公布日：2023.12.29
申请日：2023.11.09
分类号：C02F11/13(2019.01)I;F23G7/00(2006.01)I
摘要
本发明涉及污泥处理技术领域，其公开了一种污泥干化焚烧系统及污泥干化焚烧方法，该系统包括依次连通设置的污泥干化器、除尘器、冷凝换热器、载气风机、载气加热器以及污泥焚烧炉；载气加热器上依次连通设置有凝结水箱和凝结水泵，且凝结水泵与污泥焚烧炉连通；污泥干化器分别与载气加热器和污泥焚烧炉连通；污泥干化器上设置有湿污泥进口和加热蒸汽进口。方法：污泥干化焚烧方法采用该污泥干化焚烧系统。本发明的污泥干化焚烧系统核心是利用余热回收技术将湿污泥干化后产生的蒸汽凝结水加热干化载气，以实现系统内部热量的最大化回收利用，不仅能有效避免凝结水泵的汽蚀问题，还能解决干化载气运输过程中环境污染问题。
权利要求书
1.一种污泥干化焚烧系统，其特征在于，该系统包括：依次连通设置的污泥干化器(1)、除尘器(2)、冷凝换热器(3)、载气风机(4)、载气加热器(5)以及污泥焚烧炉(6)；所述的载气加热器(5)上还依次连通设置有凝结水箱(7)和凝结水泵(8)，且所述的凝结水泵(8)与所述污泥焚烧炉(6)连通；所述的污泥干化器(1)还分别与所述载气加热器(5)和所述污泥焚烧炉(6)连通；所述的污泥干化器(1)上设置有湿污泥进口(1-1)和加热蒸汽进口(1-2)。
2.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧系统，其特征在于，所述冷凝换热器(3)采用的冷却介质为水；所述的冷凝换热器(3)上设置有冷却水进口(3-1)和冷却水出口(3-2)。
3.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧系统，其特征在于，所述的污泥干化器(1)上连通设置有蒸汽凝结水管(1-3)，且所述的蒸汽凝结水管(1-3)与所述载气加热器(5)连通。
4.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧系统，其特征在于，所述的污泥干化器(1)上还连通设置有半干污泥管(1-4)，且所述的半干污泥管(1-4)与所述污泥焚烧炉(6)连通。
5.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧系统，其特征在于，所述的污泥干化器(1)采用圆盘式干化器。
6.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧系统，其特征在于，所述的除尘器(2)采用旋风除尘器。
7.一种污泥干化焚烧方法，其特征在于，该方法采用了权利要求1～6任一项所述的污泥干化焚烧系统。
8.根据权利要求7所述的一种污泥干化焚烧方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、将湿污泥从湿污泥进口(1-1)输送至污泥干化器(1)中，将饱和蒸汽从加热蒸汽进口(1-2)输送至污泥干化器(1)中，利用所述饱和蒸汽对所述湿污泥进行间接加热，使所述湿污泥初步干化成为半干污泥；污泥干化的同时：在所述的污泥干化器(1)中会产生高温的干化载气和蒸汽凝结水；S2、将所述的干化载气经过所述除尘器(2)除尘后，进入所述冷凝换热器(3)中进行冷却降温；S3、将降温后的干化载气通过所述载气风机(4)引入到所述载气加热器(5)中，将所述的蒸汽凝结水输送至所述载气加热器(5)中，利用所述蒸汽凝结水对降温后的干化载气进行间接加热；加热后，所述蒸汽凝结水的温度降低，然后在所述凝结水箱(7)中回收，再经所述凝结水泵(8)加压后供给污泥焚烧炉(6)；S4、将所述的半干污泥输送至所述污泥焚烧炉(6)中，将步骤S3加热后的干化载气引入到所述污泥焚烧炉(6)中，在所述污泥焚烧炉(6)中完成污泥焚烧。
