公布日：2023.12.29
申请日：2023.10.20
分类号：C02F11/13(2019.01)I;C02F11/121(2019.01)I;C02F11/10(2006.01)I
摘要
本发明提供了一种污泥处置与储能的一体化装置及运行方法，包括用于污泥初次沉淀的污泥沉淀池，污泥沉淀池与污泥二次沉淀池相连，污泥二次沉淀池通过离心浓缩器与污泥干化炉相连，污泥干化炉与进行干化的高温热泵相连，污泥干化炉的出口与污泥热解炉相连；污泥热解炉的出口与污泥回热罐相连，污泥热解炉同时与带压热解气储气罐相连；污泥热解炉的顶部与初效除尘罐相连，初效除尘罐与高温物料存储罐相连；污泥回热罐与高温物料存储罐相连，高温物料存储罐与中低温物料存储罐相连。通过在各可用环节设置回热装置，将中低温热量用于储能干化过程，减少能源输入并提高能量使用效率，此外专门设置一高温储热罐，将固结后的污泥颗粒作为储热介质，供释能时使用。
权利要求书
1.一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，包括用于污泥初次沉淀的污泥沉淀池（1），污泥沉淀池（1）与污泥二次沉淀池（2）相连，污泥二次沉淀池（2）通过离心浓缩器（32）与污泥干化炉（4）相连，污泥干化炉（4）与进行干化的高温热泵（3）相连，污泥干化炉（4）的出口与污泥热解炉（5）相连；污泥热解炉（5）的出口与污泥回热罐（7）相连，污泥热解炉（5）同时与带压热解气储气罐（6）相连；污泥热解炉（5）的顶部与初效除尘罐（8）相连，初效除尘罐（8）与高温物料存储罐（9）相连；污泥回热罐（7）与高温物料存储罐（9）相连，高温物料存储罐（9）与中低温物料存储罐（10）相连；所述带压热解气储气罐（6）的顶部通过热解气控制阀（33）与燃气轮机（14）相连，燃气轮机（14）通过燃气乏汽静电除尘（23）与空气预热换热器（24）相连，空气预热换热器（24）通过变频空气压气机（11）、第一空气加热器旁通三通阀（30）和第二空气加热器旁通三通阀（31）与燃气轮机（14）的进口相连通；所述第一空气加热器旁通三通阀（30）上设置有连接口A1，第二空气加热器旁通三通阀（31）上设置有连接口B1。
2.根据权利要求1所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述污泥干化炉（4）的顶部通过第一水蒸汽冷凝引风机旁通三通阀（28）和第二水蒸汽冷凝引风机旁通三通阀（29）与蒸汽冷凝器（25）相连，蒸汽冷凝器（25）与污泥沉淀池（1）相连；第一水蒸汽冷凝引风机旁通三通阀（28）和第二水蒸汽冷凝引风机旁通三通阀（29）之间设置有水蒸汽冷凝引风机（15）；蒸汽冷凝器（25）上设置有冷却水进口C和冷却水出口D。
3.根据权利要求1所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述污泥干化炉（4）的内部设置有用于湿污泥（401）干化的换热器（402），污泥干化炉（4）的底端设置有用于污泥排出的第一螺旋进料器（403）。
4.根据权利要求3所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述高温热泵（3）通过第二污泥干化热源三通阀（27）与换热器（402）相连，换热器（402）的另一端通过低温回热载热介质循环泵（16）和第一污泥干化热源三通阀（26）与高温热泵（3）相连，第二污泥干化热源三通阀（27）与低温回热载热介质循环泵（16）和第一污泥干化热源三通阀（26）之间的管路相连通。
5.根据权利要求1所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述污泥热解炉（5）的内部从上到下依次设置有用于对污泥（501）进行热解的预热加热器（502）和干馏加热器（503），污泥热解炉（5）的底端设置有用于污泥排出的第二螺旋进料器（504）。
6.根据权利要求5所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述预热加热器（502）通过中温回热载热介质循环泵（19）与带压热解气储气罐（6）内部的预热回热器（601）相连。
