申请日2011.08.19
公开(公告)日2012.02.15
IPC分类号F23G7/00; B01D50/00; C02F11/14
摘要
本发明涉及一种污泥干化焚烧余热梯级综合利用系统和方法，包括湿污泥输送单元、污泥干化单元、燃烧单元、双回路低温余热发电单元、废气排放单元和余热发电单元。所述的污泥干化单元包括干式除尘器和湿除尘塔可对干化机产生的尾气进行有效的除尘处理，所述的双回路低温余热发电单元可利用干化机产生的经干式除尘器和湿除尘塔除尘后的热尾气进行发电，所述的双回路低温余热发电单元可以将系统中不同温位的余热有效的用于发电。本发明能使大量低温热能进行有效的梯级回收利用，达到大幅降低运行费用的目的;可消除对环境产生粉尘、污水和热污染等，实现节能减排。尾气处理系统不会发生“灰堵”，提高了整个系统的可靠性和稳定性，有效地提高了效率。
权利要求书
1.一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，包括湿污泥输送单元(1)、污泥 干化单元(2)、燃烧单元(3)、双回路低温余热发电单元(4)、废气排放单元(5)和 余热发电单元(6);所述的污泥干化单元(2)包含干化机(2.1)、干式除尘器(2.2)、 湿除尘塔(2.3)、污水循环池(2.4)、水泵(2.5)、干污泥输送机(皮带机或螺旋机) (2.6);所述的湿污泥输送单元(1)包含湿污泥贮存仓(1.1)、湿污泥泵送系统或湿 污泥提升加螺旋机系统装置(1.2);所述的燃烧单元(3)包含锅炉(3.1)、锅炉蒸汽 包(3.2)、锅炉水箱(3.3)、风机(3.4);所述的双回路低温余热发电单元(4)包含 小端差高效能换热器组(4.1，4.2，4.3)、工质动力机进汽调节阀(4.4)、工质动力机 (螺杆膨胀机或汽轮机)(4.5)、发电机(4.6)、小端差高效能冷凝器(4.7)、工质升 压泵(4.8)、疏水箱(4.9)、疏水泵(4.10);所述的废气排放单元(5)包含废气终 冷器(5.1)、废气引风机(5.2)、风道挡板(5.3)、除臭装置(5.4)或只含废气引风 机(5.2)、风道挡板(5.3);所述的余热发电单元(6)包含动力机(螺杆膨胀机或汽 轮机)(6.1)、发电机(6.2)、动力机旁路阀(6.3)、动力机进汽调节阀(6.4);所述 的污泥干化单元(2)通过蒸汽管道、疏水管道、尾气管道、湿污泥输送管道、干污泥 输送机分别与燃烧单元(3)或余热发电单元(6)、双回路低温余热发电单元(4)、湿 污泥输送单元(1)相连;其特征在于：所述的干化机(2.1)通过输送管道与污泥输 送单元(1)相连;所述的干化机(2.1)通过蒸汽管道与动力机(螺杆膨胀机或汽轮 机)(6.1)或锅炉蒸汽包(3.2)相连;所述的干化机(2.1)通过尾气管道与干式除 尘器(2.2)相连;所述的干式除尘器(2.2)通过尾气管道与湿除尘塔(2.3)相连; 所述的湿除尘塔(2.3)通过喷淋水管和排水管与水泵(2.5)、污水循环池(2.4)相 连成闭合循环回路;所述的湿除尘塔(2.3)通过尾气管道与小端差高效能换热器(4.1、 4.3)相连;所述的干化机(2.1)通过干化机进气口与大气相通，或通过烟气管道与 锅炉(3.1)尾部烟道相连;所述的干化机(2.1)通过干污泥输送机(2.6)与锅炉(3.1) 相连;所述的干化机(2.1)通过疏水管道与小端差高效能换热器(4.2)相连;所述 的废气终冷器(5.1)或废气引风机(5.2)通过废气管道与小端差高效能换热器(4.1、 4.3)相连;所述的废气引风机(5.2)通过风道挡板(5.3)与锅炉(3.1)或除臭装 置(5.4)相连;所述的锅炉水箱(3.3)通过疏水泵(4.10)与疏水箱(4.9)相连。
2.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，其特征在 于：湿污泥输送单元(1)包括湿污泥贮存仓(1.1)、湿污泥泵送系统或湿污泥提升加 螺旋机系统装置(1.2)，所述的湿污泥贮存仓(1.1)和湿污泥泵送系统或湿污泥提升 加螺旋机系统装置(1.2)通过管道或螺旋机相接。
