申请日2019.08.29
公开(公告)日2019.11.12
IPC分类号C02F11/13; C02F11/10; C10J3/56; C10J3/72; C10J3/84
摘要
本发明涉及一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述滚筒式污泥干燥箱内设有污泥称重装置，所述污泥称重装置与设有污泥含水量界限值的控制单元相连，所述干污泥输送装置包括与所述循环流化床污泥气化炉相连的气化输送分线及与所述污泥输送机相连的污泥循环干化分线，所述滚筒式污泥干燥箱的出料口包括由所述控制单元控制闭合或打开的气化出料口及污泥循环出料口，所述气化出料口与所述气化输送分线相连，所述污泥循环出料口与所述污泥循环干化分线相连。本发明提供一种通过循环分级干化降低污泥含水量的污泥分级干化气化耦合燃煤发起系统及其工艺方法。
权利要求书
1.一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，包括利用蒸汽对储存于污泥储存仓的污泥原料进行干燥的污泥干化单元，用于将干燥脱水后的污泥进行输送气化产生可燃气的污泥气化制燃单元，用于将污泥气化制燃单元产生的可燃气及乏气送至燃煤锅炉燃烧的燃气焚烧单元，所述的污泥干化单元、所述的污泥气化制燃单元及所述的燃气焚烧单元依次相连，所述的污泥干化单元包括滚筒式污泥干燥箱，所述的污泥储存仓经由污泥输送机与所述的滚筒式污泥干燥箱的污泥入口相连，所述的污泥气化制燃单元包括干污泥输送装置、循环流化床污泥气化炉、旋风分离器及气化用的鼓风机，所述的污泥干化单元通过污泥输送装置与所述的循环流化床污泥气化炉相连，所述的循环流化床污泥气化炉与所述的旋风分离器相连，其特征在于，所述的滚筒式污泥干燥箱内设有污泥称重装置，所述的污泥称重装置与设有污泥含水量界限值的控制单元相连，所述的干污泥输送装置包括与所述的循环流化床污泥气化炉相连的气化输送分线及与所述的污泥输送机相连的污泥循环干化分线，所述的滚筒式污泥干燥箱的出料口包括由所述的控制单元控制闭合或打开的气化出料口及污泥循环出料口，所述的气化出料口与所述的气化输送分线相连，所述的污泥循环出料口与所述的污泥循环干化分线相连，所述的旋风分离器的气体分离出口分别与多个流体出口出气温度不同的换热器相连，所述的流体出口分别与污泥干燥管及蒸汽排气管相连，所述的污泥干燥管与所述的滚筒式污泥干燥箱的蒸汽干燥进口相连，所述的污泥干燥管与所述的蒸汽排气管内分别设有用于控制蒸汽通止的控制阀，所述的控制阀与所述的控制单元相连，所述的流体出口设有温度检测装置，所述的温度检测装置与设有温度界限值的所述的控制单元相连，所述的控制单元与进水泵相连，所述的进水泵与所述的换热器的流体进口相接。
2.根据权利要求1所述的一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述的旋风分离器的气体分离出口与两个所述的换热器相连，两个所述的换热器分别为第一干化换热器与循环干化换热器，所述的控制单元内所述的第一干化换热器的所述的流体出口的蒸汽温度界限值为180℃-220℃，蒸汽气压界限值为1.5MPa-2MPa;所述的控制单元内所述的循环干化换热器的所述的流体出口的蒸汽温度界限值为120℃-160℃，蒸汽气压界限值为1.2MPa-1.7MPa。
3.根据权利要求1或2所述的一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述的出料口左右分叉分成所述的气化出料口及所述的污泥循环出料口，所述的气化出料口及所述的污泥循环出料口相通构成人字形结构，所述的气化出料口与所述的污泥循环出料口相接处设有翻板，所述的翻板与设有所述的气化出料口及所述的污泥循环出料口的出料箱通过转动轴转动相连，所述的翻板与所述的气化出料口及所述的污泥循环出料口左右转动适配，所述的转动轴与所述的转动电机相接，所述的转动电机与所述的控制单元相连，所述的气化输送分线与所述的污泥循环干化分线与所述的控制单元相连。
4.根据权利要求3所述的所述的一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述的燃气焚烧单元包括与所述的换热器的气体出口相连的燃煤锅炉，所述的燃煤锅炉与给煤装置及所述的鼓风机相连。
