基于气化的污泥综合利用系统及处理方法与流程

发明涉及固体废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种基于气化的污泥综合利用系统及处理方法。

背景技术：

随着污水排放量的增加和污水处理率的提高，污水处理后的固体产物-污泥-的产量也在逐年增加，污泥的处理处置问题己成为社会关注的一个重要问题，世界范围内都在积极研究开发能达到减容化、无害化和资源化的污泥处理工艺。目前正在使用的污泥处理技术主要有土地利用、卫生填埋和焚烧等，另外还有一些新兴处理技术在不断发展，如污泥热解制油技术、污泥制活性炭技术、污泥制砖技术、污泥制陶瓷技术、污泥气化技术等。

污泥气化技术是指在特定的装置和一定的温度和压力条件下，使污泥中的有机成分在还原性气氛下与气化剂(蒸汽、空气等)发生一系列反应，最终生成可燃气体(含co、h2和烃类等)的技术。相比其他技术，污泥气化技术具有其独特的优势：气化技术减容方面效果显著；杀死污泥中病原菌同时可以将绝大多数重金属固化于灰渣中；气化产生的燃气可以用于发电或供热，能量利用效率高等。

对由于污水处理后产生的污泥通常含水率较高，热值很低，故直接用于气化时需要补充大量辅助燃料，且会对尾气净化系统造成很大负荷，因此污泥在进入气化之前，需要进行较大程度的干化，降低含水率，以达到污泥气化过程的能量自平衡。

然而，由于污泥中含有大量病原体和有毒有机物，灰分含量极高且颗粒小，所以干化后的污泥粉尘浓度大且易散发恶臭气味，并具有较强的腐蚀性。而目前干化污泥运输一般利用斗提机、皮带等机械设备做连续输送或采用人工上料的间歇性输送，第一种运输方式缺点是机械设备复杂且庞大，密闭效果差使得恶臭气体极易散发，使厂区环境恶劣，而且一般占地面积大，噪音大，运行操作复杂且故障多，设备投资成本和维修成本高；第二种运输方式，环境友好性差，工作环境恶劣，对人体伤害大，已逐步淘汰。一般适合直接去填埋或堆肥。如果需要将干化的污泥送入焚烧厂做进一步处理，一般还需要将干化的污泥与燃料进行混合，设置皮带等机械输送设备送入焚烧炉，这些设备一般都是露天的，且密闭性都较差。干化后的污泥在输送过程中容易产生扬尘和臭气，导致污染环境。

因此针对污泥气化的需要，开发系统简洁、流程短、环保高效的污泥干化气化系统是必要的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用流化床气化炉进行污泥更高效气化的系统，该系统可稳定地进行污泥干化和输送，并实现干化后污泥的更高效的气化，有效控制臭气和粉尘扩散，并最大限度回收污泥中的能量，同时降低其污染物排放，克服现有污泥处理工程中的不足。

为实现上述技术目的，发明提供了一种基于气化的污泥综合利用系统，包括湿污泥储仓、污泥干化设备、流化床气化炉、气固分离器二、辅助燃料、气化气冷凝器、气化气净化设备、燃气轮机、余热锅炉、烟气净化器、烟囱、热风室、气化剂、蒸汽冷凝器、气固分离器一、乏气风机、石灰石仓、罗茨风机、给料器一、给料器二以及喷射供料器，所述湿污泥储仓通过泵送装置与所述污泥干化设备相连，所述污泥干化设备的干污泥出口和石灰石仓的石灰石出口通过喷射供料器与所述流化床气化炉相连，所述流化床气化炉的烟气出口依次与所述气固分离器二、所述气化气冷凝器、所述气化气净化设备、所述燃气轮机、所述余热锅炉、所述烟气净化器和所述烟囱相连；

所述污泥干化设备的水蒸气出口与所述气固分离器一的入口相连，所述气固分离器一的出口分别与所述污泥干化设备和所述蒸汽冷凝器的水蒸气入口相连，所述蒸汽冷凝器的水蒸气出口依次与所述乏气风机和所述流化床气化炉相连，所述蒸汽冷凝器的热端气体出口与气化气冷凝器的冷端气体入口相连，所述气化气冷凝器的热端气体出口与所述热风室相连，所述热风室的出口分别与所述流化床气化炉和所述燃气轮机相连，所述辅助燃料的出口与所述流化床气化炉相连，所述余热锅炉的热介质出口与入口分别与所述污泥干化设备的热介质入口与出口相连。

