申请日2013.10.28
公开(公告)日2014.01.29
IPC分类号C02F11/12; F02C6/00; F23C10/26; F23C10/22; F01K15/00
摘要
本发明提供一种污泥干化焚烧发电一体化系统及方法，燃气轮机与发电机连接，燃气轮机排烟口与污泥干化装置连通，污泥干化装置出口连接有气固分离装置，气固分离装置的干污泥出口与料斗相连通，料斗与流化床锅炉的进料管相连通，流化床锅炉烟气出口与分离器相连通，分离器固体出口经返料器与流化床锅炉的进料口相连通;利用燃气轮机的烟气余热作为污泥干化的热源，实现能源梯级利用，热效率高，避免了燃烧燃煤干化污泥产生的二氧化硫、氮氧化物和粉尘等排放问题，有效避免污泥填埋和土地利用造成的污染地下水和环境问题，经过干化后的污泥含水率大幅度降低，在流化床锅炉内能够实现稳定燃烧，不需要添加辅助燃料，避免剧毒污染物二噁英的产生。
权利要求书
1.一种污泥干化焚烧发电一体化系统，其特征在于：包括燃气轮机(28)， 燃气轮机(28)与发电机(29)连接，燃气轮机(28)排烟口与污泥干化装置 进气口相连通，污泥干化装置的污泥进口与污泥供应装置连通，污泥干化装置 出口连接有气固分离装置，气固分离装置的干污泥出口与料斗(12)相连通， 料斗(12)与流化床锅炉(14)的进料口相连通，流化床锅炉(14)设置有与 炉膛连通的助燃空气入口和石灰石粉管(2)，流化床锅炉(14)烟气出口与分 离器(11)相连通，分离器(11)气体出口与烟气净化装置(8)相连通，烟气 净化装置(8)出口连接有引风机(9)，分离器(11)固体出口经返料器(6) 与流化床锅炉(14)的进料口相连通。
2.根据权利要求1所述的污泥干化焚烧发电一体化系统，其特征在于：所 述流化床锅炉(14)的蒸汽管路出口与蒸汽轮机(31)相连通，蒸汽轮机(31) 与发电机(29)相连通，所述分离器(11)气体出口连接换热器(7)后与烟气 净化装置(8)相连通，蒸汽轮机(31)的乏汽出口连接有凝汽器(33)，凝汽 器(33)经给水泵(4)与换热器(7)冷水入口连接，换热器(7)蒸汽出口与 流化床锅炉(14)的蒸汽管路入口连通。
3.根据权利要求1所述的污泥干化焚烧发电一体化系统，其特征在于：所 述污泥干化装置为喷雾干燥塔(16)，喷雾干燥塔(16)进气口上设置有布风装 置(25)，污泥进口上设置有雾化器(24);所述污泥供应装置包括浆料罐(20)， 浆料罐(20)依次连接过滤器(22)和污泥泵(23)后与雾化器(24)连通， 燃气轮机(28)排烟口与布风装置(25)相连通。
4.根据权利要求1-3任一项所述的污泥干化焚烧发电一体化系统，其特征 在于：所述烟气净化装置(8)采用活性炭废气净化装置结合电除尘器或布袋除 尘器。
5.根据权利要求1-3任一项所述的污泥干化焚烧发电一体化系统，其特征 在于：所述气固分离装置为袋式过滤器(10)，袋式过滤器(10)废气出口经引 风机(9)与除臭装置(19)相连通，袋式过滤器(10)干污泥出口与料斗(12) 相连通。
6.根据权利要求5任一项所述的污泥干化焚烧发电一体化系统，其特征在 于：所述除臭装置(19)为UV光解净化设备。
7.一种基于权利要求1一体化系统的污泥干化焚烧发电一体化方法，其特 征在于包括以下步骤：
(1)、高压燃气与经过压缩的高压空气在燃气轮机(28)内燃烧推动涡轮 高速旋转，并推动发电机(29)发电，做完功的烟气与来自污泥供应装置的湿 污泥进入到污泥干化装置内直接接触换热，污泥中的大部分水分蒸发进入到烟 气中，干化后的污泥与烟气一同离开污泥干化装置进入气固分离装置，干化后 的污泥与烟气在气固分离装置中分离，烟气排出，干化污泥送入料斗(12)中;
