污泥
采用空气热交换器将蒸汽冷凝成85℃软化热水，返回锅炉给水;
热交换器出口热空气温度为140℃，作为干化沼渣(Ⅲ)的热源，干化设备仍采用专用污泥干化机，加入脱水沼渣量约占总量的1/2，产出干化沼渣(Ⅲ)约39t/d;干化烟气(Ⅲ)进入水洗塔洗涤，达标后排放;洗涤水(Ⅲ)量337t/d，温度37℃，返回作调浆之用。
3.按照权利要求1所述的污泥能源梯级利用及联合循环发电工艺，其特征在于该方案包括处理方法和处理系统两部分，其物理化学参数体现在污泥能源梯级利用及联合循环发电工艺的实施例中，整个处理系统从污泥消化到最后干化成型完全利用污泥本身的燃烧值，先用于发电，继之用于沼渣干化，最后利用洗涤水回收热量，用于污泥消化;如此热量梯级利用，不需要外加能源。
说明书
污泥能源梯级利用及联合循环发电工艺
技术领域
本发明涉及一种有害固体废物的处理方法，将城市污水处理厂产生的污泥改性，变成绿色能源，并进行梯级利用。本发明属于环境保护和能源利用技术领域。
背景技术
城市污水处理厂产生的污泥的特性：(1)含水率高，达到80%;(2)含有机物高，粘性很大;(3)气味很臭，含有病原菌及虫卵;(4)含有重金属铜、铅、锌、镍等。由于污泥又粘又臭，又有毒性，所以成为城市中很头痛的难题，污泥简单堆放，臭气熏天，污染水源，民怨很大。要做到投资省，处理成本低，不外加能源，又无二次污染的污泥处理先进工艺，实属少见。
国内外污泥处理方法大致如下：
1、污泥热干化：
污泥干化主要是利用热能将污泥干化，使污泥减量化。一是用燃烧烟气进行直接加热，二是用蒸汽或热油等热媒进行间接加热。
目前全世界大约有50多家污泥干化公司，包括奥地利Andritz的转鼓、硫化床、带式技术，日本Okawara、德国SiemensUSFilter/Sernaggiotto、荷兰Vandenbroek的转鼓干化技术、意大利Vomn的涡轮薄层技术、美国Komline Sandersom、比利时KeppelSeghers的园盘技术、德国Huber、法国Veolia Kruger的带式工艺等。
国内已经实施的进口工艺有：上海石洞口污水处理厂、北京清河污水处理厂。
污泥热干化法存在的问题有：①能源消耗大;②投资大;③运行费用高;④污泥中部分物质热解，形成臭气，需要处理;⑤蒸发冷凝产生的废水需要处理。
2、污泥全干化后焚烧
采用污泥焚烧炉和污泥全干化设备，利用焚烧炉的烟气换热导热油进行干化，污泥在焚烧炉中焚烧。热能不足部分添加燃煤补充。
上海石洞口污水处理厂采用奥地利Andritz干化设备，北京金州环境工程公司的焚烧炉，效果不理想，热量不平衡，干化蒸发量有限，导热油裂解严重，况且投资大，运行费用高，实现工业化有困难。
3、污泥半干化后焚烧
利用常规燃料产生的热量将脱水污泥半干化，后进入污泥焚烧炉中焚烧，烟气通过热回收装置后被应用到污泥干化中。
德国tks和法国Veolia公司可提供设备及技术，国内无应用实例。
由于投资及运行成本相对较高，目前国内难以接受。
4、湿泥直接焚烧
以重油为主要燃料，湿泥进入流化床沸腾炉直接焚烧。
日本三菱重工业公司可提供设备技术，国内无应用实例。
由于能耗高，烟气排放不达标，国内难以采用。
5、湿泥电厂混烧
湿泥以较低比例直接混掺在电厂锅炉的燃煤中混烧。常州广源热电厂进行试产。由于湿泥中带入大量水分及其他有害成分，对锅炉本身及周围环境可能造成不利影响。
6、湿泥用电厂废热半干化后混烧
以热电厂的废热烟气为热源，湿泥用转鼓干化到含水率为20-40%后，掺混在电厂锅炉的燃煤中燃烧。
杭州市七格污水处理厂采用此法，尚未投产。
7、湿泥用水泥窑协同处置，灰渣进入水泥配料，此工艺北京金隅水泥厂正在实践。问题在于湿泥泥含水率高达80%，蒸发水份需要耗费大量热源，与污泥本身的热值相抵，入不敷出，需要额外增加能源，而且湿泥燃烧产生大量有害烟气，烟气净化达标有相当难度。所以，只有当污泥处置费用相当高时，水泥厂才可以得到补偿。
8、湿泥厌氧消化，沼气发电
传统的沼气发电工艺是指消化产生的沼气大部分用于发电，发电的余热用于维持消化所需温度。由于我国北方冬季严寒，只能采用沼气锅炉直接加热污泥，而暂停沼气发电。
沼气发电设备供货商有：奥地利Jenbacher，美国Caterpillar、德国MTU等。
9、好氧堆肥和生物干化
