污泥深度脱水耦合生物质热解系统及其方法
技术领域
本发明涉及环保领域，特别是涉及一种污泥深度脱水耦合生物质热解系统及其方法。
背景技术
近年来，随着我国生态文明建设的不断推进，各级省市县污水治理成果显著，污水处理厂不断增加、扩容。与污水处理设施不断增加随之而来的是污泥产量的大幅上升。目前仅全国污水处理厂年产原始污泥2亿吨(含水率约95％)，经污水处理厂初步浓缩至含水80％左右仍有污泥5000余万吨，今年将突破6000万吨。如何经济、安全、无害化、资源化对污泥进行有效处置一直是近年来迫切需要解决的重大环境问题之一。市政污泥成分复杂，且含有大量有机物、无机物的同时，也含有重金属、细菌、病毒等对人体有毒有害物质，如不妥善处置，随意抛弃或填埋将对生态环境造成污染并严重威胁人类健康。
目前的污泥主要处置方式有：填埋、堆肥、土地利用及焚烧等。从实际应用来看，各种技术均存在着一定的问题。填埋是传统的污泥处理方式，由于会产生二次污染和适宜污泥填埋的场所越来越有限，污泥填埋的应用已经受到了限制；堆肥法由于产品市场接受度低，产品出路存在较大问题；土地利用主要包括污泥农用、森林与园艺、废弃矿场等场地的改良等，由于污泥中含有有毒有害物，土地利用可能造成土壤或水体污染。污泥焚烧是近年来应用较为广泛的处置方式，污泥中的有机物通过焚烧全部得到分解，最终的炉渣可以作为建材进行应用。但由于污泥含水率通常均超过80％，因此即使污泥焚烧的热量几乎全部用于污泥的干化使用，但仍需要外加热源才能满足污泥干化的热量平衡。因而污泥焚烧虽然减量效果显著，但其投资运行成本高，存在烟气二次污染等问题，一定程度上制约其推广作用。
发明内容
基于此，有必要针对现有污泥处置技术存在的不足，特别是污泥热解技术存在的问题，提供一种可以实现污泥脱水减量、热值充分利用、工艺流程少、运行成本低的优点，并且能够实现热解产能循环回用，满足国家提出的污泥减量并无害化处置的要求，并进行资源化利用的目标的污泥深度脱水耦合生物质热解系统及其方法。
一种污泥深度脱水耦合生物质热解系统，包括污泥调理装置、压滤脱水装置、污泥干化脱水装置、热解装置、热解气燃烧装置以及烟气净化装置，所述污泥调理装置、所述压滤脱水装置、所述污泥干化脱水装置、所述热解装置、所述热解气燃烧装置依次顺序连通，所述烟气净化装置与所述污泥干化脱水装置连接。
在其中一个实施例中，所述压滤脱水装置脱滤后的滤饼含水率为55％-60％。
在其中一个实施例中，所述压滤脱水装置为高压板框压滤机。
在其中一个实施例中，所述热解气燃烧装置还分别与所述热解装置和/或所述污泥干化脱水装置连接，以用于向所述热解装置以及所述污泥干化脱水装置内输送高温气体。
在其中一个实施例中，所述污泥干化脱水装置的干化温度为200℃-250℃，和/或干化后的干化污泥的含水率为20％-40％。
在其中一个实施例中，所述热解装置内添加的生物质的质量占来自所述污泥干化脱水装置干化后的干化污泥的质量5％-10％。
在其中一个实施例中，所述热解装置内的热解温度为600℃-800℃；和/或，所述热解气燃烧装置内的燃烧温度为900℃-1100℃。
在其中一个实施例中，所述热解气燃烧装置包括依次连接的密封连续进料机构、热解燃烧一体炉、出渣机构、旋风分离除尘机构及送风机构。
在其中一个实施例中，还包括污水处理装置，所述烟气净化装置和/或所述压滤脱水装置分别连接所述污水处理装置。
在其中一个实施例中，所述烟气处理装置包括依次顺序连接的急冷脱酸塔、除臭塔及除尘器，以实现对烟气进行急冷、脱酸、除臭、除尘处理，所述烟气处理装置处理后的烟气温度为200℃-220℃。
本发明还提供了一种污泥深度脱水耦合生物质热解方法。
一种污泥深度脱水耦合生物质热解方法，包括如下步骤：
污泥进入调理装置，通过加药调理实现污泥内细胞壁破除及悬浮物质絮凝；
调理后的污泥进入压滤脱水装置，实现压滤脱水形成压滤污泥，压滤污泥进入污泥干化脱水装置；
污泥脱水干化装置对压滤污泥进行脱水干化处理，得到干化污泥；
