干化联合等离子气化熔融的污泥处理系统及处理方法与流程

1.本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种干化联合等离子气化熔融的污泥处理系统及处理方法。


背景技术：

2.污泥作为一种固体废弃物，已经成为继城市垃圾污染的第二大固体废物污染源。污泥处理是对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理的过程。传统的污泥的主要处置方式有填埋、焚烧、排海、农用等。但是传统的处理方法也存在一些弊端，无法对污泥进行资源化利用，不能满足现在对污泥处理的技术要求。中国专利文献(申请号为201710300821.0)公开一种工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统及方法，包括依次连接设置的污泥薄层干化机、干污泥料仓、刮板机、等离子气化熔融炉、二燃室、余热换热器、旋风除尘器、空气急冷器、布袋除尘器、碱洗脱硫塔、湿式电除尘器、升温器、活性炭吸附塔、引风机及烟囱。二燃室排出的高温烟气经余热换热器换热冷却后，经旋风除尘器除尘，再进入空气急冷器预热新鲜空气。而污泥干化所需热量来源于余热换热器换热预热后的热蒸汽，具体的，所述余热换热器中经换热产生的高温蒸汽可进入到所述污泥干化系统中用于污泥的干化处理，并且，污泥干化处理系统还包括闪蒸器，所述污泥干化系统的干化处理过程中产生的蒸汽凝液经闪蒸器加热后返回至余热回收系统中供余热换热器使用。存在缺陷是，污泥干化效率低，特别是高含水污泥的干化处理，不能较好匹配等离子气化熔融炉，再者，该专利文献中关于余热的应用仅是通过热量交换干化污泥和促进后期的活性炭吸收效果，资源利用率低。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的问题，本发明提供一种干化联合等离子气化熔融的污泥处理系统及处理方法。
4.为了实现本发明目的，所采用的技术方案为：一种干化联合等离子气化熔融的污泥处理系统，包括：
5.污泥干化系统，包括依次连接设置的用于将湿污泥含水量降低至50-60％(重量)的低温射流干化系统、用于将湿污泥含水量降低至10％(重量)以下的低温余热干化系统；
6.等离子气化熔融系统，包括等离子气化熔融炉和等离子炬，用于接收经污泥干化系统干化后的污泥，并进行等离子气化处理；
7.合成气后处理系统，包括依次连接设置的第一余热换热器、除尘器、碱洗塔、引风机、燃气发电机组、余热换热器及scr催化塔；
8.第三换热器，第三换热器的循环水路与第一预热换热器和第二预热换热器的循环水路连接，用于获得换热用热蒸汽，进而向低温余热干化系统提供热风；
9.电力设备，与燃气发电机组连接，用于向低温射流干化系统提供所需电能。
10.进一步的，所述污泥干化系统还包括面条机，用于将含水污泥成型成条状，一方面
可以有效提高干燥效率；另一方面干燥后物料可以呈颗粒状，大大减少粉尘产生，有效避免发生粉尘爆炸，因此系统运行安全，无爆炸隐患，无需冲氮运行。
11.进一步的，还包括臭气处理系统，用于将污泥干化系统产生的臭气引入等离子气化熔融炉，以进行气化处理。
12.进一步得，还包括排渣系统，用于收集等离子熔融炉底部排出的玻璃状熔渣，玻璃状熔渣可用作建筑骨料。
13.进一步的，低温射流干化系统包括：与面条机连接并用于接收和干燥条状湿污泥的第一密闭干化室，用于加热和脱除湿空气中水分并向密闭干化室提供干燥热空气的干燥射流装置。
14.进一步的，低温余热干化系统包括：用于接收并干燥湿污泥的第二密闭干化室，通过水冷塔换热冷却并将湿热空气冷凝除水生成干冷空气的冷凝换热器。
