申请日2016.12.14
公开(公告)日2017.03.08
IPC分类号C02F11/00; C02F11/12; C02F11/10; C10J3/58; C10J3/72
摘要
本发明公开了一种利用污泥进行发电的系统及方法。该系统包括：干化装置，具有污泥入口、干化污泥出口、干燥水出口、蒸汽入口、冷却水出口;蓄热式旋转床，具有原料入口、热解水出口、热解油气出口、热解炭出口，原料入口与干化污泥出口相连;气化熔融反应室，具有热解油气入口、热解炭入口、热态合成气出口、熔渣出口，热解油气入口与热解油气出口相连，热解炭入口与热解炭出口相连;换热装置，具有热态合成气入口、冷态合成气出口、废水出口、冷却水入口和蒸汽出口，热态合成气入口与热态合成气出口相连;发电装置，具有蒸汽入口、乏汽出口和电量输出端，蒸汽入口与蒸汽出口相连。本发明实现了污泥的“无害化、减量化、资源化”。
权利要求书
1.一种利用污泥进行发电的系统，其特征在于，所述系统包括：
干化装置，具有污泥入口、干化污泥出口、干燥水出口、蒸汽入口、冷却水出口;
蓄热式旋转床，具有原料入口、热解水出口、热解油气出口、热解炭出口，所述原料入口与所述干化装置的干化污泥出口相连;
气化熔融反应室，具有热解油气入口、热解炭入口、热态合成气出口、熔渣出口，所述热解油气入口与所述蓄热式旋转床的热解油气出口相连，所述热解炭入口与所述蓄热式旋转床的热解炭出口相连;
换热装置，具有热态合成气入口、冷态合成气出口、废水出口、冷却水入口和蒸汽出口，所述热态合成气入口与所述气化熔融反应室的热态合成气出口相连;以及
发电装置，具有蒸汽入口、乏汽出口和电量输出端，所述蒸汽入口与所述换热装置的蒸汽出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述干化装置的蒸汽入口与所述发电装置的乏汽出口相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括熄焦装置，所述熄焦装置具有熔渣入口、灰渣出口、熄焦水入口;所述熔渣入口与所述气化熔融反应室的熔渣出口相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述熄焦水入口与所述干化装置的干燥水出口、所述干化装置的冷却水出口、所述蓄热式旋转床的热解水出口中的一个或多个出口相连。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄热式旋转床包括干燥区和热解区;所述热解水出口布置于所述干燥区末端的侧壁，所述热解油气出口布置于所述热解区末端的顶部，所述热解炭出口布置于所述热解区末端的底部。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化熔融反应室安装有两个以上的等离子体火炬。
7.一种利用权利要求1-6中任一所述系统用污泥进行发电的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将污泥送入所述干化装置进行干化处理，蒸出污泥中的大部分水分，制得干化污泥;
将所述干化污泥送入所述蓄热式旋转床内进行热解处理，制得热解油气和热解炭;
将所述热解油气及所述热解炭送入所述气化熔融反应室，制得包括CO、H2的热态合成气，并将所述热解炭熔融成玻璃态熔渣;
将所述热态合成气送入所述换热装置与水进行换热处理，制得370℃-440℃的蒸汽;以及
将所述蒸汽送入所述发电装置进行发电。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述污泥进行干化处理时还会产生干燥水和冷却水，所述污泥热解时还会产生热解水;用所述干燥水、所述冷却水、所述热解水中的一种或多种水对所述玻璃态熔渣进行熄焦处理。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热态合成气与水换热后变成冷态合成气，将所述冷态合成气送入所述蓄热式旋转床用于热解污泥。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在1100℃-1400℃的温度下对所述热解油气及所述热解炭进行气化熔融处理，在600℃-900℃的温度下热解所述污泥。
说明书
一种利用污泥进行发电的系统及方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化处理领域，具体涉及一种利用污泥进行发电的系统及方法。
背景技术
