汙泥幹化焚燒集成處理系統的製作方法

2023-05-18 14:40:56 1

專利名稱：汙泥幹化焚燒集成處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汙泥處理系統，尤其涉及ー種汙泥幹化焚燒集成處理系統。
背景技術：
汙水處理廠產生的濃縮汙泥含水率可高達99%，質量和體積巨大，不利於運輸和處理處置，需降低其含水率。目前，我國大多數汙水處理廠只對產生的濃縮汙泥進行脫水處理，脫水汙泥的含水率仍有80%左右，仍不能達到衛生填埋、堆肥或焚燒等後續處理處置的要求。根據對汙泥中水分分布特性的研究，汙水汙泥中的水分可分為「自由水」、「間隙水」、「表面結合水」和「內部結合水」。機械脫水方式只能去除汙泥中的「自由水」，其應用具有一定的局限性。幹化技術是ー種常用的進ー步降低汙泥含水率的技術，汙泥幹化就是在專門設計 的設備中通過對汙泥進行加熱，蒸發其中水分的過程。汙泥幹化工藝可根據後續處理處置方式，將汙泥幹化至所需的含水率，汙泥經幹化後含水率可降至30%甚至更低。汙泥幹化一般採用專門設計的汙泥幹化機，以蒸汽、高溫煙氣或加熱的導熱油作為熱源，採用直接或間接的加熱方式，並輔以攪拌和破碎。汙泥幹化過程需要消耗大量的能量，主要包括將溼汙泥加熱所消耗的能量、蒸發溼汙泥中水分所消耗的能量、加熱載氣所需要的能量以及汙泥幹化機及輔助設備的能量損失，這些能量都由熱源提供。直接傳熱式汙泥幹化機一般以鍋爐高溫煙氣為熱源，高溫煙氣進入幹化機後與溼汙泥直接接觸，以熱對流的方式將能量傳遞給溼汙泥，溼汙泥蒸發的水分與高溫煙氣一道離開汙泥幹化機，並進行冷卻和處理。由於高溫煙氣的比熱容較小，當汙泥處理量較大時，需要的高溫煙氣的體積巨大，給幹化機尾氣處理帶來很大困難。大量煙氣進入汙泥幹化機，還會造成粉塵爆炸等安全隱患。間接傳熱式汙泥幹化機中熱源不與汙泥直接接觸，通過熱傳導的方式將熱量傳遞給汙泥，若以蒸汽為熱源，蒸汽疏水放熱後產生的熱水仍然非常清潔，可循環使用。無論是直接或間接傳熱式汙泥幹化，汙泥中的水分由液態蒸發為氣態需要吸收大量潛熱，因此汙泥幹化過程能耗構成中，水分蒸發所需的能量佔比例最大。蒸發的水分以飽和水蒸氣的形式與揮發性氣體和載氣一道離開幹化機。汙泥幹化產生的尾氣一般直接進行洗滌和處理，水蒸氣帶有的大量潛熱難以得到利用，產生大量的能量流失。汙水汙泥的主要成分包含汙水處理過程中未完全降解的有機汙染物以及微生物菌體，具有一定的熱值。對多種汙水汙泥的エ業分析結果表明，其揮發分含量約佔40%，固定碳含量約佔10%，幹基低位發熱量一般在9000-14000千焦/千克，可進行焚燒處理。根據汙泥幹基低位發熱量等熱エ性質，可將溼汙泥與煤等燃料進行混燒，也可將汙泥進行全乾化或半乾化後進行單獨焚燒或與煤等燃料混燒。當汙泥的幹基低位發熱量較高，幹化汙泥含水率降低到一定程度可實現自持燃燒，以降低汙泥焚燒處理過程輔助燃料的消耗。汙泥焚燒產生的高溫煙氣一般經空氣預熱器換熱後進行除塵、脫硫、脫硝處理，高溫煙氣中的熱量也沒有得到有效利用，造成大量的能量流失。現有的汙泥幹化處理工藝設備和汙泥焚燒處理工藝設備彼此獨立，且都存在處理能耗高、能量損失嚴重等問題，使汙泥幹化焚燒處理工藝路線的經濟性較差。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種汙泥幹化焚燒集成處理系統。