一种污泥热解气化系统的制作方法

本发明属于污泥处理技术领域，涉及一种污泥热解气化系统。

背景技术：

污泥是化工、炼油、造纸、市政等污水处理过程中产生的沉淀物，它是一种固液混合体，由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体。污泥经机械脱水后的含水率一般为80％左右，还含有难降解的有机物、重金属和盐类,以及少量的病原微生物和寄生虫卵等。如果不加处理,会给环境带来严重的破坏。

目前，国内通常采用的方法是将机械脱水后约80％含水率的污泥进行热干化预处理，使污泥的含水率降至约50％再进行直接焚烧处理。通常含水率高于50％的污泥需要添加辅助燃料才能维持燃烧，而含水率低于50％的污泥一般不需要辅助燃料就可以燃烧，因此干化效果的好坏直接影响着污泥后续处置成本。此外，污泥中含有大量的氮元素，直接焚烧处理易产生较高浓度的氮氧化物，且无法有效回收污泥中的有机质组分。传统的干化器，如cn201410437609.5中的污泥流化床干化装置，采用磨碎床、返料床和干化床对污泥进行干化，需要添加磨料防止污泥干化结块；cn110748894a中的循环流化床一体化污泥焚烧系统，采用焚烧炉、干化器对污泥进行干化和焚烧，上述干化器多采用流化床干化器，由于湿污泥具有较高的粘度，容易造成失流态化现象的产生，影响干化效果。桨叶式干化器由于与污泥间接接触，导致污泥干化效果较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种污泥热解气化系统，以过热蒸汽和热循环灰为干化介质，采用间接接触和直接接触耦合的换热方式对污泥进行热干化，提高干化效果，同时采用污泥气化-焦炭焙烧的流化床梯级利用技术实现污泥的资源化利用。

本发明的目的是这样实现的：

一种污泥热解气化系统，包括污泥热干化室，用于对污泥进行热干化，所述污泥热干化室的内壁面上设置有蒸汽管道，管道内的过热蒸汽通过热辐射对污泥间接接触放热进行干化，所述污泥热干化室上方设置有螺旋给料机，污泥热干化室顶部还设置有喷嘴，与螺旋给料机底部连接，所述喷嘴上设有若干小孔，用于将螺旋给料机输入的污泥通过高速旋转粒化成小颗粒喷射入污泥热干化室内，使污泥与蒸汽逆向直接接触换热，污泥热干化室的底部设有搅拌器，所述搅拌器采用中空结构，内部通入过热蒸汽，同时叶片上开设有若干小孔，通过电机带动旋转，对污泥热干化室内的污泥进行搅动，使污泥与过热蒸汽和热循环灰渣进行直接接触换热，污泥热干化室的上方还设有上联箱，下方设有下联箱，分别与蒸汽管道连通；

污泥热解气化室，设置于污泥热干化室的一侧，与污泥热干化室连通，用于将污泥热干化室内干化后的污泥进行热解气化反应，产生合成气和焦炭，污泥热解气化室的上部还连接有催化改质塔，用于输入污泥热解气化室的合成气并对合成气进行催化处理，处理后的合成气输出至合成气储存罐存储；

焦炭燃烧室，设置于污泥热干化室的另一侧，与污泥热解气化室下部连通，将污泥热解气化室内产生的焦炭输入焦炭燃烧室内燃烧，所述焦炭燃烧室内壁面上设置有水冷壁，焦炭燃烧室燃烧释放的热量将水加热形成汽水混合物，焦炭燃烧室上方设有汽包，与水冷壁连通，汽水混合物进入汽包内进行汽水分离，未饱和的水沿管路继续进入水冷壁内吸热，饱和蒸汽则从汽包排出，汽包输入端连接上联箱，输出端连接设置在焦炭燃烧室尾部烟道的过热器，用于将饱和蒸汽输入至过热器内进一步吸热，所述过热器输出端连接下联箱；

第一旋风分离器，设置于污泥热干化室和焦炭燃烧室之间，所述第一旋风分离器的侧壁上设有第一进口，顶部设有第一气体出口，底部设有第一固体出口，所述第一进口与污泥热干化室上部连通，将污泥热干化室内换热后携带部分污泥颗粒的蒸汽输入第一旋风分离器内进行气固分离，分离后的污泥颗粒由第一固体出口返回至污泥热干化室，分离后的蒸汽由第一气体出口流出，第一气体出口端连接空气预热器，空气预热器的外部还连接鼓风机和水处理车间，蒸汽从第一气体出口流出后进入空气预热器与鼓风机输入的常温空气进行间接接触换热，蒸汽释放出汽化潜热后凝结成水进入水处理车间，吸热后的空气进入焦炭燃烧室内作为流化风和助燃剂；

