申请日2013.10.28
公开(公告)日2014.01.29
IPC分类号C02F11/12; F01K27/00; F01K17/06
摘要
本发明提供一种利用燃气轮机余热干燥污泥的系统及方法，燃气轮机与发电机连接，燃气轮机烟气出口与余热锅炉相连通，余热锅炉蒸汽出口与汽轮机相连通，汽轮机与发电机相连接，汽轮机的抽汽管与内热式流化床干燥器的受热面管入口相连通，空气加热器出气口与内热式流化床干燥器进风口相连通，湿污泥经湿污泥管进入到内热式流化床干燥器中，在受热面管外流动、干燥后从出料口排入干污泥管;利用燃气轮机的烟气余热生产蒸汽推动汽轮发电机组发电，汽轮机余热作为污泥干燥的热源，实现能源梯级利用，热效率高，不外排异味气体，利用热水预加热流化床干燥器的流化风，能源利用率进一步提高，有效避免污泥填埋和土地利用造成的地下水污染等环境问题。
权利要求书
1.一种利用燃气轮机余热干燥污泥的系统，其特征在于：包括燃气轮机(1)， 燃气轮机(1)与发电机(35)连接，燃气轮机(1)烟气出口与余热锅炉(4) 相连通，余热锅炉(4)内设有蒸汽发生器(3)和热水器(5)，余热锅炉(4) 蒸汽出口与汽轮机(36)相连通，汽轮机(36)与发电机(35)相连接，汽轮 机(36)的抽汽管(33)与内热式流化床干燥器(32)的受热面管(31)入口 相连通，汽轮机(36)排汽口连接有凝汽器(34)，凝汽器(34)与除氧器(22) 相连通，内热式流化床干燥器(32)的受热面管(31)出口与除氧器(22)相 连通，除氧器(22)经给水泵(23)与蒸汽发生器(3)进水口相连通;所述余 热锅炉(4)的热水器(5)热水出口与空气加热器(8)相连通，空气加热器(8) 冷水出口通过循环泵(7)与热水器(5)的进水口相连通;
空气加热器(8)出气口与内热式流化床干燥器(32)进风口相连通，内热 式流化床干燥器(32)出风口依次连接有除尘器(28)、引风机(27)和水汽冷 凝装置，水汽冷凝装置的气体出口通过鼓风机(9)与空气加热器(8)进气口 连通，鼓风机(9)出口还连接有排废气管(39);
内热式流化床干燥器(32)进料口连接湿污泥管(30)，出料口连接干污泥 管(17)，湿污泥经湿污泥管(30)进入到内热式流化床干燥器(32)中，在受 热面管(31)外流动、干燥后从出料口排入干污泥管(17)。
2.根据权利要求1所述的利用燃气轮机余热干燥污泥的系统，其特征在于： 所述水汽冷凝装置为喷淋塔(15)，引风机(27)与喷淋塔(15)的进气口相连 通，喷淋塔(15)的出气口与鼓风机(9)相连通;喷淋塔(15)内从上至下依 次设置有除雾器(25)、喷淋头(24)和集水池(13)，集水池(13)内设置有 换热器(14)，集水池(13)通过循环泵(7)与喷淋头(24)相连通，集水池 (13)还设置有排水管(12)。
3.根据权利要求1或2所述的利用燃气轮机余热干燥污泥的系统，其特征 在于：所述水汽冷凝装置气体出口连接有混风管(10)，混风管(10)与鼓风机 (9)连通，空气加热器(8)出气口分为两路，一路与内热式流化床干燥器(32) 进风口相连通，另一路与混风管(10)连通。
4.根据权利要求1或2所述的利用燃气轮机余热干燥污泥的系统，其特征 在于：所述排废气管(39)出口连接有气体净化或除臭装置。
5.一种基于权利要求1系统的污泥干燥方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、燃气和空气进入燃气轮机(1)燃烧，高温高压的烟气推动燃气轮机 (1)高速旋转并带动发电机(35)发电，燃气轮机(1)排放的烟气进入余热 锅炉(4)，烟气向余热锅炉(4)的蒸汽发生器(3)放热，蒸汽发生器(3)产 生蒸汽;降温后的烟气进一步向余热锅炉(4)的热水器(5)放热后排出;
(2)、蒸汽发生器(3)产生的蒸汽进入汽轮机(36)并推动汽轮机(36) 带动发电机(35)发电，从汽轮机(36)抽出的部分蒸汽进入内热式流化床干 燥器(32);汽轮机(36)排放的乏汽进入凝汽器(34)凝结成水后进入除氧器 (22);进入内热式流化床干燥器(32)的抽汽在干燥器受热面管(31)内流动 放热后凝结成水，凝结水进入到除氧器(22);从湿污泥管(30)进入到内热式 流化床干燥器(32)的湿污泥充满受热面管(31)之间的缝隙;空气加热器(8) 产生的热风进入到内热式流化床干燥器(32)内向上流动，带动不同受热面管 (31)之间的污泥进行流动并处于流态化，污泥吸热后水蒸汽蒸发进入到流化 风当中;干燥污泥从干污泥管(17)排出;流化风携带水蒸汽和部分污泥颗粒 离开内热式流化床干燥器(32)、进入到除尘器(28)内;
