率低、含水率不达标的技术问题。

(二)技术方案

针对现有技术中存在的技术问题，第一方面，本发明提供一种污泥处理***，包括：超音速激波干化装置、热裂解装置和氧化焚烧装置；所述超音速激波干化装置包括：进料口、热流体进口和激波喷嘴；所述激波喷嘴喷射超音速震荡激波，与由热流体进口进入的热流体形成高速热流体，所述进料口的延伸方向和所述激波喷嘴的喷射路径相交，以使物料在所述高速热流体的冲击下形成干渣；所述超音速激波干化装置的干渣出口与所述热裂解装置的干渣进口连通，所述热裂解装置的干渣出口与所述氧化焚烧装置的干渣进口连通。

第二方面，本发明提供一种污泥处理方法，基于上述所述的污泥处理***，所述方法包括：

步骤S1：湿污泥原料由超音速激波干化装置的进料口进入，通过热流体和激波喷嘴喷射的超音速震荡激波形成的高速热流体进行激波干化，得到干渣和湿蒸汽；

步骤S2：干渣由超音速激波干化装置的干渣出口排出，进入热裂解装置中进行高温裂解，去除干渣中含油馏分；

步骤S3：经过高温裂解后的干渣由所述热裂解装置的干渣出口排出进入氧化焚烧装置中进行高温氧化焚烧，去除干渣中的有机物质形成炉渣排出。

(三)有益效果

本发明提供的一种污泥处理***及方法，依次通过超音速激波干化工艺、热裂解工艺、高温氧化焚烧工艺，可快速实现污泥、生活垃圾等的干化、除油以及除去有机有害物质，实现工业危废污泥、市政污泥、含油污泥等的一体化处理，彻底解决了固体危废，实现污废的无公害净化，且设备简捷可靠、经济节能；同时超音速激波干化工艺中采用超音速震荡激波形成的高速热流体对污泥、生活垃圾等进行激波干化处理，能够快速高效地实现干化脱水，其含水率可降至25％以下。

附图说明

图1为本发明污泥处理***一实施例的流程示意图；

图2为本发明超音速激波干化装置一实施例的结构示意图。

其中：

101-超音速激波干化装置；102-热裂解装置；103-氧化焚烧装置；104-冷凝装置；105-油水分离器；106-旋风分离器；107-除尘器；108-三相分离器；111-激波生成器；112-稳流器；101a-超音速激波干化装置的进料口；101b-超音速激波干化装置的热流体进口；101c-激波喷嘴；101d-超音速激波干化装置的干渣出口；101e-超音速激波干化装置的烟气出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1给出了本发明污泥处理***一实施例的流程示意图。如图1所示，该污泥处理***包括：超音速激波干化装置101、热裂解装置102和氧化焚烧装置103；超音速激波干化装置101包括：进料口101a、热流体进口101b和激波喷嘴101c；激波喷嘴101c喷射超音速震荡激波，与由热流体进口101b进入的热流体形成高速热流体，进料口101a的延伸方向和所述激波喷嘴101c的喷射路径相交，以使物料在高速热流体的冲击下形成干渣；超音速激波干化装置的干渣出口101d与热裂解装置102的干渣进口连通，热裂解装置102的干渣出口与氧化焚烧装置103的干渣进口连通。

具体地，本实施例中，污泥处理***能够适用于市政污泥、鲜活垃圾、工业危废污泥等的无公害净化处理，所述的物料包括但不限于湿污泥、生活垃圾或工业固体废物，在处理生活垃圾或工业固体废物时需要通过粉碎装置(粉碎装置采用本领域常见的进行生活垃圾、工业固废等粉碎处理的粉碎机)进行撕碎预处理形成泥化垃圾，泥化垃圾、城市污泥、工业危废等混合形成湿污泥一并通过给料机输送至超音速激波干化内进行激波干化处理。其中，本实施例的污泥处理***尤其适用于含水率为50-80％、干基热值在3000Kcal以上的湿污泥的干化、净化处理。