第二旋风分离器，设置于污泥热干化室和焦炭燃烧室之间，所述第二旋风分离器的侧壁上设有第二进口，顶部设有第二气体出口，底部设有第二固体出口，所述第二进口与焦炭燃烧室上部连通，焦炭燃烧室燃烧产生的高温烟气携带部分细颗粒灰渣输入第二旋风分离器内进行气固分离，分离后的高温灰渣作为热源部分进入污泥热干化室，部分进入污泥热解气化室，分离后的烟气由第二气体出口流出，第二气体出口端与尾部烟道连通，烟道内依次布置有过热器和合成气预热器，用于回收高温烟气余热；

合成气预热器，设置在焦炭燃烧室旁侧，布置于过热器下游，通过管路与合成气储存罐连通，将合成气输入至合成气预热器预热后，部分合成气进入污泥热解化器室内，部分合成气进入焦炭燃烧室内补燃；

所述汽包流出的饱和蒸汽在过热器内进一步吸热后，一部分进入下联箱，沿污泥热干化室的蒸汽管道流至上联箱，随后再返回至汽包，另一部分进入搅拌器内沿叶片小孔流出，为污泥干化提供热量。

优选的，所述搅拌器为中空结构，包括连接组件、第一搅拌组件和第二搅拌组件，所述连接组件包括连接轴和设置于连接轴一端的齿轮a，所述连接轴与电机固定连接，通过电机带动齿轮a转动并传递动力，所述第一搅拌组件包括呈阶梯状的大圆筒部和小圆筒部，大圆筒部为中空结构，套接在小圆筒部的一端，大圆筒部的两端均设有大圆环和小圆环，大圆环和小圆环之间沿周向设有多个长叶片，所述小圆筒部的另一端设置有齿轮b，所述第二搅拌组件套设在第一搅拌组件内，包括搅拌轴和设置于搅拌轴一端的齿轮c，所述搅拌轴上套接有多个短叶片，沿搅拌轴周向布置，所述齿轮a与齿轮b、齿轮c啮合，由齿轮a带动实现第一搅拌组件与第二搅拌组件反向转动，所述长叶片和短叶片自身旋向相反，两者均设置有若干小孔，用于蒸汽流通，与污泥热干化室内的污泥进行直接接触换热，通过长叶片和短叶片的反向转动，实现污泥向前推动。

优选的，所述催化改质塔包括第一反应室和第二反应室，所述第一反应室内设置有中孔催化剂，第二反应室设置有微孔催化剂，第一反应室和第二反应室的底部均设有卸料器，热解气化反应后产生的合成气与中孔催化剂和微孔催化剂反应后，催化剂通过卸料器排出进行再生处理。

优选的，所述第二旋风分离器的第二固体出口与污泥热解气化室连接的管路上设有截止阀，用于调节高温灰渣进入污泥热解气化室的质量。

优选的，所述两端同侧的长叶片之间和大圆环之间还连接有刚性叶片，用于增加两端长叶片和大圆环的强度并辅助搅动污泥。

优选的，所述长叶片和短叶片上的小孔直径为3mm-5mm。

优选的，所述喷嘴的侧面和底部均开设有若干小孔，小孔的直径为8mm-10mm。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过采用污泥热干化室、污泥热解气化室和焦炭燃烧室，污泥干化后进入污泥热解气化室热解气化，生成合成气(携带部分焦油)和焦炭，在焦炭燃烧室内产生过热蒸汽和高温灰渣，将过热蒸汽和热循环灰为干化介质输入污泥热干化室内，采用蒸汽、热循环灰与污泥直接接触和间接接触的耦合换热方式，提高污泥干化效果。

2、本发明中的搅拌器采用中空形式，内部通入过热蒸汽，通过布置多级长叶片和短叶片，以及气孔，实现过热蒸汽与湿污泥的直接接触，同时采用长叶片和短叶片反向旋转的结构，提高污泥与过热蒸汽的混合强度，同时起到输送污泥进入热解气化室的作用。

