公布日：2023.12.22
申请日：2023.09.22
分类号：C02F11/13(2019.01)I;C02F11/12(2019.01)I;F23G7/00(2006.01)I;B01D50/00(2022.01)I;B01D50/20(2022.01)I;B01D53/04(2006.01)I;B03C3/017(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种利用焚烧污泥热烟气直接干化污泥的工艺方法，使用的工艺系统主要包括污泥焚烧炉、污泥干化机、干燥塔、除尘系统、烟气冷凝塔、蓄热式热力焚化炉10、湿法脱酸塔、冷烟再热器和烟囱。利用焚烧污泥产生的热烟气干化污泥、干化后的污泥再进行焚烧、烟气余热梯级利用及处理排放，实现污泥的干化、焚烧的同步处置，所述污泥干化机为旋转气流床干化机，无需对污泥进行破碎、制粒、制条、喷嘴雾化，简化了设备种类。通过采用部分烟气返流，减少烟气排放量及废热损失；在高湿气流下运行，干化过程中不增加氧含量，降低污泥在干化过程中爆燃的可能性。利用蓄热式热力焚烧炉脱除VOCs和CO，解决污泥干化后置导致的烟气超标问题。
权利要求书
1.一种利用焚烧污泥热烟气直接干化污泥的工艺系统，包括污泥焚烧炉(1)、污泥干化机(3)、除尘系统、湿法脱酸塔(11)、冷烟再热器(12)和烟囱(13)，所述污泥焚烧炉(1)内配置有高温分离器(2)；其特征在于：该工艺系统还包括干燥塔(4)、烟气冷凝塔和蓄热式热力焚化炉(10)；所述烟气冷凝塔包括串联的烟气减温器(8)、烟气冷凝器(9)；所述污泥干化机(3)为旋转气流床干化机，所述旋转气流床干化机包括干化主筒，所述干化主筒内设有搅拌推动杆，污泥进入所述干化主筒后，被所述搅拌推动杆搅拌、打碎；所述污泥焚烧炉(1)产生的高温烟气经过所述高温分离器(2)分离后通过管路A进入所述干化主筒，对污泥进行高温加热，实现污泥的快速均匀干化，污泥在所述搅拌推动杆的推动下，向污泥出料口移动；所述污泥出料口连接至所述干燥塔(4)，所述干燥塔(4)的出口连接至除尘系统的进口，所述除尘系统包括多级串联的除尘器；每级除尘器的污泥出口连接至干污泥刮板输送机(701)的进料口，所述干污泥刮板输送机(701)的出口连接至所述污泥焚烧炉(1)的进料口；最后一级除尘器的烟气出口经过所述烟气减温器(8)后连接至所述烟气冷凝器(9)；所述烟气减温器(8)与所述冷烟再热器(12)通过导热油管路连接进行换热循环；所述烟气冷凝器(9)的出口管路通过管接头分为两路，一路通过烟气回流管路C连接至管路A，另一路通过管路B连接至所述蓄热式热力焚化炉(10)，所述蓄热式热力焚化炉(10)的烟气出口连接至所述湿法脱酸塔(11)，脱酸处理后烟气经过所述冷烟再热器(12)加热后通过烟囱(13)排入大气。
2.根据权利要求1所述的工艺系统，其特征在于：所述污泥焚烧炉(1)为鼓泡流化床焚烧炉，所述污泥焚烧炉(1)配置有SNCR脱硝装置和脱硫装置。
3.根据权利要求1所述的工艺系统，其特征在于：所述除尘系统是由串联的旋风除尘器(5)和布袋除尘器(7)构成的两级除尘系统。
4.根据权利要求1所述的工艺系统，其特征在于：所述除尘系统是由依次串联的的旋风除尘器(5)、静电除尘器(6)和布袋除尘器(7)构成的三级除尘系统。
