CN112520968B - 一种污泥碳化方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种污泥碳化方法，包括以下步骤：1）第一脱水：使用热风将污泥的含水量降低10‑20%；2）低温灭活：第一脱水后的污泥在150‑300℃温度下第二脱水灭活，使第二脱水后的污泥含水量小于10%；3）控氧燃烧：控氧条件下，第二脱水后的污泥在低于600℃的温度下燃烧；4）缺氧稳固：将燃烧得到的产物送入缺氧环节进行碳化稳固，降温至低于40℃，出料，即得终产物。本申请提供的污泥碳化方法，投资小，能够实现“污泥烧污泥”，同时保留部分热值，使污泥碳化稳固，增加附加值，变废为宝，且对污泥的处置彻底、无污染，使用运载车运载污泥，提高工作效率。

Description

一种污泥碳化方法

技术领域

本申请涉及污泥处理技术领域，特别是涉及一种污泥碳化方法。

背景技术

现阶段针对高热值的一般固废处置技术，主要包括填埋、焚烧及高温干馏等方式，大多用于处理生活垃圾和市政污泥的混合物，因处置的成分复杂，导致处置工艺复杂、投入大、耗能大，且处置效率较低。其中，焚烧工艺投资大，处置得到的产物成分复杂，最终处置难度大，烟囱灰等终产物仍然需要填埋处理。而高温干馏工艺是利用高温缺氧热解的方法，由于采用间接热传导的被动热解方式，热能损耗大，导致能耗高、热能利用率低、产能较低。

随着城市化和国民经济的快速发展，城市污水和工业污水处理率不断提高，污泥的产生及其数量急剧增加，及国家环保政策的持续加力，污泥处置将会成为一个专业化的新兴产业。而污泥单独处理，针对性、专业性更强，需要开发适应污泥处理需要的处置工艺，将污泥固废处置无害化、资源化利用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种污泥碳化方法；本发明申请提供的污泥碳化方法，充分利用污泥自身特有的理化特性，即利用污泥自身热值来达到脱水、灭活和燃烧碳化的目的。本技术与砖瓦烧结企业搭配，优势更明显：利用砖瓦窑炉烟气余热，对污泥脱水和返烧。总体上达到节能减排和保留更高热值等增加明显经济效益的目的。本工艺方法实施投资小，产能大，产品用途广，附加值高，具有广泛的社会效应和可观的经济效应。

本发明提供的技术方案如下：

一种污泥碳化方法，包括以下步骤：

1）第一脱水：使用热风将污泥的含水量降低10-20%；

2）低温灭活：第一脱水后的污泥在150-300℃温度下第二脱水灭活，使第二脱水后的污泥含水量小于10%；

3）控氧燃烧：控氧条件下，第二脱水后的污泥在低于600℃的温度下燃烧；

4）缺氧稳固：将燃烧得到的产物在缺氧的条件下进行碳化稳固，降温至低于40℃，出料，即得终产物。

优选地，所述第一脱水的步骤中，利用高温烟气对污泥进行第一脱水，并将放热后的烟气抽取，脱去烟气中的水蒸气后，将全部或部分烟气送入控氧燃烧区域。

优选地，在第一脱水之前，还包括使用药剂对污泥进行生物灭活的步骤。

优选地，所述生物灭活的步骤在负压仓内进行，并将所述负压仓内的空气抽出，送入控氧燃烧区域。

优选地，所述负压仓抽取的空气，与第一脱水步骤放热并脱去水蒸气后的烟气按比例混合后，送入控氧燃烧区域。

优选地，所述高温烟气来自污泥控氧燃烧，或来自污泥控氧燃烧和砖瓦生产线；所述终产物可作为砖瓦、陶粒、加气块、混凝土生产的原料或燃料使用。

优选地，所述缺氧稳固步骤中，使用喷淋的方式对燃烧得到的产物进行稳固和降温。

优选地，维持所述缺氧稳固区域处于正压缺氧环境。

优选地，使用运载车运载污泥移动，依次进入第一脱水、低温灭活、控氧燃烧、缺氧稳固区域进行第一脱水、第二脱水灭活、控氧燃烧、缺氧稳固。

优选地，所述控氧燃烧步骤中，所得终产物的烧失率为35-45%。

本申请提供的污泥碳化方法，具有以下优点：

第一、处置工艺操作简单，生产流程紧凑，便于高度自动化生产和智能化管理。

第二、项目占地小，节约国土资源。

第三、与砖瓦、陶粒、加气块、混凝土等传统生产企业合作，能达到节能减排和产品升级，从而使传统产业转型升级。

第四、投资小、处置效率高，建设投资1500万元，对应处置能力可达到日处理量300-350吨。

第五、充分利用污泥高热值的优势，除了启动阶段外，通过污泥燃烧释放部分热量，可以满足控氧燃烧步骤中的热量需求，实现“污泥烧污泥”，同时保留部分热值，使污泥碳化稳固，增加附加值。