9.根据权利要求8所述的一种污泥干化焚烧方法，其特征在于，步骤S1中所述的湿污泥由市政污泥经机械脱水获得；其中：所述市政污泥的初始含水率为95～99.8％；脱水后的湿污泥的含水率为75～85％。
10.根据权利要求8所述的一种污泥干化焚烧方法，其特征在于，步骤S1中所述饱和蒸汽的温度为150～170℃；所述半干污泥的含水率为35～45％。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有干化载气处理措施存在的冷凝现象以及蒸汽凝结水的热能浪费问题，本发明设计了一种污泥干化焚烧系统，解决了上述两个问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：
设计一种污泥干化焚烧系统，其包括：依次连通设置的污泥干化器、除尘器、冷凝换热器、载气风机、载气加热器以及污泥焚烧炉；所述的载气加热器上还依次连通设置有凝结水箱和凝结水泵，且所述的凝结水泵与所述污泥焚烧炉连通；所述的污泥干化器还分别与所述载气加热器和所述污泥焚烧炉连通；所述的污泥干化器上设置有湿污泥进口和加热蒸汽进口。
具体的，在本发明设计的污泥干化焚烧系统中：设置了载气加热器，并在载气加热器中采用干化载气作为冷源，干化后产生的蒸汽凝结水作为热源，利用蒸汽凝结水加热干化载气来完成二者之间的热交换。通过这种方法，不仅可以最大程度地回收蒸汽凝结水的余热，还能有效地解决凝结水泵汽蚀和干化载气运行过程中的滴漏跑冒问题(即冷凝现象)，不会导致干化载气中的水分析出腐蚀管道，也不会导致臭气外泄。
本发明设计的污泥干化焚烧系统，其核心就是利用余热回收技术：将湿污泥干化后产生的蒸汽凝结水来加热干化载气，以实现系统内部热量的最大化回收利用。本发明的污泥干化焚烧系统不仅能有效避免凝结水泵的汽蚀问题，还能解决干化载气运输过程中环境污染问题。
进一步的，一种污泥干化焚烧系统：所述冷凝换热器采用的冷却介质为水；所述的冷凝换热器上设置有冷却水进口和冷却水出口。
具体的，在本发明的污泥干化焚烧系统中若不设置冷凝换热器对高温的干化载气进行冷却降温处理，直接将高温载气送至污泥焚烧炉中进行焚烧，则干化载气中含有的大量水蒸气会严重不利于污泥焚烧工作的顺利进行。
进一步的，一种污泥干化焚烧系统：所述的污泥干化器上连通设置有蒸汽凝结水管，且所述的蒸汽凝结水管与所述载气加热器连通。
进一步的，一种污泥干化焚烧系统：所述的污泥干化器上还连通设置有半干污泥管，且所述的半干污泥管与所述污泥焚烧炉连通。
进一步的，一种污泥干化焚烧系统：所述的污泥干化器采用圆盘式干化器。
进一步的，一种污泥干化焚烧系统：所述除尘器采用旋风除尘器。
提供一种污泥干化焚烧方法，该方法采用了上述的污泥干化焚烧系统进行焚烧。
进一步的，一种污泥干化焚烧方法：该方法包括如下步骤：
S1、将湿污泥从湿污泥进口输送至所述污泥干化器中，将饱和蒸汽从所述加热蒸汽进口输送至所述污泥干化器中，利用所述饱和蒸汽对所述湿污泥进行间接(非接触式)加热，使所述湿污泥初步干化成为半干污泥；污泥干化的同时：在所述污泥干化器中会产生高温的干化载气和蒸汽凝结水；
S2、将所述的干化载气经过所述除尘器除尘后，进入所述冷凝换热器中进行冷却降温；
S3、将降温后的干化载气通过所述载气风机引入到所述载气加热器中，将所述的蒸汽凝结水输送至所述载气加热器中，利用所述蒸汽凝结水对降温后的干化载气进行间接加热；
加热后，所述的蒸汽凝结水温度降低，然后在所述凝结水箱中回收，再经所述凝结水泵加压后供给污泥焚烧炉；
S4、将所述的半干污泥输送至所述污泥焚烧炉中，将步骤S3加热后的干化载气引入到所述污泥焚烧炉中，在所述污泥焚烧炉中完成污泥焚烧。
更进一步的，一种污泥干化焚烧方法：步骤S1中所述的湿污泥由市政污泥经机械脱水获得；
其中：所述市政污泥的初始含水率为95～99.8％；脱水后的湿污泥的含水率为75～85％。
更进一步的，一种污泥干化焚烧方法：步骤S1中所述饱和蒸汽的温度为150～170℃；所述半干污泥的含水率为35～45％。
