一种城市污泥脱水及能源化综合利用系统的制作方法

本实用新型属于新能源技术领域，具体涉及一种城市污泥脱水及能源化综合利用系统。

背景技术：

我国对污泥的处理处置由于技术、成本等方面的因素影响相对简单，污泥无害化处理率不高，污泥的资源化利用更是寥寥无几。目前污泥处理技术简单，而且成本高昂，导致部分污泥甚至未经处理或仅做简单处理后，就直接填埋或者是送垃圾场填埋、焚烧、污泥土地利用等，有的甚至随意堆放。污泥的随意填埋或随意堆放占用大量土地资源，而且污泥易腐变臭，其产生渗滤液易污染土壤、地下水及河流、湖泊、海洋等地表水体，给环境造成严重的二次污染。另外，污泥中的重金属和毒性有机物可以通过生态中的食物链迁移富集，一旦进入生态系统对生态环境和人体健康产生长期潜在的危害。因此，降低污泥处理成本和提高污泥处理效果并彻底的资源化利用，严禁进入食物链，是目前我国污泥处理急需解决的问题。

目前，国内城镇污水处理厂污泥处理处置技术主要有污泥厌氧消化技术、污泥好氧发酵技术、污泥烟气余热干化技术、污泥焚烧技术等。上述技术处理的目的在于将污泥减量，在处理的过程中仍然要消耗额外的能源，并未将其资源化利用。

技术实现要素：

本公开的是提供一种城市污泥脱水及能源化综合利用系统，能源化转化是资源化利用的一种形式，它将污泥彻底转化利用，完全不进入食物链，并有较好的经济性。本系统将污泥和生物质直接转换成能量，即电和热能，生成的能量既可以作为自身的能源供应，也可以为工业或生活提供能源。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:

一种城市污泥脱水及能源化综合利用系统，包括，

混料设备，所述混料设备的进料口分别与污泥料仓的出料口和生物质料仓出料口相连接；

污泥脱水设备，所述污泥脱水设备的进料口与混料设备的出料口相连接；

污泥烘干设备，所述污泥烘干设备的进料口与污泥脱水设备的出料口相连接；

热解炉，所述热解炉的进料口与污泥烘干设备的出料口相连接，热解炉的低温废热出气口与污泥烘干设备相连接；

燃气发电机组，所述燃气发电机组的进气口与富氢热解炉的可燃气出气口相连接，燃气发电机组的高温废气出气口与富氢热解炉燃烧室相连接；

换热器，所述换热器的热侧与燃气发电机组相连接、冷侧与供暖端相连接。

在一实施例中，所述污泥脱水设备为多级挤碾式污泥脱水设备，包括壳体以及支撑壳体的支架，所述壳体的前段为进料区、后段为滤水区，进料区的前端设有挤压装置，进料区设有进料口，滤水区的末端设有出料口，滤水区的壳壁上设有若干个许多均匀分布的滤水孔，滤水区的壳体外侧套有集水仓，集水仓的下方设有出水口，还包括分犁头，分犁头通过支撑架安装在滤水区内。

进一步的，所述分犁头为三段，前段为圆锥体，中段为圆柱体，后段为半球体，圆锥体的底面外圆半径、圆柱体外圆半径、半球体外圆半径相同，圆锥体的底面外圆半径为滤水区壳体内圆半径的70％-80％，分犁头的三段光滑过渡，分犁头的尖部朝向进料区且设置在滤水区的轴线上；

所述分犁头设有若干个，若干个分犁头均匀的分布在滤水区的轴线上。

在一实施例中，所述污泥烘干设备设有多台，多台污泥烘干设备依次连接。

在一实施例中，所述热解炉为富氢热解炉，所述富氢热解炉包括厌氧型热解炉本体和吊篮，吊篮内装有制氢催化剂，所述吊篮安装在所述热解炉本体的炉体内或热解炉的可燃气出气管道上。

在一实施例中，所述污泥烘干设备与富氢热解炉之间设有干污泥储存仓。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