干化污泥与生物质混合形成混合污后进入热解装置形成可燃气以及热解污泥，生物质的质量占干化污泥的质量5％-10％；
热解污泥以及可燃气进入热解气燃烧装置进行燃烧处理，燃烧处理得到的残渣排放，所述热解气燃烧装置内的燃烧温度为900℃-1100℃；
燃烧处理后的烟气进入烟气净化装置进行净化处理。
在其中一个实施例中，所述热解气燃烧装置燃烧处理后的烟气进入所述热解装置和/或所述污泥干化脱水装置以提供能量，所述污泥干化脱水装置排出的烟气进入所述烟气净化装置进行净化处理。
在其中一个实施例中，所述热解装置中，生物质的质量占干化污泥的质量5％-10％，和/或热解装置的热解温度为600℃-800℃。
在其中一个实施例中，所述热解气燃烧装置内的燃烧温度为900℃-1100℃。
本发明的污泥深度脱水耦合生物质热解系统通过对污泥深度脱水进行大幅减量，通过与生物质耦合热解燃烧实现无害化处置，通过热能回用实现资源化利用。本发明的污泥深度脱水耦合生物质热解系统及工艺运行稳定可靠，环保节能，能够对城市污泥进行资源化处理，且处理工艺高效、安全、经济，实现污泥的减量化、稳定化、无害化。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本系统的调理装置及压滤脱水装置可直接采用现行污水处理厂中污泥板框压滤脱水的处置工艺，污泥干化脱水装置、热解装置及热解气燃烧装置启动后可实现自供能，无需外部能源，可大大降低系统的投资和运行成本。
(2)本发明的热解气燃烧装置采用热解燃烧一体炉，热解段与燃烧段在一体炉内分段进行，既保证了热解反应的缺氧气氛，又可以实现燃烧后能量直接为热解段供能，提高了系统能量利用效率。
(3)本发明的热解气燃烧装置的热解段为高温无氧热解，保证了物料热解反应温度及停留时间，既可实现物料充分热解制气，又大大降低了的二噁英类污染物的生成；热解气燃烧装置严格按照“3T+1E”的烟气处理工艺设计，可对热解气进行充分燃烧并对污染物进行有效去除。
(4)本发明的各装置均为密封连续系统，烟气经净化后排放，储料空间配备负压抽风系统，气体送入热解气燃烧装置燃烧段助燃，因而可保证系统工作车间无臭无味。
(5)本发明的系统通过干化污泥与生物质耦合热解，既提高了污泥的热值，可使污泥干化及热解两段高能耗工艺实现自供能，无需外部添加能源，又可对周边地区农业废弃物或绿化园林废弃物进行资源化利用。
(6)本发明的系统可将污泥中的少量重金属固定在燃烧残渣中，防止重金属进入烟气净化系统，不会污染水体，残渣可进行资源化利用或无害化填埋；烟气通过烟气净化装置处理后达标排放。
附图说明
图1为本发明所述的污泥深度脱水耦合生物质热解系统示意图。
附图标记说明
10、污泥深度脱水耦合生物质热解系统；100、污泥调理装置；200、压滤脱水装置；300、污泥干化脱水装置；400、热解装置；500、热解气燃烧装置；600、烟气净化装置；700、污水处理装置；800、换热装置。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“上”、“下”、“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。
应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
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“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，也即，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1所示，本发明一实施例提供了一种污泥深度脱水耦合生物质热解系统10。