(3)、除氧器(22)中的除氧水经给水泵(23)后进入蒸汽发生器(3)中 吸热后转变成蒸汽再一次进入到汽轮机(36);携带污泥颗粒的流化风在除尘器 (28)内进行除尘后经引风机(27)进入水汽冷凝装置，流化风中的水蒸汽冷 却并凝结成水，除去水汽的流化风作为循环风经鼓风机(9)进入到空气加热器 (8)、与来自热水器(5)的热水进行热交换，循环风温度升高后离开空气加热 器(8)作为流化风再次进入到内热式流化床干燥器(32)内，多余循环风经排 废气管(39)排出;空气加热器(8)内的热水向循环风放热后变成冷水，冷水 离开空气加热器(8)、经循环泵(7)进入热水器(5)从烟气中吸热转变成热 水再一次进入到循环水管(18)。
6.根据权利要求5所述的污泥干燥方法，其特征在于：所述水汽冷凝装置 为喷淋塔(15)，循环泵(7)将集水池(13)内冷水输送到喷淋头(24)并雾 化成水滴，进入到喷淋塔(15)内的循环风向上流动、雾化后的水滴向下流动， 二者逆向流动并换热，循环风中的水蒸汽冷却并凝结成水进入到集水池(13); 含有水滴的循环风进一步向上流动并经过除雾器(25)，循环风中的水滴被捕集 下来、进入到集水池(13)中，除雾后的循环风离开喷淋塔(15);集水池(13) 内布置换热器(14)，连续不断地将集水池(13)内的热量带走，喷淋塔(15) 产生的凝结水经排水管(12)排出。
7.根据权利要求5或6所述的污泥干燥方法，其特征在于：所述水汽冷凝 装置气体出口连接有混风管(10)，混风管(10)与鼓风机(9)连通，空气加 热器(8)出气口分为两路，一路与内热式流化床干燥器(32)进风口相连通， 另一路与混风管(10)连通，从空气加热器(8)引出部分热风到混风管(10) 中与循环风混合、确保混风管(10)内的循环风温度维持在混合风中水蒸汽的 饱和温度以上。
8.根据权利要求5或6所述的污泥干燥方法，其特征在于：所述燃气轮机 (1)排放的烟气温度为450℃至600℃，烟气进入余热锅炉(4)向蒸汽发生 器(3)放热后温度降低到200℃以下，蒸汽发生器(3)产生压力大于2.5MPa、 温度大于400℃的中温中压蒸汽;降温后的烟气进一步向热水器(5)放热后， 烟气温度进一步降低到100℃以下，最终经排烟管(6)排放。
说明书
一种利用燃气轮机余热干燥污泥的系统及方法
技术领域
本发明涉及余热回收及污泥干燥领域，特别涉及一种利用燃气轮机余热干 燥污泥的系统及方法。
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。
污泥焚烧处理技术最常用方案为：首先对含水率为80%左右的湿污泥进行 干燥，干燥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 烧处理的干燥过程中需要消耗燃煤等优质能源，成本较高;此外，湿污泥干燥 过程需要消耗燃煤提供能源，燃煤燃烧排放二氧化硫、氮氧化物、粉尘等大气 污染物。
(四)燃气轮机的余热利用
利用燃气轮机进行燃气蒸汽联合循环，可以使燃气的发电效率提高到45% 至55%左右，如果采用抽凝式蒸汽轮机，燃气的能源利用率可以高达70%以上。 虽然燃气蒸汽联合循环结合抽凝式汽轮机，能源的利用率可以高达70%以上， 但是与燃气轮机配套的余热锅炉排烟温度一般高达120℃以上，如此低温的余 热资源很难利用，一般只能排放到大气中，不仅造成能源浪费，还产生环境热 污染问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种能源利用率高，不外排有 异味气体、排烟温度低、安全环保的利用燃气轮机余热干燥污泥的系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用燃气轮机余热干燥污泥的系统，包括燃气轮机，燃气轮机与发电 机连接，燃气轮机烟气出口余热锅炉相连通，余热锅炉内设有蒸汽发生器和热 水器，余热锅炉蒸汽出口与汽轮机相连通，汽轮机与发电机相连接，汽轮机的 抽汽管与内热式流化床干燥器的受热面管入口相连通，汽轮机排汽口连接有凝 汽器，凝汽器与除氧器相连通，内热式流化床干燥器的受热面管出口与除氧器 相连通，除氧器经给水泵与蒸汽发生器进水口相连通;所述余热锅炉的热水器 热水出口与空气加热器相连通，空气加热器冷水出口通过循环泵与热水器的进 水口相连通;空气加热器出气口通过热风管与内热式流化床干燥器进风口相连 通，内热式流化床干燥器出风口依次连接有除尘器、引风机和水汽冷凝装置， 水汽冷凝装置的气体出口通过鼓风机与空气加热器进气口连通，鼓风机出口还 连接有排废气管，内热式流化床干燥器进料口连接湿污泥管，出料口连接干污 泥管，湿污泥经湿污泥管进入到内热式流化床干燥器中，在受热面管外流动、 干燥后从出料口排入干污泥管。