其中，超音速激波干化装置101主要对湿污泥进行激波干化处理。图2给出了本发明超音速激波干化装置一实施例的结构示意图，如图2所示，该激波干化装置包括：壳体，该壳体具有进料口101a、热流体进口101b以及与进料口101a、热流体进口101b连通的干化腔室，干化腔室内设有激波喷嘴101c。

激波喷嘴101c用于喷射超音速震荡激波，其喷射方向与进料口101a的进料方向垂直；热流体进口101b靠近进料口，由热流体进口101b进入的热流体与超音速震荡激波形成高速热流体，湿污泥原料通过进料口101a进入干化腔室内，通过自身的重量下落，落至激波喷嘴101c的喷射路径上后受到高速热流体的冲击形成干渣和湿蒸汽，干渣由超音速激波干化装置的干渣出口101d排出，湿蒸汽由超音速激波干化装置的烟气出口101e排出。

需要说明的是，激波喷嘴101c内的超音速震荡激波可由本领域可知的激波生成器111提供，利用空气动力学，将流体加速，产生超音速震荡激波。激波生成器111可通过稳流器112与激波喷嘴101c连接，激波生成器111产生超音速震荡激波并通过稳流器112传输至激波喷嘴101c。

超音速激波干化装置101的工作原理如下：超音速震荡激波由激波喷嘴101c喷出，与湿污泥正面碰撞，将污泥破碎成细小的颗粒，当流体速度达到超音速形成音障效应后，高效地将污泥彻底破碎，破碎后的污泥颗粒热交换面积大幅提高，提高了污泥和热流体间的传热效率，进而使污泥中所吸附或包含的水分瞬间汽化(在1秒内热流体温度迅速降低至200℃以下)，从而产生干渣和湿蒸汽，实现污泥干化的目的，该激波干化装置干化处理快速、高效，能够实现快速干化脱水，含水率可降至25％以下。

经过超音速激波干化装置的干渣出口101d排出的干渣进入热裂解装置102中，进行高温裂解，干渣中的油分和水分会被进一步蒸发除去，干渣中含水率进一步降低，可以控制在不同温度下进行裂解，从而除去不同沸点的馏分，馏分由热裂解装置102的馏分出口排出。

热裂解装置102中经过高温裂解脱除油水后的干渣由热裂解装置102的干渣出口排出，并通过氧化焚烧装置103的干渣进口进入氧化焚烧装置103中进行高温氧化焚烧，进一步地除去干渣中的有机有害物质，有机有害物质形成热烟气，干渣焚烧形成残炭，可回收利用热量。

本发明提供的一种污泥处理***，依次通过超音速激波干化装置101、热裂解装置102、高温氧化焚烧装置103，可快速实现污泥、生活垃圾等的干化、除油以及除去有机有害物质，实现工业危废污泥、市政污泥、含油污泥等的一体化处理，彻底解决了固体危废，实现污废的无公害净化，且设备简捷可靠、经济节能。

在上述实施例的基础上，本实施例中，氧化焚烧装置103的热烟气出口分别与超音速激波干化装置的热流体进口101b、热裂解的进气口连通。氧化焚烧装置103中产生的热烟气具有较高的热量，可作为热流体从热流体进口进入超音速激波干化装置101中，利用其高温热量结合超音速震荡激波形成高速热流体，对湿污泥等原料进行激波干化处理，实现能源的回收再利用，节约能耗、降低环境污染。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，该***还包括：三相分离器108和油水分离器105；所述三相分离器108的进口与所述热裂解装置102的馏分出口连通，所述油水分离器105与所述三相分离器108的液体出口连通。

热裂解装置102中进行高温热解产生的馏分中含有固体残渣、油分和水分，进入三相分离器108后可分离形成固体残渣和油水，油水再进入油水分离器105分离成油分和水分，从而实现三相分离，可单独进行回收利用。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，该***还包括：冷凝装置104和循环水池；冷凝装置104设置在热裂解装置102的馏分出口与三相分离器108的进口连通的管道上；循环水池的进水口与油水分离器105的出水口连通，循环水池的出水口与冷凝装置104的循环水进口连通。