优选的，所述气固分离器一和所述气固分离器二为旋风分离器、布袋除尘器或过滤网。

优选的，所述辅助燃料为煤或天然气。

优选的，所述余热锅炉采用的热介质为水蒸气或导热油。

优选的，所述气化气净化设备为电捕焦油器或喷淋塔。

又提供了一种基于气化的污泥综合利用的处理方法，包括以下步骤：

步骤一、所述湿污泥储仓内的污泥首先进入所述污泥干化设备进行干化，蒸发的水汽经所述气固分离器二将带出的污泥颗粒与返回干化后的污泥干化设备混合，其余水汽经所述蒸汽冷凝器冷凝为液态水后排至污水管道，不凝汽通过所述乏气风机送入所述流化床气化炉；

步骤二、干化后的污泥经给料器一，与喷射供料器进料口相连；石灰石仓提供的石灰石经给料器二，与喷射供料器进料口相连；喷射供料器的进气口与罗茨风机连接，喷射供料器的出口与流化床气化炉连接。干化后的污泥及石灰石通过喷射供料器进入所述流化床气化炉与气化剂发生反应，污泥部分氧化提供气化所需能量，反应后生成可燃气化气；

步骤三、可燃气化气经所述气固分离器一将夹带的飞灰去除后，经所述气化气冷凝器换热降温，随后进入所述气化气净化设备去除杂质；净气化气进入所述燃气轮机发电，在所述燃气轮机中产生的高温烟气随后进入所述余热锅炉，所述余热锅炉将高温烟气加热后经所述烟气净化器后由所述烟囱排出；

步骤四、所述余热锅炉产生的热介质进入所述污泥干化设备为污泥干化提供热量，降温后的热介质循环回所述余热锅炉；

步骤五、气化剂经所述蒸汽冷凝器由污泥蒸发出的水蒸气预热后，进入所述气化气冷凝器被所述流化床气化炉排出的高温气化气进一步加热提高温度，加热后的热气化剂进入所述热风室后分成两路，一路进入所述流化床气化炉作为气化剂，另一路进入所述燃气轮机作为氧化剂。

优选的，在上述步骤一至步骤五任一步骤中向所述流化床气化炉内添加所述辅助燃料。

优选的，所述流化床气化炉的底渣和所述气固分离器一排出的飞灰为工业原料。

发明的有益效果：

发明由于上述设计，通过直接采用空气、干化过程产生的乏气和输送污泥所用空气作为气化剂的同时，可以去除乏气带入的臭味气体，可以显著降低臭气处理成本，并通过冷凝器回收乏气的余热，降低干燥能耗，减少污泥带入锅炉的水分从而提高气化炉的气化效率；气化设备采用流化床炉，干化后污泥只需保证含水率在30％以下，无需造粒；污泥干化后进行气化，气化产生的可燃气体再进燃气轮机充分燃烧，充分发挥了气化过程的还原性气氛优势以及燃气轮机更高效率、更清洁的特点，相较于直接将污泥焚烧，大大降低了污泥处理过程的污染物排放；产生的气化气直接进燃气轮机焚烧，不需设置气化气储罐，降低了投资和运维成本也提高了安全性；气化气焚烧后经余热锅炉产生蒸汽或导热油，进入干化设备为其提供干化热量，回收污泥能量；干化污泥和石灰石同时进入气化炉，可以利用石灰石的催化和还原作用，大幅提高气化效率，同时降低污染物排放；采用气力输送方式进行干化污泥和石灰石的输送，密闭性好，避免了输送过程中的臭气和烟尘外溢，噪音低，输送易控制，操作简单维修方便，大大降低了采用其他机械设备所占用的面积和成本。

附图说明

图1为发明的结构示意图。

图中：1湿污泥储仓、2污泥干化设备、3流化床气化炉、4气固分离器二、5辅助燃料、6气化气冷凝器、7气化气净化设备、8燃气轮机、9余热锅炉、10烟气净化器、11烟囱、12热风室、13气化剂、14蒸汽冷凝器、15气固分离器一、16乏气风机、17石灰石仓、18罗茨风机、19给料器一、20给料器二以及21喷射供料器。

具体实施方式

以下将结合附图对发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解发明的目的、特征和效果。

实施例：

如图1所示，一种基于气化的污泥综合利用系统，包括湿污泥储仓1、污泥干化设备2、流化床气化炉3、气固分离器二4、辅助燃料5、气化气冷凝器6、气化气净化设备7、燃气轮机8、余热锅炉9、烟气净化器10、烟囱11、热风室12、气化剂13、蒸汽冷凝器14、气固分离器一15、乏气风机16、石灰石仓17、罗茨风机18、给料器一19、给料器二20以及喷射供料器21，湿污泥储仓1通过泵送装置与污泥干化设备2相连，污泥干化设备2的干污泥出口与给料器一19相连，石灰石仓17与给料器二20相连，给料器一19和给料器二20分别与喷射供料器21进料口相连，罗茨风机18与喷射供料器21进气口相连，喷射供料器21的出料口与流化床气化炉3进料口相连，流化床气化炉3的烟气出口依次与气固分离器二4、气化气冷凝器6、气化气净化设备7、燃气轮机8、余热锅炉9、烟气净化器10和烟囱11相连；

