基於直吹式高溫煙氣幹化汙泥與煤流化懸浮耦合燃燒系統的製作方法

2023-10-22 17:24:47 2

本發明涉及一種廢棄物處置系統，尤其涉及一種汙泥幹化並與煤混燒的系統。

背景技術：

隨著城市汙水的產生量和處理量越來越大，在城市汙水的處理過程中產生的汙泥也與日俱增。據住房和城鄉建設部統計，2015年年末，全國城市汙水處理廠日處理能力14028萬立方米，年汙水處理總量428.8億立方米。汙泥產量與汙水處理工藝及標準的高低有關係，約佔處理水量的0.3%~0.5%（以含水率97%計），則2015年汙水處理過程產生的汙泥達1.29~2.14億噸。汙泥是由水分、有機顆粒和無機顆粒等組成的絮狀體，其中含有重金屬、病原體和難降解有毒有機物，還會散發臭氣。因此，必須對汙泥進行妥善處理。

汙泥的預處理有調理、濃縮、脫水、穩定化和幹化等技術，汙泥的最終處置主要有填埋、土地利用、建築材料利用、生物處理和焚燒等方式，熱解、氣化和熱水解等新興技術也在研究開發之中。由於土壤保護、地下水保護和食品安全等諸多方面的要求不斷提高，填埋和土地利用等傳統技術的應用面臨越來越多的制約因素，焚燒和其它汙泥處置新技術迅速發展。

根據汙泥焚燒系統使用的燃料，可分為汙泥單獨焚燒和與其他燃料混合焚燒兩類；根據汙泥是否進行幹化預處理，汙泥焚燒系統分為直接焚燒和幹化後焚燒兩類。由於來自汙水處理廠的脫水汙泥一般還有較高含水率，熱值很低，直接入爐焚燒時，需要較多的輔助燃料，摻燒汙泥的比例較低，處理規模小，鍋爐的排煙損失大，熱效率下降。將脫水汙泥幹化後再入爐焚燒，可提高爐內燃燒的穩定性和處理規模。

汙泥熱幹化環節有直接幹化、間接幹化和聯合幹化三種典型工藝。直接幹化是在操作過程中，熱介質（熱空氣、熱煙氣或熱灰等）與汙泥直接接觸，熱介質低速流過汙泥層，在此過程中吸收汙泥中的水分，處理後的幹汙泥需與熱介質進行分離。排出的廢氣一部分通過熱量回收系統回到原系統中再用，剩餘的部分經無害化後排放。間接幹化過程中熱介質並不直接與汙泥接觸，而是通過熱交換器將熱量傳遞給汙泥，使汙泥中的水分得以蒸發，熱介質一般為160-200℃飽和水蒸氣或導熱油。過程中蒸發的水分到冷凝器中加以冷凝，熱介質的一部分回到原系統中再利用，以節約能源。直接－間接聯合幹化結合了上述兩種技術。

根據所採用的焚燒裝置，汙泥焚燒可分為爐排爐焚燒、流化床鍋爐單獨焚燒、熔融爐焚燒、迴轉窯焚燒、電站煤粉鍋爐和電站流化床鍋爐摻燒等。這些常用爐型中，爐排爐、熔融爐和迴轉窯的處理容量都相對較小；大型流化床鍋爐和煤粉鍋爐的燃料消耗量大，即使摻燒較低比例的汙泥，其能實現的汙泥處理量仍然很大，而且摻燒較低比例的汙泥不會對鍋爐安全運行產生影響，爐內燃燒穩定，溫度高，汙染物分解徹底，而且這些電站鍋爐往往配備有先進的煙氣淨化系統，它能對汙泥燃燒帶來的汙染物進行淨化處理，利用電站鍋爐對汙泥進行協同處置具有良好的應用前景。

結合不同的汙泥幹化和焚燒方式，在已投產的汙泥幹化-焚燒工程中，就產生了蒸汽幹化-流化床焚燒、蒸汽幹化-煤粉鍋爐摻燒、煙氣幹化-迴轉窯焚燒等不同的工藝路線。由於多數工程是對投運多年的鍋爐機組進行技術改造，增加汙泥儲存、幹化和輸送系統而成的，最初設計鍋爐機組時並未考慮汙泥焚燒的需要，所以增設的汙泥幹化車間一般採用蒸汽間接幹化工藝，其位置和鍋爐之間的距離通常較遠，然後採用皮帶輸送方式送入制粉系統，或直接送入爐內焚燒，有的甚至需要先通過卡車將幹化汙泥轉運到電廠的煤場堆存。這導致系統流程複雜，設備多，佔地面積大，投資成本高；又因為幹化後的汙泥在堆放及輸送過程中會有揚塵和臭氣散發，且皮帶輸送系統的密封性能較差，所以容易引起臭氣在廠區及附近區域擴散，導致工作環境惡劣，嚴重影響電廠焚燒汙泥的積極性。