(2)、料斗(12)内的干化污泥进入到流化床锅炉(14)，与助燃空气燃烧， 炉内脱硫用的石灰石粉经过石灰石粉管(2)进入到炉膛，与污泥燃烧反应生成 的SO2相结合生成硫酸盐，烟气携带颗粒离开炉膛进入到分离器(11)完成气 固分离，大部分颗粒被分离器(11)捕集下来并经返料器(6)返回流化床锅炉 (14)炉膛，高温烟气离开分离器(11)进入到烟气净化器(8)净化达标后， 经引风机(9)排放到大气中。
8.根据权利要求7所述的污泥干化焚烧发电一体化方法，其特征在于：所 述步骤(2)中干化污泥在流化床锅炉(14)燃烧，流化床锅炉(14)蒸汽管路 产生的高温高压蒸汽进入蒸汽轮机(31)、并推动发电机(29)发电，蒸汽轮机 (31)排放的乏汽进入凝汽器(33)转变成凝结水，凝结水经给水泵(4)加压 后进入换热器(7)中，由流化床锅炉(14)进一步加热后转变成过热蒸汽进入 蒸汽轮机(31)，完成循环;离开分离器(11)的高温烟气进入到换热器(7) 并对布置在其中的受热面放热后进入到烟气净化器(8)净化后排放。
9.根据权利要求7所述的污泥干化焚烧发电一体化方法，其特征在于：所 述步骤(1)中污泥干化装置为喷雾干燥塔(16)，污泥供应装置包括浆料罐(20)， 经过机械干化的污泥饼在浆液罐(20)内经加水搅拌调整成能实现雾化的污泥 浆液，污泥浆液经过滤器(22)过滤后由污泥泵(23)输送至布置在喷雾干燥 塔(16)上的雾化器(24)，污泥浆液雾化成具有一定粒径分布的污泥浆液滴后 进入到喷雾干燥塔(16);燃气轮机(28)排出的烟气进入到布置在喷雾干燥塔 (16)上的布风装置(25)整流后进入到喷雾干燥塔(16)与污泥浆液滴直接 接触换热，浆液滴中的大部分水分蒸发进入到烟气中，干化后的污泥颗粒与烟 气一同离开喷雾干燥塔(16)进入气固分离装置。
10.根据权利要求7所述的污泥干化焚烧发电一体化方法，其特征在于： 所述气固分离装置为袋式过滤器(10)，袋式过滤器(10)内布置大量多孔结构 的织物，进入袋式过滤器(10)的烟气通过该多孔结构的织物时，烟气携带的 污泥颗粒被分离下来输送至料斗(12)，废气经引风机(9)送入除臭装置(19) 中脱臭、杀菌得到的净化烟气排放到大气中。
说明书
一种污泥干化焚烧发电一体化系统及方法
技术领域
本发明涉及污水污泥处理领域，特别涉及一种污泥干化焚烧发电一体化系 统及方法。
背景技术
(一)污水污泥的产量及其危害
随着城镇化进程的快速推进，中国的污水处理产业得到了快速发展，污水 处理能力及处理率增长迅速，污水污泥的产量迅速增加。截止到2009年底， 中国投入运行的城镇污水处理厂1992座，处理污水量280亿m3，产生含水率 80%的污泥约2005万吨。随着城镇化水平和污水处理量的增加，污泥量将很快 突破3000万吨。污泥的成分和化学性质复杂，既包含有机物、植物营养成分 等，也包含重金属等有害物质。污泥的卫生学指标主要包括细菌总数、粪大肠 菌群数、寄生虫卵含量等。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有 害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染。