15.更进一步的，污泥干化系统还包括密闭皮带输送机，密闭皮带输送机的上料端和下料端分别与第一密闭干化室和第二密闭干化室连接，用于将低温射流干化系统初步干燥的污泥送入低温余热干化系统继续干燥。
16.更进一步的，所述第一密闭干化室设有第一干燥热空气进口和第一湿空气出口，所述干燥射流装置设有第一湿空气进口和第一干燥空气出口，其中第一湿空气进口与第一湿空气出口密闭连接，还包括第一循环风机，所述第一循环风机的进气口和出气口分别与第一干燥热空气出口和第一干燥热空气进口密闭连接。
17.更进一步的，所述第二密闭干化室，设有第二干燥热空气进口和第二湿空气出口，所述冷凝换热器设有湿热空气进口和干冷空气出口，湿热空气进口与第二湿空气出口密闭连接，所述第三换热器设有干冷空气进口和干热空气出口，干冷空气进口与干冷空气出口密闭连接，还包括第二循环风机，第二循环风机的进气口和出气口分别与干热空气出口和第二干燥热空气进口密闭连接。
18.更进一步的，所述低温射流干化装置内沿着气流行进方向依次设有冷却区和加热区，在冷却区内湿空气被冷凝除水得干燥空气，在加热区内干燥空气被加热升温，得到干热空气。
19.更进一步的，为了防止循环气中甲烷、硫化氢或氨气集聚，低温射流干化系统和低温余热干化系统内分别设置有气体监测装置用于监测甲烷、硫化氢或氨气浓度，当含量超标时对低温射流干化系统和低温余热干化系统内的气体及时补充更换，确保安全性。
20.更进一步的，整个干化系统均处于密闭中，通过密封连锁控制，保证进料顺利，防止堵塞，防止有害气体外溢。系统内臭气通过引风机送至气化炉及应急除臭装置中处理。
21.基于上述的处理系统，本发明还提供一种干化联合等离子气化熔融的污泥处理方法，包括如下步骤：
22.(1)污泥干化，湿污泥(最高含水80％左右)首先进入低温射流干化系统，射流干燥后，含水降至50-60％(重量)，再进入低温余热干化系统，含水降至10％左右；
23.(2)步骤(1)干化后污泥进入等离子气化熔融炉，在等离子炬提供的热源作用下，干化污泥中的有机物气化并转化成合成气，干化污泥中的无机物则生成对环境无害且可资源再利用的玻璃状熔渣；
24.(3)步骤(2)产生的合成气首先进入第一余热换热器降温，产生蒸汽为第三换热器
提供热量，进而为低温余热干化系统提供干燥用热风，降温后的合成气经净化处理后进入燃气发电机组发电，再经第二余热换热器换热降温后经scr催化塔处理，最终处理达标排放，而第二余热换热器产生的热蒸汽则为第三换热器提供热量。
25.(4)除尘器收集到的飞灰送至等离子气化熔融炉再次进行气化处理。
26.进一步的，步骤(3)中进出第一余热换热器的合成气温度分别为1000℃和180-200℃，合成气经碱洗塔碱洗后温度为40℃，第一余热换热器和第二余热换热器产生蒸汽均为158℃，0.6mpa，蒸汽经第三换热器换热后温度降至90℃，再返回至第一余热换热器换热升温。
27.进一步的，除尘器为布袋除尘器，烟气进口温度180-200℃，出口温度高于130℃，有效地防止结露现象产生，同时能延长滤布的使用寿命。为防止布袋在开机时出现结露现象，除尘器配有预热器。
28.与现有技术相比，本技术取得了如下有益效果：
29.(1)本技术的污泥干化系统具有更好的干化效果，能够将高含水(水的重量含量高达80％)的湿污泥干化至含水量低于10％(重量)，有效提高污泥的干基热值，降低污泥处理能耗，减少运营成本。
30.(2)本技术后端等离子气化熔融系统热量用于低温余热干化系统，燃气发电机组产生电能用于低温射流干化系统，一方面实现资源有效再利用，另一方面较好节约电能，使得80％(重量)含水湿污泥干化至含水10％(重量)，所需综合电耗35-45千瓦。