3、本系统将湿污泥粒通过喷嘴的高速旋转转化为小颗粒与过热蒸汽进行逆向换热，然后将过热蒸汽与冷空气进行换热，尽可能回收利用过热蒸汽的余热(通过搅拌器与污泥接触后流出的过热蒸汽)，回收汽化潜热。

4、将污泥进行梯级资源化利用(产合成气+焦炭燃尽)，热解气化过程中产生的大分子气态有机物，依次经过中孔催化剂和微孔催化剂进行催化改质，从而提高催化剂的使用效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中搅拌器的结构示意图。

附图标记

1为螺旋给料机，2为喷嘴，3为污泥热干化室，4为下联箱，5为上联箱，6为第一旋风分离器，7为电机，8为搅拌器，9为焦炭燃烧室，10为第二旋风分离器，11为截止阀，12为汽包，13为过热器，14为合成气预热器，15为污泥热解气化室，16为催化改质塔，17为合成气储存罐，18为鼓风机，19为空气预热器，20为水处理车间，61为第一进口，62为第一固体出口，63为第一气体出口，801为连接轴，802为齿轮a，803为大圆筒部，804为小圆筒部，805为大圆环，806为小圆环，807为长叶片，808为齿轮b，809为搅拌轴，810为齿轮c，811为短叶片，812为刚性叶片，101为第二进口，102为第二固体出口，103为第二气体出口，161为第一反应室，162为第二反应室，163为卸料器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图1、图2所示，一种污泥热解气化系统，包括污泥热干化室3，用于对污泥进行热干化，所述污泥热干化室3的内壁面上设置有蒸汽管道，蒸汽管道内过热蒸汽的热辐射对污泥间接接触放热进行干化，所述污泥热干化室3上方设置有螺旋给料机1，污泥热干化室3顶部还设置有喷嘴2，与螺旋给料机1底部连接，原生污泥通过螺旋给料机1进入喷嘴2中，喷嘴2的侧面和底部开设有若干直径为8-10mm的小孔，将螺旋给料机1输入的污泥通过高速旋转粒化成小颗粒喷射入污泥热干化室3内，使污泥与蒸汽逆向直接接触换热，污泥热干化室的底部设有搅拌器8，所述搅拌器8采用中空结构，内部通入过热蒸汽，同时叶片上开设有若干小孔，通过电机7带动旋转，对污泥热干化室3内的污泥进行搅动，使污泥与过热蒸汽和热循环灰渣进行直接接触换热，污泥热干化室3的上方还设有上联箱5，下方设有下联箱4，分别与蒸汽管道连通；

本实施例中，所述搅拌器包括连接组件、第一搅拌组件和第二搅拌组件，所述连接组件包括连接轴801和设置于连接轴一端的齿轮a802，所述连接轴801与电机7固定连接，通过电机7带动齿轮a802转动并传递动力，所述第一搅拌组件包括呈阶梯状的大圆筒部803和小圆筒部804，大圆筒部803为中空结构，套接在小圆筒部804的一端，大圆筒部803的两端均设有大圆环805和小圆环806，大圆环805和小圆环806之间沿周向设有多个长叶片807，所述小圆筒部804的另一端设置有齿轮b808，所述第二搅拌组件套设在第一搅拌组件内，包括搅拌轴809和设置于搅拌轴一端的齿轮c810，所述搅拌轴809上套接有多个短叶片811，沿搅拌轴809周向布置，所述齿轮a802与齿轮b808、齿轮c810啮合，由齿轮a802带动实现第一搅拌组件与第二搅拌组件反向转动，所述长叶片807和短叶片811自身旋向相反，两者均设置有若干小孔，小孔的直径为3mm-5mm，用于蒸汽流通，过热蒸汽从该小孔流出后与污泥热干化室3内的污泥进行直接接触换热，通过长叶片和短叶片的反向转动，实现污泥向前推动，为增加长叶片807和大圆环的强度，两端同侧的长叶片807之间和大圆环805之间还连接有刚性叶片812，对污泥也有一定的搅动作用。

