公布日：2022.10.21
申请日：2022.06.27
分类号：C02F11/13(2019.01)I;C02F11/00(2006.01)I;C10J3/48(2006.01)I;C10J3/72(2006.01)I
摘要
本发明提供了一种污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺及系统，所述处置工艺包括步骤：S1，污泥干化处理：通过脱水干化工艺将含水污泥中的含水量降至30％以下；S2，干化污泥气化熔融处理：干化污泥在800℃以上的气化炉内气化熔融；S3，烟气余热利用：气化炉排出的高温烟气与空气换热后得高温空气，将高温空气回用于所述步骤S2和步骤S1；S4，焚烧炉渣综合利用：根据炉渣中的磷含量确定炉渣的资源化利用方式，本发明所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺及系统既实现了污泥中有机质焚烧产生的热量的综合利用，又对产生的无机物炉渣进行无害化了处置和资源化利用，同时，不产生二噁英等有毒有害物质，具有清洁、环保、高效的优点。
权利要求书
1.一种污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，包括步骤：S1，污泥干化处理：通过脱水干化工艺将含水污泥中的含水量降至30％以下，得干化污泥；S2，干化污泥气化熔融处理：将所述步骤S1处理得到的干化污泥输送至气化炉中，同时向所述气化炉中通入空气作为助燃风，使干化污泥在800℃以上气化熔融；S3，烟气余热利用：所述气化炉排出的高温烟气与空气换热后，得高温空气，将其中一部分高温空气作为助燃风通入所述步骤S2中的气化炉内；将另一部分高温空气用于所述步骤S1中以对污泥进行干化；S4，焚烧炉渣综合利用：对所述气化炉排出的炉渣中的磷含量进行检测，并根据炉渣中的磷含量确定炉渣的资源化利用方式。
2.根据权利要求1所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，所述步骤S1包括：S12，污泥低温干化：采用低温干化设备对污泥进行干化处理，将污泥中的含水量降至30％以下，得干化污泥。
3.根据权利要求1或2所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，所述步骤S1包括：S11，污泥机械脱水：通过机械脱水设备将含水污泥的含水量降至70％以下；S12，污泥低温干化：采用低温干化设备对经所述步骤S11处理后的污泥进行干化处理，将所述步骤S3中产生的部分高温空气通入低温干化设备中，将污泥中的含水量降至30％以下，得干化污泥。
4.根据权利要求1所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，在所述步骤S2中，所述气化炉为气流床气化炉；干化污泥采用粉体进料，干化污泥的粒度＜3mm。
5.根据权利要求1或4所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，所述步骤S2包括：S21，首先将含水量降至30％以下的干化污泥粉料储存于料仓内，经旋转给料机控制下料量后，被输送空气的气力输送至所述气化炉下部的一燃室内；同时，向所述气化炉内通入助燃风；S22，控制所述一燃室的温度达到900℃以上，在所述一燃室中的高温、欠氧环境下，污泥中的有机物发生热解，无机物在发生熔融；S23，所述一燃室中的烟气上升进入位于所述气化炉上部的二燃室中，在所述二燃室内进行过氧燃烧，过氧燃烧过程中，控制所述二燃室的温度达到800℃以上，烟气在二燃室内的停留时间达2S以上，过氧燃烧形成的熔渣落入气化炉底部的渣池中，烟气则携带细灰继续向上，从所述气化炉上部的出口排出。
6.根据权利要求5所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，在所述步骤S21中，通入所述气化炉内的助燃风包括通入一燃室的一次助燃风和通入二燃室的二次助燃风，其中，所述一次助燃风为300-400℃的空气，所述一次助燃风的流量为500-800Nm3/h；所述二次助燃风为常温空气，所述二次助燃风的流量为10000-15000Nm3/h。
7.根据权利要求6所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，所述步骤S3包括：S31，所述气化炉排出的高温烟气首先与空气进行一次换热后，得到一次高温空气，将所述一次高温空气作为一次助燃风通入所述步骤S2中的气化炉内；S32，一次换热后的烟气继续与空气进行二次换热，得到二次高温空气，将所述二次高温空气通入所述步骤S1中的低温干化设备中对污泥进行干化；二次换热后的烟气经除尘和脱硫脱硝处理后排至大气。
8.根据权利要求1所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，在所述步骤S4中，根据炉渣中的磷含量确定炉渣的资源化利用方式包括：S41，当炉渣中的磷含量≥8％时，将炉渣进行选矿后得到磷含量较高的精矿和磷含量较低的尾矿，所述精矿作为磷矿石使用，所述尾矿用作含磷固化剂或建筑原材料；S42，当炉渣中的磷含量＜8％时，将炉渣直接用作含磷固化剂或建筑原材料。
9.根据权利要求1所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，其特征在于，在进行所述步骤S2之前，应对污泥中重金属的含量进行检测，当污泥中重金属的含量超标时，向所述步骤S2所用气化炉内充入燃料，将炉内温度提高至1200℃以上，使气化炉内的炉渣熔融成为玻璃体态，后将炉渣破碎制成污泥熔融磷肥。
