公布日：2023.12.01
申请日：2023.08.28
分类号：F23G5/00(2006.01)I;F23G5/033(2006.01)I;F23G5/04(2006.01)I;F23G5/027(2006.01)I;F23G5/44(2006.01)I;F23G5/46(2006.01)I;F23G7/00(2006.01)I;F23J15/
00(2006.01)I;C02F11/13(2019.01)I;C02F11/10(2006.01)I;F01K11/02(2006.01)I;F01K17/06(2006.01)I;F01D15/10(2006.01)I
摘要
本发明公开一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统及工艺，所述碳化焚烧发电系统包括固体废弃物前处理单元、污泥前处理单元、掺烧炉排炉碳化单元、换热单元、发电单元和烟气净化单元。本发明采用固体废弃物与干污泥混合焚烧的方式，降低了能耗，减小了系统运行成本，也实现了各类固体废弃物的资源化利用，同时采用烟气净化单元对焚烧碳化产生的烟气进行净化处理，实现了“零排放”，另外，本发明采用DCS自动控制单元协同控制系统的各个组成单元，实现系统的自动化控制。
权利要求书
1.一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，包括固体废弃物前处理单元、污泥前处理单元、掺烧炉排炉碳化单元、换热单元、发电单元和烟气净化单元，其中：所述固体废弃物前处理单元和污泥前处理单元分别与所述掺烧炉排炉碳化单元的固体废弃物燃料入口和干污泥入口连接；所述换热单元与所述掺烧炉排炉碳化单元的高温烟气出口连接，所述换热单元具有用于换热后供低温烟气流出的烟气出气端和高温蒸汽流出的蒸汽出汽端，所述发电单元与所述蒸汽出汽端连通，用于将高温蒸汽输送至所述发电单元以将热能转化为机械能，进而转化为电能，且所述发电单元与所述污泥前处理单元连通，用于将发电后剩余的高温蒸汽输送至污泥前处理单元，为污泥干化提供热能；所述烟气净化单元与所述烟气出气端连通，用于净化焚烧碳化反应产生的烟气。
2.根据权利要求1所述的一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，所述固体废弃物前处理单元包括依次连接的卸料装置、破碎装置、固体废弃物堆料仓、第一上料装置和第一送料装置，所述卸料装置的进料口与外部固体废弃物运输车连接，所述第一送料装置的出料口与所述固体废弃物燃料入口连接。
3.根据权利要求1所述的一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，所述污泥前处理单元包括依次连接的湿污泥接收仓、湿污泥输送机、湿污泥刮板机、污泥干化机、干污泥刮板机、干污泥输送机、第二上料装置和第二送料装置，所述湿污泥接收仓的进料口与外部湿污泥运输车连接，所述第二送料装置的出料口与所述干污泥入口连接，其中：所述污泥干化机还与所述发电单元连接，以利用所述发电单元发电后剩余的高温蒸汽进行污泥干化。
4.根据权利要求1所述的一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，所述掺烧炉排炉碳化单元包括炉体和旋风分离器，其中：所述炉体下部一侧形成有第一入风口，所述炉体中部两侧形成有第二入风口，所述炉体上部一侧形成有所述固体废弃物燃料入口和干污泥入口，所述炉体上部的另一侧形成有灰渣回收入口，所述炉体顶部形成有所述高温烟气出口，所述第一入风口通过第一管道依次与所述换热单元和第一风机连接，所述第二入风口通过第二管道依次与所述换热单元和第二风机连接；所述旋风分离器的进口与所述高温烟气出口连接，且所述旋风分离器的出口与所述换热单元连接，所述旋风分离器底部形成有灰渣排出口，所述灰渣排出口通过管道与所述灰渣回收入口连接。
5.根据权利要求4所述的一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，所述掺烧炉排炉碳化单元还包括吹灰装置，所述吹灰装置设置于所述炉体内位于所述固体废弃物燃料入口和干污泥入口以上的炉壁上。
