多膛炉污泥热解系统热能综合利用方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种多膛炉污泥热解系统热能综合利用方法。

背景技术：

污泥热减量化技术的核心设备类型包括：多膛炉、流化床炉、炉排炉、转炉等，以前两者为主。其中流化床炉、炉排炉和转炉迄今为止还只能采取焚烧运行模式(流化床炉热解运行模式的研究尚处于技术开发阶段)，而多膛炉既可采取焚烧运行模式，又可采取热解运行模式，而后者(热解运行模式)已逐渐发展成为主流的污泥热减量化工艺方法。

但是，由于我国废水污泥性质和组成复杂、总体热值较低、污染物种类繁多、污染物浓度波动幅度大、常规污泥脱水性能不佳，导致全盘引进或全盘照搬国外成熟工艺进行设计的污泥热处理项目普遍运行得不太顺利，故障频发。对原料污泥的污泥干固物质(ds)、可挥发性干固物(vs)以及低位热值这三个核心污泥指标的认知程度不足，是造成已建多膛炉污泥热解装置系统几乎全部表现得能耗过高的主要原因之一。另外，部分项目虽然考虑到了国内污泥的性质特点，但在设计时未能足够重视污泥热处理过程的“水平衡”和“热能平衡”问题，导致项目能耗过大而失去了应有的技术竞争力。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种多膛炉污泥热解系统热能综合利用方法，能综合利用热解工艺尾气和高温烟气的热能，最大程度地实现节能目标。

为了实现上述目的，本发明提供一种多膛炉污泥热解系统热能综合利用方法，包括以下步骤：

步骤一，原料污泥由废水处理厂压滤工序输送进入多膛炉污泥热解系统的多功能污泥贮仓中，高含水的原料污泥由设置在多功能污泥贮仓内的强制螺旋搅拌机构混合均匀并被强制输送到后继的泥饼输送泵组，通过泥饼输送泵组将原料污泥喂入污泥补充干化装置；

步骤二，污泥补充干化装置的干化机夹套及中空桨叶中通入由泥饼输送泵组内的汽轮机和热解工艺最末端总引风机的汽轮机排出的乏蒸汽，过热的乏蒸汽在污泥补充干化装置的蒸汽通路中进一步降压并提供热能，使污泥补充干化装置主腔室内的原料污泥部分水分发生蒸发，形成的含臭饱和蒸汽由专用管线和引风机输送到专用洗气塔进行处理；

步骤三，通过污泥补充干化装置蒸发水分后的干化污泥从污泥补充干化装置中卸出后，立刻由后端的强制螺旋喂料机组送入多膛炉或本体炉中进行热解处理；

步骤四，进入多膛炉或本体炉的干化污泥，在炉内由上到下自动完成热处理过程，干化污泥热解后产生的固体残渣由多膛炉或本体炉的炉底排出，多膛炉或本体炉的热解工艺尾气由炉顶排气管道排出并随后进入二次炉；

步骤五，热解工艺尾气在二次炉内与鼓风机送入的二次风混合充分燃烧，二次炉能够维持一定炉温要求值，将热工艺尾气中所有可燃成分完全焚毁，并最终产生含有少量粉尘类污染物和微量酸性气体成分的高温烟气；

步骤六，由二次炉排出的高温烟气进入废热蒸汽锅炉，然后产生中压过热蒸汽，送入到热解工艺前端的泥饼输送泵组和热解工艺末端的总引风机，用来直接驱动泥饼输送泵组中的汽轮机和工艺末端总引风机中的汽轮机；

步骤七，废热蒸汽锅炉排除的烟气依次进入多膛炉烟气洗气塔、生物除臭塔进行冷凝脱水、除尘和除臭；由多膛炉烟气洗气塔和生物除臭塔排出的富裕废水进入集水阱并随后排入废水处理厂的总进水口，进入常规废水处理工序进行处理；

步骤八，由生物除臭塔排除的烟气在进入末端的总引风机之前先经过旋风除雾器，除去烟气中的液滴，最后由总引风机排入空气中。

进一步的，所述专用洗气塔的进水采用的是多功能污泥贮仓排出的热源工艺蒸汽冷凝水及补充冷水，采用直接喷淋法使含臭蒸汽冷凝并由添加的化学药剂吸收臭味化合物后，以废水形态排到集水阱，然后排入废水处理厂的总进水口进行常规废水处理。