7.根据权利要求5所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述干馏加热器（503）通过高温回热载热介质循环泵（18）与污泥回热罐（7）内部的第一干馏回热器（702）相连，污泥回热罐（7）的底端设置有回热污泥（701）排出的第三螺旋进料器（703）。
8.根据权利要求1所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述初效除尘罐（8）通过热解气布袋除尘器（22）和热解气增压机（13）与带压热解气储气罐（6）的顶部相连通；所述初效除尘罐（8）的底端设置有用于污泥粉尘（801）排出的第四螺旋进料器（802）。
9.根据权利要求1所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述高温物料存储罐（9）的内部设置有第二干馏回热器（902），第二干馏回热器（902）通过高温释能载热介质循环泵（17）与空气加热器（20）相连；高温物料存储罐（9）的底端设置有用于高温干化污泥（901）排出的第五螺旋进料器（903）；所述空气加热器（20）上设置有连接口A2和连接口B2。
10.根据权利要求4所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述中低温物料存储罐（10）的内部设置有干化回热器（1002），干化回热器（1002）通过第一污泥干化热源三通阀（26）和第二污泥干化热源三通阀（27）相连通；中低温物料存储罐（10）的底端设置有用于中低温干化污泥（1001）排出的第六螺旋进料器（1003）。
11.根据权利要求9所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述连接口A1能够与连接口A2相连，连接口B1能够与连接口B2相连。
12.根据权利要求5所述一种污泥处置与储能的一体化装置，其特征在于，所述污泥热解炉（5）的上部通过热风循环动力风机（12）和热风循环辐射炉（21）与污泥热解炉（5）的下部相连通。
13.一种污泥处置与储能的一体化装置的运行方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-12中任意一项所述一体化装置实现，所述方法具体包括：模式一，污泥干化与储能流程：主要用于污泥的干化，并储存污泥干化工艺过程中的能量；模式二，释能流程：用于将模式一中所储存的能量进行释放。
14.根据权利要求13所述一种污泥处置与储能的一体化装置的运行方法，其特征在于，所述污泥干化与储能流程具体为：污泥经污泥沉淀池（1）、污泥二次沉淀池（2）浓缩后含水量降至96%，再通过离心浓缩器（32）将污泥含水量降至35%以下后，进入污泥干化炉（4）；在污泥干化炉（4）内使用90-120℃低温介质对其进行连续加热，其驱动热源由高温热泵（3）和中低温物料存储罐（10）提供，当污泥干化与储能流程连续运行时以中低温物料存储罐（10）的热源为主，当污泥干化与储能流程不连续时以高温热泵（3）辅助，在污泥干化炉（4）内由于温升产生的气、汽混合物通过蒸汽冷凝器（25）冷凝降温降压排至污泥沉淀池（1），蒸汽冷凝器（25）的冷源来自污水处理厂内的排放水，冷水水源经由蒸汽冷凝器（25）的冷却水进口C和冷却水出口D进出，污泥干化炉（4）内不凝性气体过多时启动水蒸汽冷凝引风机（15）协助不凝性气体的排出，污泥干化炉（4）内将污泥干化至30%以下后将污泥送入污泥热解炉（5）；污泥热解炉（5）从下至上分为3个加热区，最下端为热解气化区其工作温度500-800℃，中部为干馏区其工作温度主要控制在200-500℃，上部为预热区其工作温度为60-200℃，其中热解气化区主要为热风加热其温度不低于1100℃采用循环加热模式，炉膛上部混合气通过热风循环动力风机（12）增压后进入热风循环辐射炉（21）进行二次裂解，通过充分反应后，一方面裂解气被吸入初效除尘罐（8），后固体部分粉尘通过送入高温物料存储罐（9），再由高温物料存储罐（9）送入中低温物料存储罐（10），气体经热解气布袋除尘器（22）再次除尘后经热解气增压机（13）增压后带压热解气储气罐（6）回热至常温段自然冷却，另一方面结晶后的固体物料由位于污泥热解炉（5）下部的螺旋进料器送入到污泥回热罐（7），污泥回热罐（7）经回热后进入高温物料存储罐（9）该部分热量在释能过程提热后进入中低温物料存储罐（10），中低温物料存储罐（10）内存储热量用于污泥干化与储能流程，完成污泥干化与储能流程。