汙泥幹化焚燒集成處理系統包括汙泥焚燒爐、蒸汽鍋筒、汙泥幹化單元、空氣預熱器、除塵器、載氣預熱器、脫硫單元和煙 ，汙泥焚燒爐包括煙氣防爆門、排渣口、膜式水冷壁、蒸汽出口、循環水進口、布風板、風帽、幹汙泥投料口、煙氣出口，汙泥幹化單元包括外壁、固定槳片、空心轉軸、旋轉槳片、溼汙泥進料口、幹化汙泥出料口、蒸汽熱源進口、蒸汽熱源出口、載氣進口、幹化尾氣出口、煙氣熱源進口、煙氣熱源出口 ；汙泥焚燒爐爐膛周壁設有膜式水冷壁、頂部設有煙氣防爆門、下部設有布風板、底部設有排渣口、中部側壁設有幹汙泥投料口、上部側壁設有煙氣出口，膜式水冷壁頂部設有蒸汽出口、下部設有循環水進口，布風板上布置有風帽； 汙泥幹化單元本體設有空心外壁、空心轉軸，頂部的一側設有溼汙泥進料口、中部設有幹化尾氣出口、另一側設汙泥幹化載氣進口，底部與溼汙泥進料口相反的一側設有幹化汙泥出料口，空心外壁內側設有固定槳片、外側設有蒸汽熱源進口和蒸汽熱源出口，空心轉軸上設有旋轉槳片、兩端設有煙氣熱源進口和煙氣熱源出口 ；煙氣出口、空氣預熱器、除塵器、煙氣熱源進口、煙氣熱源出口、幹化載氣預熱器、脫硫單元和煙 順次連接，蒸汽出口、蒸汽鍋筒、蒸汽熱源進口、蒸汽熱源出口、循環水進口順次連接，幹汙泥出料口與幹汙泥投料口相連接，幹化載氣預熱器與汙泥幹化載氣進口相連接，空氣預熱器、幹化載氣預熱器分別與布風板相連接。本實用新型中汙泥幹化和焚燒不再採用相互獨立的單元，汙泥焚燒單元在流程中置於汙泥幹化單元之前，汙泥幹化設置在煙氣通道中進行並採用煙氣和蒸汽聯合換熱；蒸汽熱源疏水放熱後產生的熱水回到焚燒爐內的膜式水冷壁重複利用，汙泥焚燒爐排放的高溫煙氣在空氣預熱器中將焚燒爐所需空氣加熱，汙泥幹化尾氣在換熱器中加熱汙泥幹化所需載氣，整個系統中載熱物料的能量得到充分利用；汙泥幹化尾氣送入焚燒爐進行焚燒處理，汙泥焚燒煙氣作為熱源利用後進行煙氣處理並達標排放，降低了汙泥處理過程對環境的危害。上述汙泥幹化焚燒集成處理系統及其工藝合理可靠，可大幅降低汙泥處理系統的能耗和對環境的影響，具有很好的經濟性。

圖I是汙泥幹化焚燒集成處理系統結構示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，汙泥幹化焚燒集成處理系統包括汙泥焚燒爐I、蒸汽鍋筒4、汙泥幹化單元12、空氣預熱器23、除塵器24、載氣預熱器27、脫硫單元28和煙 29，汙泥焚燒爐I包括煙氣防爆門2、排渣口 3、膜式水冷壁5、蒸汽出口 6、循環水進口 7、布風板8、風帽9、幹汙泥投料口 10、煙氣出口 11，汙泥幹化單元12包括外壁13、固定槳片14、空心轉軸15、旋轉槳片16、溼汙泥進料口 17、幹化汙泥出料口 18、蒸汽熱源進口 19、蒸汽熱源出口 20、載氣進口21、幹化尾氣出ロ 22、煙氣熱源進ロ 25、煙氣熱源出ロ 26 ；汙泥焚燒爐I爐膛周壁設有膜式水冷壁5、頂部設有煙氣防爆門2、下部設有布風板8、底部設有排渣ロ 3、中部側壁設有幹汙泥投料ロ 10、上部側壁設有煙氣出口 11，膜式水冷壁5頂部設有蒸汽出ロ 6、下部設有循環水進ロ 7，布風板8上布置有風帽9 ；汙泥幹化単元12本體設有空心外壁13、空心轉軸15，頂部的一側設有溼汙泥進料ロ 17、中部設有幹化尾氣出口 22、另ー側設汙泥幹化載氣進ロ 21，底部與溼汙泥進料ロ 17相反的一側設有幹化汙泥出料ロ 18，空心外壁13內側設有固定槳片14、外側設有蒸汽熱源進ロ 19和蒸汽熱源出口 20，空心轉軸15上設有旋轉槳片16、兩端設有煙氣熱源進ロ 25和煙氣熱源出口 26 ；煙氣出ロ 11、空氣預熱器23、除塵器24、煙氣熱源進ロ 25、煙氣熱源出ロ 26、幹化載氣預熱器27、脫硫單元28和煙 29順次連接，蒸汽出口 6、蒸汽鍋筒4、蒸汽熱源進ロ 19、 蒸汽熱源出口 20、循環水進ロ 7順次連接，幹汙泥出料ロ 18與幹汙泥投料ロ 10相連接，幹化載氣預熱器27與汙泥幹化載氣進ロ 21相連接，空氣預熱器23、幹化載氣預熱器27分別與布風板8相連接。