3.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，其特征在 于：所述的燃烧单元(3)包含锅炉(3.1)、锅炉蒸汽包(3.2)、锅炉水箱(3.3)、风 机(3.4)，锅炉蒸汽包(3.2)、锅炉水箱(3.3)与锅炉(3.1)相接，或锅炉(3.1) 直接与蒸汽管道相接;进入锅炉(3.1)的燃料除来自于污泥干化单元(2)的干污泥 外，可根据需要掺和其它燃料进入锅炉(3.1)，锅炉(3.1)除来自废气排放单元(5) 的废气外，还有来自风机(3.4)的新鲜空气，根据需要还可从锅炉(3.1)的排烟道 中引烟气到干化机(2.1)进气口。
4.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，其特征在 于：所述的干式除尘器(2.2)为多圈式带加热的旋风除尘器。
5.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，其特征在 于所述的废气排放单元(5)包含废气终冷器(5.1)、废气引风机(5.2)、风道挡板(5.3)、 除臭装置(5.4)，废气终冷器(5.1)通过废气管道与废气引风机(5.2)和风道挡板 (5.3)连接，通过废气管道风道挡板(5.3)与除臭装置(5.4)或锅炉(3.1)连接， 当不使用除臭装置(5.4)处理废气时，废气终冷器(5.1)也不再使用，此时，废气 排放单元(5)只包含废气引风机(5.2)、风道挡板(5.3)，通过废气管道连接废气引 风机(5.2)和风道挡板(5.3)。
6.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，其特征在 于所述的双回路低温余热发电单元(4)包含小端差高效能换热器组(4.1，4.2，4.3)、 工质动力机进汽调节阀(4.4)、工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)(4.5)、发电机 (4.6)、小端差高效能冷凝器(4.7)、工质升压泵(4.8)、疏水箱(4.9)、疏水泵(4.10); 通过工质管道把小端差高效能换热器组(4.1，4.2，4.3)、工质动力机进汽调节阀(4.4)、 工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)(4.5)、小端差高效能冷凝器(4.7)、工质升压泵 (4.8)连接成一个闭合回路，管道中的工质在小端差高效能换热器组(4.1，4.2，4.3) 中通过加热蒸发成为有做功能力的气态工质，气态工质通过工质动力机进汽调节阀 (4.4)进入工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)(4.5)做功，做功后的工质在小端差 高效能冷凝器(4.7)中冷却凝结成液态工质经工质升压泵(4.8)升压后到小端差高 效能换热器组(4.1，4.2，4.3)中加热，如此往复循环;工质动力机(螺杆膨胀机或汽 轮机)(4.5)与发电机(4.6)同轴连接，工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)(4.5) 带动发电机(4.6)发电;疏水管道把小端差高效能换热器(4.1，4.3)、疏水箱(4.9)、 疏水泵(4.10)连接，使冷却后的疏水回到锅炉水箱(3.3)形成水和蒸汽的闭合循环。
7.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，其特征在 于所述的余热发电单元(6)包含动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)(6.1)、发电机(6.2)、 动力机旁路阀(6.3)、动力机进汽调节阀(6.4)，当锅炉蒸汽包(3.2)中的蒸汽品质 高于干化机(2.1)所需时，蒸汽通过管道经动力机进汽调节阀(6.4)到动力机(螺 杆膨胀机或汽轮机)(6.1)做功，带动发电机(6.2)发电;当锅炉蒸汽包(3.2)中 的蒸汽品质适合干化机(2.1)所需时，蒸汽通过管道经动力机旁路阀(6.3)直接进 入干化机(2.1)。