目前，已提出但尚未工業應用的技術路線有基於風扇磨製粉系統的汙泥煙氣幹化-煤粉鍋爐摻燒工藝方案，其美中不足之處有兩點，一是煤粉鍋爐的懸浮燃燒方式要求入爐汙泥要研磨到很小的粒徑（通常平均粒徑約70微米），而汙泥幹化所需煙氣量大，幹化汙泥中SiO2的含量高，磨損性很強，把幹化汙泥研磨到這樣的細度會加重風扇磨製粉電耗和打擊板磨損，降低風扇磨的使用壽命，增加運行成本；二是由於煤粉鍋爐爐膛出口煙氣溫度高，一般需再抽取鍋爐尾部低溫煙氣與高溫煙氣混合後作為乾燥介質，有時甚至採用高溫煙氣/低溫煙氣/熱風三介質乾燥劑，設備組成和控制較複雜。除此之外，還有帶中間儲倉的汙泥煙氣幹化-流化床鍋爐摻燒工藝方案，其特點是汙泥和煙氣接觸幹化後進行氣固分離，汙泥進入中間儲倉，再通過螺旋輸送機或氣力輸送方式送入爐內燃燒，其美中不足之處在於系統較複雜，設備多，幹化汙泥在儲存中容易析出揮發分，緩慢氧化和自燃的傾向比較強，需要採用妥善的安全保護措施。

因此針對電站鍋爐焚燒汙泥的需要，進一步開發系統簡潔、流程短、環保高效的汙泥幹化焚燒發電系統是必要的。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種基於直吹式高溫煙氣幹化汙泥與煤流化懸浮耦合燃燒系統，該系統可穩定地進行汙泥幹化，並實現幹化後汙泥與煤的混燒，有效控制臭氣和粉塵擴散，縮短工藝流程，減少系統設備，降低控制難度，節約運行成本。

為解決上述技術問題，本發明採用如下的技術方案：一種基於直吹式高溫煙氣幹化汙泥與煤流化懸浮耦合燃燒系統，包括汙泥儲倉、泵、乾燥管、風機、循環流化床鍋爐，所述汙泥儲倉出料口通過泵連接乾燥管的進料口，所述乾燥管的出口通過風機連接循環流化床鍋爐，所述乾燥管的進氣口與循環流化床鍋爐的旋風分離器出口煙道上的高溫煙氣抽取口相連接，所述乾燥管通過高溫煙氣抽取口抽取的高溫煙氣，加熱和幹化通過泵從汙泥儲倉中輸送來的汙泥，幹化後的汙泥和乏氣通過風機送入循環流化床鍋爐，乏氣和幹化汙泥細顆粒直接懸浮於循環流化床鍋爐的稀相區中燃燒，汙泥粗顆粒落入循環流化床鍋爐下部密相區中進行流化態燃燒。

所述循環流化床鍋爐的給煤口通過給煤機連接煤鬥，使煤鬥中的煤經給煤機送入循環流化床鍋爐的密相區燃燒。

所述風機為耐磨損耐高溫可調轉速風機，通過調節所述風機的轉速，控制高溫煙氣的抽取量，適應汙泥乾燥負荷調節的需要。

本發明的有益效果是：採用上述技術方案，從循環流化床鍋爐旋風分離器出口煙道抽取高溫煙氣，其溫度一般在900℃左右，對汙泥進行直接接觸乾燥，與目前廣泛採用的蒸汽間接幹化技術相比，可以顯著提高汙泥乾燥的速率和處理量，縮小幹化系統佔地面積和投資；相比於配套煤粉鍋爐的風扇磨兩介質或三介質乾燥系統，在循環流化床鍋爐旋風分離器出口煙道抽取高溫煙氣作乾燥劑可以不進行冷煙和熱風抽取，簡化了管道布置和控制方式，而且和煤粉鍋爐爐膛出口附近抽取高溫煙氣相比，大大降低了高溫煙氣抽取對鍋爐受熱面汽溫偏差和管壁溫度的影響；焚燒設備採用循環流化床鍋爐，入爐燃燒的汙泥顆粒中較粗的部分可落入密相區中進行流化態燃燒，較細的部分可直接懸浮於稀相區中燃燒，無需將汙泥全部研磨至微米級的粒徑，和配套煤粉鍋爐的風扇磨汙泥幹化制粉系統相比，可以降低風機電耗，減輕葉片磨損；可充分發揮循環流化床鍋爐爐內脫硫和脫硝的功能，減輕尾部煙氣淨化裝置的負荷；汙泥幹化和輸送系統密閉性好，汙泥和乏氣全部進入爐內，可防止臭氣和粉塵向外洩露到環境中；汙泥進入乾燥管後，被煙氣乾燥並攜帶至爐內，處於低氧的惰性氣氛中，沒有幹化汙泥分離和儲存環節，這種直吹式系統設備少，阻力低，安全性高；和汙泥直接噴入爐內燃燒相比，經煙氣幹化後再入爐燃燒，可減輕汙泥中水分蒸發吸熱對爐內燃燒溫度和燃燒穩定性的影響。