5.根据权利要求3所述的一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述的旋风分离器的底部与所述的返料器相连，所述的返料器与所述的循环流化床污泥气化炉相连。
6.根据权利要求1或2或4或5所述的一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述的污泥含水量界限值为45%-60%。
7.根据权利要求3所述的一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述的控制单元内所述的第一换热器的所述的流体出口的蒸汽温度界限值为200℃，所述的控制单元内所述的循环干化换热器的所述的流体出口的蒸汽温度界限值为140℃。
8.根据权利要求6所述的一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述的污泥含水量界限值为50%。
9.一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的分级干化方法，其特征在于，包括如下控制过程：
A.原始污泥在常温条件下通过污泥输送机输送至滚筒式污泥干燥箱，滚筒式污泥干燥箱对原始污泥进行称重，称重后将原始污泥重量数据Q发送至控制单元，然后控制单元控制第一干化换热器的污泥干燥管打开，蒸汽排气管关闭使得滚筒式污泥干燥箱通入180℃-220℃的蒸汽对原始污泥进行干燥处理，干燥处理完成后将滚筒式污泥干燥箱内的初步干燥化污泥进行称重，并将初步干燥化污泥重量q发送至控制单元，并根据公式Q-q/Q计算出实际脱水量并与控制单元内的含水量界限值比较;
B.当实际脱水量大于含水量界限值时干燥脱水完成，控制单元控制污泥循环出料口关闭，并打开气化出料口，干燥脱水后的干污泥经气化出料口进入气化送分线，然后由气化松输送分线将干燥脱水后的污泥送至循环流化床污泥气化炉气化产生可燃气体，并将可燃气体经换热器输送至燃煤炉燃烧发电;
C.当实际脱水量小于含水量界限值时，控制单元控制污泥循环出料口打开，并关闭气化出料口，初步干燥脱水后的干污泥经污泥循环出料口进入污泥循环分线，然后由污泥循环分线将初步干燥的干污泥输送至污泥输送机，最后由污泥输送机将初步干燥的污泥输入滚筒式污泥干燥箱，同时控制单元控第一干化换热器的污泥干燥管关闭，蒸汽排气管打开让180℃-220℃的蒸汽排出另作他用，控制循环干化换热器的污泥干燥管打开，蒸汽排气管关闭使得滚筒式污泥干燥箱通入120℃-160℃的蒸汽对原始污泥进行干燥处理从而对污泥形成分级循环干化，将累计脱水量达到含水量界限值，当进行三次分级循环干化后若累计脱水量还未达到含水量界限值则视为干燥脱水完成。
说明书
一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统及其工艺方法
技术领域
本发明涉及一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统及其工艺方法，属于固体废物处理技术领域。
背景技术
据前瞻产业研究院发布的《中国污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告》统计数据显示，预计2019年我国污泥产生量将达到6325万吨，2020年我国污泥产生量将超7000万吨。2021年我国污泥产生量将突破8000万吨。未来五年(2019-2023)年均复合增长率约为11.49%，并预测在2023年我国污泥产生量将达到9772万吨。
过去很长一段时期内，我国大多数污水处理厂重视污水而轻视污泥，污水得以处理后，超过80%以上的污泥被随意倾倒排放，污染良田和土壤。国家统计数据则显示，卫生填埋、制肥、焚烧、建材等无害化处理的污泥不到60%，有近50%的污泥没能做到无害化处理。巨量化的污泥已经对生态环境造成了巨大压力，一度出现“污泥围城”的境况。污泥富集了污水中的污染物，含有大量的氮、磷等营养物质以及有机物、病毒微生物、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质，不经有效处理处置，将对环境产生严重的危害。