15.根据权利要求13所述一种污泥处置与储能的一体化装置的运行方法，其特征在于，所述释能流程具体为：其中连接口A1和连接口A2相连，连接口B1和连接口B2相连，一方面冷空气在空气预热换热器（24）中回收燃机排气中的热量后经变频空气压气机（11）增压后进入空气加热器（20）进行再次加热后进入燃气轮机（14），另一方面高压热解气从带压热解气储气罐（6）出发经由热解气控制阀（33）流量控制进入燃气轮机（14），并与同时进入的高温高压空气混合，点燃后推动燃气轮机（14）发电，后进入燃气乏汽静电除尘（23）进一步净化后，进入空气预热换热器（24）将热量传递给冷空气后排放，完成释能过程。
16.根据权利要求15所述一种污泥处置与储能的一体化装置的运行方法，其特征在于，所述空气加热器（20）的热源来自于高温物料存储罐（9），利用第一空气加热器旁通三通阀（30）、第二空气加热器旁通三通阀（31）联合控制也可旁通该加热过程。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种污泥处置与储能的一体化装置及运行方法，通过在各可用环节设置回热装置，将中低温热量用于储能干化过程，减少能源输入并提高能量使用效率，此外专门设置一高温储热罐，将固结后的污泥颗粒作为储热介质，供释能时使用。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种污泥处置与储能的一体化装置，包括用于污泥初次沉淀的污泥沉淀池，污泥沉淀池与污泥二次沉淀池相连，污泥二次沉淀池通过离心浓缩器与污泥干化炉相连，污泥干化炉与进行干化的高温热泵相连，污泥干化炉的出口与污泥热解炉相连；污泥热解炉的出口与污泥回热罐相连，污泥热解炉同时与带压热解气储气罐相连；污泥热解炉的顶部与初效除尘罐相连，初效除尘罐与高温物料存储罐相连；污泥回热罐与高温物料存储罐相连，高温物料存储罐与中低温物料存储罐相连；所述带压热解气储气罐的顶部通过热解气控制阀与燃气轮机相连，燃气轮机通过燃气乏汽静电除尘与空气预热换热器相连，空气预热换热器通过变频空气压气机、第一空气加热器旁通三通阀和第二空气加热器旁通三通阀与燃气轮机的进口相连通；所述第一空气加热器旁通三通阀上设置有连接口A1，第二空气加热器旁通三通阀上设置有连接口B1。
所述污泥干化炉的顶部通过第一水蒸汽冷凝引风机旁通三通阀和第二水蒸汽冷凝引风机旁通三通阀与蒸汽冷凝器相连，蒸汽冷凝器与污泥沉淀池相连；第一水蒸汽冷凝引风机旁通三通阀和第二水蒸汽冷凝引风机旁通三通阀之间设置有水蒸汽冷凝引风机；蒸汽冷凝器上设置有冷却水进口C和冷却水出口D。
所述污泥干化炉的内部设置有用于湿污泥干化的换热器，污泥干化炉的底端设置有用于污泥排出的第一螺旋进料器。
所述高温热泵通过第二污泥干化热源三通阀与换热器相连，换热器的另一端通过低温回热载热介质循环泵和第一污泥干化热源三通阀与高温热泵相连，第二污泥干化热源三通阀与低温回热载热介质循环泵和第一污泥干化热源三通阀之间的管路相连通。
所述污泥热解炉的内部从上到下依次设置有用于对污泥进行热解的预热加热器和干馏加热器，污泥热解炉的底端设置有用于污泥排出的第二螺旋进料器。
所述预热加热器通过中温回热载热介质循环泵与带压热解气储气罐内部的预热回热器相连。
所述干馏加热器通过高温回热载热介质循环泵与污泥回热罐内部的第一干馏回热器相连，污泥回热罐的底端设置有回热污泥排出的第三螺旋进料器。
所述初效除尘罐通过热解气布袋除尘器和热解气增压机与带压热解气储气罐的顶部相连通；所述初效除尘罐的底端设置有用于污泥粉尘排出的第四螺旋进料器。