经过几十年的发展，欧美、日本等发达地区和国家的污泥处理处置技术已 经基本成熟，相关法律法规和技术标准基本完善。主要技术路线包括：焚烧处 理、卫生填埋、土地利用等，能够实现污泥的减量化、无害化、稳定化的目的。
据不完全统计，目前全国城镇污水处理厂污泥只有小部分进行卫生填埋、 土地利用、焚烧和建材利用等，而大部分未进行规范化的处理处置，直接威胁 我国的环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低。
(二)污泥处理的基本要求
污泥处理应符合安全环保、循环利用、节能降耗等原则。在污泥的处理过 程中，污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质必须达到的污 染控制标准;充分利用污泥中所含有的有机质、各种营养元素和能量，将污泥 中的有机质和营养元素补充到土地中，或者通过厌氧消化或焚烧等技术回收污 泥中的能量;应避免采用消耗大量的优质清洁能源、物料和土地资源的处理处 置技术，以实现污泥低碳处理处置。
国家鼓励利用污泥厌氧消化过程中产生的沼气热能、垃圾和污泥焚烧余热、 发电厂余热或其他余热作为污泥处理处置的热源。
(三)污泥处理技术
污泥处置包括土地利用、焚烧、填埋等方式。
污泥的土地利用包括用于土地改良、用于园林绿化、用于农业等。但是， 污泥的土地利用对污泥的泥质有非常严格的要求，否则可能对地下水和周围环 境产生二次污染。
污泥的填埋处理不仅需要占用大量的土地，填埋场还排放大量恶臭气体、 甲烷等温室气体，如果处置不当，也会造成地下水污染。
污泥焚烧处理技术方案为：首先对含水率为80%的湿污泥进行干化，干化 后的污泥进入焚烧装置完成焚烧处理。污泥的焚烧处理可以最大程度的实现减 量化和稳定化，几乎杀死污泥中100%的病菌，无害化程度高，而且还可以对污 泥中的可燃物进行热利用，实现污泥热能的资源化。但是，污泥焚烧处理的干 化过程中需要消耗燃煤等优质能源，成本较高;此外，湿污泥干化过程需要消 耗燃煤提供能源，煤炭燃烧排放二氧化硫、氮氧化物、粉尘等大气污染物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用燃气轮机发电后排放的烟气余热对湿污泥 进行低成本干化，并利用干化污泥的热能资源进行发电的污泥干化焚烧发电一 体化系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种污泥干化焚烧发电一体化系统，包括燃气轮机，燃气轮机与发电机连 接，燃气轮机排烟口与污泥干化装置进气口相连通，污泥干化装置的污泥进口 与污泥供应装置连通，污泥干化装置出口连接有气固分离装置，气固分离装置 的干污泥出口与料斗相连通，料斗与流化床锅炉的进料口相连通，流化床锅炉 设置有与炉膛连通的助燃空气入口和石灰石粉管，流化床锅炉烟气出口与分离 器相连通，分离器气体出口与烟气净化装置相连通，烟气净化装置出口连接有 引风机，分离器固体出口经返料器与流化床锅炉的进料口相连通。
所述流化床锅炉的蒸汽管路出口与蒸汽轮机相连通，蒸汽轮机与发电机相 连通，所述分离器气体出口连接换热器后与烟气净化装置相连通，蒸汽轮机的 乏汽出口连接有凝汽器，凝汽器经给水泵与换热器冷水入口连接，换热器蒸汽 出口与流化床锅炉的蒸汽管路入口连通。
所述污泥干化装置为喷雾干燥塔，喷雾干燥塔进气口上设置有布风装置， 污泥进口上设置有雾化器;所述污泥供应装置包括浆料罐，浆料罐依次连接过 滤器和污泥泵后与雾化器连通，燃气轮机排烟口与布风装置相连通。