6.根据权利要求4所述的一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，所述换热单元包括余热锅炉及设置于所述余热锅炉内的多个空气预热器、省煤器、蒸发器和过热器，其中：所述余热锅炉一端形成有所述烟气出气端，另一端形成有所述蒸汽出汽端，所述旋风分离器出口排出的高温烟气依次经过所述过热器、蒸发器、省煤器和空气预热器与所述余热锅炉炉壁形成的烟气通道换热冷却后通过所述烟气出气端与所述烟气净化单元连接；多个所述空气预热器设置为并联的两组，其中一组的两端分别通过所述第一管道与所述第一入风口和第一风机连接，另一组的两端分别通过所述第二管道与所述第二入风口和第二风机连接；所述省煤器一端与外部除盐水连接，另一端依次与所述蒸发器和过热器连接，进入至所述省煤器中的除盐水依次流经所述蒸发器和过热器以吸收高温烟气的热量转变为高温蒸汽后通过所述蒸汽出汽端与所述发电单元连接。
7.根据权利要求6所述的一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，所述烟气净化单元包括通过烟道依次连接的一次除尘器、二次除尘器和湿式脱酸塔，所述一次除尘器通过所述烟道与所述余热锅炉的烟气出气端连接，所述湿式脱酸塔通过所述烟道与外部排放烟气的烟囱连接。
8.根据权利要求6所述的一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，所述发电单元包括冷凝式汽轮发电机和除氧器，所述冷凝式汽轮发电机与所述蒸汽出汽端连接，以利用碳化焚烧产生的热能，所述除氧器的进水端分别连接所述冷凝式汽轮发电机和外部除盐水，所述除氧器的出水端与所述省煤器连接。
9.根据权利要求1所述的一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，其特征在于，所述碳化焚烧发电系统还包括DCS自动控制单元，所述DCS自动控制单元分别与所述固体废弃物前处理单元、污泥前处理单元、掺烧炉排炉碳化单元、换热单元、发电单元和烟气净化单元电连接。
10.一种碳化焚烧发电工艺，其特征在于，适用于如权利要求1～9任一项所述的污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，所述工艺包括以下步骤：S1,启动掺烧炉排炉碳化单元开始燃烧；S2,将经过固体废弃物前处理单元和污泥前处理单元处理过的固体废弃物和干污泥按一定比例分别由固体废弃物燃料入口和干污泥入口送至所述掺烧炉排炉碳化单元中进行焚烧碳化；S3，换热单元收集焚烧碳化产生的高温烟气，用以对进入其内的空气和除盐水加热形成预热空气返回至所述掺烧炉排炉碳化单元和形成高温蒸汽由换热单元的蒸汽出汽端送至发电单元，为发电提供热能；S4，将发电单元发电后剩余的高温蒸汽输送至所述污泥前处理单元，为污泥干化提供热能；S5，换热后的高温烟气由换热单元的烟气出气端进入烟气净化单元净化后排放至大气中。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统及工艺，解决了现有污泥碳化技术运行能耗较高和废弃物没有妥善处理易污染环境的技术问题。
为实现上述技术目的，第一方面，本发明提供一种污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，包括固体废弃物前处理单元、污泥前处理单元、掺烧炉排炉碳化单元、换热单元、发电单元和烟气净化单元，其中：
所述固体废弃物前处理单元和污泥前处理单元分别与所述掺烧炉排炉碳化单元的固体废弃物燃料入口和干污泥入口连接；
所述换热单元与所述掺烧炉排炉碳化单元的高温烟气出口连接，所述换热单元具有用于换热后供低温烟气流出的烟气出气端和高温蒸汽流出的蒸汽出汽端，所述发电单元与所述蒸汽出汽端连通，用于将高温蒸汽输送至所述发电单元以将热能转化为机械能，进而转化为电能，且所述发电单元与所述污泥前处理单元连通，用于将发电后剩余的高温蒸汽输送至污泥前处理单元，为污泥干化提供热能；
所述烟气净化单元与所述烟气出气端连通，用于净化焚烧碳化反应产生的烟气。
优选的，所述固体废弃物前处理单元包括依次连接的卸料装置、破碎装置、固体废弃物堆料仓、第一上料装置和第一送料装置，所述卸料装置的进料口与外部固体废弃物运输车连接，所述第一送料装置的出料口与所述固体废弃物燃料入口连接。