因此，本發明提出的基於直吹式高溫煙氣幹化的汙泥與煤流化懸浮耦合燃燒系統，集汙泥幹化和焚燒功能於一體，具有系統簡潔、環保高效的特點。

附圖說明

圖1為本發明的基於直吹式高溫煙氣幹化汙泥與煤流化懸浮耦合燃燒系統示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，在本發明的基於直吹式高溫煙氣幹化的汙泥與煤流化懸浮耦合燃燒系統，包括汙泥儲倉1、泵2、乾燥管3、風機4、循環流化床鍋爐5、煤鬥6、給煤機7。汙泥儲倉1出料口通過泵2連接乾燥管3的進料口，乾燥管3的出口連接到風機4入口，風機4出口連接循環流化床鍋爐5；煤鬥6通過給煤機7連接循環流化床鍋爐5的給煤口；所述循環流化床鍋爐5的旋風分離器出口煙道上還布置有高溫煙氣抽取口8，乾燥管3的進氣口與高溫煙氣抽取口8連接。

該基於直吹式高溫煙氣幹化的汙泥與煤流化懸浮耦合燃燒系統的工作原理為：

儲存於汙泥儲倉1中的汙泥，經泵2輸送到乾燥管3並粒化，從循環流化床鍋爐5旋風分離器出口煙道上的高溫煙氣抽取口8抽取高溫煙氣，作為汙泥乾燥介質進入乾燥管3對汙泥進行加熱乾燥，乾燥管3出口的乏氣和幹化汙泥顆粒，通過風機4送入循環流化床鍋爐5的稀相區，乏氣和較細的幹化汙泥顆粒可直接懸浮於稀相區中燃燒，較粗的汙泥顆粒可落入密相區中進行流化態燃燒。煤鬥6中的煤經給煤機7送入循環流化床鍋爐5的密相區燃燒。

本系統具有以下特點：

（1）從循環流化床鍋爐旋風分離器出口煙道抽取高溫煙氣，其溫度一般在900℃左右，對汙泥進行直接接觸乾燥，與目前廣泛採用的蒸汽間接幹化技術相比，可以顯著提高汙泥乾燥的速率和處理量，縮小幹化系統佔地面積和投資；

（2）相比於配套煤粉鍋爐的風扇磨兩介質或三介質乾燥系統，在循環流化床鍋爐旋風分離器出口煙道抽取高溫煙氣作乾燥劑可以不進行冷煙和熱風抽取，簡化了管道布置和控制方式，而且和煤粉鍋爐爐膛出口附近抽取高溫煙氣相比，大大降低了高溫煙氣抽取對鍋爐受熱面汽溫偏差和管壁溫度的影響；

（3）焚燒設備採用循環流化床鍋爐，入爐燃燒的汙泥顆粒中較粗的部分可落入密相區中進行流化態燃燒，較細的部分可直接懸浮於稀相區中燃燒，無需將汙泥全部研磨至微米級的粒徑，和配套煤粉鍋爐的風扇磨汙泥幹化制粉系統相比，可以降低風機電耗，減輕葉片磨損；

（4）可充分發揮循環流化床鍋爐爐內脫硫和脫硝的功能，減輕尾部煙氣淨化裝置的負荷；

（5）汙泥幹化和輸送系統密閉性好，汙泥和乏氣全部進入爐內，可防止臭氣和粉塵向外洩露到環境中；

（6）汙泥進入乾燥管後，被煙氣乾燥並攜帶至爐內，處於低氧的惰性氣氛中，沒有幹化汙泥分離和儲存環節，這種直吹式系統設備少，阻力低，安全性高；

（7）和汙泥直接噴入爐內燃燒相比，經煙氣幹化後再入爐燃燒，可減輕汙泥中水分蒸發吸熱對爐內燃燒溫度和燃燒穩定性的影響。

因此，該基於直吹式高溫煙氣幹化的汙泥與煤流化懸浮耦合燃燒系統，可實現汙泥幹化、汙泥和煤混燒的功能，有利於防止臭氣和粉塵擴散，具有系統簡潔、安全可靠、高效環保的特點，是一種新型的汙泥處置系統。