所述水汽冷凝装置为喷淋塔，引风机与喷淋塔的进气口相连通，喷淋塔的 出气口与鼓风机相连通;喷淋塔内从上至下依次设置有除雾器、喷淋头和集水 池，集水池内设置有换热器，集水池通过循环泵与喷淋头相连通，集水池还设 置有排水管。
所述水汽冷凝装置气体出口连接有混风管，混风管与鼓风机连通，空气加 热器出气口分为两路，一路与内热式流化床干燥器进风口相连通，另一路与混 风管连通。
所述排废气管出口连接有气体净化或除臭装置。
一种利用燃气轮机余热干燥污泥的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、燃气和空气进入燃气轮机燃烧，高温高压的烟气推动燃气轮机高速 旋转并带动发电机发电，燃气轮机排放的烟气进入余热锅炉，烟气向余热锅炉 的蒸汽发生器放热，蒸汽发生器产生蒸汽;降温后的烟气进一步向余热锅炉的 热水器放热后排出;
(2)、蒸汽发生器产生的蒸汽进入汽轮机并推动汽轮机带动发电机发电， 从汽轮机抽出的部分蒸汽进入内热式流化床干燥器;汽轮机排放的乏汽进入凝 汽器凝结成水后进入除氧器;进入内热式流化床干燥器的抽汽在干燥器受热面 管内流动放热后凝结成水，凝结水进入到除氧器;从湿污泥管进入到内热式流 化床干燥器的湿污泥充满受热面管之间的缝隙;空气加热器产生的热风进入到 内热式流化床干燥器内向上流动，带动不同受热面管之间的污泥进行流动并处 于流态化，污泥吸热后水蒸汽蒸发进入到流化风当中;干燥污泥从干污泥管排 出;流化风携带水蒸汽和部分污泥颗粒离开内热式流化床干燥器、进入到除尘 器内;
(3)、除氧器中的除氧水经给水泵后进入蒸汽发生器中吸热后转变成蒸汽 再一次进入到汽轮机;携带污泥颗粒的流化风在除尘器内进行除尘后经引风机 进入水汽冷凝装置，流化风中的水蒸汽冷却并凝结成水，除去水汽的流化风作 为循环风经鼓风机进入到空气加热器、与来自热水器的热水进行热交换，循环 风温度升高后离开空气加热器作为流化风再次进入到内热式流化床干燥器内， 多余循环风经排废气管排出;空气加热器内的热水向循环风放热后变成冷水， 冷水离开空气加热器、经循环泵进入热水器从烟气中吸热转变成热水再一次进 入到循环水管。
所述水汽冷凝装置为喷淋塔，循环泵将集水池内冷水输送到喷淋头并雾化 成水滴，进入到喷淋塔内的循环风向上流动、雾化后的水滴向下流动，二者逆 向流动并换热，循环风中的水蒸汽冷却并凝结成水进入到集水池;含有水滴的 循环风进一步向上流动并经过除雾器，循环风中的水滴被捕集下来、进入到集 水池中，除雾后的循环风离开喷淋塔;集水池内布置换热器，连续不断地将集 水池内的热量带走，喷淋塔产生的凝结水经排水管排出。
所述水汽冷凝装置气体出口连接有混风管，混风管与鼓风机连通，空气加 热器出气口分为两路，一路与内热式流化床干燥器进风口相连通，另一路与混 风管连通，从空气加热器引出部分热风到混风管中与循环风混合、确保混风管 内的循环风温度维持在混合风中水蒸汽的饱和温度以上。
所述燃气轮机排放的烟气温度为450℃至600℃，烟气进入余热锅炉向蒸汽 发生器放热后温度降低到200℃以下，蒸汽发生器产生压力大于2.5MPa、温度 大于400℃的中温中压蒸汽;烟气温度进一步降低到100℃以下，最终经排烟管 排放。
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生产蒸汽推动汽轮发电机组发电，汽轮机的 抽汽余热作为污泥内热式流化床干燥器的热源，实现能源梯级利用，热效率高， 可以节省污泥干燥的燃料成本，也避免了燃烧燃煤干燥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)利用流化床干燥器和密闭循环流化风系统，污泥的干燥处理量大、故 障率低，可以实现连续稳定运行，不外排大量有异味的气体。
(3)充分利用燃气轮机排放的低温烟气(120℃以下)余热生产热水，利 用热水预加热流化床干燥器的流化风，能源利用率进一步提高。
(4)干燥后污泥的含水率低于10%，污泥的无害化、减量化、稳定化处理 得到保证，干污泥的储存、运输方便，干污泥的应用范围大幅度增加。有效避 免污泥填埋和土地利用造成的占地问题和地下水污染等环境问题。