附图说明
31.图1为本发明实施例中的干化联合等离子气化熔融的污泥处理系统及处理方法。
32.图2为本发明实施例中的污泥低温干化系统。
具体实施方式
33.本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.本发明下面结合实施例作进一步详述：
35.一种干化联合等离子气化熔融的污泥处理系统，包括：
36.污泥干化系统，包括依次连接设置的用于将湿污泥含水量降低至10％～50％(重量)的低温射流干化系统、用于将湿污泥含水量降低至10％(重量)以下的低温余热干化系统；
37.等离子气化熔融系统，包括等离子气化熔融炉和等离子炬，用于接收经污泥干化系统干化后的污泥，并进行等离子气化处理；
38.合成气后处理系统，包括依次连接设置的第一余热换热器、除尘器、碱洗塔、引风机、燃气发电机组、余热换热器及scr催化塔；
39.第三换热器，第三换热器的循环水路与第一预热换热器和第二预热换热器的循环水路连接，用于获得换热用热蒸汽，进而向低温余热干化系统提供热风；
40.电力设备，与燃气发电机组连接，用于向低温射流干化系统提供所需电能。
41.具体的，污泥干化系统还包括面条机和臭气处理系统，用于将含水污泥成型成条状，一方面可以有效提高干燥效率；另一方面干燥后物料可以呈颗粒状，大大减少粉尘产生，有效避免发生粉尘爆炸，因此系统运行安全，无爆炸隐患，无需冲氮运行。臭气处理系统用于将污泥干化系统产生的臭气引入等离子气化熔融炉，以进行气化处理。低温射流干化系统包括：与面条机连接并用于接收和干燥条状湿污泥的第一密闭干化室，用于加热和脱除湿空气中水分并向密闭干化室提供干燥热空气的干燥射流装置。低温余热干化系统包括：用于接收并干燥湿污泥的第二密闭干化室，通过水冷塔换热冷却并将湿热空气冷凝除水生成干冷空气的冷凝换热器。污泥干化系统还包括密闭皮带输送机，密闭皮带输送机的上料端和下料端分别与第一密闭干化室和第二密闭干化室连接，用于将低温射流干化系统初步干燥的污泥送入低温余热干化系统继续干燥。第一密闭干化室设有第一干燥热空气进口和第一湿空气出口，所述干燥射流装置设有第一湿空气进口和第一干燥空气出口，其中第一湿空气进口与第一湿空气出口密闭连接，还包括第一循环风机，所述第一循环风机的进气口和出气口分别与第一干燥热空气出口和第一干燥热空气进口密闭连接。第二密闭干化室，设有第二干燥热空气进口和第二湿空气出口，所述冷凝换热器设有湿热空气进口和干冷空气出口，湿热空气进口与第二湿空气出口密闭连接，所述第三换热器设有干冷空气进口和干热空气出口，干冷空气进口与干冷空气出口密闭连接，还包括第二循环风机，第二循环风机的进气口和出气口分别与干热空气出口和第二干燥热空气进口密闭连接。低温射流干化装置内沿着气流行进方向依次设有冷却区和加热区，在冷却区内湿空气被冷凝除水得干燥空气，在加热区内干燥空气被加热升温，得到干热空气。为了防止循环气中甲烷、硫化氢或氨气集聚，低温射流干化系统和低温余热干化系统内分别设置有气体监测装置用于监测甲烷、硫化氢或氨气浓度，当含量超标时对低温射流干化系统和低温余热干化系统内的气体及时补充更换，确保安全性。整个干化系统均处于密闭中，通过密封连锁控制，保证进料顺利，防止堵塞，防止有害气体外溢。系统内臭气通过引风机送至气化炉及应急除臭装置中处理。
42.本实施例的第一、第二余热换热器采用大管径双套管式炉管，管径89mm，炉管内壁衬有陶瓷涂层，并配置自动除灰装置，可有效防止结垢。余热换热器同时还带有蒸汽吹扫装置，根据不同的工况，定期对锅炉内部进行吹扫，出灰温度小于100℃，可以有效的防止锅炉的堵塞，余热换热器收集的粉尘返回至等离子气化炉重新处理。