在污泥中加入一定比例的秸秆、稻草、木屑或生活垃圾等，对脱水污泥进行好氧堆肥，使污泥含水率从80%降至35%左右。
德国Backhus、山西沃土好氧堆肥公司，中国机械科学研究院、沈阳达因环保工程公司可以提供设备及技术，太原杨家堡污水处理厂采用此法。
污泥堆肥技术投资运行费用都较低，存在问题是占地面积大，有臭气产生，影响环境，堆肥的重金属含量往往超标，国家禁止使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种污泥能源梯级利用及联合循环发电工艺，其特点是充分利用污泥本身的燃烧热值，先用于发电，继之用于沼渣干化、最后利用洗涤水回收热量，用于污泥消化。如此热量梯级利用，不需外加能源，即可做到污泥消化，沼气发电，沼渣干化，蒸汽锅炉联合发电的目的。
本发明的积极效果：该工艺无废水排放，废气经水洗塔洗涤后，可以达标排放，洗涤水加温后返回消化池。沸腾炉灰渣重金属含量超标，可以从中回收重金属或安全填埋。总热利用效率达到87.9%。
本工艺1kg污泥可以产生电能1kw，运行成本相对较低，具有一定经济效益。污泥中挥发份含量约50%，固定碳含量不足10%，干化污泥外形松散，无臭味，是一种有机质含量高的绿色能源，用于发电对温室气体减排具有重要意义。通过项目所实现的“经核对的减排量”，以减排的CO2排放指标可以通过CDM方式来引进设备及资金。
本发明是通过以下技术方案实现的：
1、污泥消化
污泥加热水调浆，浓度达到7%，温度37℃，在消化池中消化，时间约22天。污泥消化后产生沼气及沼渣。
2、沼气发电
沼气经水洗脱硫后，利用沼气发电机组发电，发电量270kwh/t干泥，发电机组烟气用于沼渣干化。发电机组循环冷却水通过热交换回收热水，用于污泥调浆。
3、沼渣干化(I)
消化池排出的湿沼渣通过高速螺旋沉降离心脱水，获得含水率达60%的脱水沼渣，沼液返回污水处理厂。部分脱水沼渣(约占总量的1/4)用沼气发电机的烟气进行干化，沼渣水份约10%，干化设备采用本发明专利的非匀速污泥干化机。干化沼渣(I)用作流化床锅炉燃料。
4、干化烟气(I)洗涤
干化烟气(I)用水洗塔水洗净化，净化后的烟气达标排放。洗涤水达到约37℃，返回污泥调浆池。
5、循环流化床锅炉(沸腾炉)燃烧
干化沼渣加入循环流化床锅炉进行沸腾燃烧，产生蒸汽压力3.43MPa，进入汽轮机发电，沸腾炉排出灰渣及灰尘会有铜、铅、锌、镍等重金属，可以提取重金属或安全填埋。沸腾炉烟气温度达到220℃，用于沼渣干化。
6、沼渣干化(II)
沸腾炉烟气温度达到220℃进入非匀速污泥干化机，部分脱水沼渣(约占总量的1/3)，用螺旋给料机同时进入干化机，即成为干化沼渣(II)，水份达到10%。干化沼渣(II)也用作流化床锅炉燃料。
7、干化烟气(II)洗涤
干化烟气(II)用水洗塔水洗净化，净化后烟气达标排放。洗涤水温达到37℃，返回污泥调浆池。
8、汽轮机发电
采用背压式汽轮机发电，发电量为770kwh/t干泥，背压蒸汽为0.458MPa，150℃。通过空气热交换器将蒸汽冷却成为软化热水，温度达85℃，返回锅炉给水;热交换器出口热空气，用作沼渣干化(III)的热源。
9、沼渣干化(III)
热空气温度达到140℃，进入污泥干化机，部分脱水沼渣(约占总量的1/2)，用螺旋加料机同时加入干化机，即成为干化沼渣(III)，水份达到10%。干化沼渣(III)也用作流化床锅炉燃料。
10、干化烟气(III)洗涤
干化烟气(III)用水洗塔水洗净化，净化后烟气达标排放。洗涤水温达到37℃，返回污泥调浆池。
附图说明：图1是本发明的工艺流程图。
流程图简介如下：污泥消化→沼气发电→沼渣干化→蒸气锅炉联合发电;沼气发电机烟气用于沼渣干化;干化烟气用水洗塔水洗，洗涤水返回污泥消化池中;沼气发电机循环冷却水通过热交换器回收热水，用于污泥消化沸腾炉的烟气用于沼渣干化;汽轮机背压蒸气采用空气热交换器，热空气用于沼渣干化;干化的设备是非匀速污泥干化专用机。