市政污泥初始泥含水率通常在95～99.8％，经过机械脱水处理后含水率可降至约75～85％，进一步降低含水率以实现减量减质比较困难，因此需要进行干化处理。污泥干化焚烧处理工艺能迅速和最大程度地使污泥减容，有害物质得到彻底处理，可以实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的处理目标，达到了节能减排、实现循环经济的目标，对土地资源紧俏的城市十分友好，符合城市污泥的产生、处理现状。市政污泥干化焚烧处理同时存在运行成本高、污泥干化前后储存及运输过程中的臭气问题。
目前，在污泥干化领域的技术方案有多种，包括圆盘干化、桨叶干化、薄膜干化、流化床干化、转子干化、带式干化、电渗透干化、太阳能干化以及低温真空干化等方法。目前，圆盘干化是应用最广泛的方法之一，已实现国产化生产，并且运行稳定、可靠。本申请采用的污泥干化器以圆盘干化器为例，同时也适用于其他以蒸汽为加热介质的污泥干化器。
在目前的污泥干化焚烧工艺中：在污泥干化时产生的蒸汽凝结水(温度在110℃左右)采用的是外部循环冷却水对其进行降温处理，冷却后的蒸汽凝结水汇入凝结水箱，热量通过外部循环冷却水带走，未实现回收利用，其一方面造成了能源浪费；另一方面还增加了外部循环冷却水的投资与运行费用。同时，干化载气经除尘和冷凝后，采用直接输送到污泥焚烧炉或进入除臭系统中处理的方法，而未采取加热措施，这种方式存在干化载气输送过程中冷凝的问题，容易导致载气输送管道的腐蚀和滴水，并致使臭气外泄等问题。
本发明的有益效果：
(1)本发明设计的污泥干化焚烧系统，其带来的经济效益显著：本发明实现了利用污泥干化时产生的蒸汽凝结水来加热干化载气，其一方面能够防止干化载气在输送至污泥焚烧炉过程中出现的冷凝现象；另一方面能够避免蒸汽凝结水热能的浪费。若采用传统的外部供热蒸汽方式来对干化载气进行加热，则每年会产生大量的费用；同时若采用外部循环水来对蒸汽凝结水进行冷却，也会产生大量的运行费用；而本申请设计的系统，其利用系统内部产生的热源(蒸汽凝结水)对冷源(干化载气)进行加热，实现二者之间的热交换，既达到了降低蒸汽凝结水温度的目的，又实现了加热干化载气的效果，大幅度节省了传统干化载气的加热费用以及外部循环水的运行费用，其经济效益显著。
(2)本发明设计的污泥干化焚烧系统，有效促进了污泥干化焚烧厂区环境的改善：通过设置载气加热器，并利用蒸汽凝结水作为热源可将干化载气加热，同时对干化载气输送管道进行保温，可以保证送入污泥焚烧炉中的干化载气的温度较高，大大高于载气的露点温度；使得在实际的载气运行过程中，不会出现冷凝现象，不会出现载气管道滴漏跑冒问题，从而有效改善了厂区的运行环境。
(3)本发明可以有效利用污泥干化过程中产生的蒸汽凝结水的余热，实现污泥干化焚烧运行成本的降低，同时有效促进污泥干化运行环境的改善，具有安全节能、环保、经济等方面的显著优势。
(4)本发明设计的污泥干化焚烧系统，可以充分利用该干化焚烧系统自身的余热：通过利用污泥干化时产生的蒸汽凝结水来加热干化载气，充分利用干化系统的余热，实现了能源的有效节约。本发明不仅具备运行成本低廉的优点，而且还减少了一次能源的消耗，有效保护了运行厂区的工作环境，具有良好的节能收益及经济收益。
(5)本发明采用污泥干化后的蒸汽凝结水对干化载气进行加热，使载气在输送过程中不会发生冷凝，从而避免干化载气产生冷凝现象，不会造成载气滴漏跑冒等臭气臭水问题，有效保护了厂区的工作环境。
(6)本发明设计的污泥干化焚烧系统，能够提升进入污泥焚烧炉中干化载气的温度，有助于优化污泥焚烧炉的能量利用和提升污泥焚烧炉整体的安全稳定性，保证其安全稳定运行；还降低了蒸汽凝结水对凝结水泵的汽蚀，保障了凝结水泵的安全稳定运行，同时节约了外部循环冷却水的用量，大幅节约了运行成本，具有显著的经济效益。
（发明人：韦晓丽;陈高森;冯琰磊;方鹏;魏辉;王红岩;孙东海;张晓波）
