一种污泥混合干化纯烧发电系统及其工作方法与流程

本发明涉及一种污泥混合干化纯烧发电系统及其工作方法，主要适用于城市市政污泥和工业污泥的干化焚烧发电。

背景技术：

随着世界人口的不断增长、城市化进程的飞速发展和污水收集率的逐步提高，城市污泥产量与日俱增，污泥的处理和处置已经成为一个敏感的全球环境问题。为及时有效、无害化、减量化和资源化处理城市污泥，污泥干化焚烧是污泥无害化处置的重要方法。污泥干化焚烧可以使污泥的体积减少到最小化（减量90%以上）；可以回收能量，用于污泥自身的干化或发电供热；能够使有机物全部碳化，杀死病原体，使污泥彻底无害化。

目前国内主流污泥干化焚烧发电技术，具有污泥干化技术能耗高、干化成本高、需要掺烧辅助燃料（煤或天然气）、消耗国家能源等缺点。现简单介绍国内几种主流技术及其缺点：

1、机械深度脱水+流化床焚烧发电技术。

1.1、工艺简介：

污水处理过程中产生的污泥通过泵输送到污泥处理池内，经过添加稳定剂、助滤剂、改性剂等调质剂(药剂pam、絮凝剂和石灰木屑等），搅拌处理，污泥与药剂充分反应，污泥含水率调理为95%~97%，再通过泵输送到污泥隔膜压滤机内，经过过滤压榨后，干化成约55%水份的干污泥，干污泥混合煤通过循环流化床锅炉焚烧发电处理。

1.2、技术缺点：

该技术主要缺点有：1）污泥干化过程中需要添加较多的稳定剂、助滤剂、改性剂等调质剂；2）干化后污泥干度不够，含水量约55%左右，无法达到纯烧要求；3）需要掺烧约15%左右的燃煤进行混合燃烧，消耗国家资源。

2、蒸汽干化脱水+流化床焚烧发电技术。

2.1、工艺简介：

污水处理过程中产生的污泥通过泵输送到污泥处理池内，将污水处理厂经过一级脱水的80%含水率污泥，通过柱塞泵送至湿污泥储仓，由螺旋输送机送入蒸汽干燥机，采用0.5mpa（绝压），200℃过热蒸汽作为干化热媒，蒸汽管路分别从干化机的中空轴蒸汽入口和本体c型环状部蒸汽入口进入干化机对污泥进行间接换热干化，可将干化成45%含水率污泥（可控制），干污泥混合煤通过循环流化床锅炉焚烧发电处理。

2.2、技术缺点：

该技术主要缺点有：1）干化过程消耗大量汽化潜热；2）每吨80%水份湿污泥干化至45%左右需消耗0.75t左右蒸汽，干化成本较高；3）需要掺烧约15%左右的燃煤进行混合燃烧，消耗国家资源；4）单吨80%水份湿污泥处理成本较高，约200元。

3、干燥塔+回转窑焚烧技术。

3.1、工艺简介：

将污水处理厂经过一级脱水的80%含水率污泥通过螺杆泵输送至污泥储罐内，再通过柱塞泵把污泥送到高位泥罐，最后经螺杆泵提升后送入喷雾干化塔，经塔顶喷嘴雾化后，与从二燃室中排出的高温烟气顺流接触进行干化。干化过程中进口高温烟气温度600-700℃，排出废气温度约~110℃；经干化后污泥含水率从80%降低至~20%，然后直接进入回转窑焚烧炉进行焚烧。

3.2、技术缺点：

该技术主要缺点有：1）干化过程消耗大量汽化潜热；2）污泥焚烧未被资源化利用；3）需要掺烧约15%左右的燃煤或天然气进行混合燃烧，消耗国家资源；4）单吨80%水份湿污泥处理成本较高，约220元。

