一种污泥竖炉焚烧处理方法与装置与流程

本发明属于固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种污泥竖炉焚烧处理方法与装置。

背景技术：

污泥指含有大量有机物的工业或生活污水，经污水处理厂进行污水处理处理后产生的淤泥，淤泥经机械脱水后得到产物称为污泥。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。污泥带来的主要环境问题如下：

(1)污泥含水率高，堆放面积大，挤压垃圾填埋场库容；

(2)污泥特别适合细菌滋生，污泥堆场往往各类有害细菌的滋生泛滥场所；

(3)污泥易发散臭气和异味，造成严重的大气污染。

污泥主要由微生物、难降解有机物、以及其他金属和非金属元素组成。在干燥的污泥中挥发分约占50％-70％，灰分约占30％-50％左右，其中c含量约为20-30％，h含量约为3％-5％，o含量约为20％-25％，n含量约为3％-5％，s含量约为1％-2％。

以焚烧为核心的污泥处理技术是最彻底的污泥专业化处理方法。它可以使污泥中有机物全部碳化并燃烧、在燃烧的同时烧死病原体，可以对含有重金属或化学污染物的污泥实现完全的惰性化处理，可最大限度减少污染，且焚烧后产生的焚烧灰或炉渣可以用做改良土壤、制作建材等。

污泥中有机物等物质具有一定热值，该热值可以作为污泥自身焚烧的热源，也可以作为蒸发污泥所含水分的热源。

由于污泥所含水分较高，污泥难以直接燃烧。通常采用焚烧时加入其它辅助燃料(如：煤、生物质燃料)的所谓协调焚烧处理技术，主要是火力发电原有系统协同处理污泥。再就是将干燥和焚烧分为两个系统。

虽然现有技术中有立式的焚烧设备，实现了将干燥和焚烧两个工艺过程在一个设备内完成。但是现有技术的设备构造复杂，通常是在炉内设置了复杂的内部构造，包括多组不同角度组合的散料篦锥和预热篦盆上下组叠机构，燥炉篦以及设于干燥炉篦上的刮板，灰渣破碎塔篦、排渣管等等内部机构。这种方案，炉内污泥焚烧是在常压下实现，方案实际并不能取得设想的效果，炉内复杂的结构反而会阻挡污泥下落，容易堵塞篦孔，难以实际运行。

因此，本发明克服以上技术的弊端与不足，采用最简单的空腔竖炉结构，结合工艺设计实现了污泥直接焚烧。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种污泥竖炉焚烧处理方法与装置，采用空腔竖炉，将烘干与焚烧两个过程在一个设备系统内连续完成，实现了污泥直接焚烧。不仅减少设备投资，而且内部空腔结构避免了内部复杂结构导致的可能运行故障和设备维护保养成本，缩短了工艺流程，提高了处理效率。所要解决的技术问题是：采用结构简单、设备维护保养容易的空腔竖炉，开发设计合理顺行的工艺方法，实现污泥直接焚烧。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种污泥竖炉焚烧处理方法，采用了空腔结构的竖炉，污泥通过密闭给料装置从竖炉炉顶直接送入竖炉内，从上向下依物料重力作用，自然填充湿态污泥、干燥脱水后污泥、处于燃烧状态的污泥、燃烧后红热灰渣、冷却后灰渣；污泥在重力作用下从上向下运动，与向上流动的高温热气流接触脱除水份，同时污泥温度逐步升高，直至温度、干燥程度达到燃烧条件；达到燃烧条件的干燥热污泥继续向下移动与底部进入的助燃空气接触发生燃烧；污泥完成燃烧后成为灰渣继续向下移动与进入竖炉的助燃空气接触并进行热交换，灰渣温度降低聚集于炉底由密闭出料装置从炉底排出竖炉。

进一步的，助燃空气从竖炉炉底由高压鼓风机鼓入竖炉内，高压鼓风机鼓入的助燃空气与污泥燃烧后的灰渣接触并进行热交换升温，然后与达到燃烧条件的干燥热污泥接触使污泥燃烧，燃烧后生成的高温热气流向上流动，高温热气流与从炉顶加入的污泥接触并对污泥进行脱水、干燥，同时燃烧产生的高温热气流温度与压力均产生下降，烟气通过在炉顶设置的烟气出口排出，至烟气处理系统。

助燃空气由高压鼓风机鼓入，鼓风压力取决于污泥特性、炉型结构产生的风阻和炉顶压力的设定。接收烟气的烟气处理系统设有抽吸烟气的引风机，则炉顶压力设定为微负压；接收烟气的烟气处理系统没有设抽吸烟气的引风机，则炉顶压力设定为正压，炉顶正压具有将烟气送出烟气处理系统足够的压力，不少于2kpa。