10.一种污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺的系统，其特征在于，所述系统用于上述权利要求1-9任一项所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺。
发明内容
本发明设计出一种污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺及系统，以克服现有污泥干化焚烧过程中易产生二噁英等有毒有害物质，且无法对污泥处理过程中有机物燃烧产生的热量、无机物中对土壤有益的元素进行回收和综合利用的技术问题。
为解决上述问题，本发明公开了一种污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺，包括步骤：
S1，污泥干化处理：通过脱水干化工艺将含水污泥中的含水量降至30％以下，得干化污泥；
S2，干化污泥气化熔融处理：将所述步骤S1处理得到的干化污泥输送至气化炉中，同时向所述气化炉中通入空气作为助燃风，使干化污泥在800℃以上气化熔融；
S3，烟气余热利用：所述气化炉排出的高温烟气与空气换热后，得高温空气，将其中一部分高温空气作为助燃风通入所述步骤S2中的气化炉内；将另一部分高温空气用于所述步骤S1中以对污泥进行干化；
S4，焚烧炉渣综合利用：对所述气化炉排出的炉渣中的磷含量进行检测，并根据炉渣中的磷含量确定炉渣的资源化利用方式。
进一步的，所述步骤S1包括：
S12，污泥低温干化：采用低温干化设备对污泥进行干化处理，将污泥中的含水量降至30％以下，得干化污泥。
进一步的，所述步骤S1包括：
S11，污泥机械脱水：通过机械脱水设备将含水污泥的含水量降至70％以下；
S12，污泥低温干化：采用低温干化设备对经所述步骤S11处理后的污泥进行干化处理，将所述步骤S3中产生的部分高温空气通入低温干化设备中，将污泥中的含水量降至30％以下，得干化污泥。
进一步的，在所述步骤S2中，所述气化炉为气流床气化炉；干化污泥采用粉体进料，干化污泥的粒度＜3mm。
进一步的，所述步骤S2包括：
S21，首先将含水量降至30％以下的干化污泥粉料储存于料仓内，经旋转给料机控制下料量后，被输送空气的气力输送至所述气化炉下部的一燃室内；同时，向所述气化炉内通入助燃风；
S22，控制所述一燃室的温度达到900℃以上，在所述一燃室中的高温、欠氧环境下，污泥中的有机物发生热解，无机物在发生熔融；
S23，所述一燃室中的烟气上升进入位于所述气化炉上部的二燃室中，在所述二燃室内进行过氧燃烧，过氧燃烧过程中，控制所述二燃室的温度达到800℃以上，烟气在二燃室内的停留时间达2S以上，过氧燃烧形成的熔渣落入气化炉底部的渣池中，烟气则携带细灰继续向上，从所述气化炉上部的出口排出。
进一步的，在所述步骤S21中，通入所述气化炉内的助燃风包括通入一燃室的一次助燃风和通入二燃室的二次助燃风，其中，所述一次助燃风为300-400℃的空气，所述一次助燃风的流量为500-800Nm3/h；所述二次助燃风为常温空气，所述二次助燃风的流量为10000-15000Nm3/h。
进一步的，所述步骤S3包括：
S31，所述气化炉排出的高温烟气首先与空气进行一次换热后，得到一次高温空气，将所述一次高温空气作为一次助燃风通入所述步骤S2中的气化炉内；
S32，一次换热后的烟气继续与空气进行二次换热，得到二次高温空气，将所述二次高温空气通入所述步骤S1中的低温干化设备中对污泥进行干化；二次换热后的烟气经除尘和脱硫脱硝处理后排至大气。
进一步的，在所述步骤S4中，根据炉渣中的磷含量确定炉渣的资源化利用方式包括：
S41，当炉渣中的磷含量≥8％时，将炉渣进行选矿后得到磷含量较高的精矿和磷含量较低的尾矿，所述精矿作为磷矿石使用，所述尾矿用作含磷固化剂或建筑原材料；
S42，当炉渣中的磷含量＜8％时，将炉渣直接用作含磷固化剂或建筑原材料。
进一步的，在进行所述步骤S2之前，应对污泥中重金属的含量进行检测，当污泥中重金属的含量超标时，向所述步骤S2所用气化炉内充入燃料，将炉内温度提高至1200℃以上，使气化炉内的炉渣熔融成为玻璃体态，后将炉渣破碎制成污泥熔融磷肥。
一种污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺的系统，所述系统用于上述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺。
本申请所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺及系统具有以下优点：
第一、本申请所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺及系统采用污泥干化和气化熔融耦合的一体化工艺，通过将脱水、干化后的有机污泥通过气流床气化炉高温气化，利用污泥自身的热值使气流床气化炉达到气化自持运行，同时产生的高温烟气通过热交换器产生高温空气，可供给前端的低温干化设备和作为气化炉的助燃风使用，能够降低低温干化的能源消耗，实现了烟气余热的充分利用，达到节约能源，降低成本的目的；
第二，本申请所述污泥处理过程中，气化熔融处理后的炉渣，可以根据磷含量的不同进行综合资源化利用；
第三，本申请所述污泥处理过程中，污泥气化熔融后的产物不需填埋，减少环境风险，节约土地；
第四，本申请所述气化炉排出的高温烟气中不含有二噁英等有毒有害物质。
总之，本申请所述的污泥低温干化和气化熔融耦合处置工艺及系统既实现了污泥中有机质焚烧产生的热量的综合利用，又对产生的无机物炉渣进行无害化了处置和资源化利用，同时，不产生二噁英等有毒有害物质，具有清洁、环保、高效的优点。
（发明人：陈小虎;张军;邵松;陆波;陈登浩;张雪峰;徐曙光;吴明霏）