由上可知，国内主流污泥干化焚烧发电技术特点，即机械压滤脱水干化效果一般，而蒸汽干化成本较高，且焚烧均需要掺烧一定量的煤或天然气等辅助燃料。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的污泥混合干化纯烧发电系统及其工作方法，能耗低、干化效率高、干化成本低、无需掺烧任何辅助燃料。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种污泥混合干化纯烧发电系统，其特征在于：包括浓缩污水池、污泥螺杆泵、板框压滤机、皮带输送机、污泥破碎机、半干污泥仓、螺旋输送机一、蒸汽干燥机、螺旋输送机二、干污泥储仓、称重给料机、沸腾炉焚烧系统、静电除尘器、石灰石输送系统、活性炭输送系统、布袋除尘器、引风机、湿法脱硫塔、湿电除尘器和烟囱；浓缩污水池的出口通过管道与板框压滤机的进口连接，在该管道上安装有污泥螺杆泵；板框压滤机的出口通过皮带输送机与污泥破碎机的进口连接；污泥破碎机的出口与半干污泥仓的进口连接；半干污泥仓的出口通过螺旋输送机一与蒸汽干燥机的进口连接；蒸汽干燥机的出口通过螺旋输送机二与干污泥储仓的进口连接；干污泥储仓的出口通过称重给料机与沸腾炉焚烧系统的进口连接；沸腾炉焚烧系统的烟气出口与静电除尘器的进口连接；静电除尘器的出口通过管道与布袋除尘器的进口连接，在该管道上连接有石灰石输送系统和活性炭输送系统；布袋除尘器的出口通过引风机与湿法脱硫塔的进口连接；湿法脱硫塔的出口与湿电除尘器的进口连接；湿电除尘器的出口与烟囱连接。

本发明所述的烟囱为套筒式烟囱。

本发明所述的螺旋输送机二为无轴螺旋输送机。

本发明所述的蒸汽干燥机为圆盘式干燥机。

本发明所述的沸腾炉焚烧系统还与蒸汽干燥机连接。

一种污泥混合干化纯烧发电系统的工作方法，其特征在于：步骤如下：

（1）污水处理厂含水率95%~97%的污泥溶液输送至浓缩污水池储存，加药调质；

（2）浓缩污水池中含水率95%~97%水份的污泥经污泥螺杆泵输送至板框压滤机压滤脱水，脱水至含水率65%后，污泥再经皮带输送机输出至污泥破碎机破碎，破碎后污泥进入半干污泥仓暂存；

（3）从半干污泥仓出口采用螺旋输送机一将污泥送入蒸汽干燥机干化，干化至含水率45%以下；

（4）蒸汽干燥机干化后的污泥通过螺旋输送机二输送至干污泥储仓存储，干污泥储仓中的干污泥通过称重给料机送入沸腾炉焚烧系统焚烧；

（5）沸腾炉焚烧系统的烟气先经过静电除尘器除尘后，喷射石灰石和活性炭进行除酸除臭后进入布袋除尘器进一步除尘；烟气经引风机进入湿法脱硫塔脱硫，湿法脱硫塔出口设置的湿电除尘器进一步降低烟气中的灰尘，经处理后净烟气经烟囱外排。

本发明步骤（1）中，仅加pam调质。

本发明步骤（3）中，干化后污泥收到基低位热值为1000kcal/kg，满足沸腾炉焚烧系统纯烧污泥条件。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、污泥干化工艺先进。本发明机械和蒸汽组合干化+沸腾炉焚烧发电技术，充分利用机械压滤脱水初期阶段效果好、蒸汽干化污泥干度可控制的优点，寻找工艺设计平衡点，即将湿污泥进行机械压滤脱水至含水率65%左右，再利用污泥焚烧产生的热能蒸汽将含水率65%左右的污泥进一步干化至含水率降至45%以下，使湿泥减量为原体积的37%左右，脱水干泥（45%水份）热值为1000kcal/kg左右（初始污泥绝干热值按2300kcal/kg为例），满足沸腾焚烧锅炉纯烧污泥入炉条件。

2、污泥干化能耗损失小、干化能耗低。在污泥脱水初始阶段，即95%~97%水份污水脱水至65%水份污泥阶段，采用机械压滤方式，不消耗汽化潜热，热耗较低；在污泥脱水深入阶段，即65%水份污泥干化至45%水份以下污泥阶段，采用蒸汽干化方式，单吨80%水份污泥干化蒸汽耗量仅为0.24t左右，大大节约能耗，降低干化成本。

3、不掺烧煤、天然气等任何辅助燃料。当污泥绝干低位热值达到2300kcal/kg时，湿污泥通过机械干化至65%水份，再经过蒸汽干燥机干化至含水率为45%以下，可通过沸腾炉纯烧完全维持污泥焚烧能量自平衡，不需要掺烧任何辅助燃料，节约国家资源。

