一种污泥废弃物能源综合利用工艺及其工艺系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业废弃物处理技术领域，具体涉及一种污泥废弃物能源综合利用工艺及其工艺系统。
【背景技术】
[0002]污泥处理，是对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理的过程。传统的污泥处理方式主要有填埋、焚烧。填埋的处置方法简单、易行、成本低，污泥不需要高度脱水，适应性强。但在填埋过程中易有渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境。气体主要是甲烷，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。即填埋存在占地面积大、污染隐患、产生温室气体等问题。
[0003]焚烧的处置方法需消耗大量燃料并易造成二噁英造成污染。湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍。以焚烧为核心的污泥处理方法是最彻底的污泥处理方法之一，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积；但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高，设备维护成本高，而且产生二噁英是强致癌物。
[0004]随着环保力度的加强和人们对已有污泥处理处置技术局限性的进一步认识，污泥处理领域虽然出现了一些新技术，但污泥之中所含的能源仍没有得到完全的利用和开发，也没有做到真正的无害化处理。
【发明内容】
[0005]鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种低温热解、环保、能量利用率高的污泥废弃物能源综合利用工艺及其工艺系统，以解决现有污泥处理技术能耗高、环境污染严重等问题。本发明采用的技术方案包括:
[0006]一种污泥废弃物能源综合利用工艺，包括如下步骤:
[0007]混合步骤:将含水量彡30 %的脱水污泥与生物质以1.6:1?1:1的比例均匀混合得到生物质污泥混合物，所述生物质包括秸杆、木片或树枝的一种或多种组合；
[0008]低温热解步骤:将所述生物质污泥混合物在空气隔绝、温度450°C?600°C条件下进行热解，热解产生热烟气和热解炭；
[0009]高温裂解步骤:所述热烟气在裂解温度多1000C的高温条件下转化为裂解气；
[0010]热交换步骤:通过换热装置置换所述裂解气的能量，用于提供所述低温热解步骤或/和热烟气裂解步骤所需的热能。
[0011]本发明污泥废弃物能源综合利用工艺进一步地，在所述热交换步骤之后设有裂解气再利用步骤，所述裂解气再利用步骤将热交换后的裂解气净化、过滤、除湿后得到用于发电的纯净裂解气。
[0012]本发明污泥废弃物能源综合利用工艺进一步地，在所述混合步骤之前设有污泥脱水步骤，所述污泥脱水步骤分为机械脱水和加热脱水两步，所述热交换步骤所得能量用于提供所述加热脱水步骤的热能，其中，所述机械脱水步骤将含水量多90 %的原污泥通过挤压或甩干的方式进行机械脱水后得到含水量< 60 %的初脱水污泥；所述加热脱水步骤是将所述初脱水污泥烘干得到含水量< 30 %的脱水污泥。
[0013]本发明污泥废弃物能源综合利用工艺进一步地，所述高温裂解步骤中热烟气的高温停留时间至少为2秒。
[0014]本发明污泥废弃物能源综合利用工艺进一步地，所述高温裂解步骤在缺氧条件下进行，或是在缺氧及催化剂条件下进行，所述催化剂为炭基类催化剂，包括焦炭或活性炭。
[0015]本发明另一技术方案的污泥废弃物能源综合利用工艺系统，包括依次连接的混合器、热解炉、裂解炉和换热系统，所述热解炉上设置有热烟气循环管所述热烟气循环管一端连接热解炉出气口，所述热烟气循环管另一端连接热解炉进气口，热烟气循环管的部分管道设置在换热系统的换热体系内。
[0016]本发明污泥废弃物能源综合利用工艺系统进一步地，所述换热系统的出气端通过管道经气体净化系统连接至内燃机。
[0017]本发明污泥废弃物能源综合利用工艺系统进一步地，在所述混合器的进料口通过管道连接有用于将污泥中的水分含量降低的污泥烘干机，所述污泥烘干机的进料口通过管道连接有机械脱水装置，所述污泥烘干机上设置有气体排出管道，所述气体排出管道的另一端连接烟囱，使污泥烘干机内的气体经烟囱排出，所述污泥烘干机通过尾气排出管道连接至内燃机的尾气排出口。