进一步的，所述多膛炉或本体炉中的热处理过程所需的热能完全由炉内的反应过程和换热过程提供，无需再添加辅助燃料，过程中只加入经过计量控制的工艺空气。

进一步的，多功能污泥贮仓内设有加热夹套，加热夹套中通入由污泥补充干化装置的干化机夹套中送来的含水乏蒸汽，含水乏蒸汽在加热夹套中发生冷凝并释放潜热，加热夹套产生的冷凝水进入集水阱，然后排入废水处理厂的总进水口进行常规废水处理。

进一步的，所述泥饼输送泵组采用电动机和汽轮机双驱动方式，仅在多膛炉开炉工况时采用电动机驱动，当多膛炉污泥热解系统进入正常运行工况后，自动切换成汽轮机驱动，汽轮机采用中压过热蒸汽驱动，中压过热蒸汽由二次炉后端设置的废热锅炉装置供应。

进一步的，所述泥饼输送泵组中的汽轮机做功后，排出的过热乏蒸汽的压力值为0.15～0.40mpa，温度为110～136℃，用作污泥补充干化装置的热源介质时，可使污泥干固物质含量30％的原料污泥干化至污泥干固物质含量45％的水平。

进一步的，废热蒸汽锅炉的蒸发负荷设计取值为1.8～3.2吨过热蒸汽/吨，过热蒸汽的压力的取值为1.2～2.0mpa，温度在210～260℃范围。

进一步的，所述多膛炉或本体炉排出的中轴冷却废热风全部或部分回用到多膛炉的冷却段中，与高温的污泥灰渣换热后上升到热解段参与缺氧燃烧过程，燃烧后的污泥热解工艺尾气进入到二次炉中。

进一步的，所述多膛炉或本体炉燃烧后的污泥灰渣送入处置场所处理。

进一步的，原料污泥在进入到多膛炉污泥热解系统以前，进行以下三种方式的预处理方式：

a、保持原料污泥的可挥发性干固物含量水平不变时，将原料污泥的污泥干固物质含量提高到≥30％，至少采用以下预处理方式中的一种或多种，包括：太阳能干化技术、干化池技术、自然风干技术；

b、保持原料污泥的污泥干固物质含量水平不变，将原料污泥的可挥发性干固物含量提高到≥78％，采用的预处理为：在废水处理厂污泥过滤工序之前，向液态原料污泥中添加高有机质含量的工业或农业废弃物，在提高污泥可滤过性的同时，提高污泥的可挥发性干固物含量水平；

c、同时提高原料污泥的污泥干固物质和可挥发性干固物含量水平，使原料污泥的污泥干固物质含量提高到≥25％、可挥发性干固物含量提高到≥67％，采用的预处理为：向液态原料污泥中添加高有机质含量的工业或农业废弃物，同时采用高效压滤机械对污泥进行脱水处理。

本发明具有以下有益效果：

1、经过详细测算和中试验证，本发明的多膛炉污泥热解系统热能综合利用方法能够最大程度地实现节能目标，同时确保废水污泥得以“减量化、稳定化、无害化、资源化”处理和利用。

2、本发明的所有环保措施目的在于防止污泥臭气散排对周边环境造成气相污染，同时保护操作人员的健康和安全，在热解工艺尾气和烟气净化处理系统的末端添加生物除臭塔、洗气塔，将处理后的热解工艺尾气与经过降温、脱除部分蒸汽冷凝水之后的烟气合并，最大程度地降低前级环保设施的运行负荷，降低了整体系统的耗电量水平；而且，同时提高了后继旋风除雾装置的进气流速，借以提高了旋风除雾装置的脱水效率，削弱了最终烟气的“烟囱羽烟”型视觉污染程度。

3、将能够分别治理或处理的过程流体，采取“分而治之”的设计原则和理念，使整体技术系统的能耗水平得以显著降低。

4、本发明采用废热蒸汽锅炉来回收和利用热解工艺尾气和高温烟气的热能，生产出的过热中压蒸汽梯级式地应用于大功率电器的汽轮机驱动介质、污泥补充干化装置的热源介质、原料污泥贮仓的保温/加热介质、洗气塔的配液/洗涤进水(热水)，提高了烟气热能的综合利用效率。

