超临界污泥处理系统及处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种超临界污泥处理系统，包括：超临界污泥处理装置；以及与超临界污泥处理装置分别连通的污泥输送装置和含碳有机物增料装置；其中，含碳有机物增料装置包括与超临界污泥处理装置交替连通的至少两个加压罐，以及与至少两个加压罐连接的加压装置。本发明的目的在于当超临界反应由于污泥泥浆热值低时，向污泥泥浆中补充粉状含碳有机物的方法提高反应物燃烧的热值，从而增加污泥的处理量，提高超临界反应器处理污泥效率。本发明还涉及一种超临界污泥处理方法。
【专利说明】
超临界污泥处理系统及处理方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种超临界污泥处理系统及处理方法。
【背景技术】
[0002]近年来，我国市政污泥的产生量不断加大，根据《关于全国城镇污水处理设施2010年第四季度建设和运行情况的通报》，截止2010年底，我国城镇污水处理量达343亿立方米，污水处理过程中产生的污泥量也大幅度增加。2010年全国污泥生产量约为2199万吨，每天产生污泥6.02万吨。按照目前的发展速度，到2015年年末，我国污泥年产量至少将到达2615万吨，日产污泥约7.2万吨。污泥的减量化处理和合理利用已经是十分严重的问题。
[0003]通常，市政污泥未经处理前含水量高达99%，经过压滤等干化处理后含水量约为80%，且含有重金属(如Co、Pb、Ni等)。污泥的有机成分中含有大量的蛋白质、脂肪、矿物油、洗涤剂、腐殖质、细菌以及细菌的各级代谢产物，其中也包含了寄生虫或卵、微生物、一些工业用高分子材料的残渣、废油漆、各种有机溶剂的残余、有机物的焦或者是不完全分解物。
[0004]污泥的一般处理方法是填埋和焚烧，存在诸多问题。例如，传统的污泥焚烧处理方案，大都是先将污泥收集和脱水干燥处理后再加入大量的可燃物引燃，放入焚烧炉中进行焚烧。这种焚烧方式一方面因污泥热值较低，且水分含量大，致使炉膛温度低，燃烧不充分可回收的热量也少，所以通常还与煤、石油焦等热值更高的燃料掺混燃烧，燃烧后还会有较多燃烧不充分的固体残渣，同时尾气当中含有大量硫氧化物、氮氧化物以及二噁英类有毒有害气体，对大气、人体健康均产生不良影响。现有超临界处理污泥方法，但是也存在污泥热值不足的情况，此时一般超临界处理污泥系统会配套有甲烷投料设备。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于当超临界反应由于污泥泥浆热值低时，向污泥泥浆中补充粉状含碳有机物的方法提高反应物燃烧的热值，从而增加污泥的处理量，提高超临界反应器处理污泥效率。
[0006]为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种超临界污泥处理系统，包括:超临界污泥处理装置；以及与超临界污泥处理装置分别连通的污泥输送装置和含碳有机物增料装置;其中，含碳有机物增料装置包括与超临界污泥处理装置交替连通的至少两个加压罐，以及与至少两个加压罐连接的加压装置。
[0007]根据本发明，超临界污泥处理装置包括反应器和与反应器连通的氧化剂储罐。
[0008]根据本发明，污泥送装置包括沿着污泥的输送方向依次连接的污泥储罐、污泥栗、换热器和缓冲罐，其中缓冲罐与反应器通过管道连接。
[0009]根据本发明，至少两个加压罐与反应器直接连通。
[0010]根据本发明，至少两个加压罐与缓冲罐和反应器之间的管道连通。
[0011]根据本发明，含碳有机物增料装置还包括沿着含碳有机物的进料方向依次连接的储存仓、磨粉机和旋转分离器，其中，储存仓与磨粉机之间通过开放式输送装置连接，旋转分离器与至少两个加压罐之间通过封闭式输送装置连接。
[0012]根据本发明，至少两个加压罐与反应器连接的位置处设置有开口朝向反应器内部的喷嘴。
