本实用新型涉及一种污泥等含碳固体废弃物的处理系统，属于固体废弃物处理技术领域。
背景技术：
近几十年来，随着我们国家城市化进程的加快与社会经济的高速发展，城市排水基础设施的建设取得了很大的进步，城市污水入网率不断提高。全国城镇污水处理厂产生干污泥约130万吨/年，并且以每年约10％的速度在增长。如果城市污水全部得到处理，则将产生干污泥量840万吨/年。由于污水厂生物污泥中含有大量的有毒、有害物质，容易引发二次污染问题。因此，如何将产量巨大、成分复杂的污泥经过科学处理，使其稳定化、减量化、无害化、资源化，已成为我国乃至全世界环境界共同关注的课题。我国城市污泥处理处置由于长期未受到足够重视，处理设施建设严重滞后。根据中国环境工程研究中心的调查，在各种处置方法中，农用约占44.8％，陆地填埋约占31％，其它处置约占10.5％，另有大约13.7％的城市污泥未经任何处理，就重新回到了自然界中。
目前，城市污泥的处理方式主要为填埋、排海、焚烧等常规手段。填埋，由于污泥是一种复杂的混合物，里面含有许多有害物质，时间长了以后，污泥中的有害物质会慢慢地浸透到土壤当中，从而对土质造成严重地破坏。排海，如果污泥处理不当直接排海，会对海洋的鱼类等生物资源造成严重的污染，破坏海洋的生态环境，使海洋的资源得不到有效利用，甚至是灾难性的后果。焚烧，由于污泥中含有大量有害物质，而焚烧又是在有氧环境下进行的燃烧反应，同时污泥中含有的重金属又可作为反应的催化剂，所以燃烧过程中不可避免的会产生大量的有害物质，如氮氧化物、二氧化硫及二恶英类物质，从而对生态环境造成了二次污染。
综上所述，污泥等固废垃圾的处理问题已经成为日益严重并成为限制城市健康发展的重要因素，如何将污泥进行稳定化、减量化、无害化、资源化已经刻不容缓。本申请将提出一种污泥等固废垃圾无害资源化处理的新工艺系统及其使用方法。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是：充分利用固废垃圾本身的热值进行自我分解，并不产生二次污染，在本身热值不高不足以形成能量循环平衡时，利用外加最少能量，在最低投资和运行成本的前提下，以最环保的方式进行能量补充，完成固废垃圾的清洁环保转化或利用，完全解决重金属、二噁英等二次污染的产生。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种含碳固体废弃物的处理系统，其特征在于：包括污泥存储预干燥单元，污泥存储预干燥单元连接污泥干燥单元，污泥干燥单元连接污泥热解单元和燃气焚烧与余热回收单元，污泥热解单元连接燃气焚烧与余热回收单元。
优选地，所述污泥存储预干燥单元包括污泥储仓，污泥储仓通过斗提机连接污泥罐，污泥罐连接机械离心分离脱水机；机械离心分离脱水机的污水排出口及污泥储仓的澄清液排出口均与污水泵连接。
优选地，所述污泥干燥单元包括干燥鼓，余热锅炉的热水蒸汽排出口连接干燥鼓，所述污泥存储预干燥单元的污泥排出口连接干燥鼓，干燥鼓的回流水蒸汽排出口连接余热锅炉。
优选地，所述燃气焚烧与余热回收单元包括焚烧炉，所述干燥鼓的干燥气排放口连接焚烧炉，所述余热锅炉的低温烟气排出口连接空气预热器高温侧入口，空气预热器低温侧入口为空气入口，空气预热器低温侧出口连接焚烧炉。
优选地，所述污泥热解单元包括热解反应器，所述干燥鼓的污泥排出口连接热解反应器的反应物入口，所述焚烧炉的烟气排出口分两路，一路连接热解反应器的热源入口，另一路和热解反应器的热源出口烟气一起通过去余热锅炉烟气管路送入所述余热锅炉；热解反应器的热源出口连接所述余热锅炉；热解反应器的热解气态产物排出口连接旋风分离器，旋风分离器的气体排出口连接所述焚烧炉；热解反应器的热解固态产物排出口连接二次回收处理设备。
优选地，还包括当系统能量无法实现自平衡时，作为辅助热源提供能量的能量辅助单元。