第一，常规的城市生活污泥处理技术是将污泥减量或转化成其他物质，处理过程中一直在消耗能源，对于转化的其他物质例如木醋液、碳等，大多需要进一步加工，例如需要蒸发木醋液中的水来提高木醋液的浓度，进一步加工的过程而然需要消耗能源。而本实用新型所采用的技术方案是将生物质污泥通过热解的方式生成高品质的可燃气体，再通过燃气发电机将可燃气体直接转换成电能，转换的电能可以直接为本系统供电，或将电能并入国家电网，燃气发电机在运行的过程中需要不断的冷却，本系统将冷却系统接入换热器的热端，换热器的冷端接入供暖系统。本实用新型最大的优点在于将污泥直接转换成电能和热能，转换后的能源可以直接使用，不仅可以降低本系统的能源消耗，还可以对外输出。

第二，本实用新型的脱水过程采用多级挤碾式污泥脱水设备，该脱水设备设有多个分犁头，生物质污泥混合料经过多个分犁头后被反复挤碾、破壁、搅拌、混合、流动，污泥中的水分很快被挤出。排出的生物质污泥混合料中的污泥的含水率可直接降到60％以下，甚至可以达到50％，而且水分已从细胞内水变成细胞壁表水，稍加烘干处理，很容易将污泥水分降至20％以下。

第三，本实用新型的热解炉采用富氢热解炉，混合干污泥进行厌氧高温干馏过程中加入制氢催化剂，在高温和制氢催化剂的作用下，混合干污泥热解过程产生的水部分催化分解成氢气，氢气与其它热解出的可燃气一起形成更大量的可燃气，由于可燃气混入了氢气，大幅提高了可燃气的品质。

第四，由于本实用新型加入了制氢催化剂，混合干污泥热解过程产生的水部分催化分解成氢气，因此，热解过程中所生成的木醋液的浓度也会有所提高。

附图说明

图1是根据本公开的一个方面的系统结构示意图；

图2是根据本公开的一个方面的系统处理过程示意图；

图3是根据本公开的一个方面的系统运行流程示意图；

图4是根据本公开的一个方面的多级挤碾式污泥脱水设备的结构示意图；

图5是根据本公开的一个方面的分犁头的结构示意图；

图中：1-混料设备、101-原污泥料仓、102-生物质料仓、2-污泥脱水设备、3-污泥烘干设备、4-干污泥储存仓、5-富氢热解炉、6-燃气发电机组、7-换热器、p1-混料、p2-脱水过程、p3-烘干过程、p4-热解过程、p5-发电过程、p6-产热过程。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本实用新型进行进一步的解释，但并不局限本实用新型，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，一种城市生活污泥脱水及能源化利用系统，包括，混料设备1，混料设备1的进料口分别与污泥料仓的出料口和生物质料仓出料口相连接；污泥脱水设备2，污泥脱水设备2的进料口与混料设备1的出料口相连接；污泥烘干设备3，所述污泥烘干设备3设有多台，多台烘干设备3依次连接，所述污泥烘干设备3的进料口与污泥脱水设备2的出料口相连接；污泥烘干设备3与富氢热解炉5之间设有干污泥储存仓4，污泥烘干设备3的出料口与干污泥储存仓4的进料口相连接；富氢热解炉5，所述富氢热解炉5包括厌氧型热解炉本体和吊篮，吊篮内装有制氢催化剂，所述吊篮安装在所述富氢热解炉5本体的炉体内，富氢热解炉5的进料口与干污泥储存仓4的出料口相连接，富氢热解炉5的低温废热出气口与污泥烘干设备的干燥室3相连接；燃气发电机组6，所述燃气发电机组6的进气口与富氢热解炉5的可燃气出气口相连接，燃气发电机组6的高温废气出气口与富氢热解炉的燃烧室5相连接；换热器7，所述换热器7的热侧与燃气发电机组5相连接、冷侧与供暖端相连接。

具体的，如图4所示，所述污泥脱水设备为多级挤碾式污泥脱水设备，包括壳体以及支撑壳体的支架，所述壳体的前段为进料区201、后段为滤水区202，进料区201的前端设有挤压装置，进料区201设有进料口204，滤水区202的末端设有出料口205，滤水区202的壳壁上设有若干个许多均匀分布的滤水孔207，滤水区202的壳体外侧套有集水仓203，集水仓203的下方设有出水口206，还包括分犁头211，分犁头211通过支撑架212安装在滤水区202内；所述分犁头211为三段，前段为圆锥体213，中段为圆柱体214，后段为半球体215，圆锥体213的底面外圆半径、圆柱体214外圆半径、半球体215外圆半径相同，圆锥体213的底面外圆半径为滤水区202壳体内圆半径的80％，分犁头211的三段光滑过渡，分犁头211的尖部朝向进料区201且设置在滤水区202的轴线上；所述分犁头211设有三个，三个分犁头均匀的分布在滤水区202的轴线上。

