一种固定式污泥气化除焦除灰耦合垃圾焚烧发电装置及方法

1.本发明涉及一种固定式污泥气化除焦除灰耦合垃圾焚烧发电装置及方法，主要应用领域包括市政污泥的处置、工业污水厂排放污泥的处置等。该发明针对所有市政污泥和具有一定热值（干基污泥热值大于12600kj/kg）的工业污泥的处置。


背景技术：

2.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。污水处理程度越高，就会产生越多的污泥残余物需要加以处理。对现代化的污水处理厂而言，污泥的处理与处置已成为污水处理系统运行中最复杂、且花费最高的一部分。
3.城市污泥是城市污水处理不可避免的产物，如何使污泥的处置与环境保护之间达到一个良好的平衡是当前面临的重大课题。城市污泥是一种常见的固态污染物，但是如果将其进行合理的加工，则会成为一种有用的资源。目前对于城市污泥处理处置方法及深化利用是一项重要的研究课题，它对保护环境具有积极的意义。污泥科学合理的利用可以避免资源的极度浪费，具有非常重要的现实意义和经济社会价值。此外，我国对现有行业的可持续发展战略的改革更加推进了污泥的处理处置与其资源化技术的研究进程。
4.城市污泥如果处理不当进入环境，会对周围环境造成一定的危害。污泥经过减容、稳定和无害化处理后，可以作为资源加以综合利用。尽管城市污泥处理处置方法多种多样，我们应根据污泥量，污泥性质，重金属含量等具体情况作具体分析；同时，要考虑环境生态，经济效益，处理成本，技术发展趋势等因素，还要积极探索污泥处理的新方法，新技术，新工艺。从长远观点来看，搞好污泥的处理处置及其无害化，作为再生资源有效综合利用是世界各国共同重视的问题。
5.我国是一个农业大国，经济基础较为薄弱，污泥的资源化利用尤其是农业利用不但可以节省大量的污泥终端处置费用，更可以为肥力低下的农田增添有机质、提高肥力，促进农业生产发展、实现农业生态环境的良性循环。因此，污泥的资源化利用将成为符合我国国情的污泥处置发展方向。
6.为了解决污水厂的污泥问题，一些地区的环保部门将市政污泥送到垃圾焚烧厂进行混烧。在污泥与垃圾混烧的过程中，污泥粒径很细，很容易被风携带出去，造成了飞灰（危险废弃物）的大量增加，由于飞灰的处理成本很高，严重影响了垃圾焚烧电厂处理污泥的积极性。