5.一种利用焚烧污泥热烟气直接干化污泥的工艺方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的工艺系统，并包括以下步骤：步骤1、污泥干化将脱水后的含水率为60％～80％的市政污水厂脱水污泥经输送机输送至所述污泥干化机(3)中，同时，开启所述污泥焚烧炉(1)；所述污泥干化机(3)内，脱水污泥被搅拌推动杆搅拌、打碎，所述污泥焚烧炉(1)提供的＞850℃的高温烟气与打碎的污泥接触、融合，通过热交换使得污泥中的水份蒸发，形成的污泥小块在搅拌推动杆的推动下向污泥出料口移动；同时，所述污泥干化机(3)内，高温烟气在2s内变成温度为150～160℃的湿烟气，而后湿烟气携带半干污泥排入至干燥塔(4)；步骤2、半干污泥回流焚烧经所述干燥塔(4)后的半干污泥的含水率为25～35％，所述干燥塔(4)排出的半干污泥进入除尘系统后，通过除尘补集的方式经所述干污泥刮板输送机(701)进入所述污泥焚烧炉(1)中焚烧，所述污泥焚烧炉(1)为鼓泡流化床焚烧炉，所述污泥焚烧炉(1)中配置有SNCR脱硝装置和脱硫装置；污泥焚烧炉(1)内通过所述脱硫装置中的石灰石粉喷枪进行炉内干法脱硫，同时通过低氧回流风低氮燃烧进行炉内脱硝；在焚烧过程中，根据污泥焚烧炉(1)内温度探测装置，通过调整送风量及辅助燃料输出量，将污泥焚烧炉(1)内的燃烧温度控制在870～970℃，与此同时，所述高温分离器(2)进行气固分离，未燃尽的污泥回流至污泥焚烧炉(1)，燃尽的灰渣通过冷渣机(201)收集至灰渣库(202)，分离后的高温烟气排入至污泥干化机(3)；步骤3、烟气除尘所述干燥塔(4)排出的湿烟气进入除尘系统，根据所述除尘系统的不同结构，除尘过程为下述两种情形之一：一是：所述除尘系统由烟道串联的旋风除尘器(5)和布袋除尘器(7)构成的两级除尘系统；烟气除尘的过程是：进入所述两级除尘系统的湿烟气首先经过所述旋风除尘器(5)的固气分离，经所述旋风除尘器(5)初步除尘后的湿烟气进入所述布袋除尘器(7)前的烟道，在该烟道内喷入活性炭，所述活性炭随湿烟气进入所述布袋除尘器(5)进行除尘处理，除尘处理过程中，活性炭吸收重金属和二噁英，所述布袋除尘器(7)收集的粉尘和利用过的活性炭收集至所述危废仓(702)；除尘处理后的湿烟气排入至所述烟气减温器(8)；二是：所述除尘系统是由烟道依次串联的的旋风除尘器(5)、静电除尘器(6)和布袋除尘器(7)构成的三级除尘系统；烟气除尘的过程是：进入所述三级除尘系统的湿烟气首先经过所述旋风除尘器(5)的固气分离，经所述旋风除尘器(5)初步除尘后的湿烟气进入所述静电除尘器(6)进行烟气净化并将粉尘和气体分离；经过所述静电除尘器(6)除尘后的湿烟气进入所述布袋除尘器(7)前的烟道，在该烟道内喷入活性炭，所述活性炭随湿烟气进入所述布袋除尘器(5)进行除尘处理，除尘处理过程中，活性炭吸收重金属和二噁英，所述布袋除尘器(7)收集的粉尘和利用过的活性炭收集至所述危废仓(702)；除尘处理后的烟气排入至所述烟气减温器(8)；步骤4、烟气冷凝经过步骤3除尘处理后的湿烟气经过所述烟气减温器(8)将烟气温度降至115±5℃，之后进入所述烟气冷凝塔(9)进行气液分离，分离出的水份经污水处理系统处理达标后排放；分离后的一部分烟气通过烟气回流管路C回流至污泥干化机(3)循环使用，分离后的另外一部分烟气进入所述蓄热式热力焚化炉(10)；所述蓄热式热力焚化炉(10)包括两个蓄热室和燃烧室；步骤5：脱除烟气中的VOCs和CO进入所述蓄热式热力焚化炉(10)的烟气，经过其中一个蓄热室预热后进入燃烧室，加热升温到760～800℃，使其中的VOCs和CO氧化成CO2和H2O；氧化过程生成的高温烟气再通过另一个蓄热室释放热量，至温度为115±5℃，然后自所述蓄热式热力焚化炉(10)排放至所述湿法脱酸塔(11)；步骤6、对烟气进行湿法脱酸所述湿法脱酸塔(11)采用塔外溶液循环的方式，所述溶液为片碱或是碱液；自所述蓄热式热力焚化炉(10)排出的烟气进入所述湿法脱酸塔(11)与喷淋的所述溶液接触，去除烟气中的酸性物质，此时烟气温度降至50℃±5℃；步骤7、烟气排除经所述湿法脱酸塔(11)处理后的烟气经过所述冷烟再热器(12)加热至98℃±5℃，然后再经过烟囱(13)高空排入大气。