包括污泥热解气化室15，设置于污泥热干化室3的一侧，与污泥热干化室3连通，将污泥热干化室3内干化后的污泥进行热解气化反应，产生合成气(携带部分焦油)和焦炭，污泥热解气化室15的上部还连接有催化改质塔16，用于输入污泥热解气化室15的合成气并对合成气进行催化处理，催化改质塔16包括第一反应室161和第二反应室162，第一反应室161内设置有mcm-41中孔催化剂，第二反应室162设置有zsm-5微孔催化剂，第一反应室161和第二反应室162的底部均设有卸料器163，热解气化反应后产生的合成气与中孔催化剂和微孔催化剂反应，处理后的合成气输出至合成气储存罐17存储，催化剂通过卸料器163排出进行再生处理；

包括焦炭燃烧室9，设置于污泥热干化室3的另一侧，与污泥热解气化室15下部连通，将污泥热解气化室15内产生的焦炭输入焦炭燃烧室9内燃烧，所述焦炭燃烧室9内壁面上设置有水冷壁，焦炭燃烧室9燃烧释放的热量将水加热形成汽水混合物，焦炭燃烧室9上方设有汽包12，与水冷壁连通，汽水混合物进入汽包12内进行汽水分离，未饱和的水沿管路继续进入水冷壁内吸热，饱和蒸汽则从汽包12排出，汽包12输入端连接上联箱5，输出端连接设置在焦炭燃烧室尾部烟道的过热器13，饱和蒸汽输入至过热器13内进一步吸热，过热器13输出端连接下联箱4；过热蒸汽一部分进入下联箱4，沿污泥热干化室3的蒸汽管道流至上联箱5，随后在返回至汽包12，另一部分则进入搅拌器8内，沿叶片小孔流出，为污泥干化提供热量。

包括第一旋风分离器6，设置于污泥热干化室3和焦炭燃烧室9之间，所述第一旋风分离器6的侧壁上设有第一进口61，顶部设有第一气体出口63，底部设有第一固体出口62，所述第一进口61与污泥热干化室3上部连通，将污泥热干化室内换热后携带部分污泥颗粒的蒸汽输入第一旋风分离器6内进行气固分离，分离后的污泥颗粒由第一固体出口62返回至污泥热干化室3，分离后的蒸汽由第一气体出口63流出，第一气体出口63端连接空气预热器19，空气预热器19的外部还连接鼓风机18和水处理车间20，蒸汽从第一气体出口63流出后进入空气预热器19与鼓风机18输入的常温空气进行间接接触换热，蒸汽释放出汽化潜热后凝结成水进入水处理车间20，吸热后的空气进入焦炭燃烧室9内作为流化风和助燃剂；

包括第二旋风分离器10，设置于污泥热干化室3和焦炭燃烧室9之间，所述第二旋风分离器10的侧壁上设有第二进口101，顶部设有第二气体出口103，底部设有第二固体出口102，所述第二进口101与焦炭燃烧室9上部连通，焦炭燃烧室9燃烧产生的高温烟气携带部分细颗粒灰渣输入第二旋风分离器10内进行气固分离，分离后的高温灰渣作为热源部分进入污泥热干化室3，部分进入污泥热解气化室15，分离后的烟气由第二气体出口103流出，第二气体出口103端与尾部烟道连通，烟道内依次布置有过热器13和合成气预热器14，用于回收高温烟气余热；

污泥热解气化室15内热解气化的流化介质为吸热后的合成气，同时第二旋风分离器10的第二固体出口102流出的另一部分高温灰渣也作为热源进入污泥热解气化室15内，对污泥进行热解气化反应。

包括合成气预热器14，设置在焦炭燃烧室9旁侧，布置于过热器13下游，通过管路与合成气储存罐17连通，将合成气输入至合成气预热器14预热后，部分合成气进入污泥热解化器室15内，部分合成气进入焦炭燃烧室9内补燃；

在本实施例中，所述第二旋风分离器的第二固体出口102与污泥热解气化室15连接的管路上设有截止阀11，用于调节高温灰渣进入污泥热解气化室15的质量。

本发明通过在污泥热干化室内以过热蒸汽和热循环灰渣为干化介质，采用与污泥间接接触和直接接触耦合的换热方式，提高污泥干化效果，干化后的污泥在热解气化室内进行热解气化反应产生合成气和焦炭，返回至污泥热解气化室和焦炭燃烧室，作为流化介质和补充燃料，形成污泥气化-焦炭焙烧的流化床梯级利用技术，焦炭燃烧室产生的饱和蒸汽经过热器、下联箱、蒸汽管道和上联箱，形成污泥干化所需热量的循环回路，实现能量自给，充分回收利用过热蒸汽的余热，回收汽化潜热。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。