43.余热回收系统配套自动给水软化系统，软化水系统要求用反渗透制备，软化水的水质应满足《工业锅炉水质》(gb1576)的要求。在余热换热器系统设置sncr系统。sncr系统：本项目的脱硝还原剂为低浓度氨水。在余热换热器两段式中间位置800～850℃范围内，nh3还原nox的主要反应为：4nh3 4no o2→
4n2 6h2o(nh3为还原剂)。
44.本实施例的等离子气化熔融系统，还包括排渣系统，用于收集等离子熔融炉底部排出的玻璃状熔渣，玻璃状熔渣可用作建筑骨料。
45.基于上述的处理系统，本发明还提供一种干化联合等离子气化熔融的污泥处理方法，包括如下步骤：
46.(1)污泥干化，湿污泥(最高含水80％左右)首先进入低温射流干化系统，射流干燥后，含水降至60％左右，再进入低温余热干化系统，含水降至10％左右。
47.具体的，1)污泥含水量80％-60％(重量)时，先由面条机成型成条状，然后送入第一密闭干化室，与来自干燥射流装置的70-80℃的干燥热空气进行热交换，污泥得到干燥，携带水分后的湿空气经由第一湿空气进口排出并被送到干燥射流装置中进行干燥除水并升温，再次形成干燥热空气后通过第一循环风机再循环进入第一密闭干化室中吸收水分，如此周而复始，直至污泥在出第一密闭干化室时含水量10％～60％(重量)；
48.2)将步骤1)干燥后的含水量10％～60％(重量)的污泥通过密闭皮带输送机送入第二密闭干化室静置摊放，与来自加热换热器的70-80℃的干热空气进行热交换，污泥得到干燥，携带水分后的湿热空气进入冷凝换热器，换热冷凝除水后得到40
±
5℃的干冷空气，干冷空气再进入加热换热器加热升温再次形成70-80℃的干热空气后通过第二循环风机再循环进入第二密闭干化室中吸收水分，如此周而复始，直至污泥在出第二密闭干化室时含水量低于10％(重量)。
49.(2)步骤(1)干化后污泥进入等离子气化熔融炉，在等离子炬提供的热源作用下，干化污泥中的有机物气化并转化成合成气，干化污泥中的无机物则生成对环境无害且可资源再利用的玻璃状熔渣。
50.具体的，干污泥进入等离子气化熔融炉后，其中的有机物质在高温(1200℃左右)的作用下迅速反应。反应过程中，氧分的多少可以由氧化风进口的阀门控制。而无机物则在高温作用下，熔融形成熔浆(约1450-1600度)。熔浆积累到一定量后通过出浆通道引出等离子体反应炉。采用直接水淬，得到砂砾状的无毒无害的玻化渣。等离子体气化系统具有非常高的可靠性，能够处理除易燃易爆、放射性物品外的任何废弃物，包括有机物、无机物、重金属等。特殊的设计保证连续工作、完全的自动控制和自动清灰，具有最好的稳定性和易调节的特点。
51.反应炉内的高温是由等离子体炬产生。等离子体炬将电能直接转化为电离的高温气体(火炬温度高达4000度～7000度)。在熔融过程中，等离子体炬除了需要一定量的洁净压缩空气以产生等离子体外，炬的壳体需要去离子水冷却。同时需要一定的辅助风将能量非常集中的等离子体热能均匀化。
52.等离子气化熔融炉设计炉膛烟气流速3-3.5m/s左右，物料从进料口气化裂解至烟气出口至少停留2s以上。因此，干化污泥内的有机成分在熔融炉内有足够的能量(反应温度1200℃以上)和足够反应时间彻底气化并裂解成小分子形成可燃合成气(co、h2、ch4等)。而1200℃以上的高温，使危险废物基本燃烬，不但使废渣焚尽烧透，还从源头避开产生二噁英的工况区。2)辅料投加的作用：