6.根据权利要求5所述的工艺方法，其特征在于：所述烟气冷凝器(9)的出口管路的管接头处设有流量阀，用于控制烟气回流量，烟气回流量占总风量的20％。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种利用焚烧污泥热烟气直接干化污泥的系统，可以实现污泥的干化、焚烧的同步处置，在工艺流程中加入蓄热式热力焚化炉装置，可以解决污泥干化后置导致的烟气中挥发性有机物、一氧化碳超标问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种利用焚烧污泥热烟气直接干化污泥的工艺系统，包括污泥焚烧炉、污泥干化机、除尘系统、湿法脱酸塔、冷烟再热器和烟囱，所述污泥焚烧炉内配置有高温分离器；该工艺系统还包括干燥塔、烟气冷凝塔和蓄热式热力焚化炉；所述烟气冷凝塔包括串联的烟气减温器、烟气冷凝器；所述污泥干化机为旋转气流床干化机，所述旋转气流床干化机包括干化主筒，所述干化主筒内设有搅拌推动杆，污泥进入所述干化主筒后，被所述搅拌推动杆搅拌、打碎；所述污泥焚烧炉产生的高温烟气经过所述高温分离器分离后通过管路A进入所述干化主筒，对污泥进行高温加热，实现污泥的快速均匀干化，污泥在所述搅拌推动杆的推动下，向污泥出料口移动；所述污泥出料口连接至所述干燥塔，所述干燥塔的出口连接至除尘系统的进口，所述除尘系统包括多级串联的除尘器；每级除尘器的污泥出口连接至干污泥刮板输送机的进料口，所述干污泥刮板输送机的出口连接至所述污泥焚烧炉的进料口；最后一级除尘器的烟气出口经过所述烟气减温器后连接至所述烟气冷凝器；所述烟气减温器与所述冷烟再热器通过导热油管路连接进行换热循环；所述烟气冷凝器的出口管路通过管接头分为两路，一路通过烟气回流管路C连接至管路A，另一路通过管路B连接至所述蓄热式热力焚化炉，所述蓄热式热力焚化炉的烟气出口连接至所述湿法脱酸塔，脱酸处理后烟气经过所述冷烟再热器加热后通过烟囱排入大气。
进一步讲，本发明所述的工艺系统，其中：
所述污泥焚烧炉为鼓泡流化床焚烧炉，所述污泥焚烧炉配置有SNCR脱硝装置和脱硫装置。
所述除尘系统是由串联的旋风除尘器和布袋除尘器构成的两级除尘系统或是由依次串联的的旋风除尘器、静电除尘器和布袋除尘器构成的三级除尘系统。
同时，本发明中还提出了利用上述工艺系统实现焚烧污泥热烟气直接干化污泥的工艺方法，该工艺包括以下步骤：
步骤1、污泥干化
将脱水后的含水率为60％～80％的市政污水厂脱水污泥经输送机输送至所述污泥干化机中，同时，开启所述污泥焚烧炉；所述污泥干化机内，脱水污泥被搅拌推动杆搅拌、打碎，所述污泥焚烧炉提供的＞850℃的高温烟气与打碎的污泥接触、融合，通过热交换使得污泥中的水份蒸发，形成的污泥小块在搅拌推动杆的推动下向污泥出料口移动；同时，所述污泥干化机内，高温烟气在2s内变成温度为150～160℃的湿烟气，而后湿烟气携带半干污泥排入至干燥塔；
步骤2、半干污泥回流焚烧
经所述干燥塔后的半干污泥的含水率为25～35％，所述干燥塔排出的半干污泥进入除尘系统后，通过除尘补集的方式经所述干污泥刮板输送机进入所述污泥焚烧炉中焚烧，所述污泥焚烧炉为鼓泡流化床焚烧炉，所述污泥焚烧炉中配置有SNCR脱硝装置和脱硫装置；污泥焚烧炉内通过所述脱硫装置中的石灰石粉喷枪进行炉内干法脱硫，同时通过低氧回流风低氮燃烧进行炉内脱硝；在焚烧过程中，根据污泥焚烧炉内温度探测装置，通过调整送风量及辅助燃料输出量，将污泥焚烧炉内的燃烧温度控制在870～970℃，与此同时，所述高温分离器进行气固分离，未燃尽的污泥回流至污泥焚烧炉，燃尽的灰渣通过冷渣机收集至灰渣库，分离后的高温烟气排入至污泥干化机；