8.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，其特征在 于所述的湿除尘塔(2.3)为浮球式洗涤除尘塔。
9.根据权利要求1所述的一种污泥干化焚烧及余热梯级综合利用系统和方法，，其特征在 于，包括下列步骤：
(a)湿污泥通过污泥运输车送到湿污泥贮存仓(1.1)中，再通过湿污泥泵送系统或 湿污泥提升加螺旋机系统装置(1.2)输送到干化机(2.1)中进行干化处理;
(b)干化机(2.1)将湿污泥进行干化处理后产生的干污泥通过干污泥输送机(皮带 机或螺旋机)(2.6)运输到锅炉(3.1)中进行焚烧;干化机(2.1)在此过程中产生 的尾气进入干式除尘器(2.2)除尘，然后再通入湿除尘塔(2.3)进一步除尘，湿除 尘塔(2.3)和污水循环池(2.4)、水泵(2.5)组成循环系统，对尾气进行反复除尘， 除尘后的热尾气送到小端差高效能换热器(4.1，4.3)中;进入干化机(2.1)的蒸汽 冷却后产生的疏水进入小端差高效能换热器(4.2)中;
(c)冷工质在小端差高效能换热器组(4.1，4.2，4.3)小端差高效能换热器组 (4.1，4.2，4.3)中被热尾气加热、蒸发，尾气经过冷却后可以选择进入锅炉(3.1) 燃烧或经除臭装置(5.4)处理后排放，经小端差高效能换热器组(4.1，4.2，4.3)加 热的气态热工质进入工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)(4.5)做功带动发电机(4.6) 发电，做功后的气态冷工质经小端差高效能冷凝器(4.7)冷却凝结成液态工质，经工 质升压泵(4.8)提升压力后到小端差高效能换热器组(4.1，4.2，4.3)进行加热，加 热后的工质再进入工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)(4.5)做功带动发电机(4.6) 发电，如此往复循环;
(d)锅炉(3.1)产生的蒸汽输送到锅炉蒸汽包(3.2)内，当锅炉(3.1)产生的蒸 汽品质高于干化机(2.1)所需时，可将蒸汽经动力机进汽调节阀(6.4)通入动力机 (螺杆膨胀机或汽轮机)(6.1)带动发电机(6.2)做功发电，然后再将动力机(螺杆 膨胀机或汽轮机)(6.1)的排气送入干化机(2.1)进行污泥干化，当锅炉蒸汽包(3.2) 中的蒸汽品质适合干化机(2.1)所需时，则直接进入干化机(2.1)进行污泥干化;
(e)焚烧炉所需的新鲜空气由风机(3.4)送入，烟气由烟囱外排;还可引一部分烟 气到干化机(2.1)进气口;冷却后的疏水经疏水箱(4.9)、疏水泵(4.10)送回锅炉 水箱(3.3)进行循环使用。
说明书
一种污泥干化焚烧余热梯级综合利用的系统和方法
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，具体涉及一种污泥干化焚烧余热梯级综合利用的系统 和方法。
背景技术
随着我国社会经济和城市化的发展，环境保护工作的力度不断加强，城市污水处理能 力在近几年得到了极大的提高，但经生化处理的污水处理污泥(以下简称：污泥)处置问 题日益突出。污水和污泥是解决城市水污染问题同等重要又紧密关联的两个系统，污泥处 理处置是污水处理得以最终实施的保障。污泥是污水处理过程的伴生物，它是以好氧微生 物为主体，同时包括混入污水中的泥沙、纤维和动植物残体等固体物质，以及吸附的有机 物、金属、病菌、虫卵等物质的综合体。另外，由于污泥通常含水率较高(含水率80%)， 还具有体积庞大、性质不稳定、易腐化、不利运输的特点。因此必须根据污泥的性质，对 其进行妥善处置。