更优选地，所述能量辅助单元包括焦炭热解反应器，焦炭热解反应器连接所述去余热锅炉烟气管路；焦炭热解反应器的焦炭热解气排出口连接所述焚烧炉。
本实用新型还提供了一种含碳固体废弃物的处理方法，其特征在于：采用上述的含碳固体废弃物的处理系统，步骤为：
步骤1：污泥储仓里的污泥通过斗提机提升至污泥罐内，污泥罐内的污泥送入机械离心分离脱水机脱水，使污泥中含水量从80％～90％降至60％以下；
步骤2：脱水后的污泥送入干燥鼓进行干燥，使污泥中的水分降低至25％以下；
步骤3：干燥后的污泥送入热解反应器进行热解反应，脱除污泥中大部分有机物挥发分；热解反应生成的残渣经过水激冷去二次利用；
步骤4：热解反应生成的热解气除灰后送入焚烧炉焚烧，焚烧产生的热烟气去热解反应器作为间接式换热热源，该部分烟气从热解反应器流出后去余热锅炉，用于产生热水蒸汽；
步骤5：干燥鼓采用所述热水蒸汽为热源对污泥进行间接式干燥，干燥鼓出来的回流水蒸汽送入余热锅炉；余热锅炉产生的烟气送至空气预热器加热空气，空气温度提升后送至焚烧炉燃烧。
优选地，所述干燥鼓的操作温度为140～160℃；
所述热解反应器操作温度为550～650℃；
所述焚烧炉的操作温度为900～1100℃；
所述焚烧炉焚烧产生的热烟气去热解反应器作为间接式换热热源，该部分烟气从热解反应器流出的温度为650～750℃；
所述余热锅炉的热水蒸汽的压力为0.5～0.8MPa、温度为150～200℃；
所述余热锅炉产生的送至空气预热器的烟气温度为350～450℃；
所述空气预热器出口的送至焚烧炉的热空气温度为300℃以上。
优选地，当污泥热值低至系统无法通过污泥热解产生足够热值的热解气时，焚烧炉燃烧烟气温度和流量达不到干燥和热解所需总热量，此时启动能量辅助单元提供辅助热量。
本实用新型采用自热式热解气化系统，气相和固相分开处理，通过机械脱水、干燥脱水和热解气化等三个步骤处理污泥，实现污泥的无害化、减量化、资源化和稳定化。系统内热量靠污泥本身自带热量实现自平衡，当污泥品质较差，热值较低的情况下，增加焦炭热解反应器以实现系统的热量平衡。该系统无二噁英排放和粉尘排放问题，完全实现了污泥等含碳固体废弃物的清洁环保处理，应用前景十分广阔。
本实用新型运行稳定可靠，易于大型化放大，环保节能，相比现有技术，具有如下有益效果：
(1)本实用新型采用自热式热解反应原理，实现污泥处理气、固分离，污泥残渣全部以低渣形态排出，具有一定量残碳，可作为活性炭的原料二次回收利用；
(2)本实用新型采用热解气独立燃烧系统，高温焚烧过程将气相完全转化为CO2和H2O，少量硫化物全部转化为SOx，无二噁英产生，所产生热烟气供内部脱水干燥和热解所需热量，系统能量实现自平衡，能量利用率较高；
(3)本实用新型热解反应温度在650℃以下进行，过程中完全避免了二噁英的生成和析出，实现了污泥无害化清洁处理。
附图说明
图1为本实施例提供的含碳固体废弃物的处理系统示意图；
附图标记说明：
1-污泥物流；2-污泥储仓；3-斗提机；4-污泥罐；5-机械离心分离脱水机；6-污水；7-澄清液；8-干燥鼓；9-空气预热器；10-空气；11-余热锅炉；12-排出烟气；13-热空气；14-低温烟气；15-回流水蒸汽；16-干燥排放气；17-热水蒸汽；18-焚烧炉烧嘴；19-去余热锅炉烟气管路；20-除灰后热解气；21-焚烧炉；22-热解反应器；23-去热解烟气；24-汇总污水流；25-热解固态产物；26-热解气态产物；27-旋风分离器；28-去焦炭反应器烟气；29-焦炭热解反应器；30-焦炭；31-焦炭热解气；32-污水泵。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为本实施例提供的含碳固体废弃物的处理系统示意图，所述的含碳固体废弃物的处理系统由污泥存储预干燥单元、污泥干燥单元、污泥热解单元、燃气焚烧与余热回收单元、以及能量辅助单元等组成。