一种污泥深度脱水耦合生物质热解系统10，其包括污泥调理装置100、压滤脱水装置200、污泥干化脱水装置300、热解装置400、热解气燃烧装置500以及烟气净化装置600，污泥调理装置100、压滤脱水装置200、污泥干化脱水装置300、热解装置400、热解气燃烧装置500依次顺序连通，烟气净化装置600与污泥干化脱水装置300连接。
在一具体示例中，压滤脱水装置200脱滤后的滤饼含水率为55％-60％。
在一具体示例中，压滤脱水装置200为高压板框压滤机。
在一具体示例中，热解气燃烧装置500还分别与热解装置400和/或污泥干化脱水装置300连接，以用于向热解装置400以及污泥干化脱水装置300内输送高温气体。
在一具体示例中，污泥干化脱水装置300的干化温度为200℃-250℃，和/或干化后的干化污泥的含水率为20％-40％。
在一具体示例中，热解装置400内添加的生物质的质量占来自污泥干化脱水装置300干化后的干化污泥的质量5％-10％。
在一具体示例中，热解装置400内的热解温度为600℃-800℃；和/或，热解气燃烧装置500内的燃烧温度为900℃-1100℃。
在一具体示例中，热解气燃烧装置500包括依次连接的密封连续进料机构、热解燃烧一体炉、出渣机构、旋风分离除尘机构及送风机构。
在一具体示例中，污泥深度脱水耦合生物质热解系统10还包括污水处理装置700。烟气净化装置600和/或压滤脱水装置200分别连接污水处理装置700。
在一具体示例中，烟气处理装置包括依次顺序连接的急冷脱酸塔、除臭塔及除尘器，以实现对烟气进行急冷、脱酸、除臭、除尘处理，烟气处理装置处理后的烟气温度为200℃-220℃。
进一步地，污泥深度脱水耦合生物质热解系统10还包括换热装置800，热解气燃烧装置500燃烧后的高温烟气(500-600℃)一部分进入污泥干化脱水装置300内，一部分通过换热装置800换热后进入热解装置400内。换热装置800可以是间壁式换热器。
本发明一实施例还提供了一种污泥深度脱水耦合生物质热解方法。
一种污泥深度脱水耦合生物质热解方法，包括如下步骤：
污泥进入调理装置，通过加药调理实现污泥内细胞壁破除及悬浮物质絮凝，提升污泥脱水效率。
调理后的污泥进入压滤脱水装置200，实现压滤脱水形成压滤污泥，优选地，污泥压滤脱水后的滤饼含水率降至55％-60％，压滤污泥进入污泥干化脱水装置300，压滤脱水装置200的滤液进入污水处理装置700处理达标后排放。
污泥脱水干化装置对压滤污泥进行脱水干化处理，得到干化污泥，污泥干化脱水装置300的干化温度为200℃-250℃，干化污泥的含水率为20％-40％。
干化污泥与生物质混合形成混合污后进入热解装置400形成可燃气以及热解污泥，生物质的质量占干化污泥的质量5％-10％，热解装置400的热解温度为600℃-800℃；生物质为农业废弃物或绿化园林废弃物，以破碎的秸秆或木枝为主。
热解污泥以及可燃气进入热解气燃烧装置500进行燃烧处理，燃烧处理得到的残渣排放，热解气燃烧装置500内的燃烧温度为900℃-1100℃。
燃烧处理后的烟气进入烟气净化装置600进行净化处理。
在一个实施例中，热解气燃烧装置500燃烧处理后的烟气进入热解装置400和/或污泥干化脱水装置300以提供能量，污泥干化脱水装置300排出的烟气进入烟气净化装置600进行净化处理。
本发明的污泥深度脱水耦合生物质热解系统10通过对污泥深度脱水进行大幅减量，通过与生物质耦合热解燃烧实现无害化处置，通过热能回用实现资源化利用。本发明的污泥深度脱水耦合生物质热解系统10及工艺运行稳定可靠，环保节能，能够对城市污泥进行资源化处理，且处理工艺高效、安全、经济，实现污泥的减量化、稳定化、无害化。
实施例1
本实施例提供了一种污泥深度脱水耦合生物质热解方法。
一种污泥深度脱水耦合生物质热解方法，包括如下步骤：
请参阅图1所示，污泥进入调理装置，通过加药调理实现污泥内细胞壁破除及悬浮物质絮凝，提升污泥脱水效率。