所以对污泥的处理尤其显得刻不容缓，污泥焚烧相对而言是较为新型的污泥处理技术，目前在美国、日本和西欧各国得到较为广泛的应用。污泥焚烧主要分为单独污泥焚烧和与其他材料混合燃烧两大类。污泥焚烧处理具有的优点是可以将污泥中有机物彻底分解，并可以产生大量的热量，使污泥被资源化利用。但是，由于无法将污泥完全干化，或者完全干化污泥成本极高，因此污泥中常常含有水分，在将污泥与煤粉进行混合时，会导致给料设备故障，影响系统的正常运行，给料中水分过高也降低煤的燃尽性能和降低锅炉效率，因此降低污泥中的含水量就显得尤为重要。
发明内容
本发明主要解决现有技术所存在的污泥原料含水量过高导致在将污泥与煤粉进行混合时，会导致给料设备故障，影响系统的正常运行，给料中水分过高也降低煤的燃尽性能和降低锅炉效率等的技术问题，提供一种通过循环分级干化降低污泥含水量的污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统及其工艺方法。
为了解决上述技术问题实现上述发明目的，本发明提供一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统，包括利用蒸汽对储存于污泥储存仓的污泥原料进行干燥的污泥干化单元，用于将干燥脱水后的污泥进行输送气化产生可燃气的污泥气化制燃单元，用于将污泥气化制燃单元产生的可燃气及乏气送至燃煤锅炉燃烧的燃气焚烧单元，所述的污泥干化单元、所述的污泥气化制燃单元及所述的燃气焚烧单元依次相连，所述的污泥干化单元包括滚筒式污泥干燥箱，所述的污泥储存仓经由污泥输送机与所述的滚筒式污泥干燥箱的污泥入口相连，所述的污泥气化制燃单元包括干污泥输送装置、循环流化床污泥气化炉、旋风分离器及气化用的鼓风机，所述的污泥干化单元通过污泥输送装置与所述的循环流化床污泥气化炉相连，所述的循环流化床污泥气化炉与所述的旋风分离器相连，其特征在于，所述的滚筒式污泥干燥箱内设有污泥称重装置，所述的污泥称重装置与设有污泥含水量界限值的控制单元相连，所述的干污泥输送装置包括与所述的循环流化床污泥气化炉相连的气化输送分线及与所述的污泥输送机相连的污泥循环干化分线，所述的滚筒式污泥干燥箱的出料口包括由所述的控制单元控制闭合或打开的气化出料口及污泥循环出料口，所述的气化出料口与所述的气化输送分线相连，所述的污泥循环出料口与所述的污泥循环干化分线相连，所述的旋风分离器的气体分离出口分别与多个流体出口出气温度不同的换热器相连，所述的流体出口分别与污泥干燥管及蒸汽排气管相连，所述的污泥干燥管与所述的滚筒式污泥干燥箱的蒸汽干燥进口相连，所述的污泥干燥管与所述的蒸汽排气管内分别设有用于控制蒸汽通止的控制阀，所述的控制阀与所述的控制单元相连，所述的流体出口设有温度检测装置，所述的温度检测装置与设有温度界限值的所述的控制单元相连，所述的控制单元与进水泵相连，所述的进水泵与所述的换热器的流体进口相接。
作为本发明污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的一种改进，所述的旋风分离器的气体分离出口与两个所述的换热器相连，两个所述的换热器分别为第一干化换热器与循环干化换热器，所述的控制单元内所述的第一干化换热器的所述的流体出口的蒸汽温度界限值为180℃-220℃，蒸汽气压界限值为1.5MPa-2MPa;所述的控制单元内所述的循环干化换热器的所述的流体出口的蒸汽温度界限值为120℃-160℃，蒸汽气压界限值为1.2MPa-1.7MPa。
作为本发明污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的一种改进，所述的出料口左右分叉分成所述的气化出料口及所述的污泥循环出料口，所述的气化出料口及所述的污泥循环出料口相通构成人字形结构，所述的气化出料口与所述的污泥循环出料口相接处设有翻板，所述的翻板与设有所述的气化出料口及所述的污泥循环出料口的出料箱通过转动轴转动相连，所述的翻板与所述的气化出料口及所述的污泥循环出料口左右转动适配，所述的转动轴与所述的转动电机相接，所述的转动电机与所述的控制单元相连，所述的气化输送分线与所述的污泥循环干化分线与所述的控制单元相连。