所述烟气净化装置采用活性炭废气净化装置结合电除尘器或布袋除尘器为 活性炭废气净化装置结合电除尘器或布袋除尘器。
所述气固分离装置为袋式过滤器，袋式过滤器废气出口经引风机与除臭装 置相连通，袋式过滤器干污泥出口与料斗相连通。
所述除臭装置为UV光解净化设备。
一种污泥干化焚烧发电一体化方法，包括以下步骤：
(1)、高压燃气与经过压缩的高压空气在燃气轮机内燃烧推动涡轮高速旋 转，并推动发电机发电，做完功的烟气与来自污泥供应装置的湿污泥进入到污 泥干化装置内直接接触换热，污泥中的大部分水分蒸发进入到烟气中，干化后 的污泥与烟气一同离开污泥干化装置进入气固分离装置，干化后的污泥与烟气 在气固分离装置中分离，烟气排出，干化污泥送入料斗中;
(2)、料斗内的干化污泥进入到流化床锅炉，与助燃空气燃烧，炉内脱硫 用的石灰石粉经过石灰石粉管进入到炉膛，与污泥燃烧反应生成的SO2相结合 生成硫酸盐，烟气携带颗粒离开炉膛进入到分离器完成气固分离，大部分颗粒 被分离器捕集下来并经返料器返回流化床锅炉炉膛，高温烟气离开分离器进入 到烟气净化器净化达标后，经引风机排放到大气中。
所述步骤(2)中干化污泥在流化床锅炉燃烧，流化床锅炉蒸汽管路产生的 高温高压蒸汽进入蒸汽轮机、并推动发电机发电，蒸汽轮机排放的乏汽进入凝 汽器转变成凝结水，凝结水经给水泵加压后进入换热器中，由流化床锅炉进一 步加热后转变成过热蒸汽进入蒸汽轮机，完成循环;离开分离器的高温烟气进 入到换热器并对布置在其中的受热面放热后进入到烟气净化器净化后排放。
所述步骤(1)中污泥干化装置为喷雾干燥塔，污泥供应装置包括浆料罐， 经过机械干化的污泥饼在浆液罐内经加水搅拌调整成能实现雾化的污泥浆液， 污泥浆液经过滤器过滤后由污泥泵输送至布置在喷雾干燥塔上的雾化器，污泥 浆液雾化成具有一定粒径分布的污泥浆液滴后进入到喷雾干燥塔;燃气轮机排 出的烟气进入到布置在喷雾干燥塔上的布风装置整流后进入到喷雾干燥塔与污 泥浆液滴直接接触换热，浆液滴中的大部分水分蒸发进入到烟气中，干化后的 污泥颗粒与烟气一同离开喷雾干燥塔进入气固分离装置。
所述气固分离装置为袋式过滤器，袋式过滤器内布置大量多孔结构的织物， 进入袋式过滤器的烟气通过该多孔结构的织物时，烟气携带的污泥颗粒被分离 下来输送至料斗，废气经引风机送入除臭装置中脱臭、杀菌得到的净化烟气排 放到大气中。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)利用燃气轮机的烟气余热作为污泥干化的热源，实现能源梯级利用， 热效率高，可以节省污泥干化的燃料成本，也避免了燃烧燃煤干化污泥产生的 二氧化硫、氮氧化物和粉尘等大气污染物的排放问题。
(2)经干化焚烧处理，污泥的减量化、稳定化效果显著，而且由于污泥干 化、焚烧处理所需时间短，本发明在较小用地的条件下，可以处理大量的污泥。 有效避免污泥填埋和土地利用造成的污染地下水和环境问题。
(3)经过干化后的污泥含水率大幅度降低，污泥的低位发热量可以高达 8000kJ/kg以上，在流化床锅炉内可以稳定燃烧，不需要添加辅助燃料的条件下， 床温可以稳定维持在850℃以上，满足污泥焚烧的温度条件，避免剧毒污染物 二噁英的产生。
进一步，利用污泥焚烧产生的蒸汽推动蒸汽发电机组发电，实现了污泥能 源资源的利用，满足污泥处理的节能减排要求，进一步提高能源利用率。
进一步，本发明利用喷雾式干燥塔来干化污泥，热烟气与污泥颗粒在干燥 塔内直接接触，热效率高，解决了传统技术采用间接加热的污泥干化方式存在 的热效率低、以及受热面的磨损问题。