优选的，所述污泥前处理单元包括依次连接的湿污泥接收仓、湿污泥输送机、湿污泥刮板机、污泥干化机、干污泥刮板机、干污泥输送机、第二上料装置和第二送料装置，所述湿污泥接收仓的进料口与外部湿污泥运输车连接，所述第二送料装置的出料口与所述干污泥入口连接，其中：
所述污泥干化机还与所述发电单元连接，以利用所述发电单元发电后剩余的高温蒸汽进行污泥干化。
优选的，所述掺烧炉排炉碳化单元包括炉体和旋风分离器，其中：
所述炉体下部一侧形成有第一入风口，所述炉体中部两侧形成有第二入风口，所述炉体上部一侧形成有所述固体废弃物燃料入口和干污泥入口，所述炉体上部的另一侧形成有灰渣回收入口，所述炉体顶部形成有所述高温烟气出口，所述第一入风口通过第一管道依次与所述换热单元和第一风机连接，所述第二入风口通过第二管道依次与所述换热单元和第二风机连接；
所述旋风分离器的进口与所述高温烟气出口连接，且所述旋风分离器的出口与所述换热单元连接，所述旋风分离器底部形成有灰渣排出口，所述灰渣排出口通过管道与所述灰渣回收入口连接。
优选的，所述掺烧炉排炉碳化单元还包括吹灰装置，所述吹灰装置设置于所述炉体内位于所述固体废弃物燃料入口和干污泥入口以上的炉壁上。
优选的，所述换热单元包括余热锅炉及设置于所述余热锅炉内的多个空气预热器、省煤器、蒸发器和过热器，其中：
所述余热锅炉一端形成有所述烟气出气端，另一端形成有所述蒸汽出汽端，所述旋风分离器出口排出的高温烟气依次经过所述过热器、蒸发器、省煤器和空气预热器与所述余热锅炉炉壁形成的烟气通道换热冷却后通过所述烟气出气端与所述烟气净化单元连接；
多个所述空气预热器设置为并联的两组，其中一组的两端分别通过所述第一管道与所述第一入风口和第一风机连接，另一组的两端分别通过所述第二管道与所述第二入风口和第二风机连接；
所述省煤器一端与外部除盐水连接，另一端依次与所述蒸发器和过热器连接，进入至所述省煤器中的除盐水依次流经所述蒸发器和过热器以吸收高温烟气的热量转变为高温蒸汽后通过所述蒸汽出汽端与所述发电单元连接。
优选的，所述烟气净化单元包括通过烟道依次连接的一次除尘器、二次除尘器和湿式脱酸塔，所述一次除尘器通过所述烟道与所述余热锅炉的烟气出气端连接，所述湿式脱酸塔通过所述烟道与外部排放烟气的烟囱连接。
优选的，所述发电单元包括冷凝式汽轮发电机和除氧器，所述冷凝式汽轮发电机与所述蒸汽出汽端连接，以利用碳化焚烧产生的热能，所述除氧器的进水端分别连接所述冷凝式汽轮发电机和外部除盐水，所述除氧器的出水端与所述省煤器连接。
优选的，所述碳化焚烧发电系统还包括DCS自动控制单元，所述DCS自动控制单元分别与所述固体废弃物前处理单元、污泥前处理单元、掺烧炉排炉碳化单元、换热单元、发电单元和烟气净化单元电连接。
另一方面，本发明还提供一种碳化焚烧发电工艺，所述碳化焚烧发电工艺适用于上述的污泥掺烧固体废弃物的碳化焚烧发电系统，所述工艺包括以下步骤：
S1,启动掺烧炉排炉碳化单元开始燃烧；
S2,将经过固体废弃物前处理单元和污泥前处理单元处理过的固体废弃物和干污泥按一定比例分别由固体废弃物燃料入口和干污泥入口送至所述掺烧炉排炉碳化单元中进行焚烧碳化；
S3，换热单元收集焚烧碳化产生的高温烟气，用以对进入其内的空气和除盐水加热形成预热空气返回至所述掺烧炉排炉碳化单元和形成高温蒸汽由换热单元的蒸汽出汽端送至发电单元，为发电提供热能；
S4，将发电单元发电后剩余的高温蒸汽输送至所述污泥前处理单元，为污泥干化提供热能；
S5，换热后的高温烟气由换热单元的烟气出气端进入烟气净化单元净化后排放至大气中。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要包括：
本发明采用固体废弃物焚烧与污泥碳化相结合的工艺路线，利用固体废弃物焚烧产生的热量给污泥碳化提供能源，弥补了污泥中有机质含量不足和热值低的现象，促进了污泥的碳化；同时也代替了污泥碳化所需要的外部能源供给，降低了运行能耗，实现了固体废弃物的资源化利用；并且，将掺烧产生的高温烟气收集起来一方面用于焚烧碳化的空气预热，可以降低能源消耗，另一方面用于除盐水的加热，使其成为高温蒸汽为发电提供热能，而发电剩余的高温余热蒸汽又为污泥干化提供了热能，如此，将系统自身的富余能源充分利用，大大降低了能源损耗，减少运营成本；另外，本发明还通过烟气净化单元对碳化焚烧后的烟气进行净化处理，降低了末端产物对系统设备的危害以及对环境的污染，实现“零排放”。
（发明人：柯文昌;黄昭玮;李红;冷超群;李进;乐威）