现在我国的大部分地方污水处理的污泥没有得到安全处置，多数污水处理厂只能是将 污泥送往垃圾场填埋或露天堆放，而有些不法企业甚至将污泥拉出，随意倾倒、堆放或者 不经压滤处理，将污泥池的污泥用泥浆泵直接抽排入江、海水域。每天有数百吨污泥没有 被安全处置，污泥的任意倾倒、堆放、填埋，可能造成大范围的二次污染，失去建设污水 处理设施的意义。
从现行的污泥处置方式来看，大部分以填埋为主，这是一项比较普遍采用的污泥处置 技术，处置方法简单、易行、成本低。但是污泥填埋也存在一些问题：污泥的渗滤液是一 种被严重污染的液体，如果运行不当，这种液体就会进入地下水层，二次污染周围环境、 河道和地下水源;污泥的高含水率、高粘度也给填埋操作带来困难;填埋场产生的有害气 体和臭气直接释放到大气中造成空气污染;另外，污泥填埋浪费土地，适合污泥填埋的场 所也因污泥的大量产出而越来越有限，这也限制了该法的进一步发展。
污泥干化焚烧处置方法能使有机物全部氧化，杀死病原体，最大限度地减少污泥体积， 有效地利用污泥的热值，且可以迅速和彻底地使污泥减容，满足越来越严格的环境要求和 充分地处理不适宜于资源化利用的部分污泥，产生灰渣也可用于建材产业。从污泥处理处 置目标、污泥出路角度考虑，污泥干化焚烧方案有明显的优点。该方法符合我国发展循环 经济的方针，也符合废物的“减量化、无害化、资源化”的处理原则。但污泥干化焚烧系 统的成败，主要取决于合理的系统工艺流程和系统设备的性能。我国现建成的污泥干化焚 烧系统存在以下明显的缺点：1、系统工艺流程不合理造成系统流程中又产生大量的污水、 臭气和污泥，给环境造成二次污染。2、不少装置的设计不合理，尾气处理系统经常发生 “灰堵”，要经常停产清灰。3、系统流程的设计中对系统产生的大量低温余热不能有效 的回收利用，造成能源的浪费和对环境的热污染;并带来高昂的运营成本。
迄今为止，还没有完整的污泥干化焚烧系统和对余热同步有效利用的方法。
发明内容
本发明提供一种污泥干化焚烧余热梯级综合利用系统和方法，完善污泥干化焚烧流程， 使大量低温热源能有效的回收利用，节能减排，明显降低污泥的处置费用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种污泥干化焚烧余热梯级综合利 用的系统和方法，包括湿污泥输送单元、污泥干化单元、燃烧单元、双回路低温余热发电 单元、废气排放单元和余热发电单元，所述的湿污泥输送单元与污泥干化单元相连，所述 的污泥干化单元包含干化机、干式除尘器、湿除尘塔、污水循环池、水泵、干污泥输送机 (皮带机或螺旋机)，所述的干化机通过尾气管道与干式除尘器相连;所述的干式除尘器 通过尾气管道与湿除尘塔相连;所述的湿除尘塔通过喷淋水管和排水管与水泵和污水循环 池相连成闭合回路;所述的干化机通过干污泥输送机(皮带机或螺旋机)与燃烧单元相连; 所述的干化机通过蒸汽管道与余热发电单元或燃烧单元相连;所述的干化机通过疏水管道 和尾气管道与双回路低温余热发电单元相连;污泥干化单元通过小端差高效能换热器组与 燃烧单元和废气排放单元相连;所述的小端差高效能换热器组由加热蒸发器通过并联和串 联组成;所述的加热蒸发器分别与湿除尘塔、干化机疏水口、废气终冷器和疏水箱相连接; 所述的小端差高效能换热器组还可与外界的其他热源相连;所述疏水箱通过疏水泵与锅炉 水箱相连;所述废气终冷器与废气引风机相连;所述废气引风机分别经过风道挡板与除臭 装置和锅炉相连;所述的双回路低温余热发电单元包含小端差高效能换热器组、工质动力 机进汽调节阀、工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)、发电机、小端差高效能冷凝器、工 质升压泵、疏水箱、疏水泵;通过工质管道把小端差高效能换热器组、工质动力机进汽调 节阀、工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)、小端差高效能冷凝器、工质升压泵连接成一 个闭合回路，管道中的工质在小端差高效能换热器组中通过加热蒸发成为有做功能力的气 