第六、变废为宝，污泥经过碳化之后形成的终产物（如碳粉等碳化物）留存有一定的热值，可以作为烧结砖、陶粒制品、水泥等建筑材料的生产原料。

第七、对污泥的处置彻底、无污染，并能实现排放治理和产物再利用，可以抑制有害气体外泄，不会造成二次污染。

第八、使用运载车运载污泥，加大了污泥碳化处理量，大大提高了污泥碳化的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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 为本发明实施例中污泥碳化方法结合配套的装置的工艺流程示意图；

图2 为本发明实施例中污泥碳化方法配套的装置的结构示意图；

图3 为本发明实施例中污泥碳化方法配套的装置的平面布置示意图；

附图标记：1-碳化器；11-第一脱水段；12-低温灭活段；13-控氧燃烧段；14-缺氧稳固段；2-运载车；3-烟气处理***；4-冷凝机构；5-烟气净化装置；6-冷却***；7-储料仓；8-成品仓。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本申请实施例采用递进的方式撰写。

请如图1至图3所示，本发明实施例提供一种污泥碳化方法，包括以下步骤：

1）第一脱水：使用热风将污泥的含水量降低10-20%；

2）低温灭活：第一脱水后的污泥在150-300℃温度下第二脱水灭活，使第二脱水后的污泥含水量小于10%；

3）控氧燃烧：控氧条件下，第二脱水后的污泥在低于600℃的温度下燃烧；

4）缺氧稳固：将燃烧得到的产物在缺氧的条件下进行碳化稳固，降温至低于40℃，出料，即得终产物。

本申请针对污泥的特点，提出一种污泥碳化方法，污泥先后经第一脱水、低温灭活、控氧燃烧、缺氧稳固的步骤，将污泥制成碳化物，实现污泥资源化利用。

其中，第一脱水步骤中，先利用热风去除部分间隙水，使得污泥的含水量降低10-20%；然后对第一脱水后的污泥进行第二脱水灭活，第二脱水的温度为150-300℃，可以促进污泥分子细胞水释放达到快速脱水的效果，同时该温度条件下还能杀死污泥中所带的病菌，并抑制有害气体产生，脱水后的污泥含水量小于10%；第二脱水后的污泥进入控氧燃烧工序，在缺氧的条件下燃烧，并控制燃烧温度最高不超过600℃，便于控制污泥的燃烧与碳化效率，同时抑制氮氧化物生成；待燃烧达到设定目标后，降温至低于40℃，阻止碳化物继续燃烧，使得到的碳化物稳固，从而得到所期望的燃烧度和烧失率的碳化物。

由于现有的污泥，经污水处理厂脱水后，所含的有机物通常>50%，而水分含量也>50%，压制成型的难度较大，即使通过降低水分的方式提高塑形，所制得的成型坯遇到150℃以上的高温很容易发生严重坍塌，导致深度脱水难以进行，影响对污泥的处理；污泥还要添加30%以上粘性较强物质如粘土等，才能达到成型所需要具备的原料塑性，但加入粘土不仅浪费资源，同时由于粘土本身不具有热值，导致污泥处理过程中热能消耗增大、灰渣量增多，处置难度增大。且将污泥压制成型的操作，增加了污泥的密实度，导致污泥深度脱水难度加大，损耗热量较多。因此，本申请提供的污泥碳化方法，摒弃了将污泥压制成型的步骤，通过第一脱水、低温灭活去除污泥中的水分，然后将污泥控氧燃烧、缺氧稳固，在不加入其他的组分的情况下实现污泥的碳化，减少资源和热能消耗。

同时，本申请提供的污泥处理方法，将脱水后获得的含水量小于10%的污泥，在控氧条件下燃烧处理，在工作稳定后，控氧燃烧段产生的热量已经足以支持新进入的污泥燃烧。相较于利用高温干馏技术处理污泥，需要利用碳化过程产生的热解气和外燃燃烧，为污泥干化和碳化提供热量，存在热量损耗大、处置效率低的问题而言，本申请所采用的控氧燃烧方法，热量利用率高，且直接加热效率高、时间短，可以有效避免高温干馏方法间接、被动热解，需要提取热解气导致的工艺复杂、能耗高的问题。