作为本发明污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的一种改进，所述的燃气焚烧单元包括与所述的换热器的气体出口相连的燃煤锅炉，所述的燃煤锅炉与给煤装置及所述的鼓风机相连。
作为本发明污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的一种改进，所述的旋风分离器的底部与所述的返料器相连，所述的返料器与所述的循环流化床污泥气化炉相连。
作为本发明污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的一种改进，所述的污泥含水量界限值为45%-60%。
作为本发明污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的一种改进，所述的控制单元内所述的第一换热器的所述的流体出口的蒸汽温度界限值为200℃，所述的控制单元内所述的循环干化换热器的所述的流体出口的蒸汽温度界限值为140℃。
作为本发明污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的一种改进，所述的污泥含水量界限值为50%。
为了解决上述技术问题实现上述发明目的，本发明提供一种污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统的分级干化方法，其特征在于，包括如下控制过程：
A.原始污泥在常温条件下通过污泥输送机输送至滚筒式污泥干燥箱，滚筒式污泥干燥箱对原始污泥进行称重，称重后将原始污泥重量数据Q发送至控制单元，然后控制单元控制第一干化换热器的污泥干燥管打开，蒸汽排气管关闭使得滚筒式污泥干燥箱通入180℃-220℃的蒸汽对原始污泥进行干燥处理，干燥处理完成后将滚筒式污泥干燥箱内的初步干燥化污泥进行称重，并将初步干燥化污泥重量q发送至控制单元，并根据公式Q-q/Q计算出实际脱水量并与控制单元内的含水量界限值比较;
B.当实际脱水量大于含水量界限值时干燥脱水完成，控制单元控制污泥循环出料口关闭，并打开气化出料口，干燥脱水后的干污泥经气化出料口进入气化送分线，然后由气化松输送分线将干燥脱水后的污泥送至循环流化床污泥气化炉气化产生可燃气体，并将可燃气体经换热器输送至燃煤炉燃烧发电;
C.当实际脱水量小于含水量界限值时，控制单元控制污泥循环出料口打开，并关闭气化出料口，初步干燥脱水后的干污泥经污泥循环出料口进入污泥循环分线，然后由污泥循环分线将初步干燥的干污泥输送至污泥输送机，最后由污泥输送机将初步干燥的污泥输入滚筒式污泥干燥箱，同时控制单元控第一干化换热器的污泥干燥管关闭，蒸汽排气管打开让180℃-220℃的蒸汽排出另作他用，控制循环干化换热器的污泥干燥管打开，蒸汽排气管关闭使得滚筒式污泥干燥箱通入120℃-160℃的蒸汽对原始污泥进行干燥处理从而对污泥形成分级循环干化，将累计脱水量达到含水量界限值，当进行三次分级循环干化后若累计脱水量还未达到含水量界限值则视为干燥脱水完成。
相对于现有技术，本发明污泥分级干化气化耦合燃煤发电系统及其工艺方法具有以下有益效果：
1.具体使用时原始污泥在常温条件下通过污泥输送机输送至滚筒式污泥干燥箱，滚筒式污泥干燥箱对原始污泥进行称重，称重后将原始污泥重量数据Q发送至控制单元，然后控制单元控制第一干化换热器的污泥干燥管打开，蒸汽排气管关闭使得滚筒式污泥干燥箱通入180℃-220℃的蒸汽对原始污泥进行干燥处理，干燥处理完成后将滚筒式污泥干燥箱内的初步干燥化污泥进行称重，并将初步干燥化污泥重量q发送至控制单元，并根据公式Q-q/Q计算出实际脱水量并与控制单元内的含水量界限值比较，当实际脱水量大于含水量界限值时干燥脱水完成，控制单元控制污泥循环出料口关闭，并打开气化出料口，干燥脱水后的干污泥经气化出料口进入气化送分线，然后由气化松输送分线将干燥脱水后的污泥送至循环流化床污泥气化炉气化产生可燃气体，并将可燃气体经换热器输送至燃煤炉燃烧发电，当实际脱水量小于含水量界限值时，控制单元控制污泥循环出料口打开，并关闭气化出料口，初步干燥脱水后的干污泥经污泥循环出料口进入污泥循环分线，然后由污泥循环分线将初步干燥的干污泥输送至污泥输送机，最后由