态工质，气态工质通过工质动力机进汽调节阀进入工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)做 功，做功后的工质在小端差高效能冷凝器中冷却凝结成液态工质经工质升压泵升压后到小 端差高效能换热器组中加热，如此往复循环;工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)与发电 机同轴连接，工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)带动发电机发电;疏水管道把小端差高 效能换热器(4.1，4.3)、疏水箱、疏水泵连接，使冷却后的疏水通过疏水泵回到锅炉水箱 形成水和蒸汽的闭合循环。所述的燃烧单元包含锅炉、锅炉蒸汽包、锅炉水箱、风机，锅 炉蒸汽包、锅炉水箱分别与锅炉相连;进入锅炉的燃料除来自于污泥干化单元的干污泥外， 可根据需要掺和其它燃料进入锅炉，锅炉除来自废气排放单元的废气外，还有来自风机的 新鲜空气，根据需要还可从锅炉的排烟道中引烟气到干化机进气口。所述的废气排放单元 包含废气终冷器、废气引风、风道挡板、除臭装置，废气终冷器通过废气管道与废气引风 机和风道挡板连接，通过废气管道风道挡板与除臭装置或锅炉连接，系统可不采用除臭装 置和废气终冷器处理废气，此时，废气排放单元只包含废气引风机、风道挡板，通过废气 管道连接废气引风机、风道挡板到锅炉。
所述的湿污泥输送单元(1)包括湿污泥贮存仓(1.1)、湿污泥泵送系统或湿污泥提 升加螺旋机系统装置(1.2)，所述的湿污泥贮存仓(1.1)和湿污泥泵送系统或湿污泥提 升加螺旋机系统装置(1.2)通过管道或螺旋机相接。
所述的锅炉(3.1)与锅炉蒸汽包(3.2)相接或直接与蒸汽管道相接。
作为优选，所述的干式除尘器(2.2)为多圈式带加热的旋风除尘 器：CN201120165280.3。
作为优选，所述的湿除尘塔(2.3)为一种带凝水回流的浮球除尘 器：CN20120154568.02010101519277。
作为优选，所述的小端差高效能换热器组(4.1，4.2，4.3)为一种耐压多程轴向流螺 旋板式换热器：ZL0313883.5;一种换热芯可外抽的耐腐蚀双轴向流螺旋板式换热器： ZL200510041521.1。
作为优选，所述的小端差高效能冷凝器(4.7)为一种无振水冷凝汽器： ZL200910026779.3;
一种污泥干化焚烧余热梯级综合利用的方法，包括下列步骤：
(a)湿污泥通过污泥运输车送到湿污泥贮存仓中，再通过湿污泥泵送系统或湿污泥提 升加螺旋机系统装置输送到干化机中进行干化处理;
(b)干化机将湿污泥进行干化处理后产生的干污泥通过干污泥输送机运输到锅炉中进 行焚烧;干化机在此过程中产生的蒸发物经空气或烟气的携带(尾气)进入干式除尘器进 行除尘，然后再通入湿除尘塔进行除尘，湿除尘塔、水泵和污水循环池组成循环喷淋系统， 对热尾气进行反复除尘，除尘后的热尾气通到双回路低温余热发电单元的小端差高效能换 热器组中;
(c)小端差高效能换热器组利用热尾气和干化机排放的饱和疏水(或其它外来的热源) 对双回路低温余热发电单元中的工质进行加热蒸发，尾气经过冷却后成为废气，废气可以 选择进入锅炉燃烧或经除臭装置处理后排放，尾气在小端差高效能换热器组中经过冷却后 产生的凝结水排放到指定的处理水池中进行无害处理后排放，经小端差高效能换热器组加 热蒸发后的工质进入工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)做功带动发电机发电，做功后的 气液二相冷工质经小端差高效能冷凝器凝结成液态工质，经工质升压泵提升压力后到小端 差高效能换热器组进行加热蒸发，加热后的工质再进入工质动力机(螺杆膨胀机或汽轮机) 做功带动发电机发电，如此往复循环;
(d)锅炉产生的蒸汽输送到锅炉蒸汽包内，当锅炉产生的蒸汽是过热蒸汽或品质高 于干化机所需时可将蒸汽通入动力机(螺杆膨胀机或汽轮机)做功带动发电机发电，锅炉 产生的饱和蒸汽符合干化机所需时可直接进入干化机进行污泥干化。