所述的污泥能源梯级利用及联合循环发电工艺，按照流程图设计一个实施例，假如污水处理厂规模为60万M3/d，产生湿污泥300t/d，含水率为80%，干泥量为60t/d。污泥调浆至最佳浓度7%一搬为4%～10%，需加水620t/d。在消化池中调温至30℃～40℃，最佳温度，历时22天，消化完成，产出沼气7260NM3。沼气水洗脱硫后，进入沼气发电机组进行发电，发电功率675kw/h，发电量1.62万kwh/d。沼气发电机组循环冷却水通过热交换器回收热水222t/d，返回污泥调浆池作调浆之用。沼气发电机烟气6.06NM3/d进入非匀速污泥专用干化机，加入脱水沼渣，约占总量的1/3，产出干化沼渣(I)(含水率10%)产量13.9t/d。干化烟气(I)7.56万NM3/d，通过水洗塔洗净，达标后排放。洗涤水(I)51.6t/d，温度达到37℃，返回作调浆之用。消化池排出的湿沼渣用高速螺旋沉降离心机进行脱水，沼液790t/d，返回水处理厂。脱水沼渣量117t/d，含水率60%，含固量46.8t/d。干化沼渣52t/d，进入循环流化床锅炉(沸腾炉)燃烧，产出蒸汽进入汽轮机发电。沸腾炉灰渣及灰尘排出量为18.9t，含有重金属铜、铅、锌、镍等，可进一步回收重金属或安全填埋。沸腾炉烟气20.16万NM3/d，温度220℃，用于脱水沼渣干化(II)，干化设备同样使用非匀速污泥干化专用机。干化沼渣(II)(含水<10%)产量为15.7t/d。干化烟气(II)进入水洗塔洗涤，达标后排放;洗涤水(II)150.7t，温度达到37℃，返回作调浆之用。锅炉蒸汽产量148.5t/d，6.19t/h，3.43MPa，435℃，采用背压式汽轮机发电，发电功率1.925MW/h，发电量4.628kwh/d。背压蒸汽0.485MPa，150℃。采用空气热交换器将蒸汽冷凝成85℃软化热水，返回锅炉给水。热交换器出口热空气温度为140℃，作为干化沼渣(III)的热源，干化设备仍采用专用污泥干化机，加入脱水沼渣量约占总量的1/2，产出干化沼渣(III)约39t/d。干化烟气(III)进入水洗塔洗涤，达标后排放。洗涤水(III)量337t/d，温度37℃，返回作调浆之用。
所述的污泥能源梯级利用及联合循环发电工艺，其特征在于该方案包括处理方法和处理系统两部分，其物理化学参数体现在污泥能源梯级利用及联合循环发电工艺的实施例中，整个处理系统从污泥消化到最后干化成型完全利用污泥本身的燃烧值，先用于发电，继之用于沼渣干化，最后利用洗涤水回收热量，用于污泥消化。如此热量梯级利用，不需要外加能源。
具体实施方式
以下结合实施方法对本发明进一步描述。
污水处理厂规模为60万M3/d，产生湿污泥300t/d，含水率为80%，干泥量为60t/d。
污泥调浆至浓度7%，需加水620t/d。在消化池中调温至37℃，历时22天，消化完成，产出沼气7260NM3。
沼气水洗脱硫后，进入沼气发电机组进行发电，发电功率675kw/h，发电量1.62万kwh/d。
沼气发电机组循环冷却水通过热交换器回收热水222t/d，返回污泥调浆池作调浆之用。
沼气发电机烟气6.06NM3/d进入非匀速污泥专用干化机，加入脱水沼渣，约占总量的1/3，产出干化沼渣(I)(含水率10%)产量13.9t/d。
干化烟气(I)7.56万NM3/d，通过水洗塔洗净，达标后排放。洗涤水(I)51.6t/d，温度达到37℃，返回作调浆之用。
消化池排出的湿沼渣用高速螺旋沉降离心机进行脱水，沼液790t/d，返回水处理厂。脱水沼渣量117t/d，含水率60%，含固量46.8t/d。
干化沼渣52t/d，进入循环流化床锅炉(沸腾炉)燃烧，产出蒸汽进入汽轮机发电。
沸腾炉灰渣及灰尘排出量为18.9t，含有重金属铜、铅、锌、镍等，可进一步回收重金属或安全填埋。
沸腾炉烟气20.16万NM3/d，温度220℃，用于脱水沼渣干化(II)，干化设备同样使用非匀速污泥干化专用机。干化沼渣(II)(含水<10%)产量为15.7t/d。
干化烟气(II)进入水洗塔洗涤，达标后排放;洗涤水(II)150.7t，温度达到37℃，返回作调浆之用。
锅炉蒸汽产量148.5t/d，6.19t/h，3.43MPa，435℃，采用背压式汽轮机发电，发电功率1.925MW/h，发电量4.628kwh/d。背压蒸汽0.485MPa，150℃。
采用空气热交换器将蒸汽冷凝成85℃软化热水，返回锅炉给水。
热交换器出口热空气温度为140℃，作为干化沼渣(III)的热源，干化设备仍采用专用污泥干化机，加入脱水沼渣量约占总量的1/2，产出干化沼渣(III)约39t/d。
干化烟气(III)进入水洗塔洗涤，达标后排放。洗涤水(III)量337t/d，温度37℃，返回作调浆之用。