调理后的污泥进入压滤脱水装置200，实现压滤脱水形成压滤污泥，污泥压滤脱水后的滤饼含水率降至55％，压滤污泥进入污泥干化脱水装置300，压滤脱水装置200的滤液进入污水处理装置700处理达标后排放。
污泥脱水干化装置对压滤污泥进行脱水干化处理，得到干化污泥，污泥干化脱水装置300的干化温度为250℃，干化污泥的含水率为20％。
干化污泥与生物质混合形成混合污后进入热解装置400形成可燃气以及热解污泥，生物质的质量占干化污泥的质量5％，热解装置400的热解温度800℃；生物质为农业废弃物或绿化园林废弃物，以破碎的秸秆或木枝为主。
热解污泥以及可燃气进入热解气燃烧装置500进行燃烧处理，燃烧处理得到的残渣排放，热解气燃烧装置500内的燃烧温度为1100℃。热解气燃烧装置500燃烧处理后的烟气进入热解装置400和/或污泥干化脱水装置300以提供能量，污泥干化脱水装置300排出的烟气进入烟气净化装置600进行净化处理。
燃烧处理后的烟气进入烟气净化装置600进行净化处理。
实施例2
本实施例提供了一种污泥深度脱水耦合生物质热解方法。
一种污泥深度脱水耦合生物质热解方法，包括如下步骤：
请参阅图1所示，污泥进入调理装置，通过加药调理实现污泥内细胞壁破除及悬浮物质絮凝，提升污泥脱水效率。
调理后的污泥进入压滤脱水装置200，实现压滤脱水形成压滤污泥，优选地，污泥压滤脱水后的滤饼含水率降至60％，压滤污泥进入污泥干化脱水装置300，压滤脱水装置200的滤液进入污水处理装置700处理达标后排放。
污泥脱水干化装置对压滤污泥进行脱水干化处理，得到干化污泥，污泥干化脱水装置300的干化温度为200℃，干化污泥的含水率为40％。
干化污泥与生物质混合形成混合污后进入热解装置400形成可燃气以及热解污泥，生物质的质量占干化污泥的质量10％，热解装置400的热解温度为600℃。生物质为农业废弃物或绿化园林废弃物，以破碎的秸秆或木枝为主。
热解污泥以及可燃气进入热解气燃烧装置500进行燃烧处理，燃烧处理得到的残渣排放，热解气燃烧装置500内的燃烧温度为900℃。热解气燃烧装置500燃烧处理后的烟气进入热解装置400和/或污泥干化脱水装置300以提供能量，污泥干化脱水装置300排出的烟气进入烟气净化装置600进行净化处理。
燃烧处理后的烟气进入烟气净化装置600进行净化处理。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本系统的调理装置及压滤脱水装置200可直接采用现行污水处理厂中污泥板框压滤脱水的处置工艺，污泥干化脱水装置300、热解装置400及热解气燃烧装置500启动后可实现自供能，无需外部能源，可大大降低系统的投资和运行成本。
(2)本发明的热解气燃烧装置500采用热解燃烧一体炉，热解段与燃烧段在一体炉内分段进行，既保证了热解反应的缺氧气氛，又可以实现燃烧后能量直接为热解段供能，提高了系统能量利用效率。
(3)本发明的热解气燃烧装置500的热解段为高温无氧热解，保证了物料热解反应温度及停留时间，既可实现物料充分热解制气，又大大降低了的二噁英类污染物的生成；热解气燃烧装置500严格按照“3T+1E”的烟气处理工艺设计，可对热解气进行充分燃烧并对污染物进行有效去除。
(4)本发明的各装置均为密封连续系统，烟气经净化后排放，储料空间配备负压抽风系统，气体送入热解气燃烧装置500燃烧段助燃，因而可保证系统工作车间无臭无味。
(5)本发明的系统通过干化污泥与生物质耦合热解，既提高了污泥的热值，可使污泥干化及热解两段高能耗工艺实现自供能，无需外部添加能源，又可对周边地区农业废弃物或绿化园林废弃物进行资源化利用。
(6)本发明的系统可将污泥中的少量重金属固定在燃烧残渣中，防止重金属进入烟气净化系统，不会污染水体，残渣可进行资源化利用或无害化填埋；烟气通过烟气净化装置600处理后达标排放。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