[0013]根据本发明，至少两个加压罐中的每个的体积配置为单次从加压罐向反应器输送含碳有机物的量的2-10倍。
[0014]根据本发明，加压装置包括与至少两个加压罐连接的气体加压栗，以及与气体加压栗连接的气体储罐。
[0015]根据本发明的另一方面，提供了一种采用如上的超临界污泥处理系统进行的超临界污泥处理方法，包括如下步骤:
[0016]S10:提供氧化剂和预热后的污泥泥浆至超临界污泥处理装置的反应器；
[0017]S20:以反复间断的方式向污泥泥浆加入含碳有机物粉末；
[0018]S30:使氧化剂和污泥泥浆与含碳有机物粉末在反应器中进行燃烧反应。
[0019]根据本发明，在步骤S20中，提供含碳有机物粉末至至少两个加压罐，至少两个加压罐以反复间断的方式交替向污泥泥浆加入含碳有机物粉末。
[0020]根据本发明，在步骤S20中，当至少两个加压罐中的第一加压罐中的含碳有机物粉末达到预定量时，通过加压装置的加压气体对该加压罐增压以使罐内压力大于预热后的污泥泥浆的压力，含碳有机物粉末随加压气体加注到反应器中；在第一加压罐加注完毕后，至少两个加压罐中的第二加压罐重复上述动作。
[0021]根据本发明，在步骤S20中，在污泥泥浆进入反应器之前或之后，将含碳有机物粉末加入到污泥泥浆中。
[0022]根据本发明，在污泥泥浆进入反应器之前将含碳有机物粉末加入到污泥泥浆中时，含碳有机物粉末与污泥泥浆的体积比为I.1-2.0。
[0023]根据本发明，含碳有机物粉末为煤粉或干化的污泥。
[0024]根据本发明，将含碳有机物在磨粉机中粉碎后在旋转分离器中分离得到含碳有机物粉末。
[0025]根据本发明，加压气体为惰性气体。
[0026]根据本发明，污泥泥浆在换热器中升温后变成预热后的污泥泥浆。
[0027]相比于现有技术，本发明的有益效果在于:
[0028]本发明的超临界污泥处理系统和方法，当超临界反应由于污泥泥浆热值低时，向污泥泥浆中补充粉状含碳有机物的方法提高反应物燃烧的热值，从而增加污泥的处理量，提高超临界反应器处理污泥效率。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的超临界污泥处理系统的第一实施例的示意图。
[0030]图2是本发明的超临界污泥处理系统的第二实施例的示意图。
[0031 ]图3是本发明的超临界污泥处理方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]如下参照附图描述本发明的实施例。
[0033]参照图1-2，本发明的超临界污泥处理系统包括:超临界污泥处理装置；以及与超临界污泥处理装置分别连通的污泥输送装置和含碳有机物增料装置;其中，含碳有机物增料装置包括与超临界污泥处理装置交替连通的至少两个加压罐6，以及与至少两个加压罐6连接的加压装置。在优选的实施例中，至少加压罐6可以包括第一加压罐6A和第二加压罐6B两个储罐；当然在其他可选的实施例中，至少加压罐6也可为多个，这根据运行工艺需要进行设定。加压罐6主要为储存含碳有机物粉末和提压设备。通过本发明的超临界污泥处理系统，当超临界反应由于污泥泥浆热值低时，向污泥泥浆中补充粉状含碳有机物的方法提高反应物燃烧的热值，从而增加污泥的处理量，提高超临界反应器处理污泥效率。
[0034]继续参照图1-2，超临界污泥处理装置包括反应器13和与反应器13连通的氧化剂储罐14。当反应器13中进行超临界反应时，氧化剂储罐14向反应器13提供例如氧气的氧化剂，以支持超临界反应的进行。
[0035]继续参照图1-2，污泥送装置包括沿着污泥的输送方向依次连接的污泥储罐9、污泥栗10、换热器11和缓冲罐12，其中缓冲罐12与反应器13通过管道连接。