冷凝装置104用于对热裂解装置102中排出的馏分进行冷却，以便于后续的分离工艺的进行。其中，冷凝装置104可采用本领域技术人员可知的通过循环水进行管道及设备冷却的冷凝器。通过设置循环水池，将油水分离器105的出水口与冷凝器的循环水进口连通，可充分利用污泥处理***中分离得到的水分，节约能耗及水资源，降低生产成本。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，该***还包括：旋风分离器106和除尘器107；超音速激波干化装置的烟气出口101e依次与旋风分离器106和除尘器107连通，即烟气出口101e与旋风分离器106的进口连通，旋风分离器106的出口与除尘器107的进口连通。超音速激波干化装置内由激波冲击后产生的湿蒸汽和其他气体混合形成的烟气由烟气出口101e排出，依次进入旋风分离器106、除尘器107，除去湿蒸汽中的杂质，净化蒸汽后由除尘器107的烟气出口排出，实现洁净排放，降低环境污染。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，还包括：尾气脱酸装置，该尾气脱酸装置的气体进口与所述除尘器的烟气出口连通。经过旋风分离器106和除尘器107除杂后排出的尾气经过尾气脱酸装置进行脱酸处理，去除尾气中造成环境污染的酸性物质。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，还包括：活性炭吸附装置，该活性炭吸附装置的进口与尾气脱酸装置的气体出口连通。尾气经过脱酸处理后，经过活性炭吸附装置进行二次除杂，进一步净化尾气。

需要说明的是，上述所述的“尾气脱酸装置”、“活性炭吸附装置”均为本领域常见的脱酸处理设备和活性炭吸附设备。

本发明还提供了一种污泥处理方法，该方法是基于上述的污泥处理***实施的污泥处理方法，该方法包括：

步骤S1：湿污泥原料由超音速激波干化装置的进料口101a进入，通过热流体和激波喷嘴101c喷射的超音速震荡激波形成的高速热流体进行激波干化，得到干渣和湿蒸汽；超音速激波干化装置101工作温度优选为300-350℃，即其内形成的高速热流体的温度为300-350℃。激波干化工艺能够快速高效地实现干化脱水，其含水率可降至25％以下。

步骤S2：干渣由超音速激波干化装置的干渣出口101d排出，进入热裂解装置102中进行高温裂解，去除干渣中含油馏分；其中，裂解温度优选为600-650℃，此温度下，干渣中沸点在600℃以内的馏分会被气化排出，剩余成分为残碳及无机物，混合形成炭渣。

步骤S3：经过高温裂解后的干渣由所述热裂解装置102的干渣出口排出进入氧化焚烧装置103中进行高温氧化焚烧，去除干渣中的有机物质形成炉渣排出。

焚烧过程中，有机有害物质形成热烟气，干渣焚烧氧化，可回收利用热量，最终生成陶化炉渣。氧化焚烧装置103可采用往复式炉排焚烧炉，能够进行往复式高温氧化，彻底除去干渣中的有机有害物质。高温氧化温度优选为800℃以上，避免产生二噁英等有害物质。经过高温氧化工艺后，排出的陶化炉渣中有机物含量低于千分之一，可直接还原于土壤，改善土壤生态环境。

进一步地，步骤S3还包括：在高温氧化焚烧后，焚烧产生的热烟气由氧化焚烧装置103的热烟气出口排出，分别进入超音速激波干化装置101和热裂解装置102中进行能量循环利用，实现能源的回收再利用，节约能耗、降低环境污染。

进一步地，步骤S1还包括：由超音速激波干化装置的烟气出口排出的含有湿蒸汽的烟气依次进入旋风分离器106和除尘器107中，除去烟气中杂质，净化排出的蒸汽，实现洁净排放，降低环境污染。