所述高温物料存储罐的内部设置有第二干馏回热器，第二干馏回热器通过高温释能载热介质循环泵与空气加热器相连；高温物料存储罐的底端设置有用于高温干化污泥排出的第五螺旋进料器；所述空气加热器上设置有连接口A2和连接口B2。
所述中低温物料存储罐的内部设置有干化回热器，干化回热器通过第一污泥干化热源三通阀和第二污泥干化热源三通阀相连通；中低温物料存储罐的底端设置有用于中低温干化污泥排出的第六螺旋进料器。
所述连接口A1能够与连接口A2相连，连接口B1能够与连接口B2相连。
所述污泥热解炉的上部通过热风循环动力风机和热风循环辐射炉与污泥热解炉的下部相连通。
一种污泥处置与储能的一体化装置的运行方法，所述方法采用所述一体化装置实现，所述方法具体包括：模式一，污泥干化与储能流程：主要用于污泥的干化，并储存污泥干化工艺过程中的能量；模式二，释能流程：用于将模式一中所储存的能量进行释放。
所述污泥干化与储能流程具体为：污泥经污泥沉淀池、污泥二次沉淀池浓缩后含水量降至96%，再通过离心浓缩器将污泥含水量降至35%以下后，进入污泥干化炉；在污泥干化炉内使用90-120℃低温介质对其进行连续加热，其驱动热源由高温热泵和中低温物料存储罐提供，当污泥干化与储能流程连续运行时以中低温物料存储罐的热源为主，当污泥干化与储能流程不连续时以高温热泵辅助，在污泥干化炉内由于温升产生的气、汽混合物通过蒸汽冷凝器冷凝降温降压排至污泥沉淀池，蒸汽冷凝器的冷源来自污水处理厂内的排放水，冷水水源经由蒸汽冷凝器的冷却水进口C和冷却水出口D进出，污泥干化炉内不凝性气体过多时启动水蒸汽冷凝引风机协助不凝性气体的排出，污泥干化炉内将污泥干化至30%以下后将污泥送入污泥热解炉；污泥热解炉从下至上分为3个加热区，最下端为热解气化区其工作温度500-800℃，中部为干馏区其工作温度主要控制在200-500℃，上部为预热区其工作温度为60-200℃，其中热解气化区主要为热风加热其温度不低于1100℃采用循环加热模式，炉膛上部混合气通过热风循环动力风机增压后进入热风循环辐射炉进行二次裂解，通过充分反应后，一方面裂解气被吸入初效除尘罐，后固体部分粉尘通过送入高温物料存储罐，再由高温物料存储罐送入中低温物料存储罐，气体经热解气布袋除尘器再次除尘后经热解气增压机增压后带压热解气储气罐回热至常温段自然冷却，另一方面结晶后的固体物料由位于污泥热解炉下部的螺旋进料器送入到污泥回热罐，污泥回热罐经回热后进入高温物料存储罐该部分热量在释能过程提热后进入中低温物料存储罐，中低温物料存储罐内存储热量用于污泥干化与储能流程，完成污泥干化与储能流程。
所述释能流程具体为：其中连接口A1和连接口A2相连，连接口B1和连接口B2相连，一方面冷空气在空气预热换热器中回收燃机排气中的热量后经变频空气压气机增压后进入空气加热器进行再次加热后进入燃气轮机，另一方面高压热解气从带压热解气储气罐出发经由热解气控制阀流量控制进入燃气轮机，并与同时进入的高温高压空气混合，点燃后推动燃气轮机发电，后进入燃气乏汽静电除尘进一步净化后，进入空气预热换热器将热量传递给冷空气后排放，完成释能过程。
所述空气加热器的热源来自于高温物料存储罐，利用第一空气加热器旁通三通阀、第二空气加热器旁通三通阀联合控制也可旁通该加热过程。
本发明有如下有益效果：1、本发明在各可用环节设置回热装置，将中低温热量用于储能干化过程，减少能源输入并提高能量使用效率，此外专门设置一高温储热罐，将固结后的污泥颗粒作为储热介质，供释能时使用。
2、释能过程中本发明将高品质热能回收利用用以燃气轮机发电前气体的预热以提升燃气轮机主气焓值进一步提升燃气轮机释能发电效率。
3、本发明将污泥干化与用户侧储能进行耦合，将污泥干化过程视为储能，将回收的能量在释能过程释放掉。
4、本发明在传统污泥干化过程后端增设一个高温汽化炉，对预干化的污泥进行高温热解，热解炉干料出口温度高于950℃，此高温热解炉采用闭式热风循环加热，采用热风加热可保证污泥热解过程的均匀受热，且950℃以上高温避免了二噁英的生成。
（发明人：蔺新星;关苏敏;叶青平;李友平;张春辉;徐波）