汙泥幹化焚燒集成處理工藝汙泥幹化単元12設置在煙氣管道上，採用蒸汽和煙氣聯合換熱，空心外壁13和固定槳片14通蒸汽熱源，空心轉軸15與煙氣管道直接相連，空心轉軸15和旋轉槳片16內部通煙氣熱源，含水率78-82%的溼汙泥從溼汙泥進料ロ 17進入汙泥幹化単元12本體內部，採用間接換熱的方式將熱源所帯熱量傳遞給汙泥，並在固定槳片14和旋轉槳片16的切割和摩擦作用下進行破碎，幹化後的汙泥從幹汙泥出料ロ 18離開汙泥幹化単元I本體；幹化後的汙泥從幹汙泥進料ロ 10進入汙泥焚燒爐I爐膛，汙泥焚燒處理時產生的850-900攝氏度的高溫煙氣將一部分熱量傳遞給膜式水冷壁5，膜式水冷壁5內的循環水吸收熱量後產生0. 8兆帕、175攝氏度的蒸汽並從蒸汽出ロ 6輸送到蒸汽鍋筒4，而後從蒸汽熱源進ロ 19進入並充滿空心外壁13和固定槳片14，將熱量傳遞給汙泥，蒸汽疏水放熱後產生的100攝氏度的熱水從蒸汽熱源出ロ 20排出，再泵送至循環水進ロ 7進行循環使用；汙泥焚燒時產生的850-900攝氏度高溫煙氣從煙氣出口 11排出，首先在空氣預熱器23中加熱汙泥焚燒所需新鮮空氣，再經除塵器24去除大部分粉塵顆粒後溫度降至380-400攝氏度，然後作為熱源直接從煙氣熱源進ロ 25進入，並充滿空心轉軸15和旋轉槳片16，空心轉軸15作為煙氣管道的一部分，汙泥幹化在煙氣通道中進行，使汙泥焚燒爐I和汙泥幹化単元12緊密結合，煙氣熱源在空心轉軸15內的流動方向與汙泥在汙泥幹化単元I本體內的移動方向相反，旋轉槳片16表面布置I釐米直徑、3毫米高的凸起，以強化傳熱，煙氣熱源所帶熱量通過空心轉軸15和旋轉槳片16傳遞給汙泥後溫度降至180-200攝氏度，從煙氣熱源出ロ 26排出，在載氣預熱器27中對幹化載氣進行加熱，然後送往脫硫單元28，處理後從煙 29達標排放；汙泥幹化過程所需的載氣先在載氣預熱器27中加熱，再從幹化載氣進ロ 21進入汙泥幹化単元12，攜帶汙泥幹化產生的水蒸氣和揮發性氣體後成為汙泥幹化尾氣從幹化尾氣出ロ 22排出；在空氣預熱器23加熱後的新鮮空氣與汙泥幹化尾氣一道從布風板8和風帽9進入汙泥焚燒爐I進行焚燒處理，徹底消除對環境的影響，運行風速採用3-4米/秒的較低風速。[0021]以規模為100噸/日的汙泥幹化焚燒集成處理系統為例，進入集成處理系統的溼汙泥含水率範圍為78-82%，幹基高位熱值範圍為11-13兆焦/千克。採用鼓泡型流化床作為幹化汙泥焚燒爐，焚燒爐最大熱負荷> 8兆瓦，流化空氣過量係數為I. 4，爐膛煙氣溫度850-900攝氏度，燃燒室煙氣停留時間> 2秒，完全氧化指標< 50毫克/立方米，爐膛出口煙氣含氧量(體積百分數)為6-10%，爐渣熱灼減率< 3%，飛灰熱灼減率< 3%，焚燒爐周壁上的膜式水冷壁產生O. 8兆帕、175攝氏度的蒸汽並通過蒸汽管道送往蒸汽鍋筒。汙泥幹化單元最大可供蒸汽量為10噸/小時，總蒸發能力大於彡5噸/小時，總換熱面積彡200平方米，溼汙泥通過柱塞泵輸送到汙泥幹化單元的溼汙泥進料口，幹化汙泥含水率範圍為50-60%，幹化汙泥溫度< 105攝氏度，汙泥幹化尾氣溫度 98%，汙泥幹化單元的空心轉軸與前後的煙氣管道與採用動密封的形式相連，煙氣管道末端設置有引風機，可避免煙氣管道動密封處發生洩漏，煙氣在載氣換熱器中將汙泥幹化所需載氣加熱升溫後進入洗滌塔進行脫硫處理，洗滌塔中噴入氫氧化鈉溶液，去除煙氣中的氯化氫和硫氧化物等酸性氣體，脫硫後的 煙氣通過煙 達標排放。