4、单吨污泥处理成本低。单吨80%水份污泥处理运行成本可低至63.05元/吨，远低于国内目前主流污泥干化焚烧污泥处理运行成本200元/吨。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本发明实施例包括浓缩污水池1、污泥螺杆泵2、板框压滤机3、皮带输送机4、污泥破碎机5、半干污泥仓6、螺旋输送机一7、蒸汽干燥机8、螺旋输送机二9、干污泥储仓10、称重给料机11、沸腾炉焚烧系统12、静电除尘器13、石灰石输送系统14、活性炭输送系统15、布袋除尘器16、引风机17、湿法脱硫塔18、湿电除尘器19和烟囱20。

浓缩污水池1的出口通过管道与板框压滤机3的进口连接，在该管道上安装有污泥螺杆泵2；板框压滤机3的出口通过皮带输送机4与污泥破碎机5的进口连接；污泥破碎机5的出口与半干污泥仓6的进口连接；半干污泥仓6的出口通过螺旋输送机一7与蒸汽干燥机8的进口连接；蒸汽干燥机8的出口通过螺旋输送机二9与干污泥储仓10的进口连接；干污泥储仓10的出口通过称重给料机11与沸腾炉焚烧系统12的进口连接。

沸腾炉焚烧系统12的烟气出口与静电除尘器13的进口连接；静电除尘器13的出口通过管道与布袋除尘器16的进口连接，在该管道上连接有石灰石输送系统14和活性炭输送系统15；布袋除尘器16的出口通过引风机17与湿法脱硫塔18的进口连接；湿法脱硫塔18的出口与湿电除尘器19的进口连接；湿电除尘器19的出口与烟囱20连接。

沸腾炉焚烧系统12还与蒸汽干燥机8连接，用于向蒸汽干燥机8提供蒸汽。

烟囱20采用套筒式烟囱。

螺旋输送机二9采用无轴螺旋输送机。

蒸汽干燥机8采用圆盘式干燥机，圆盘式干燥机设备特点：

由于采用单轴盘片组合式中空轴传热，本体制作时引入制罐工艺，提高了本体的可靠性、降低了制作成本，特点如下。

(1)设置空气补给口使尾气排放更加顺畅，系统负荷变小；

(2)可靠性高，持续运行性好，可昼夜运转，适用于长时间大处理量的物料干燥；

(3)运行时氧含量、温度和粉尘量低，安全性好；

(4)每个竖立圆盘的左右两面传热，传热面积大，结构紧凑，外形尺寸小；

(5)辅助设备少，系统简单；

(6)干燥机内部物料为高含水率，为防止物料粘结在转盘上，在外壳内壁有固定的较长刮刀，伸到圆盘之间的空隙，起到搅拌和清洁盘面的作用；

(7)采用低温热源加热，圆盘上的污泥在停车时不会过热；

(8)所需辅助空气少，尾气处理设备小；

(9)可应用于半干化工艺，也可应用于全干化工艺；

(10)机身上部的盖子可以完全打开，便于保养；

(11)维修少，持续运行性好，可昼夜运转，保证每年8000小时运行；

(12)停电状态能够紧急启动，运行稳定；

(13)构造牢固，持久耐用。

一种污泥混合干化纯烧发电系统的工作方法，步骤如下：

（1）污水处理厂含水率95%~97%的污泥溶液经污泥泵输送至浓缩污水池1储存，仅加药剂pam进行调质，加入量绝干质量比约1‰。

（2）浓缩污水池1中含水率95%~97%水份的污泥经污泥螺杆泵2输送至板框压滤机3压滤脱水，脱水至含水率65%后，污泥再经皮带输送机4输出至污泥破碎机5破碎，破碎后污泥进入半干污泥仓6暂存。

机械压滤过程中投药调质就是对污泥进行化学预处理，打破细胞壁，使污泥中的内在水份容易析出，从而降低污泥的比阻，使其易于脱水。常用的方法有：石灰处理、酸处理、碱处理、高分子絮凝剂处理等。本发明采用高分子pam（polyacrylamide)，效果显著，pam是一种水溶性高分子，属聚电解质。加药改善了压滤机的运行效果，其原因主要是加药调质后，污泥形成较大絮体，更易脱除自由水。在其它条件不变的情况下，污泥中重力脱除的水份比例增加，脱水泥饼含固率明显增加，可高效地将污泥脱水至含水率65%左右泥饼。