本系统的运行方式为：

1、城市生活的污泥和生物质分别从料仓中进入混料装置内进行混合；

2、生物质污泥混合料通过进料装置208送入污泥脱水设备，进料装置208与污泥脱水设备的进料口204相连接，进料装置208采用螺杆方式送料，螺杆与进料电机相连接，生物质污泥混合料进入污泥脱水设备的进料区201后在挤压装置的作用下向前挤压推进，挤压装置包括液压缸210和挤压活塞209，液压缸210与液压站连接，生物质污泥混合料在高压作用下，向前移动并互相碾压，生物质滤料表面的纤维杆和毛刺将污泥细胞壁刺破，破壁后的细胞内水流出，顺着生物质纤维质流动从滤水孔207流出，滤水孔207直径比生物质颗粒小，污泥细小的固形物被生物质滤料和滤水孔207拦住，水从滤水孔207中排出，污泥与生物质滤料一起从出料口204排出，得到含水量为50％-60％的污泥与生物质滤料的混合原料。

3、脱水后的生物质污泥混合料进入烘干设备，生物质污泥混合料经过多台烘干设备烘干后得到含水量小于30％的生物质污泥混合料干污泥。

4、干污泥送入干污泥储存仓备用。

5、富氢热解炉从干污泥储存仓获取干污泥进行热解，富氢热解炉内设有制氢催化剂，在高温和制氢催化剂的作用下，混合干污泥热解过程产生的水部分催化分解成氢气，氢气与其它热解出的可燃气一起形成更高热值的可燃气。

6、高热值的可燃气进入燃气发电机组开始发电。

7、燃气发电机组的冷却水通过换热装置为供热用户提供热源。

如图2和图3所示，本系统运行时包括混料、脱水、烘干、热解、发电、产热过程，其中，

p1，混料过程，将污泥原料和生物质原料通过混料机进行搅拌混合，得到混合原料；

p2，脱水过程，脱水过程采用液压式生物质滤料多级挤碾高效脱水机，以生物质原料对污泥进行高压破壁处理，然后将污泥中的液体以生物质为滤料过滤挤出，生物质滤料一次性使用，与污泥一起排出，得到含水量为50％-60％的混合原料；

p3，烘干过程，烘干过程采用多级烘干的方式，通过高温气体将脱水后的混合原料进行烘干，得到含水量小于30％的混合干污泥；

p4，热解过程，在500℃～700℃的热解温度下，将混合干污泥进行厌氧高温干馏，厌氧高温干馏过程中加入制氢催化剂，在高温和制氢催化剂的作用下，混合干污泥热解过程产生的水部分催化分解成氢气，得到混合有氢气的高热值可燃气、液态物质木醋液和固态物质固定碳。由于加入制氢催化剂，热解过程中的水部分催化分解生成氢气，使得液体中木醋液的浓度大为增加，木醋液浓度的提高有利于木醋液的市场应用，由于氢气的加入，可燃气的产出及品质得到大幅提升，为后面更多的发电与产热奠定了基础。厌氧高温干馏排出的余热送回烘干过程用于混合原料的烘干，得到的固态物质固定碳送回热解过程为混合干污泥的厌氧高温干馏提供燃料。

p5，发电过程，将高热值的可燃气送入燃气发电机组，燃气发电机组直接产出电能，高热值的可燃气发电后的高温废热送回热解过程用于混合干污泥的厌氧高温干馏。

p6，产热过程，燃气发电机组冷却系统与供热换热器的热端相连接，供热换热器的冷端直接产出大于70度的高温供水。

上述过程中，多个节点采用了能量的循环利用，例如热解过程中排出的余热送回烘干过程用于混合原料的烘干，得到的固态物质固定碳送回热解过程为混合干污泥的厌氧高温干馏提供燃料；发电过程中的高温废热送回热解过程用于混合干污泥的厌氧高温干馏等，最大限度的提高能量的利用率，即节省了外部能源的消耗，也降低了外部排放，进而实现节能减排的目的。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。