优选地，所述第一脱水的步骤中，利用高温烟气对污泥进行第一脱水，并将放热后的烟气抽取，脱去烟气中的水蒸气后，将全部或部分烟气送入控氧燃烧区域。

更优选地，脱水步骤可以利用高温烟气供热，充分利用烟气的余热，还能利用污泥和水分蒸发产生的水蒸气吸附烟气中的SO₂和H₂S，也能降低烟气的温度。烟气放热后进行抽取，脱去烟气中的水蒸气后，全部或部分烟气送入控氧燃烧区域，利用烟气含氧量低的特点，实现燃烧中氧气含量的控制。优选抽取50%放热并脱去水蒸气后的烟气送入控氧燃烧区域，另外50%放热并脱去水蒸气后的烟气处置达标后排放。根据工艺需要，也可灵活调整抽取和排放的烟气百分比。

第一脱水步骤优选持续的送入烟气，并持续的抽走放热后的烟气，通过送风管和抽风管的位置布置可以实现。

优选地，在第一脱水之前，还包括使用药剂对污泥进行生物灭活的步骤。

优选地，所述生物灭活的步骤在负压仓内进行，并将所述负压仓内的空气抽出，送入控氧燃烧区域。

优选在第一脱水之前，还使用药剂对污泥进行生物灭活。药剂为本领域常用物质，例如碱性物质等。更优选生物灭活的步骤在负压仓内进行，将污泥内部微生物不断繁殖导致污泥在堆放期内会产生臭味和有害气体抽出，避免污染环境，并将抽出的空气送入控氧燃烧区域进行高温灭活。

优选地，所述负压仓抽取的空气，与第一脱水步骤放热并脱去水蒸气后的烟气按比例混合后，送入控氧燃烧区域。

利用负压仓内抽取的空气，和第一脱水步骤放热后的烟气混合，并根据需要调节比例，可以灵活控制送入控氧燃烧区域内的气体含氧量。

优选地，所述高温烟气来自污泥控氧燃烧，或来自污泥控氧燃烧和砖瓦生产线；所述终产物可作为砖瓦、陶粒、加气块、混凝土生产的原料或燃料使用。

更优选本申请提供的污泥碳化方法，所涉及的生产线，与砖瓦生产线联用，利用砖瓦生产线的高温烟气，同时污泥所制备的碳化物又能作为砖瓦生产的原料，混在砖块等原料中，替代部分煤炭，实现污泥、高温烟气的资源化利用。此外，所得到的终产物也可以作为陶粒、加气块、混凝土生产的原料或燃料使用。引入砖瓦生产线的高温烟气，与污泥控氧燃烧的高温烟气一并对污泥进行脱水，还可以增加碳化物热值，提高所得终产品可利用性。

优选地，所述缺氧稳固步骤中，使用喷淋的方式对燃烧得到的产物进行稳固和降温。

优选地，维持所述缺氧稳固区域处于正压缺氧环境。

为快速稳固碳化物，阻止碳化物继续燃烧，优选利用喷淋的方式对碳化物进行降温，同时还能减少扬尘。更优选降温在缺氧环境下进行。由于碳化物散热时空气受热膨胀，维持冷区区域空气只能流出不能流入即可实现对环境内氧气含量的控制。

优选地，使用运载车运载污泥移动，依次进入第一脱水、低温灭活、控氧燃烧、缺氧稳固区域进行第一脱水、第二脱水灭活、控氧燃烧、缺氧稳固。

优选本申请提供的污泥碳化处理方法，是利用运载车运载污泥移动，进入碳化装置中的第一脱水、低温灭活、控氧燃烧、缺氧稳固区域进行脱水、破壁深度脱水、控氧燃烧、稳固，实现自动化运行。运载车中污泥碳化完成后进行卸料，空车循环使用。

优选地，所述控氧燃烧步骤中，所得终产物的烧失率为35-45%。

本申请提供的污泥碳化方法，可以根据以上步骤，设置单独的负压仓、脱水装置、破壁装置、控氧燃烧装置、稳固装置进行污泥的碳化处理。更优选使用配套的污泥碳化装置进行生产。配套的污泥碳化装置具体如下：

一种污泥碳化装置，包括：

碳化器1，碳化器1依次包括第一脱水段11、低温灭活段12、控氧燃烧段13、缺氧稳固段14；

运载车2，运载车2用于运载污泥移动并进入碳化器1处理；

烟气处理***3，烟气处理***3包括第一烟气处理管和第二烟气处理管，第一脱水段11还与冷凝机构4相连通，第一烟气处理管连通冷凝机构4和控氧燃烧段13，用于将冷凝后的部分或全部烟气送回控氧燃烧段13；冷凝机构4还与烟气净化装置5相连通；第二烟气处理管一端与第一脱水段11相连通，另一端与砖瓦生产线的高温烟气出口相连通；