[0018]本发明污泥废弃物能源综合利用工艺系统进一步地，在所述混合器和热解炉之间设置一带有仓储空间的出料装置，所述出料装置的仓储空间的进料口通过管道与混合器的出料口连接，所述出料装置的出料口通过管道与热解炉的进料口连接。
[0019]本发明污泥废弃物能源综合利用工艺系统进一步地，所述换热系统包括经管道连通的第一级换热器和第二级换热器，所述第一级换热器的进气口连接所述裂解炉的出气口，所述热烟气循环管的部分管道设置在第一级换热器内，所述第二级换热器的出气孔连接内燃机的进气孔。
[0020]借由上述方案，本发明至少具有以下优点:①本发明技术设计合理，不仅保证污泥炭化发电工艺运行的稳定性，而且可长期稳定的对污泥进行连续性处理；②通过试验限定热解前的污泥含水量、及污泥与生物质的比例，使混合物热解完全、热解效果好；③本发明热解步骤在缺氧、高温条件下进行，使二噁英、焦油等有害物质产生量最小化，并经一定时间的高温条件，上述有害物质被裂解，实现了气体的热净；④本发明工艺污泥处理后体积大大减少，排出有害气体量少、处理后的热解炭将重金属等有害物质固化其中，不溶于水，具有无害化、环境友好的特点；?本发明能源利用率高，两级换热方式最大化的利用了高温裂解气的显热，减少了系统对外部能源的需求，还能将污泥所含能量转化为电能。
[0021]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
[0022]图1是本发明一种污泥废弃物能源综合利用工艺的流程示意图；
[0023]图2是本发明一种污泥废弃物能源综合利用工艺系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0025]参见图1，本发明污泥废弃物能源综合利用工艺实施例的流程示意图，包括机械脱水步骤、加热脱水步骤、混合步骤、低温热解步骤、高温裂解步骤、热交换步骤、裂解气再利用步骤，各步骤具体如下:
[0026]机械脱水步骤:将含水量多90 %的原污泥通过挤压或甩干的方式进行机械脱水后得到含水量< 60 %的初脱水污泥，原污泥是指未经过污泥处理的初沉淀污泥。
[0027]加热脱水步骤:是将经上一步机械脱水步骤处理后所得到的初脱水污泥加热烘干得到含水量<30 %的脱水污泥。通过本发明设计的机械脱水步骤和加热脱水步骤可以很方便的将原污泥的水分含量降至30 %以下，且不耗费过多的能耗，高效脱水。
[0028]混合步骤:将经过脱水处理后的原污泥，即将经上述机械脱水步骤和加热脱水步骤处理过后的原污泥，得到的含水量< 30 %的脱水污泥，该脱水污泥与生物质以一定比例，如在比例范围1.6:1?1:1均匀混合得到生物质污泥混合物，优选比例1.6:1所述生物质包括稻杆、木片或树枝的一种或多种组合。
[0029]低温热解步骤:将所述生物质污泥混合物在空气隔绝、温度450°C?600°C条件下进行热解，热解产生热烟气和热解炭。
[0030]高温裂解步骤:所述热烟气在裂解温度多1000°C的高温条件下转化为裂解气，并且将高温裂解步骤中热烟气的高温停留时间至少为2秒，有效的将有害物质裂解，实现了气体的热净。高温裂解步骤优选为在缺氧条件下进行，或是在缺氧及催化剂条件下进行，所述催化剂为炭基类催化剂，包括焦炭或活性炭。
[0031]热交换步骤:通过换热装置置换所述裂解气的能量，用于提供所述低温热解步骤或/和热烟气裂解步骤所需的热能。当然，热交换步骤所得能量也可用于提供前述加热脱水步骤的热能。
[0032]裂解气再利用步骤:在热交换步骤之后设有裂解气再利用步骤，该裂解气再利用步骤将热交换后的裂解气净化、过滤、除湿后得到用于发电的纯净裂解气。
[0033]如图2所示，是本发明污泥废弃物能源综合利用工艺系统的具体实施例的结构示意图，包括依次连接的混合器1、热解炉2、裂解炉3和换热系统4，该热解炉2上设置有热烟气循环管13，热烟气循环管13 —端连接热解炉2出气口，热烟气循环管13的另一端连接热解炉2进气口，热烟气循环管13的部分管道设置在换热系统4的换热体系内。混合器1、热解炉2、裂解炉3和换热系统4四者是实现本发明工艺系统的重要装置，混合器I实现经过脱水处理后的脱水污泥与生物质的均匀混合，热解炉2实现脱水污泥与生物质的生物质污泥混合物的低温热解产生热烟气和热解炭。裂解炉3实现热烟气的高温裂解，使裂解气中的有害物质被裂解，实现了气体的热净化。换热系统4将裂解气的能量置换给热解炉2或其他工艺系统内的装置使用，最大化的利用了高温裂解气的显热，减少了系统对外部能源的消耗，还能将污泥所含能量转化为电能。优选地，在换热系统4的出气端通过管道经气体净化系统10连接至内燃机11，内燃机11利用纯净裂解气发电。
[0034]具体地，由前述在所述污泥废弃物能源综合利用工艺可知