權利要求1. 一種汙泥幹化焚燒集成處理系統，其特徵在於包括汙泥焚燒爐(I)、蒸汽鍋筒(4)、汙泥幹化單元(12)、空氣預熱器(23)、除塵器(24)、載氣預熱器(27)、脫硫單元(28)和煙囪(29)，汙泥焚燒爐(I)包括煙氣防爆門(2)、排渣口(3)、膜式水冷壁(5)、蒸汽出口(6)、循環水進口(7)、布風板(8)、風帽(9)、幹汙泥投料口(10)、煙氣出口(11)，汙泥幹化單元(12)包括外壁(13)、固定槳片(14)、空心轉軸(15)、旋轉槳片(16)、溼汙泥進料口(17)、幹化汙泥出料口(18)、蒸汽熱源進口(19)、蒸汽熱源出口(20)、載氣進口(21)、幹化尾氣出口(22)、煙氣熱源進口(25)、煙氣熱源出口(26)； 汙泥焚燒爐(I)爐膛周壁設有膜式水冷壁(5)、頂部設有煙氣防爆門(2)、下部設有布風板(8)、底部設有排渣口(3)、中部側壁設有幹汙泥投料口(10)、上部側壁設有煙氣出口(11)，膜式水冷壁(5)頂部設有蒸汽出口(6)、下部設有循環水進口(7)，布風板(8)上布置有風帽(9)； 汙泥幹化單元(12)本體設有空心外壁(13)、空心轉軸(15)，頂部的一側設有溼汙泥進料口(17)、中部設有幹化尾氣出口(22)、另一側設汙泥幹化載氣進口(21)，底部與溼汙泥進料口( 17 )相反的一側設有幹化汙泥出料口( 18 )，空心外壁(13 )內側設有固定槳片(14 )、外側設有蒸汽熱源進口( 19)和蒸汽熱源出口(20)，空心轉軸(15)上設有旋轉槳片(16)、兩端設有煙氣熱源進口(25)和煙氣熱源出口(26); 煙氣出口(11)、空氣預熱器(23)、除塵器(24)、煙氣熱源進口(25)、煙氣熱源出口(26)、幹化載氣預熱器(27)、脫硫單元(28)和煙囪(29)順次連接，蒸汽出口(6)、蒸汽鍋筒(4)、蒸汽熱源進口(19)、蒸汽熱源出口(20)、循環水進口(7)順次連接，幹汙泥出料口(18)與幹汙泥投料口( 10)相連接，幹化載氣預熱器(27)與汙泥幹化載氣進口( 21)相連接，空氣預熱器(23)、幹化載氣預熱器(27)分別與布風板(8)相連接。
專利摘要本實用新型公開了一種汙泥幹化焚燒集成處理系統。汙泥焚燒爐採用膜式水冷壁外敷耐火材料，汙泥焚燒產生的高溫煙氣將一部分熱量傳遞給膜式水冷壁產生蒸汽，與排放的煙氣一道作為汙泥幹化的熱源；汙泥幹化單元主要由內部空心的轉軸、軸上的可旋轉槳片、空心的外壁和空心外壁上的固定槳片組成，採用煙氣和蒸汽聯合換熱，空心轉軸設置在汙泥焚燒煙氣管道上，作為煙氣管道的一部分，內通煙氣熱源，空心外壁內通蒸汽熱源；煙氣熱源將熱量傳遞給汙泥後進行處理並達標排放。上述汙泥幹化焚燒集成處理系統及其工藝將汙泥焚燒和幹化流程緊密結合，並充分利用汙泥幹化焚燒過程中各種熱載體所帶能量，大幅降低系統能耗，具有很好的經濟性。
文檔編號F23G7/00GK202581347SQ20122016715
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者嚴建華, 王飛, 池湧, 李博, 陸勝勇, 黃群星, 李曉東, 蔣旭光, 馬增益, 金餘其, 薄拯, 倪明江, 岑可法 申請人:浙江大學