5、本发明将多膛炉中轴冷却排出的废热风部分或全部回用于热解处理过程，提高了多膛炉的热能利用效率，削减了可能需要补充的辅助燃料用量。

6、本发明将多功能污泥贮仓内的夹套排出的蒸汽冷凝水，用作两套洗气装置(即专用洗气塔和多膛炉烟气洗气塔)的化学药剂配制用原水和/或洗气用循环水，可加快药剂溶解速度、提高洗气效率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的多膛炉污泥热解系统热能综合利用方法的总体工艺流程图；

图2为本发明的多膛炉污泥热解系统热能综合利用方法的最佳化工艺流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种多膛炉污泥热解系统热能综合利用方法，参考附图1-2所示，包括以下步骤：

步骤一，原料污泥由废水处理厂压滤工序输送进入多膛炉污泥热解系统的具有缓冲、混合、均质等功能的多功能污泥贮仓中，多功能污泥贮仓带有夹套保温、加热设施，高含水的原料污泥由设置在多功能污泥贮仓内的强制螺旋搅拌机构混合均匀并被强制输送到后继的泥饼输送泵组，通过泥饼输送泵组将原料污泥喂入污泥补充干化装置；多功能污泥贮仓内设有加热夹套，加热夹套中通入由污泥补充干化装置的干化机夹套中送来的含水乏蒸汽，含水乏蒸汽在加热夹套中发生冷凝并释放潜热，加热夹套产生的冷凝水进入集水阱，然后排入废水处理厂的总进水口进行常规废水处理，当原料污泥设计处理能力为100吨/天时，可使进入后继泥饼输送泵组的原料污泥温度维持在25℃(冬季)和45℃(夏季)以上，确保泵组正常运行，同时达到节能目的(减少污泥干化机组的操作初始温度值)。

泥饼输送泵组(以柱塞泥饼泵和污泥螺杆泵为代表)附设有强制喂料螺旋机构，其驱动采用电动机-汽轮机双驱动装置，只有在多膛炉开炉工况时采用电动机驱动，当整体技术系统进入正常运行工况后，自动切换成汽轮机驱动，可显著节约电能。汽轮机采用中压过热蒸汽驱动，过热蒸汽由二次炉(后燃室)后端设置的废热锅炉装置供应。

步骤二，污泥补充干化装置(典型干化机型为空心桨叶式或称中空圆盘式)的干化机夹套及中空桨叶中通入由泥饼输送泵组内的汽轮机和热解工艺最末端总引风机的汽轮机排出的乏蒸汽(仍为过热蒸汽，压力和温度已大幅降低)，过热的乏蒸汽在污泥补充干化装置的蒸汽通路中进一步降压并提供热能，使污泥补充干化装置主腔室内的原料污泥部分水分发生蒸发，形成的含臭饱和蒸汽由专用管线和引风机输送到专用洗气塔进行处理。

所述专用洗气塔的进水采用的是多功能污泥贮仓排出的热源工艺蒸汽冷凝水(温度约为35至55℃)及补充冷水(20℃)，采用直接喷淋法使含臭蒸汽冷凝并由添加的化学药剂吸收臭味化合物后，以废水形态排到集水阱，然后排入废水处理厂的总进水口进行常规废水处理。

步骤三，因部分水分蒸发而干化的污泥(污泥干固物质即ds含量达到设计要求值)从污泥补充干化装置中卸出后，立刻由后端的强制螺旋喂料机送入多膛炉或本体炉中进行热解处理。

步骤四，进入多膛炉或本体炉的干化污泥，在炉内由上到下自动完成干燥、热解、冷却等一系列热处理过程，且热处理过程所需的热能完全由炉内的反应过程和换热过程提供，无需再添加辅助燃料，过程中只加入经过计量控制的工艺空气。干化污泥热解后产生的固体残渣(灰渣质，含有一定量的残碳有机质成分)由多膛炉或本体炉的炉底排出，多膛炉或本体炉的热解工艺尾气(主要由水蒸汽、二氧化碳、氮气等成分组成，温度约300～450℃)由炉顶排气管道排出并随后进入二次炉。所述多膛炉或本体炉燃烧后的污泥灰渣送入处置场所处理。