进一步地，步骤S2进一步包括：含油馏分依次进入三相分离器108和油水分离器105中，进行分离得到固体残渣、油品和水分，分离出的油品送往储油罐回收利用，分离出的水进入沉降池，或者蓄积在循环水池中送往冷凝装置104中循环利用，为三相分离器108进行降温。

本发明提供的一种污泥处理***及方法，依次通过超音速激波干化工艺、热裂解工艺、高温氧化焚烧工艺，可快速实现污泥、生活垃圾等的干化、除油以及除去有机有害物质，实现工业危废污泥、市政污泥、含油污泥等的一体化处理，彻底解决了固体危废，实现污废的无公害净化，且设备简捷可靠、经济节能；同时超音速激波干化工艺中采用超音速震荡激波形成的高速热流体对污泥、生活垃圾等进行激波干化处理，能够快速高效地实现干化脱水，其含水率可降至25％以下。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污泥处理***，其特征在于，包括：超音速激波干化装置、热裂解装置和氧化焚烧装置；

所述超音速激波干化装置包括：进料口、热流体进口和激波喷嘴；

所述激波喷嘴喷射超音速震荡激波，与由热流体进口进入的热流体形成高速热流体，所述进料口的延伸方向和所述激波喷嘴的喷射路径相交，以使物料在所述高速热流体的冲击下形成干渣；

所述超音速激波干化装置的干渣出口与所述热裂解装置的干渣进口连通，所述热裂解装置的干渣出口与所述氧化焚烧装置的干渣进口连通。

2.根据权利要求1所述的污泥处理***，其特征在于，所述氧化焚烧装置的热烟气出口分别与所述超音速激波干化装置的热流体进口、所述热裂解装置的进气口连通。

3.根据权利要求1所述的污泥处理***，其特征在于，还包括：三相分离器和油水分离器；所述三相分离器的进口与所述热裂解装置的馏分出口连通，所述油水分离器与所述三相分离器的液体出口连通。

4.根据权利要求3所述的污泥处理***，其特征在于，还包括：冷凝装置和循环水池；所述冷凝装置设置在所述热裂解装置的馏分出口与所述三相分离器的进口连通的管道上；所述循环水池的进水口与所述油水分离器的出水口连通，所述循环水池的出水口与所述冷凝装置的循环水进口连通。

5.根据权利要求1所述的污泥处理***，其特征在于，还包括：旋风分离器和除尘器；所述超音速激波干化装置具有烟气出口，所述烟气出口依次与旋风分离器、除尘器连通。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的污泥处理***的污泥处理方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：湿污泥原料由超音速激波干化装置的进料口进入，通过热流体和激波喷嘴喷射的超音速震荡激波形成的高速热流体进行激波干化，得到干渣和湿蒸汽；

步骤S2：干渣由超音速激波干化装置的干渣出口排出，进入热裂解装置中进行高温裂解，去除干渣中含油馏分；

步骤S3：经过高温裂解后的干渣由所述热裂解装置的干渣出口排出进入氧化焚烧装置中进行高温氧化焚烧，去除干渣中的有机物质形成炉渣排出。

7.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：在高温氧化焚烧后，焚烧产生的热烟气由氧化焚烧装置的热烟气出口排出，分别进入所述超音速激波干化装置和所述热裂解装置中进行能量循环利用。

8.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：由超音速激波干化装置的烟气出口排出的含有湿蒸汽的烟气依次进入旋风分离器和除尘器中，除去烟气中杂质后排出。

9.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：所述含油馏分依次进入三相分离器和油水分离器中，进行分离得到固体残渣、油品和水分，分离出的油品送往储油罐回收利用，分离出的水进入沉降池。

10.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述超音速激波干化装置内形成的高速热流体的温度为300-350℃，所述热裂解装置的裂解温度为600-650℃，所述氧化焚烧装置的焚烧温度为850-1200℃。