一种粪污高能化处理系统及其使用方法与流程

本申请涉及固体废物处理与资源化利用，尤其涉及一种粪污高能化处理系统及其使用方法。

背景技术：

1、随着畜牧业规模化、集约化发展，畜禽粪污产生量持续增长，已成为影响生态环境质量和畜牧业可持续发展的突出问题。畜禽粪污含水率高、易腐败，若处理处置不当，会通过地表径流、下渗等途径造成水体富营养化，通过长期施用导致土壤中重金属、抗生素等污染物累积，还会通过厌氧发酵释放甲烷、氨气等温室气体和恶臭物质，对水环境、土壤环境和大气环境造成多重压力。如何科学、高效、环保地处理畜禽粪污，实现从环境污染物到可再生资源的转化，是农业环保领域亟待解决的问题。

2、目前，畜禽粪污处理主要包括厌氧消化、好氧堆肥和基质化利用等技术路线。厌氧消化技术在无氧条件下通过微生物降解有机物产生沼气，可用于发电、供热或作为车用燃料，消化后的沼渣沼液富含养分，可作为有机肥料还田，实现养分的循环利用。但该技术存在投资和运行成本较高、对物料预处理要求严格、抗生素等残留物质易抑制微生物活性、沼液处理难度大等问题，大规模推广应用受到经济和技术条件的制约。好氧堆肥技术利用好氧微生物的代谢作用分解有机物，将粪污转化为腐殖质类产品，可有效杀灭病原菌和寄生虫卵、去除恶臭，产品可用于土壤改良和园艺栽培。但堆肥过程中氮素以氨气等形式损失严重，同时伴随氧化亚氮等温室气体排放，环境效益有待提升。基质化利用方式如将粪污作为蚯蚓养殖饵料、食用菌栽培基质等，虽然能实现一定程度的资源化，但处理规模普遍较小，难以消纳规模化养殖场产生的大量粪污。

3、近年来，生物质低温烘焙技术逐渐受到关注。该技术在相对较低的温度和无氧或低氧条件下对生物质进行温和热解处理，通过选择性脱除含氧官能团，破坏生物质的纤维结构，使物料变脆、易研磨，同时提高能量密度和堆积密度，改善粉体的流动性和输送稳定性。目前，低温烘焙技术的研究和应用主要集中在林业剩余物、农业秸秆等木质纤维素类生物质上，针对畜禽粪污这类高灰分、高氮含量、成分复杂的原料，相关研究和应用还比较少。将现有的木质纤维素烘焙工艺直接应用于粪污处理时，往往存在工艺适配性差、产品品质不稳定等问题。同时，现有烘焙系统的集成度普遍不高，能量和物料未能充分利用，系统能耗和运行成本偏高；烘焙过程产生的废气、废水等二次污染物的控制和处理也有待加强。

4、因此，如何开发一种能量高效利用、减少二次污染的粪污高能化集成处理系统成为当前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种粪污高能化处理系统及其使用方法，主要目的是解决现有粪污处理工艺热解效率低、能量消耗高、二次污染严重的问题。

2、为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种粪污高能化处理系统，包括预处理单元、烘干单元、低温烘焙单元、后处理单元、以及废气处理与能量回收系统；所述预处理单元的出料端与所述烘干单元的进料端连接，所述烘干单元的出料端与所述低温烘焙单元的进料端连接，所述低温烘焙单元的出料端与所述后处理单元的进料端连接；所述低温烘焙单元的烟气出口与所述烘干单元的热源入口连接；所述废气处理与能量回收系统的进气端分别与所述预处理单元、所述烘干单元、所述低温烘焙单元的废气出口连接，所述废气处理与能量回收系统的出气端与燃烧装置连接，所述燃烧装置用于对废气进行高温燃烧处理。

3、进一步地，所述烘干单元为烘干炉，所述烘干炉内部设有抄板结构。

4、进一步地，所述低温烘焙单元包括密封腔体、惰性气体置换系统、分段加热系统、物料输送系统、出料系统以及温度监测系统；所述物料输送系统为转速可调的回转滚筒结构。

5、进一步地，所述分段加热系统沿物料流动方向分为多个独立加热段；所述多个独立加热段包括轻度烘焙区、中度烘焙区和重度烘焙区，所述轻度烘焙区的温度为220-260℃，所述中度烘焙区的温度为290-310℃，所述重度烘焙区的温度为330-350℃。