还设有冷却***6，冷却***6包括输水管和喷淋管，输水管一端连接水源，另一端连接喷淋管，用于向缺氧稳固段14供给冷水；

还设有用于储存污泥的储料仓7，运载车2在储料仓7内装载污泥，并运载污泥进入碳化器1处理；储料仓7设有储料仓抽风***，储料仓抽风***通过管道与控氧燃烧段13相连通，将抽出的气体送放入控氧燃烧段13中；

还设有用于储存污泥碳化后成品的成品仓8，运载车2在成品仓8内卸料，成品仓8还设有收尘机构；

还设有运载车循环线，运载车2在成品仓8卸料后经运载车循环线移动至储料仓7装载污泥，然后进入碳化器1碳化处理。

配套的污泥碳化装置如图2-3所示。

实施例1

一种污泥碳化方法，包括以下步骤：

使用药剂将负压仓内的污泥生物灭活，将负压仓内的空气抽出，送入控氧燃烧区域；

第一脱水：利用污泥控氧燃烧区域和砖瓦生产线的高温烟气对污泥进行第一脱水，将污泥的含水量降低10-20%；并将放热后的烟气抽取，脱去烟气中的水蒸气后，将部分烟气送入控氧燃烧区域，剩下烟气经处理后达标排放；

低温灭活：脱水后的污泥在150-300℃温度下第二脱水灭活，使第二脱水后的污泥含水量小于10%；

控氧燃烧：控氧条件下，第二脱水后的污泥在低于600℃的温度下燃烧；

缺氧稳固：将燃烧得到碳化物，在正压缺氧环境下，用水喷淋的方式降温至低于40℃，出料，即得终产物。

终产物作为砖瓦生产的原料使用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种污泥碳化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）第一脱水：使用热风将污泥的含水量降低10-20%；

2）低温灭活：第一脱水后的污泥在150-300℃温度下第二脱水灭活，使第二脱水后的污泥含水量小于10%；

3）控氧燃烧：控氧条件下，第二脱水后的污泥在低于600℃的温度下燃烧；

4）缺氧稳固：将燃烧得到的产物在缺氧的条件下进行碳化稳固，降温至低于40℃，出料，即得终产物；

所述污泥碳化处理方法，是使用运载车运载污泥移动，依次进入碳化装置中的第一脱水、低温灭活、控氧燃烧、缺氧稳固区域进行第一脱水、第二脱水灭活、控氧燃烧、缺氧稳固；运载车中污泥碳化完成后进行卸料，空车循环使用；

所述污泥碳化装置包括碳化器（1），碳化器（1）依次包括第一脱水段（11）、低温灭活段（12）、控氧燃烧段（13）、缺氧稳固段（14），还包括烟气处理***（3），烟气处理***（3）包括第一烟气处理管和第二烟气处理管，第一脱水段（11）还与冷凝机构（4）相连通，第一烟气处理管连通冷凝机构（4）和控氧燃烧段（13），用于将冷凝后的部分或全部烟气送回控氧燃烧段（13）；第二烟气处理管一端与第一脱水段（11）相连通，另一端与砖瓦生产线的高温烟气出口相连通；

所述缺氧稳固段（14）处于正压缺氧环境；

所述第一脱水的步骤中，利用高温烟气对污泥进行第一脱水，并将放热后的烟气抽取，脱去烟气中的水蒸气后，将全部或部分烟气送入控氧燃烧区域；所述高温烟气来自污泥控氧燃烧，或来自污泥控氧燃烧和砖瓦生产线；

在第一脱水之前，还包括使用药剂对污泥进行生物灭活的步骤，所述生物灭活的步骤在负压仓内进行，并将所述负压仓内的空气抽出，所述负压仓抽取的空气，与第一脱水步骤放热并脱去水蒸气后的烟气按比例混合后，送入控氧燃烧区域。

2.根据权利要求1所述的污泥碳化方法，其特征在于，所述终产物可作为砖瓦、陶粒、加气块、混凝土生产的原料或燃料使用。

3.根据权利要求1所述的污泥碳化方法，其特征在于，所述缺氧稳固步骤中，使用喷淋的方式对燃烧得到的产物进行稳固和降温。

4.根据权利要求3所述的污泥碳化方法，其特征在于，维持所述缺氧稳固区域处于正压缺氧环境。

5.根据权利要求1、3-4中任一项所述的污泥碳化方法，其特征在于，所述控氧燃烧步骤中，所得终产物的烧失率为35-45%。

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