[0036]继续参照图1-2，含碳有机物增料装置还包括沿着含碳有机物的进料方向依次连接的储存仓1、磨粉机3和旋转分离器4，其中，储存仓I与磨粉机3之间通过开放式输送装置连接，旋转分离器4与至少两个加压罐6之间通过封闭式输送装置连接。储存仓I为含碳有机物收集和储存设备，含碳有机物通过车辆卸载到储存仓中，储存仓下放设有挡板，保证含碳有机物能够输送到输送装置上。皮带输送2为普通皮带输送装置，将初步处理含碳有机物输送至下个设备。磨粉机3为球磨粉碎机或者其他粉碎机，能够将含碳有机物磨成指定的目数，该设备在设备底部有回收装置，当目数不达标时可以反复输送至磨粉机内，直至满足磨成需要的目数。旋转分离器4通过离心力将尺寸较大的和杂质分离处理并将符合要求的含碳有机物粉末输送至下个设备。该设备也可以选用其他分离器，比如筛网式等其他分离器。输送装置5为螺旋给料机或其他管道，由于含碳有机物粉末在开放式输送会造成环境和安全因素，因此本输送采用封闭式输送方法。
[0037]继续参照图1-2，至少两个加压罐6中的每个的体积配置为单次从加压罐6向反应器13输送含碳有机物的量的2-10倍。因此，加压罐6体积不易设置过大，加压罐6—般设置为含碳有机物单次输送量的体积占储罐的0.1-0.5，此种储罐加压快，同时占地面积较小。
[0038]继续参照图1-2，加压装置包括与至少两个加压罐6连接的气体加压栗7，以及与气体加压栗7连接的气体储罐8。
[0039]参照图1，在第一实施例中，至少两个加压罐6与缓冲罐12和反应器13之间的管道连通。本系统在污泥储罐9将污泥配置完毕，通过污泥栗10将污泥输送至换热器11进行升温，此时污泥压力控制在25-36Mpa，换热温度控制在350-500 °C，污泥含水量控制在88%-90%以避免污泥在后续工序中的堵塞，加压换热后的污泥进入缓冲罐12中，从缓冲罐12出来的污泥与含碳有机物粉末按照1.1-2.0比例进行混合，这里采用体积比。根据污泥流量通过第一加压罐6A和第二加压罐6B给污泥进行补充污泥，混合有含碳有机物粉末的污泥进入反应器13中与350-500 °C、25-40Mpa的氧化剂进行反应。通过含碳有机物的加注可以改善污泥泥浆的粒径比例从而增加污泥泥浆流动性，改善污泥进入反应器前污泥流动性，进而改善连接反应器的管道内物料流动性，避免反应器的高温加热进物料管道的物料而造成管道堵塞。同时也增加污泥在反应器13浓度和流动性。
[0040]参照图2，在第二实施例中，至少两个加压罐6与反应器13直接连通。至少两个加压罐6与反应器13连接的位置处设置有开口朝向反应器13内部的喷嘴。本系统在污泥储罐9将污泥配置完毕，通过污泥栗10将污泥输送至换热器11进行升温，此时污泥压力控制在25-36Mpa，换热温度控制在350-500°C，污泥含水量控制在88%-90%以避免污泥在后续工序中的堵塞，加压换热后的污泥进入缓冲罐12中，从缓冲罐12出来的污泥进入反应器13中进行燃烧。在反应器13运行过程中由第一加压罐6A和第二加压罐6B输送的含碳有机物粉末通过喷嘴喷入反应器13中进行燃烧，污泥在反应器13中和氧化剂储罐14加注的氧气进行反应生成水、二氧化碳和无危害的灰渣排出。通过含碳有机物的加注可以改善污泥泥浆的粒径比例从而增加污泥泥浆流动性，增加污泥在反应器13中的流动性。在本实施例中，含碳有机物与污泥的体积比例根据反应器13中反应的最高温度和反应器13材质的耐受温度来确定。也就是说，可以调节含碳有机物与污泥的体积比例，以使得反应器13在反应中不至于变形或熔化。
[0041]本发明的超临界污泥处理系统可以根据需要在各个部件之间设置相关的附属阀门和组件，以控制污泥或含碳有机物的进出。
[0042]本专利工艺流程为:含碳有机物在储存仓I中进行收集储存，含碳有机物通过储存仓下口出，通过皮带输送2将含碳有机物输送至磨粉机3中，将含碳有机物磨成一定目数颗粒。该颗粒的直径根据输送管道的粗细来确定，以方便含碳有机物粉末在管道中流动而不堵塞为原则。含碳有机物粉末进入旋转分离器4中进行分离，分离出不符合规格和杂质进行集中收集处理。分离后的含碳有机物粉末通过输送装置5输送至加压罐6中。加压罐6设置为第一加压罐6A和第二加压罐6B两个加压罐，当含碳有机物粉末在第一加压罐6A内达到一定数量上，向第一加压罐6A内加注惰性气体或CO2，对第一加压罐6A进行增压，到罐内压力达到并超过超临界预热后污泥泥浆的压力时将第一加压罐6A内的含碳有机物粉末加注到超临界预热后泥浆管道中，在第一加压罐6A停止含碳有机物粉末加注时，含碳有机物粉末给第二加压罐6B进行加注，但压力达到超临界预热后泥浆压力时将第二加压罐6B内的含碳有机物粉末加注到超临界预热后泥浆管道中。如此反复间断式向超临界系统加注含碳有机物粉末，从而提高污泥泥浆整体的热值保证反应器13的持续运行。