随着环保水平的提高。城市污水的处理量在连年增加，作为城市污水处理的副产物，城市污泥的年产率也急剧增加。污泥是一种含水率很高(85%-95%)的絮状泥粒，含有大量的重金属、氮磷、病原菌、病毒和毒性有机物等。如果将其任意排放到水体中，会造成水体恶化，并影响水生物的生存;若将其利用到农业上会污染土壤，导致农作物产生病灾，甚至危害人体健康。因此，如何有效、无害地处理城市污泥，是国内外专家非常关注的问题。
热解技术是在无氧或绝氧的条件下，将有机物进行热裂解，生成以H2、CH4、CO为主的可燃气体、高热值的燃料油及部分固定碳。等离子气化技术是利用等离子体火炬对物料进行加热，局部温度可到5000℃以上，并能使反应室的温度维持在1200℃左右，能迅速分解热解油、二噁英等物质，并产生大量CO、H2等合成气。具有二次污染小、能源回收利用率高等特点。
现有技术中，一些污泥回转窑热解工艺的热解油产量较多，容易堵塞管道、腐蚀设备等，经常停车检修，并且后端需要复杂的油水分离及净化装置，导致投资大大增加。此外，一些污泥竖炉等离子气化技术，直接用等离子火炬对污泥进行气化，由于污泥含水率较高，在处理大规模污泥时，该工艺的功率极大、耗电率非常高，因此导致运行成本增大，难以实现工业化应用。
发明内容
本发明的目的是针对污泥热解工艺中热解油产量大、堵塞严重、腐蚀程度高、维修频率高、处理成本大等问题，以及污泥气化熔融工艺中处理规模小、功率极大、耗电率较高、运行成本高、难以工业化应用等问题，提供一种清洁、高效处理污泥的工艺，实现污泥的“无害化、减量化、资源化”。
本发明首先提供了一种利用污泥进行发电的系统，所述系统包括：
干化装置，具有污泥入口、干化污泥出口、干燥水出口、蒸汽入口、冷却水出口;
蓄热式旋转床，具有原料入口、热解水出口、热解油气出口、热解炭出口，所述原料入口与所述干化装置的干化污泥出口相连;
气化熔融反应室，具有热解油气入口、热解炭入口、热态合成气出口、熔渣出口，所述热解油气入口与所述蓄热式旋转床的热解油气出口相连，所述热解炭入口与所述蓄热式旋转床的热解炭出口相连;
换热装置，具有热态合成气入口、冷态合成气出口、废水出口、冷却水入口和蒸汽出口，所述热态合成气入口与所述气化熔融反应室的热态合成气出口相连;以及
发电装置，具有蒸汽入口、乏汽出口和电量输出端，所述蒸汽入口与所述换热装置的蒸汽出口相连。
在本发明的一些实施例中，所述干化装置的蒸汽入口与所述发电装置的乏汽出口相连。
在本发明的一些实施例中，所述系统还包括熄焦装置，所述熄焦装置具有熔渣入口、灰渣出口、熄焦水入口;所述熔渣入口与所述气化熔融反应室的熔渣出口相连。
在本发明的一些实施例中，所述熄焦水入口与所述干化装置的干燥水出口、所述干化装置的冷却水出口、所述蓄热式旋转床的热解水出口中的一个或多个出口相连。
在本发明的一些实施例中，所述蓄热式旋转床包括干燥区和热解区;所述热解水出口布置于所述干燥区末端的侧壁，所述热解油气出口布置于所述热解区末端的顶部，所述热解炭出口布置于所述热解区末端的底部。
在本发明的一些实施例中，所述气化熔融反应室安装有两个以上的等离子体火炬。
此外，本发明还提供了一种利用上述系统用污泥进行发电的方法，所述方法包括如下步骤：
将污泥送入所述干化装置进行干化处理，蒸出污泥中的大部分水分，制得干化污泥;
将所述干化污泥送入所述蓄热式旋转床内进行热解处理，制得热解油气和热解炭;
将所述热解油气及所述热解炭送入所述气化熔融反应室，制得包括CO、H2的热态合成气，并将所述热解炭熔融成玻璃态熔渣;
将所述热态合成气送入所述换热装置与水进行换热处理，制得370℃-440℃的蒸汽;以及
将所述蒸汽送入所述发电装置进行发电。
在本发明的一些实施例中，述污泥进行干化处理时还会产生干燥水和冷却水，所述污泥热解时还会产生热解水;用所述干燥水、所述冷却水、所述热解水中的一种或多种水对所述玻璃态熔渣进行熄焦处理。
在本发明的一些实施例中，所述热态合成气与水换热后变成冷态合成气，将所述冷态合成气送入所述蓄热式旋转床用于热解污泥。
在本发明的一些实施例中，1100℃-1400℃的温度下对所述热解油气及所述热解炭进行气化熔融处理，在600℃-900℃的温度下热解所述污泥。
本发明采用蓄热式旋转床对干化处理后的污泥进行热解，并利用气化熔融反应室对热解油气进行气化，干燥水、冷却水和热解水可作为热解炭的熄焦用水，获得的合成气产率高、热值高，可作为蓄热式辐射管的燃料气使用，通过换热处理合成气得到的蒸汽可用于发电出售，实现了污泥的“无害化、减量化、资源化”。
此外，本发明的运行成本低、资源化水平高、二次污染小，且易于实现工业化和规模化。
本发明将热解油气和热解炭同时进行气化熔融处理，热解炭的存在有助于热解油气转变合成气，因此，本发明制得的合成气的产率很高。
本发明利用热态合成气与水换热，制备发电用蒸汽，充分利用了热态合成气的余热，增加了产品的经济效益。
本发明提供的工艺中，热解油的产率低，而合成气的产率很高，不会发生管道堵塞、设备被腐蚀等现象，减少了生产成本。