技术实现要素：

7.污水处理厂运到垃圾电厂污泥仓库的污泥含水率一般在60%左右，在垃圾电厂经过初步的余热干燥后，含水率一般在20%-30%，满足污泥气化的条件，在此基础上，本发明提供一种固定式污泥气化除焦除灰耦合垃圾焚烧发电装置及方法。本发明可以有效的降低垃圾焚烧炉直接混烧污泥带来的飞灰含量过高的问题，也可以充分利用污泥的热值。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种固定式污泥气化除焦除灰耦合垃圾焚烧发电装置，包括污泥料仓、计量装置、螺旋给料器、气化炉、旋风分离器、高温风机、阻火器、垃圾焚烧炉、氧化风机、拨渣器、破渣机、闸板阀、收渣仓、炉箅子；所述污泥料仓通过计量装置经螺旋给料器与气化炉连接，所述气化炉包括气化炉一区和气化炉二区，气化炉一区底部侧方连接氧化风机，气化炉一区底部设有拨渣器，气化炉二区的底部侧方连接旋风分离器，旋风分离器顶端通过高温风机与垃圾焚烧炉连接，高温风机与垃圾焚烧炉之间设有阻火器；气化炉二区下方设有炉箅子，炉箅子下方设有破渣机，破渣机经闸板阀连接收渣仓。
9.进一步，所述拨渣器包括电机，变速器，旋转杆。
10.进一步，所述炉箅子是开有若干通风孔的钢板，并设有下渣口。
11.一种固定式污泥气化除焦除灰耦合垃圾焚烧发电方法，具体为：污泥料仓的污泥通过计量装置经螺旋给料器输送至气化炉中，污泥在气化炉一区完成干燥、干馏、还原、氧化后在拨渣器的拨动下进入气化炉二区，拨到气化炉二区的高温灰渣在炉箅子上积聚，并与气化炉一区上部经污泥的干燥、干馏、还原、氧化出来的含水汽和焦油的可燃气反应，反应后，气化合成气通过钢板之间的通风孔出去，进入旋风分离器，反应后的冷渣通过炉箅子的下渣口落入破渣机，最终进入收渣仓，经旋风分离器进一步除去小颗粒飞灰，除尘后的气化合成气通过高温风机的引送，通过阻火器后进入垃圾焚烧炉中焚烧发电。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明可以将污泥彻底气化，而且合成气热值较高，约4200 kj/m3，焦油含量极低（焦油含量不到30mg/m3），粉尘量极小（含量不到0.1g/m3），完全满足垃圾电厂焚烧的要求。
13.2、本发明装置的结构简单、使用方便，运行稳定，可以连续运行，负荷调节方便，根据污泥的进料量和拨渣器的频率来调节负荷，方便操作。
14.3、本发明的合成气进入垃圾焚烧炉后可以起到稳定燃烧和脱除氮氧化物的作用。
15.4、本发明可以有效的降低垃圾焚烧炉直接混烧污泥带来的飞灰含量过高的问题，也可以充分利用污泥的热值。
附图说明
16.图1为本发明装置的结构示意图；图2为本发明装置中拨渣器的结构示意图；图3为本发明装置中炉箅子的结构示意图；图4为本发明装置中污泥气化炉的结构示意图；其中，1、污泥料仓，2、计量装置，3、螺旋给料器，4、气化炉，41、气化炉一区，42、气化炉二区，5、旋风分离器，6、高温风机，7、阻火器，8、垃圾焚烧炉，9、氧化风机，10、拨渣器，101、电机，102、变速器，103、旋转杆，104、拨渣杆，11、破渣机，12、闸板阀，13、收渣仓，14、炉箅子，141、下渣口，142、通风孔，143、钢板。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
18.实施例1如图1所示，本实施例的一种固定式污泥气化除焦除灰耦合垃圾焚烧发电装置，包括污泥料仓1、计量装置2、螺旋给料器3、气化炉4、旋风分离器5、高温风机6、阻火器7、垃圾焚烧炉8、氧化风机9、拨渣器10、破渣机11、闸板阀12、收渣仓13、炉箅子14；所述污泥料仓1通过计量装置2经螺旋给料器3与气化炉4连接，所述气化炉4包括气化炉一区41和气化炉二区42，气化炉一区41底部侧方连接氧化风机9，气化炉一区41底部设有拨渣器10，气化炉二区42的底部侧方连接旋风分离器5，旋风分离器5顶端通过高温风机6与垃圾焚烧炉8连接，高温风机6与垃圾焚烧炉8之间设有阻火器7；气化炉二区42下方设有炉箅子14，炉箅子14下方设有破渣机11，破渣机11经闸板阀12连接收渣仓13。
19.进一步，所述拨渣器10包括电机101，变速器102，旋转杆103，拨渣杆104，在电机101的驱动下，通过变速器102调速，旋转杆103按照一定速度开始旋转，并带动拨渣杆104转动。
20.进一步，所述炉箅子14是开有若干通风孔142的钢板143，并设有下渣口141。