（3）从半干污泥仓6出口采用螺旋输送机一7将污泥送入蒸汽干燥机8干化，干化至含水率45%以下，干化后污泥收到基低位热值为1000kcal/kg，满足沸腾炉焚烧系统纯烧污泥条件。

蒸汽干燥机8采用0.5mpa（绝压）、200℃过热蒸汽作为干化热媒，蒸汽分别从干化机的中空轴蒸汽入口和本体环状部蒸汽入口进入干化机对污泥进行间接换热干化，蒸汽干燥机8每吨湿污泥(含水率由65%干化至45%)最小蒸汽耗量为0.42t左右，相当于单吨80%水份污泥干化蒸汽耗量为0.24t左右。为防止干化过程中蒸发出来的水蒸汽结露并提升干燥速度，采用空气作为载气来降低干燥机内水蒸汽的分压，并将水蒸汽及时带出干燥机。污泥干化过程产生的尾气（水蒸汽+空气）通过引风机排出干燥机，维持系统微负压运行。被抽出的尾气经过除尘与冷凝两级处理，尾气冷凝液进入废水箱收集后送人污水处理厂。不凝气体（主要是空气和少量恶臭气体）作为一次风送入焚烧炉内焚烧。换热后的蒸汽冷凝水，通过凝结水箱集中收集后，经疏水泵送至除氧器回收使用。干化后的污泥温度约90℃，冷却至低于50℃后输送至锅炉燃烧。尾气、干泥以及蒸汽凝结水冷却使用的循环冷却水经冷却塔冷却后循环使用。

（4）蒸汽干燥机8干化后的污泥通过螺旋输送机二9输送至干污泥储仓10存储，干污泥储仓10中的干污泥通过称重给料机11送入沸腾炉焚烧系统12焚烧。

沸腾炉焚烧系统12的燃烧空气分为一、二次风。一、二次风机考虑从污泥库吸风除臭。一次风经过空气预热器加热至290℃后，由炉膛底部风室进入燃烧室参与燃烧。二次风经过空气预热器加热至308℃后，从炉膛侧墙，左右对称，分上、下2层，分级送入炉内燃烧。为了保证流化床更好的适应各种工况的变化，二次风进风室前风道上分别设有调节阀，以适应各种工况的风量风压要求。

污泥燃烧所产生的高温烟气携带大量床料经炉顶转向，通过高温旋风分离器进行气固分离。同时，由于该区域温度在850℃左右，烟气混合较好，通过设置sncr氨水喷入点喷入氨水，可使nox浓度降至50mg/nm³以下。分离后含少量飞灰的烟气进入水平烟道、炉后竖井，对布置其中的高温过热器、低温过热器、省煤器、空气预热器进行放热，烟气温度降至161℃左右，经烟气净化装置（除尘、脱硫等装置）脱除烟气中的大部分酸性气体、重金属、二噁英和细颗粒，再由引风机送入烟囱排入大气。

（5）沸腾炉焚烧系统12的烟气先经过静电除尘器13除尘后，喷射石灰石和活性炭进行除酸除臭后进入布袋除尘器16进一步除尘。烟气经引风机17进入湿法脱硫塔18脱硫，湿法脱硫塔18出口设置的湿电除尘器19进一步降低烟气中的灰尘，由此脱除烟气中的大部分酸性气体、重金属、二噁英和细颗粒，经处理后净烟气经烟囱20外排。

锅炉出口初始粉尘浓度在51g/nm³左右，烟气除尘考虑一级静电+布袋+湿式电除尘器三级除尘方式。系统保证静电除尘器13去除80%左右的灰量，布袋除尘器16后粉尘浓度在20mg/nm³以下，湿式电除尘器出13口粉尘浓度在5mg/nm³以下。静电除尘器13下灰库收集的干灰分两路输送：一路由刮板输送机直接送入灰罐车外运，一路可由气力输灰系统送至灰库暂存。布袋除尘器16收集的干灰由气力输灰系统集中送至灰库暂存。

采用石灰石-石膏湿法脱硫和钠碱法碱液脱硫工艺，可保证烟囱出口so2含量在35mg/nm³以下。

本发明以日处理2000t/d湿污泥（80%含水率），污泥绝干热值2300kcal/kg为例，主要技术经济指标如下：

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。