污泥输送机将初步干燥的污泥输入滚筒式污泥干燥箱，同时控制单元控第一干化换热器的污泥干燥管关闭，蒸汽排气管打开让180℃-220℃的蒸汽排出另作他用，控制循环干化换热器的污泥干燥管打开，蒸汽排气管关闭使得滚筒式污泥干燥箱通入120℃-160℃的蒸汽对原始污泥进行干燥处理从而对污泥形成分级循环干化，分级循环干化后累计脱水量达到含水量界限值或当进行三次分级循环干化后若累计脱水量还未达到含水量界限值则视为干燥脱水完成，经过对原始污泥的分级循环干化后将实际累计脱水量控制在控制单元中设定的污泥含水量界限值以上，从而降低设备故障率，提高煤炭的燃尽性能，增强锅炉效率，而且充分利用了旋风分离器分离出来的可燃气体余热来加热水，以此给滚筒式污泥干燥箱提供蒸汽，从而在提高能源利用率，实现能源阶梯化利用同时给可燃气体降低温度这样当可燃气体在输送的过程中更加安全，而且当其中一个换热器的流体出口蒸汽用于干燥污泥时，另一个换热器的流体出口蒸汽通过蒸汽排气管另作他用从而达成以达成对能源的阶梯化利用，本发明创造将污泥蕴藏的热量转换为合成气的热量，在不改变燃煤锅炉的结构前提下，增加循环流体床污泥气化炉与换热器，便能达到所需，若气化炉发生故障与换热器发生故障，燃煤锅炉仍能够正常运行，提高装置设备的可靠性;
2.通过对第一干化换热器及循环干化换热器流体出口设置的温度检测装置，测量流体出口的蒸汽温度，并将第一换热器流体出口的蒸汽温度与循环干化换热器流体出口的蒸汽温度数据发送至控制单元，控制单元将在第一干化换热器流体检测到的蒸汽温度与控制单元内第一换热器的流体出口温度界限值比较，当检测到的第一干化换热器流体出口的温度大于控制单元中设定的第一干化换热器流体出口温度界限值时，则控制单元控制第一换热器流体进口处的进水泵减小泵水量以减小第一干化换热器流体出口的温度，当检测到的第一干化换热器流体出口的温度小于控制单元中设定的第一干化换热器流体出口温度界限值时，则控制单元控制第一换热器流体出口处的进水泵增大泵水量以减小第一干化换热器流体出口的温度，从而将第一干化换热器流体出口的温度控制在控制单元设定的第一干化换热器流体出口温度界限值内，当检测到的循环干化换热器器流体出口温度大于控制单元中设定的循环干化换热器流体出口温度界限值时，控制单元控制循环干化换热器流体出口处的进水泵减小泵水量以减小循环干化换热器流体出口的温度，当检测到的循环干化换热器流体出口温度小于控制单元中设定的循环干化换热器流体出口温度界限值时，控制单元控制循环干化换热器流体出口处的进水泵增大进水量以增大循环干化换热器流体出口的温度，从而将循环干化换热器流体出口的温度控制在控制单元设定的循环干化换热器流体出口温度界限值内，从而增强原始污泥在滚筒式污泥干燥箱的干燥效率;
3.当对原始污泥的分级循环干化后将实际累计脱水量控制在控制单元中设定的污泥含水量界限值以上或者进行三次分级循环干化后若累计脱水量还未达到含水量界限值则视为干燥脱水完成时，控制单元控制转动电机转动，转动电机通过转动轴带动翻板向污泥循环出料口一侧翻转，将污泥循环出料口堵死，干燥脱水后的污泥再从气化出料口落至气化输送分线上，并通过气化输送分线将干燥脱水后的污泥输送至循环流化床污泥气化炉中进行下一步操作，当利用第一干化换热器对原始污泥进行干燥后实际脱水量低于污泥含水量界限值时或者利用循环干化换热器对污泥进行分级循环干化累计脱水量低于污泥含水量界限值时且分级循环干化次数在三次以下时，控制单元控制转动电机转动，转动电机通过转动轴带动翻板向气化出料口一侧翻转，将气化出料口堵死，未彻底干燥脱水的污泥再从污泥循环出料口落至污泥循环干化分线上，并通过污泥循环干化分线将未彻底干燥脱水的污泥输送至污泥输送机再次进行干化，从而达到根据实际干燥脱水量来控制污泥是否再次进行分级循环干化的作用;
4.燃气焚烧单元包括与换热器的气体出口相连的燃煤锅炉，燃煤锅炉与给煤装置及所述的鼓风机相连的作用是避免了煤粉和污泥直接混合，造成给煤装置的堵塞;
5.旋风分离器的底部与返料器相连，返料器与循环流化床污泥气化炉相连的作用是通过旋风分离器对可燃气进行气固分离将固体颗粒重新范围循环流化床污泥气化炉进行反应从而增加能源利用率。
因此，本发明具有结构合理，节约能源，使用方便等特点。（发明人叶超;郑友取;许友生;李国能;董聪）