53.在反应过程中，需要添加适量辅料，如焦炭，石灰石等。
54.焦炭的功能是在反应炉内形成一个有空隙的炉床，熔融的无机物通过空隙落入反应炉底的熔浆池，同时焦炭也提供了熔化无机物的一部分热能。焦炭床的使用对炉内耐火材料有一定的保护作用。
55.石灰石的作用是增加熔浆的流动性同时起到一定的酸碱中和作用。
56.(3)步骤(2)产生的合成气首先进入第一余热换热器降温，产生蒸汽为第三换热器提供热量，进而为低温余热干化系统提供干燥用热风，降温后的合成气经净化处理后进入燃气发电机组发电，再经第二余热换热器换热降温后经scr催化塔处理，最终处理达标排放，而第二余热换热器产生的热蒸汽则为第三换热器提供热量。
57.具体的，进出第一余热换热器的合成气温度分别为1000℃和180℃，合成气经碱洗塔碱洗后温度为40℃，第一余热换热器和第二余热换热器产生蒸汽均为158℃，0.6mpa，蒸汽经第三换热器换热后温度降至90℃，再返回至第一余热换热器换热升温。更具体的，温度为1000℃的高温烟气进入第一余热换热器，第一余热换热器构造分为两段式，分为高温段和低温段，高温段温度由1000℃降至600℃，低温段再由600℃降至约180-200℃，可得到不同压力的蒸汽，其温度可以根据使用情况具体调节。这种设计是针对于一次降温过大造成的设备热负荷过大现象，增加系统的可控性及稳定性。
58.(4)除尘器收集到的飞灰送至等离子气化熔融炉再次进行气化处理。
59.关于除尘器，本实施例使用的是布袋除尘器，含尘烟气由进风口经风道进入灰斗，部分较大的尘粒直接落入灰斗，其他尘粒随气流上升进入各个袋室，经滤袋过滤后尘粒被阻挡在滤袋外面，气体由滤袋内部进入上箱体，再通过提升阀、出风口排入后续管道中。灰斗中的粉尘定时或连续由气动双板卸灰阀卸出。随着过滤过程的不断进行，滤袋外侧附积的粉尘不断增加，从而系统的阻力不断增加，当阻力达到预先设定值时，清灰控制器发出信号，首先令一个袋室的提升阀关闭阻断该室的过滤气流，然后打开电磁脉冲阀，压缩空气由气源按顺序依次经气包、脉冲阀、喷吹管向滤袋喷射，使滤袋产生高频震动变形快速膨胀，使滤袋外侧所附尘片变形脱落。在粉尘落入灰斗后提升阀打开，此袋室的滤袋恢复到过滤状态，而下一袋室则进入清灰状态，如此反复直至最后一个袋室清灰完毕为一个周期。低压脉冲除尘器是由多个独立的袋室组成的，清灰时各室按顺序逐一进行互不干扰，实现了长期连续运行。上述清灰过程均由plc的设定程序自动完成。
60.烟气进口温度180℃，出口温度高于130℃，有效地防止结露现象产生，同时能延长滤布的使用寿命。为防止布袋在开机时出现结露现象，除尘器配有预热器。开机后停用。
61.另外，为了保护除尘器，防止布袋在系统异常时损毁，除尘器设有烟气旁路系统，当烟气温度超过220度或低于135度时，走旁路。
62.本实施例的污泥干化系统具有更好的干化效果，能够将高含水(高达80％)的湿污泥干化至含水量低于10％，有效提高污泥的干基热值，降低污泥处理能耗，减少运营成本。后端等离子气化熔融系统热量用于低温余热干化系统，燃气发电机组产生电能用于低温射流干化系统，一方面实现资源有效再利用，另一方面较好节约电能，使得80％(重量)含水湿污泥干化至含水10％(重量)，所需综合电耗35-45千瓦。
63.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
64.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
65.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。