21.本实施例的固定式污泥气化除焦除灰耦合垃圾焚烧发电装置中，污泥料仓1储存一定量污泥，保障污泥不断料，计量装置2主要是保证进料的均匀性和连续性，可以有效的调剂负荷，螺旋给料器3向上倾斜，保证螺旋给料器内充满污泥，阻止空气进入，污泥料仓1中的污泥通过计量装置2经螺旋给料器3输送至气化炉4中；气化炉4包括气化炉一区41和气化炉二区42，气化炉一区41主要完成污泥的干燥、干馏、还原、氧化，气化炉二区42主要完成焦油的裂解气化和固定碳的水化反应，提高污泥气化合成气的热值；气化炉一区41底部侧方连接氧化风机9，污泥进入气化炉一区41经干燥、干馏、还原后，与氧化风机9送入的空气进行氧化反应，氧化风机主要是保证气化炉一区41底部的物料燃烧气化，为整个炉子的运行提供能量；气化炉一区41底部设有拨渣器10，气化炉一区41气化后的高温含碳灰渣，在拨渣器10的拨动下进入气化炉二区42，具体过程是：如图2所示，在电机101的驱动下，通过变速器102调速，旋转杆103按照一定速度开始旋转，并带动拨渣杆104转动，将高温含一定量炭的灰渣拨到气化炉二区42；拨到气化炉二区42的高温灰渣与在炉箅子14（如图3所示）上积聚，并与气化炉一区41上部经污泥的干燥、干馏、还原、氧化出来的含水汽和焦油的可燃气反应，反应后，通过钢板143之间的通风孔142出去，进入旋风分离器5，炉箅子14是开有若干通风孔142的钢板143，主要是能保证合成气的通过，并阻止炉渣的通过，进入旋风分离器5的飞灰大大降低；反应后的冷渣通过炉箅子14的下渣口141落入破渣机11，破渣机11主要是把反应完全的灰渣破碎排出，打开闸板阀12进入收渣仓13，闸板阀12主要是防止空气从下部进入，对破渣机进行密封，收渣仓13主要是收集从气化炉排出的灰渣；旋风分离器5主要是收集从气化炉4携带出的细小飞灰，进一步除去小颗粒飞灰，除尘后的气化合成气通过高温风机6的引送，通过阻火器7后进入垃圾焚烧炉8中焚烧发电。高温风机6主要是从气化炉4引出合格的污泥气化合成气，送入垃圾焚烧炉燃烧，阻火器7主要是阻止火焰从燃烧炉反到管道中，进入气化,4，垃圾焚烧炉8是指目前正运行的垃圾炉排焚烧炉或垃圾焚烧流化床炉。
22.一种固定式污泥气化除焦除灰耦合垃圾焚烧发电方法，具体为：污泥料仓1的污泥通过计量装置2经螺旋给料器3输送至气化炉4中，污泥在气化炉一区41完成干燥、干馏、还原、氧化后在拨渣器10的拨动下进入气化炉二区42，拨到气化炉二区42的高温灰渣在炉箅
子14上积聚，并与气化炉一区41上部经污泥的干燥、干馏、还原、氧化出来的含水汽和焦油的可燃气反应，反应后，气化合成气通过钢板143之间的通风孔142出去，进入旋风分离器5，反应后的冷渣通过炉箅子14的下渣口141落入破渣机11，最终进入收渣仓13，京旋风分离器5进一步除去小颗粒飞灰，除尘后的气化合成气通过高温风机6的引送，通过阻火器7后进入垃圾焚烧炉8中焚烧发电。
23.本发明的原理为：把经过烟气余热干燥后的20%-30%水分的污泥储存到污泥料仓中，污泥料仓里的污泥通过计量装置计量后，经过螺旋给料器进入污泥气化炉，底层的污泥在氧化风机送入空气的条件下进行燃烧气化（氧化区），污泥可燃物燃烧气化完成后，变成含部分固定碳的无机高温灰渣，在拨渣器的作用下，进入完全还原区；氧化区上部是经过干馏后的污泥，主要残留物是焦炭和少量粘土等不可燃物，在850℃高温下，经过化学反应产生一氧化碳和氢气等可燃物（还原区）；还原区上部的污泥在200-400℃的灼热燃气的烘烤下，发生干馏反应，生产烷类（cmhn）、一氧化碳、焦油等可燃气体（干馏区）；干馏区的上部是从顶部落入气化炉的污泥，与80-120℃的可燃气体接触，水分蒸发变成水蒸气，一起进入可燃气体中（干燥区）；从炉顶侧面出来的可燃气与从炉底侧面出来的高温灰渣接触反应（完全还原区），水蒸气与高温灰渣的固定碳反应生成一氧化碳和氢气，焦油在经过高温灰渣的过程中发生裂解反应，生成小分子可燃物，并消耗掉可燃气中的氧气和水蒸气，经过反应最终形成污泥气化合成气（焦油含量不到30mg/m3）。污泥气化合成气在高温风机的引送下，进入旋风分离器除掉大部分的飞灰，洁净的合成气通过阻火器后进入垃圾焚烧炉焚烧。污泥气化合成气的热值大约4200kj/m3，在污泥焚烧炉内一方面可以起到稳定燃烧的作用，另一方面可以在燃烧炉的中部形成还原性气氛，把在燃烧区形成的氮氧化物进行还原，可以大大减少烟气中的氮氧化物排放量。
24.本发明气化炉一区为气化炉提供总热量，并为气化炉二区提供高温的灰渣和含水汽和焦油的可燃气，在气化炉二区发生充分的裂解和气化反应，保证了合成气的低焦油、高热值；为后续的与生活垃圾焚烧炉耦合燃烧提供保障，即降低了垃圾燃烧炉的氮氧化物含量，也保证了燃烧炉的稳定燃烧，减少了天然气补燃，提高了垃圾焚烧炉的效率，节约了成本。
25.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。