步骤五，热解工艺尾气在二次炉内与鼓风机送入的二次风混合充分燃烧，在理想工况下，多膛炉处于自热平衡状态，工艺尾气在二次炉内的停留时间超过2秒且处于完全湍流状态，二次炉能够维持一定炉温要求值(例如850℃)，将热工艺尾气中所有可燃成分完全焚毁，并最终产生含有少量粉尘类污染物和微量酸性气体成分的高温烟气(离开二次炉的高温烟气温度约750℃)；需要说明的是，这些数据并不是为了限制本发明的范围。

步骤六，由二次炉排出的高温烟气进入废热蒸汽锅炉，然后产生中压过热蒸汽，送入到热解工艺前端的泥饼输送泵组和热解工艺末端的总引风机，用来直接驱动泥饼输送泵组中的汽轮机和工艺末端总引风机中的汽轮机；由锅炉排出的烟气温度约为150℃。

步骤七，废热蒸汽锅炉排除的烟气依次进入多膛炉烟气洗气塔、生物除臭塔进行冷凝脱水、除尘和除臭；由多膛炉烟气洗气塔和生物除臭塔排出的富裕废水进入集水阱并随后排入废水处理厂的总进水口，进入常规废水处理工序进行处理；

步骤八，由生物除臭塔排出的烟气温度(约为35℃)，含有大量的液滴成分，且总流量显著增加(加入了污泥输送装置系统的环保集风气流流量)，这股烟气在进入末端的总引风机之前先经过旋风除雾器，除去其中99％以上的液滴(雾)，既可借此保护引风机叶轮和风管，也可以大幅减轻烟囱出口的“羽烟”类视觉污染。

最后由总引风机排入空气中。

本发明采用了供热介质流体的设计，这是本发明最重要的、实现热能综合利用目标的“载热流体”设计。该流体的最初形态是由废热蒸汽锅炉产生的中压过热蒸汽，第一级热能利用是两台汽轮机装置(分别用来驱动原料污泥输送泵组和总引风机)，做功后的过热蒸汽压力和温度均显著降低，但此时的乏蒸汽仍设计为过热蒸汽流体；第二级热能利用是用于污泥补充干化装置的间接加热热源，与原料污泥换热后，转变成部分发生冷凝释放潜热后的饱和蒸汽(含有冷凝水的饱和蒸汽，压力0.1mpa，温度80至100℃)；第三级热能利用是将污泥补充干化装置后排出的含水饱和蒸汽输送到多功能污泥贮仓内的加热夹套设施内，与原料污泥换热，确保原料污泥在冬季时的可输送性能并蒸发少量污泥水分，最后排出的是温度约35℃至50℃的热冷凝水，用作专用洗气塔的配液用途。

使原料污泥的温度逐级得以提高、工艺烟气的温度逐级下降，通过蒸汽/热水“载热流体”，使系统中电耗最高的两台机械装置(及多膛炉和二次炉)耗电量降低到零，同时确保进入多膛炉的污泥ds含量达到自热平衡设计要求值水平，使多膛炉和二次炉的辅助燃料用量降低到零。

通过以上设计方案和技术措施，使废水污泥的多膛炉污泥热解系统总能耗降至最低程度，提高该技术工艺过程的市场竞争力水平。

此外，原料污泥在进入到多膛炉污泥热解系统以前，进行以下三种方式的预处理方式：

a、保持原料污泥的可挥发性干固物含量水平不变时，将原料污泥的污泥干固物质含量提高到≥30％，至少采用以下预处理方式中的一种或多种，包括：太阳能干化技术、干化池技术、自然风干技术；

b、保持原料污泥的污泥干固物质含量水平不变(15％至20％，只要废水处理厂的过滤机型未改变、未超量添加无机类“助滤剂”或污泥“调质剂”，这一数值就不会发生大的变化)，将原料污泥的可挥发性干固物含量提高到≥78％，采用的预处理为：在废水处理厂污泥过滤工序之前，向液态原料污泥中添加高有机质含量的工业或农业废弃物如酿酒残渣/酒渣、稻壳、锯末、工业含油/脂污泥、禽畜养殖场污泥等，在提高污泥可滤过性的同时，提高污泥的可挥发性干固物含量水平；

c、同时提高原料污泥的污泥干固物质和可挥发性干固物含量水平，使原料污泥的污泥干固物质含量提高到≥25％、可挥发性干固物含量提高到≥67％，采用的预处理为：向液态原料污泥中添加高有机质含量的工业或农业废弃物如酿酒残渣/酒渣、稻壳、锯末、工业含油/脂污泥、禽畜养殖场污泥等，，同时采用高效压滤机械对污泥进行脱水处理。