步骤3、烟气除尘：自所述干燥塔排出的湿烟气进入除尘系统，根据所述除尘系统的不同结构，除尘过程为下述两种情形之一：
一是：所述除尘系统由烟道串联的旋风除尘器和布袋除尘器构成的两级除尘系统；烟气除尘的过程是：进入所述两级除尘系统的湿烟气首先经过所述旋风除尘器的固气分离，经所述旋风除尘器初步除尘后的湿烟气进入所述布袋除尘器前的烟道，在该烟道内喷入活性炭，所述活性炭随湿烟气进入所述布袋除尘器进行除尘处理，除尘处理过程中，活性炭吸收重金属和二噁英，所述布袋除尘器收集的粉尘和利用过的活性炭收集至所述危废仓；除尘处理后的湿烟气排入至所述烟气减温器；
二是：所述除尘系统是由烟道依次串联的的旋风除尘器、静电除尘器和布袋除尘器构成的三级除尘系统；烟气除尘的过程是：进入所述三级除尘系统的湿烟气首先经过所述旋风除尘器的固气分离，经所述旋风除尘器初步除尘后的湿烟气进入所述静电除尘器进行烟气净化并将粉尘和气体分离；经过所述静电除尘器除尘后的湿烟气进入所述布袋除尘器前的烟道，在该烟道内喷入活性炭，所述活性炭随湿烟气进入所述布袋除尘器进行除尘处理，除尘处理过程中，活性炭吸收重金属和二噁英，所述布袋除尘器收集的粉尘和利用过的活性炭收集至所述危废仓；除尘处理后的湿烟气排入至所述烟气减温器；
步骤4、烟气冷凝：经过步骤3除尘处理后的湿烟气经过所述烟气减温器将烟气温度降至115±5℃，之后进入所述烟气冷凝塔进行气液分离，分离出的水份经污水处理系统处理达标后排放；分离后的一部分烟气通过烟气回流管路C回流至污泥干化机循环使用，分离后的另外一部分烟气进入所述蓄热式热力焚化炉；所述蓄热式热力焚化炉包括两个蓄热室和燃烧室；
步骤5：脱除烟气中的VOCs和CO：进入所述蓄热式热力焚化炉的烟气，经过其中一个蓄热室预热后进入燃烧室，加热升温到760～800℃，使其中的VOCs和CO氧化成CO2和H2O；氧化过程生成的高温烟气再通过另一个蓄热室释放热量，至温度为115±5℃，然后自所述蓄热式热力焚化炉排放至所述湿法脱酸塔；
步骤6、对烟气进行湿法脱酸：所述湿法脱酸塔采用塔外溶液循环的方式，所述溶液为片碱或是碱液；自所述蓄热式热力焚化炉排出的烟气进入所述湿法脱酸塔与喷淋的所述溶液接触，去除烟气中的酸性物质，此时烟气温度降至50℃±5℃；
步骤7、烟气排除：经所述湿法脱酸塔处理后的烟气经过所述冷烟再热器加热至98℃±5℃，然后再经过烟囱高空排入大气。
进一步讲，本发明所述的工艺方法，其中，所述烟气冷凝器的出口管路的管接头处设有流量阀，用于控制烟气回流量，烟气回流量占总风量的20％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明技术方案中将污泥干化、焚烧同步处置，采用旋转气流床干化机，无需对污泥进行破碎、制粒、制条、喷嘴雾化，对污泥的流动性无要求，简化了设备种类，系统可接受市政污水处理厂30～80％含水率的脱水污泥，处置范围广，系统热效率高，设备种类少。
(2)采用焚烧污泥热烟气直接干化污泥，系统热传递效率大大提高；可最大限度降低辅助燃料投加量，降低了市政污泥直接焚烧处置成本。
(3)根据工艺需求改进了烟气处理系统，采用部分烟气返流，干化烟气量＞焚烧烟气量＝烟气排放量，充分利用余热资源，最大限度提高系统热效率，降低烟气处理系统负荷，减少烟气排放量及废热损失；在高湿气流下运行，且干化过程中不增加氧含量，降低污泥在干化过程中爆燃的可能性。
(4)针对烟气中除含氮氧化物、酸性气体外，还有烟气未完全燃烧产生的CO气体及VOCs，通过引入了蓄热式热力焚烧炉脱除VOCs和CO，进一步完善了烟气处理系统。全面控制氮氧化物、酸性气体、VOCs(挥发性有机物)、CO(一氧化碳)等有害气体排放。
（发明人：张琪;李朦;王拓;张栋俊;张伟;夏文辉;李国金;张云霞;王松;张松发;俞文广）