污泥干化设备2的水蒸气出口与气固分离器一15的入口相连，气固分离器一15的出口分别与污泥干化设备2和蒸汽冷凝器14的水蒸气入口相连，蒸汽冷凝器14的水蒸气出口依次与乏气风机16和流化床气化炉3相连，蒸汽冷凝器14的热端气体出口与气化气冷凝器6的冷端气体入口相连，气化气冷凝器6的热端气体出口与热风室12相连，热风室12的出口分别与流化床气化炉3和燃气轮机8相连，辅助燃料5的出口与流化床气化炉3相连，余热锅炉9的热介质出口与入口分别与污泥干化设备2的热介质入口与出口相连。

具体的，气固分离器一15和气固分离器二4为旋风分离器、布袋除尘器或过滤网，以实现将带有小固体颗粒的臭气中的固体颗粒分离。

具体的，辅助燃料5为煤或天然气等。

具体的，余热锅炉9采用的热介质为水蒸气或导热油。

具体的，气化气净化设备7为电捕焦油器或喷淋塔等。

一种基于气化的污泥综合利用的处理方法，包括以下步骤：

步骤一、湿污泥储仓1内的污泥首先进入污泥干化设备2进行干化，干化采用热介质(水蒸气或导热油)间接换热将湿污泥中的水分蒸发，蒸发的水汽经气固分离器二4将带出的污泥颗粒返回污泥干化设备2，其余水汽经蒸汽冷凝器14冷凝为液态水后排至污水管道，不凝汽通过乏气风机16送入流化床气化炉3；

步骤二、干化后的污泥与石灰石进入流化床气化炉3与气化剂发生反应，污泥部分氧化提供气化所需能量，反应后生成含有co、h2、co2和ch4的可燃气化气，石灰石起到催化及净化的作用，提高气化效率；

步骤三、可燃气化气经气固分离器一15将夹带的飞灰去除后，经气化气冷凝器6换热降温，随后进入气化气净化设备7去除杂质；净气化气进入燃气轮机8发电，在燃气轮机8中产生的高温烟气随后进入余热锅炉9，余热锅炉9将高温烟气加热后经烟气净化器10后由烟囱11排出；

步骤四、余热锅炉9产生的热介质进入污泥干化设备2为污泥干化提供热量，降温后的热介质循环回余热锅炉9；

步骤五、气化剂经蒸汽冷凝器14由污泥蒸发出的水蒸气预热后，进入气化气冷凝器6被流化床气化炉3排出的高温气化气进一步加热提高温度，加热后的热气化剂进入热风室12后分成两路，一路进入流化床气化炉3作为气化剂，另一路进入燃气轮机8作为氧化剂。

在上述步骤一至步骤五任一步骤中，当污泥热值和水分发生波动无法满足流化床气化炉3所需温度时，向流化床气化炉3内添加辅助燃料来维持流化床气化炉3炉温在850℃-900℃。

流化床气化炉3的底渣和气固分离器一15排出的飞灰经检测后可以作为工业原料进一步利用。

本发明的系统及其处理方法具有以下特点：

(1)直接采用空气、干化过程产生的乏气和输送污泥所用空气作为气化剂的同时，可以去除乏气带入的臭味气体，可以显著降低臭气处理成本，并通过冷凝器回收乏气的余热，降低干燥能耗，减少污泥带入锅炉的水分从而提高气化炉的气化效率；

(2)气化设备采用流化床炉，而干化污泥具备颗粒均匀的特点，适合采用流化床床型，污泥干化后污泥只需保证含水率在30％以下，无需造粒；

(3)污泥干化后进行气化，气化产生的可燃气体再进燃气轮机充分燃烧，充分发挥了气化过程的还原性气氛优势以及燃气轮机更高效率、更清洁的特点，相较于直接将污泥焚烧，大大降低了污泥处理过程的污染物排放；

(4)产生的气化气直接进燃气轮机焚烧，不需设置气化气储罐，降低了投资和运维成本也提高了安全性；

(5)气化气焚烧后经余热锅炉产生蒸汽或导热油，进入干化设备为其提供干化热量，可以最大程度回收污泥能量；

(6)干化污泥和石灰石同时进入气化炉，可以利用石灰石的催化和还原作用，大幅提高气化效率，同时降低污染物排放；

(7)采用气力输送方式进行干化污泥和石灰石的输送，密闭性好，避免了输送过程中的臭气和烟尘外溢，噪音低，输送易控制，操作简单维修方便，大大降低了采用其他机械设备所占用的面积和成本。

以上详细描述了发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。