助燃空气直接通入或与烟气换热升温后再通入。

本发明还提供了一种用于前述的污泥竖炉焚烧处理方法的装置，该装置包括空腔结构的竖炉；

设在竖炉炉顶的烟气出口和密闭给料装置；

设在竖炉炉底的助燃空气入口和送入助燃空气的高压鼓风机；

设在竖炉炉底的密闭出料装置；

用于点燃助燃空气的点火系统；

以及对烟气进一步处理的烟气处理系统。

进一步的，该装置还包括空气预热器和冷凝余热锅炉，烟气出口的烟气进入空气预热器与空气进行热交换，生成热干空气并排至点火系统，并将烟气排至冷凝余热锅炉。

进一步的，所述密闭给料装置为螺旋给料机或震动给料机或间歇式开启的给料罐。

进一步的，所述密闭出料装置为螺旋出料机或电动旋转阀。

与现有技术相比，本发明优点在于：

采用空腔竖炉，将烘干与焚烧两个过程在一个设备系统内连续完成，实现了污泥直接焚烧。

充分利用烟气热量，仅在系统开启时消耗易燃物，系统运行后，利用污泥自身热值进行污泥直接焚烧处理，完全依靠污泥燃烧产生的热量维持系统持续运行，减少设备投资与设备维护保养费用，作为废弃污泥的减量化与无害化处理的方法推广价值大。

内部空腔结构避免了内部复杂结构导致的可能运行故障和设备维护保养成本，缩短了工艺流程，提高了处理效率。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图。

图3为图2的1-1剖视图。

1、竖炉；2、烟气出口；3、密闭给料装置；4、助燃空气入口；5、密闭出料装置；6、高压鼓风机；7、烟气处理系统；8、点火系统；9、观察孔；10、气体分布器；11、进风管；12、空气预热器；13、冷凝余热锅炉；14、鼓风机；16、炉篦；17、炉篦拨灰设备；18、旋转布料盘。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种污泥竖炉焚烧处理装置，包括空腔结构的竖炉1、设在竖炉1炉顶的烟气出口2和密闭给料装置3、设在竖炉1炉底的助燃空气入口4和送入助燃空气的高压鼓风机6、设在竖炉1炉底的密闭出料装置5、以及对烟气进一步处理的烟气处理系统7、用于系统启动的点火系统8。为了便于观察炉内状况，炉体上设有观察孔9。

密闭给料装置3可以螺旋给料机或震动给料机或间歇式开启的给料罐，本实施例优选为螺旋给料机。污泥由污泥储池内由上料系统及集料斗送入螺旋给料机，通过设于炉顶的进料溜槽进入炉内。

密闭出料装置5可以为螺旋出料机或电动旋转阀等机械，本实施例1优选为电动旋转阀，炉底的灰渣由电动旋转阀排至灰渣收集小车，运出。

为了使得助燃空气均匀进入炉内，炉底部还可以设气体分布器10，环境空气(助燃空气)在高压鼓风机6的作用下，直接经过进风管11进入炉内。

本发明的装置所涉及的竖炉1为非标准设备，需要依据处理量、污泥特性进行设计生产，制作竖炉的材料均常规市购得到；本发明的装置所涉及的其他设备均常规市购得到。

实施例2

助燃空气在进入竖炉1之前，可以先与烟气通过空气预热器换热升温后再通入。如图2和3所示，在烟气出口2处，设置用于预热助燃空气的空气预热器12和冷凝余热锅炉13，烟气出口2的烟气进入空气预热器12与通过鼓风机14鼓入的空气进行热交换，生成热干空气并排至点火系统8，与助燃气体(天然气)混合燃烧升温后再通过进气管通入炉底。烟气经过空气预热器12后温度有所下降，并排至冷凝余热锅炉13，与冷凝余热锅炉13的水再次进行热交换后，烟气再进入烟气处理系统7做进一步的处理并排放。水转换成水蒸气，可以外供。

为了防止炉底的灰渣堵塞炉底的炉篦16，还可以设炉篦拨灰设备17，可以定期拨动。可以根据污泥特性，比如含水率较高时，可以选择在炉内设置旋转布料盘18，旋转布料盘18上均匀布设便于污泥颗粒通过的圆孔，旋转布料盘18通过设于炉顶的一个电机带动旋转，用于将污泥更均匀的落下，干燥更快、燃烧更充分。

本实施例2与实施例1的其他结构设计相同，相同的结构设计此处不再赘述。

实施例3

本发明的污泥竖炉焚烧处理方法是采用了空腔竖炉1，污泥通过密闭给料装置3从竖炉炉顶直接送入竖炉内，从上向下依物料重力作用，自然填充湿态污泥、干燥脱水后污泥、处于燃烧状态的污泥、燃烧后红热灰渣、冷却后灰渣。污泥在重力作用下从上向下运动，与向上流动的高温热气流接触，逐次脱除吸附水、间隙水、结合水，同时污泥温度逐步升高，直至温度、干燥程度达到燃烧条件；达到燃烧条件的干燥热污泥继续向下移动与底部进入的助燃空气接触发生燃烧并产生明火。污泥完成燃烧后成为灰渣继续向下移动与进入竖炉的助燃空气接触并进行热交换，污泥由红热逐步变为白色、灰色、淡黄色等浅色，灰渣温度降低后聚集于炉底由密闭出料装置5从炉底排出竖炉1。