所述的污泥存储预干燥单元包括污泥储仓2、斗提机3、污泥罐4、机械离 心分离脱水机5，污泥储仓2通过斗提机3连接污泥罐4，污泥罐4连接机械离心分离脱水机5。污泥物流1进入污泥储仓2，污泥储仓2里的污泥通过斗提机3提升至污泥罐4内，污泥罐4内的污泥进入机械离心分离脱水机5，机械离心分离脱水机5使污泥中含水量从80％～90％降至60％以下，所脱除的污水6将通过污水泵32去二次处理。污泥储仓2内的澄清液7也送入污水泵32，污水泵32排出汇总污水流24。
所述的污泥干燥单元包括干燥鼓8，余热锅炉11的热水蒸汽17送入干燥鼓8。机械离心分离脱水机5脱水后的污泥送入干燥鼓8进行干燥脱水，在干燥鼓内150℃左右的操作温度条件下干燥，干燥鼓8采用热水蒸汽17为热源对污泥进行间接式干燥，使污泥中的水分由60％降低至25％以下。干燥鼓8出来的回流水蒸汽15送入余热锅炉11。
所述的燃气焚烧与余热回收单元包括焚烧炉21，干燥鼓8干燥过程产生的干燥排放气16全部送焚烧炉21进行焚烧处理。余热锅炉11排出的低温烟气14送入空气预热器9，与进入空气预热器9的空气10换热，空气10换热后形成热空气13通过焚烧炉烧嘴18送入焚烧炉21，低温烟气14换热后形成排出烟气12排出。
所述的污泥热解单元包括热解反应器22，干燥鼓8干燥后的污泥送入热解反应器22，通过热解反应器22对污泥进行中高温热解处理；焚烧炉21产生的去热解烟气23送入热解反应器22，热解反应器22采用焚烧炉21焚烧产生的去热解烟气23作为热载体，对污泥进行间接式回转热解。热解气态产物26送旋风分离器27，旋风分离器27分离后的除灰后热解气20送焚烧炉21焚烧；焚烧炉21焚烧除灰后热解气20产生1000℃的高温烟气，高温烟气中部分热量(图1中去热解烟气23携带)作为热解反应器22的热量，剩余部分热量(图1中去余热锅炉烟气管路19携带)通过余热锅炉11回收产生高温的热水蒸汽17，热水蒸汽17作为干燥鼓8的热源。热解固态产物25经过水激冷可二次回收处理利用。
所述的能量辅助单元主要用于开车阶段的系统升温预热，以及在污泥热值较低的情况下，系统能量无法实现自平衡时作为辅助热源提供达到能量自平衡。采用焦炭热解反应器29，以去余热锅炉烟气管路19引来的热烟气(图1中去焦炭反应器烟气28)为热源参与焦炭30的热解气化反应，在800℃-900℃发生热解 反应，使烟气中可燃成分CO、CH4、H2提高50％以上；产生的焦炭热解气31送焚烧炉21焚烧。
以一套日处理污泥量200吨(湿基)的自热式热解气化工艺系统为例。污泥为常规城市生活污泥。热解反应装置的设计参数如下：
进料污泥含水：85％；
机械脱水后污泥含水：60％；
干燥后污泥含水：25％；
空气预热器出口空气温度：305℃；
操作压力：常压；
操作温度：干燥鼓150℃，热解鼓620℃；
污泥干基热值：20000kJ/kg；
污泥中含有约65％有机物和35％无机物；
余热锅炉产水蒸汽0.69MPa，温度170℃；
焚烧后烟气温度980℃。
处理后
含碳低渣热值：9000kJ/kg，用于活性炭原材料出售；
烟气排放温度320℃；
低渣颗粒：2-5mm，多孔结构。
系统能量实现自平衡，无需启动焦炭热解反应器。
从以上数据可以得出，本实用新型采用自热式污泥热解气化设计，在污泥热值保证的前提下可以实现利用污本身热量完成清洁转化处理，无需外加热源，同时仅有污泥本身所含水分的排放，无粉尘排放，全系统实现气、固分离式处理，不产生二噁英和粉尘等二次污染。相比常规污泥流化床焚烧处理方式，节约能耗10％以上，二噁英排放值降低至5％，粉尘排放降低至10％。
综上所述，本实用新型具有明显的技术创新优势，适用于城市生活污泥的集中处理，实现资源化、无害化、稳定化和减量化，替代原有的污泥填埋、焚烧和堆肥等技术。