[0043]参照图3，一种采用如上的超临界污泥处理系统进行的超临界污泥处理方法，包括如下步骤:
[0044]S10:提供氧化剂和预热后的污泥泥浆至超临界污泥处理装置的反应器13;
[0045]S20:以反复间断的方式向污泥泥浆加入含碳有机物粉末；
[0046]S30:使氧化剂和污泥泥浆与含碳有机物粉末在反应器13中进行燃烧反应。
[0047]在步骤S20中，提供含碳有机物粉末至至少两个加压罐6，至少两个加压罐6以反复间断的方式交替向污泥泥浆加入含碳有机物粉末。
[0048]在步骤S20中，当至少两个加压罐6中的第一加压罐中的含碳有机物粉末达到预定量时，通过加压装置的加压气体对该加压罐6增压以使罐内压力大于预热后的污泥泥浆的压力，含碳有机物粉末随加压气体加注到反应器13中；在第一加压罐加注完毕后，至少两个加压罐6中的第二加压罐重复上述动作。
[0049]在步骤S20中，在污泥泥浆进入反应器13之前或之后，将含碳有机物粉末加入到污泥泥浆中。
[0050]在污泥泥浆进入反应器13之前将含碳有机物粉末加入到污泥泥浆中时，含碳有机物粉末与污泥泥浆的体积比为1.1-2.0。
[0051 ]含碳有机物粉末为煤粉或干化的污泥。
[0052]将含碳有机物在磨粉机3中粉碎后在旋转分离器4中分离得到含碳有机物粉末。
[0053]加压气体为惰性气体。加压气体可以采用惰性气体如N2或CO2，通过对气体进行加压提升罐内压力当罐内压力超过出口物料压力打开储罐末端阀门，将含碳有机物粉末和气体注入污泥泥浆中一同进入反应器13中进行反应。
[0054]污泥泥浆在换热器11中升温后变成预热后的污泥泥浆。
[0055]现示出两个关于本发明超临界污泥处理方法的实施例:
[0056]实施例一
[0057 ]本案例采用含碳有机物，含碳有机物中含有大量的蛋白质、脂肪、矿物油、洗涤剂、腐殖质、细菌以及细菌的各级代谢产物，其中也包含了寄生虫或卵、微生物、一些工业用高分子材料的残渣、废油漆、各种有机溶剂的残余、有机物的焦或者是不完全分解物，保证含碳有机物粉末能够有较高的热值。
[0058]干燥的含碳有机物通过车辆运输并卸载在储存仓I中进行收集储存，含碳有机物块通过储存仓下口出，通过皮带输送2将含碳有机物块输送至磨粉机3中，将含碳有机物块磨成指定目数颗粒。含碳有机物粉末进入旋转分离器4中进行分离，分离出不符合规格和杂质进行集中收集。分离后的含碳有机物粉末通过输送装置5输送至加压罐6中。加压罐6设置为第一加压罐6A和第二加压罐6B两个储罐，当含碳有机物粉末在第一加压罐6A内达到2/3以上，向第一加压罐6A内加注CO2气体，对第一加压罐6A进行增压，到罐内压力达到并超过超临界预热后泥浆的压力时将第一加压罐6A内的含碳有机物粉末加注到超临界预热后泥楽管道中，在第一加压罐6A停止含碳有机物粉末加注时，含碳有机物粉末给第一加压罐6A进行加注含碳有机物粉末，但压力达到超临界预热后泥浆压力时将第一加压罐6A内的含碳有机物粉末加注到超临界预热后泥浆管道中。如此反复间断式向超临界预热后泥浆中加注含碳有机物粉末，从而提高泥浆整体的热值保证超临界反应器的持续运行。含碳有机物粉末和泥楽在反应器13中和氧气进行反应放出大量热、气体、固体，气体一般为C02和未利用的氧气以及氮气排放到大气中，液体和灰渣通过排渣系统进行处理。
[0059]实施例二