6、进一步地，所述后处理单元依次包括破碎装置、除沙装置以及分离装置。

7、进一步地，所述预处理单元为地暖式脱水库房，包括库房主体、地暖加热系统、通风系统以及温湿度监测系统。

8、根据本申请的第二方面，提供了一种粪污高能化处理系统的使用方法，所述使用方法是在上述粪污高能化处理系统中进行；其中，所述使用方法包括以下步骤：

9、s1、预处理：将粪污送入预处理单元进行低温脱水；

10、s2、烘干：将预处理后的物料送入烘干单元进行烘干，得到生物质烘干料；

11、s3、烘焙：将所述生物质烘干料送入低温烘焙单元进行分段升温烘焙，得到生物质烘焙料；

12、s4、后处理：将所述生物质烘焙料送入后处理单元，经破碎、除沙、分离后得到成品。

13、进一步地，步骤s1中，所述低温脱水的处理温度低于50℃，脱水至物料含水率为45%-55%。

14、进一步地，步骤s3的分段升温烘焙依次经过三个阶段：轻度烘焙阶段温度为220-260℃、停留时间为8-12min；中度烘焙阶段温度为290-310℃、停留时间为15-20min；重度烘焙阶段温度为330-350℃、停留时间为10-15min。

15、进一步地，所述使用方法还包括废气处理与能量回收步骤：将预处理、烘干、烘焙各阶段产生的废气全部收集后送入燃烧装置进行高温燃烧处理；低温烘焙单元排出的高温烟气作为烘干单元的烘干热源。

16、本申请的有益效果在于：

17、本申请提供的粪污高能化处理系统及其使用方法，采用烘干加烘焙的集成工艺，实现能量的综合梯级利用。预处理阶段进行低温脱水，烘干阶段利用低温烘焙单元排出的高温烟气作为热源，各单元产生的废气经收集后送入燃烧装置高温燃烧，实现废气的无害化处理；低温烘焙单元排出的高温烟气作为烘干单元的热源，实现能量的梯级利用，有效降低系统整体能耗，提高运行经济性。

18、本申请通过分段加热系统实现梯度升温烘焙，针对粪污中不同有机组分的热解特性精准调控温度，实现各组分的分级有序热解，有效提高热解效率和产品品质。

19、本申请将粪污通过预处理、烘干、低温烘焙等工序处理后，显著提高了生物质的能量密度，制成可再生生物质绿色燃料，可作为电力、煤化工等行业的替代燃料，实现了粪污的资源化利用，变废为宝，具有良好的经济效益和环境效益。

20、本申请采用废气收集和燃烧闭环处理模式，预处理、烘干、烘焙各阶段产生的废气全部通过密闭管道收集后送入燃烧装置高温燃烧，彻底解决了粪污处理过程中氨、硫化物等有害气体逸散的问题；粪污经低温烘焙处理后，病原菌得到有效灭活，避免了二次污染；整个工艺无废水排放，实现了污染物的全流程管控，清洁环保。

1.一种粪污高能化处理系统，其特征在于，包括预处理单元、烘干单元、低温烘焙单元、后处理单元以及废气处理与能量回收系统；

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述烘干单元为烘干炉，所述烘干炉内部设有抄板结构。

3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述低温烘焙单元包括密封腔体、惰性气体置换系统、分段加热系统、物料输送系统、出料系统以及温度监测系统；所述物料输送系统为转速可调的回转滚筒结构。

4.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述分段加热系统沿物料流动方向分为多个独立加热段；所述多个独立加热段包括轻度烘焙区、中度烘焙区和重度烘焙区，所述轻度烘焙区的温度为220-260℃，所述中度烘焙区的温度为290-310℃，所述重度烘焙区的温度为330-350℃。

5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述后处理单元依次包括破碎装置、除沙装置以及分离装置。

6.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述预处理单元为地暖式脱水库房，包括库房主体、地暖加热系统、通风系统以及温湿度监测系统。

7.一种权利要求1-6任一项所述处理系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，步骤s1中，所述低温脱水的处理温度低于50℃，脱水至物料含水率为45%-55%。

9.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，步骤s3的分段升温烘焙依次经过三个阶段：轻度烘焙阶段温度为220-260℃、停留时间为8-12min；中度烘焙阶段温度为290-310℃、停留时间为15-20min；重度烘焙阶段温度为330-350℃、停留时间为10-15min。

10.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述使用方法还包括废气处理与能量回收步骤：将预处理、烘干、烘焙各阶段产生的废气全部收集后送入燃烧装置进行高温燃烧处理；低温烘焙单元排出的高温烟气作为烘干单元的烘干热源。