经测算和中试验证，对于国产的典型废水污泥(可挥发性干固物vs含量为ds的45％至60％，热值平均值为2800kcal/kgds左右)，只有当污泥干固物质ds含量≥45％时，才能实现多膛炉和后燃室的“自热平衡”工况状态。

以“多膛炉和后燃室的自热平衡工况状态”为前提时，具有以下设计取值：

(1)废热蒸汽锅炉的蒸发负荷设计取值为1.8～3.2吨过热蒸汽/吨ds，过热蒸汽的压力(表压)设计取值为1.2～2.0mpa，温度在210～260℃范围。

(2)上述过热蒸汽的最大可做功数值达90～110kwh/吨ds，可满足单位负荷装机容量为90～110kw/吨ds的大功率机电设备配置相应的汽轮机，可显著地节约设备系统的电能并降低运营成本。

(3)上述过热蒸汽推动汽轮机做功后，排出的过热乏蒸汽压力(表压)设计取值为0.15～0.40mpa，温度为110～136℃，用作污泥补充干化装置的热源介质时，可使ds含量30％的原料污泥干化至ds含量45％的水平，使多膛炉和二次炉实现自热平衡工况状态，显著地节约辅助燃料的用量、甚至使辅助燃料的用量降低为零。

(4)由上述污泥补充干化装置排出的乏蒸汽为含有大量冷凝水的饱和蒸汽，压力(表压)设计取值为0.10mpa，温度为80～100℃，含水的饱和乏蒸汽输送到多功能污泥贮仓的加热夹套设施中进一步冷凝并释放热量，提高污泥的可输送性能并同时蒸发掉少量的污泥水分。

(5)由上述多功能污泥贮仓的加热夹套设施内排出的蒸汽冷凝水，温度约30～50℃，用作两套洗气装置(即专用洗气塔和多膛炉烟气洗气塔)的化学药剂配制用原水和/或洗气用循环水。可加快药剂溶解速度、提高洗气效率。

(6)污泥输送系统所有的环保集风气流流量(用来防止污泥臭气散排对周边环境造成气相污染，同时保护操作人员的健康和安全)在工艺尾气和烟气净化处理系统的末端(生物除臭塔)才与降温、脱除部分蒸汽冷凝水(在专用洗气塔中实现)之后的烟气合并，最大程度地降低前级环保设施的运行负荷，降低了整体系统的耗电量水平；而且，同时提高了后继旋风除雾装置的进气流速，借以提高了旋风除雾装置的脱水效率，削弱了最终烟气的“烟囱羽烟”型视觉污染程度。

(7)多膛炉污泥热解排出的中轴冷却废热风(温度约180～220℃)全部或部分回用到多膛炉的冷却段，与高温灰渣换热后上升到热解段参与缺氧燃烧过程，能够显著地改善多膛炉内部的热能利用效率，进而削减可能需要添加的辅助燃料的用量。

(10)由污泥补充干化装置排出的、含有显著臭气(臭味类化合物浓度较高)的干化蒸出饱和蒸汽，由单独设立的管阀系统输送到专用洗气塔中进行洗涤、脱臭处理，不与多膛炉工艺尾气和/或工艺烟气合并处理，可减轻烟气水分的处理负荷，降低装置系统的总体能耗水平。

本发明当仍然直接采用ds含量15％～20％、vs含量45％～60％的废水污泥为原料时，尽管多膛炉无法达到自热平衡工况状态，但通过在多膛炉底部两层炉膛实现“含碳灰渣彻底焚烧工艺”(采取定向加入过量工艺空气、并补充少量辅助燃料的措施)，可以保证后燃室自动维持850℃的炉温要求，并生产出足量的过热蒸汽实现图2所示的综合热能利用目标。此时，污泥补充干化机装置卸出污泥(即多膛炉的入炉污泥)的ds含量在21.5％～25％范围内，辅助燃料的消耗量在850～1550kcal/kgds/小时范围内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。