助燃空气从竖炉1炉底由高压鼓风机6鼓入竖炉1内，高压鼓风机6鼓入的助燃空气与污泥燃烧后的灰渣接触并进行热交换升温，然后与达到燃烧条件的干燥热污泥接触使污泥燃烧，燃烧后生成的高温热气流向上流动，高温热气流与从炉顶加入的污泥接触并对污泥进行脱水、干燥，同时燃烧产生的高温热气流温度与压力均产生下降，烟气通过在炉顶设置的烟气出口2排出，至烟气处理系统7。

助燃空气由高压鼓风机6鼓入，鼓风压力取决于污泥特性、炉型结构产生的风阻和炉顶压力的设定。接收烟气的烟气处理系统7设有抽吸烟气的引风机，则炉顶压力设定为微负压；接收烟气的烟气处理系统7没有设抽吸烟气的引风机，则炉顶压力设定为正压，炉顶正压具有将烟气送出烟气处理系统7足够的压力，不少于2kpa。高压鼓风机的鼓风量的控制，依据加入污泥热值控制空气过剩系数在1.1至1.6之间。

炉内的工艺过程如下：助燃空气与聚集于炉底的污泥燃烧后形成的灰渣接触并进行热交换，形成灰渣冷却区，助燃空气通过灰渣冷却区后进一步升温，然后与达到燃烧条件的干燥热污泥接触使污泥燃烧。

助燃空气与达到燃烧条件的干燥热污泥接触并燃烧，形成一个燃烧区，助燃空气通过燃烧区成为高温烟气，高温烟气继续上升与污泥接触对污泥强化干燥并提升污泥温度，形成污泥脱水、干燥区。在干燥区底部脱除污泥中的结合水及间隙水，在干燥区顶部高温烟气进一步脱除污泥中的间隙水及吸附水，大量水分的脱除使烟气温度迅速降低，然后烟气从料层溢出。

炉顶设烟气出口2排放从料层溢出的烟气，由于污泥含有的水全部被蒸发成水蒸汽随烟气排出，烟气水蒸汽比例很高。炉顶高含水蒸汽烟气进入烟气处理系统7。

下面结合本发明污泥竖炉焚烧处理装置对本发明的污泥处理方法作详细说明，包括如下步骤：

1、系统启动

启动高压鼓风机6，关闭炉顶的烟气出口2，检查竖炉1的气密性。气密性合格则关闭高压鼓风机6，打开炉顶的烟气出口2，开始加入物料。

开启给料系统，向竖炉1送入焚烧后的灰渣，灰渣加入为竖炉有效容积的三分之一左右。

向竖炉1送入劈柴、块煤等易燃物，易燃物加入为竖炉有效容积的三分之一左右，打开炉底的助燃空气入口4，用点火系统8点燃送入的易燃物，启动高压鼓风机6，易燃物燃烧产生的热气流温度达到500℃左右后，启动密闭给料装置3向竖炉1加入污泥至达到设定高度。

竖炉1加入污泥后烟气温度迅速下降，随着污泥高度持续下降到料位下限，再次启动密闭给料装置3向竖炉加入污泥，保持污泥料位设定高度。当灰渣达到一定量时，启动密闭出料装置5定期出渣。

2、从竖炉1排出的灰渣，即为污泥焚烧后产物，收集后统一外送。

3、烟气出口2排出的含有大量水蒸汽的烟气进入烟气处理系统7进一步处理，达标排放。

4、如采用实施例2所示的结构，助燃空气在进入竖炉1之前，可以先与烟气通过空气预热器换热升温后再通入。在烟气出口2处，设置用于预热助燃空气的空气预热器12和冷凝余热锅炉13，烟气出口2的烟气进入空气预热器12与通过鼓风机14鼓入的空气进行热交换，生成热干空气并排至点火系统8，与助燃气体(天然气)燃烧混合升温后再通过进气管通入炉底。烟气经过空气预热器12后温度有所下降，并排至冷凝余热锅炉13，与冷凝余热锅炉13的水再次进行热交换后，烟气再进入烟气处理系统7做进一步的处理并排放。水转换成水蒸气，可以外供。本发明的方法处理污泥后得到的灰渣其成分取决于组成污泥的化学成分，主要是处理生活废水产生的污泥，灰渣成分由空气中粉尘类物质沉积汇聚而成，如钙、硅、镁、铝、铁的氧化物。污泥中有机物、细菌等生物体全部燃烧干净，水分全部蒸发，蒸发出的水蒸汽在冷凝式余热锅炉生产大量外供的水蒸汽。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。