[0060]干燥的含碳有机物通过车辆运输并卸载在储存仓I中进行收集储存，含碳有机物块通过储存仓下口出，通过皮带输送2将含碳有机物块输送至磨粉机3中，将含碳有机物块磨成指定目数颗粒。含碳有机物粉末进入旋转分离器4中进行分离，分离出不符合规格和杂质进行集中收集。分离后的含碳有机物粉末通过输送装置5输送至加压罐6中。加压罐6设置为第一加压罐6A和第二加压罐6B两个储罐，当含碳有机物粉末在第一加压罐6A内达到2/3以上，向第一加压罐6A内加注CO2气体，对第一加压罐6A进行增压到罐内压力达到并超过超临界预热后泥浆的压力时将第一加压罐6A内的含碳有机物粉末通过喷嘴直接喷入反应器13中，在第一加压罐6A停止含碳有机物粉末加注时，含碳有机物粉末给第一加压罐6A进行加注含碳有机物粉末，但压力达到超临界预热后泥浆压力时将第一加压罐6A内的含碳有机物粉末通过喷嘴直接喷入反应器13中。如此反复间断式向反应器13中加注含碳有机物粉末，从而提高泥浆整体的热值保证反应器的持续运行。含碳有机物粉末和泥浆在反应器中和氧气进行反应放出大量热、气体、废渣，气体一般为CO2和未利用的氧气以及氮气排放到大气中，液体和灰渣通过排渣系统进行处理。
[0061]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超临界污泥处理系统，其特征在于，包括: 超临界污泥处理装置；以及 与所述超临界污泥处理装置分别连通的污泥输送装置和含碳有机物增料装置； 其中，所述含碳有机物增料装置包括与所述超临界污泥处理装置交替连通的至少两个加压罐(6)，以及与所述至少两个加压罐(6)连接的加压装置。2.根据权利要求1所述的超临界污泥处理系统，其特征在于，所述超临界污泥处理装置包括反应器(13)和与所述反应器(13)连通的氧化剂储罐(14)。3.根据权利要求2所述的超临界污泥处理系统，其特征在于，所述污泥送装置包括沿着污泥的输送方向依次连接的污泥储罐(9)、污泥栗(10)、换热器(11)和缓冲罐(12)，其中所述缓冲罐(12)与所述反应器(13)通过管道连接。4.根据权利要求2所述的超临界污泥处理系统，其特征在于，所述至少两个加压罐(6)与所述反应器(13)直接连通。5.根据权利要求3所述的超临界污泥处理系统，其特征在于，所述至少两个加压罐(6)与所述缓冲罐(12)和所述反应器(13)之间的管道连通。6.根据权利要求1所述的超临界污泥处理系统，其特征在于，所述含碳有机物增料装置还包括沿着含碳有机物的进料方向依次连接的储存仓(I)、磨粉机(3)和旋转分离器(4)，其中，所述储存仓(I)与所述磨粉机(3)之间通过开放式输送装置连接，所述旋转分离器(4)与所述至少两个加压罐(6)之间通过封闭式输送装置连接。7.根据权利要求4所述的超临界污泥处理系统，其特征在于，所述至少两个加压罐(6)与所述反应器(13)连接的位置处设置有开口朝向所述反应器(13)内部的喷嘴。8.根据权利要求1所述的超临界污泥处理系统，其特征在于，所述至少两个加压罐(6)中的每个的体积配置为单次从所述加压罐(6)向所述反应器(13)输送含碳有机物的量的2-10倍。9.根据权利要求1所述的超临界污泥处理系统，其特征在于，所述加压装置包括与所述至少两个加压罐(6)连接的气体加压栗(7)，以及与所述气体加压栗(7)连接的气体储罐10.—种采用如权利要求1-9中的任一项所述的超临界污泥处理系统进行的超临界污泥处理方法，其特征在于，包括如下步骤: SlO:提供氧化剂和预热后的污泥泥浆至超临界污泥处理装置的反应器(13); S20:以反复间断的方式向所述污泥泥浆加入含碳有机物粉末； S30:使所述氧化剂和所述污泥泥浆与所述含碳有机物粉末在所述反应器(13)中进行燃烧反应。11.根据权利要求10所述的超临界污泥处理方法，其特征在于，在所述步骤S20中，提供所述含碳有机物粉末至至少两个加压罐(6)，所述至少两个加压罐(6)以反复间断的方式交替向所述污泥泥浆加入所述含碳有机物粉末。12.根据权利要求11所述的超临界污泥处理方法，其特征在于，在所述步骤S20中，当所述至少两个加压罐(6)中的第一加压罐中的所述含碳有机物粉末达到预定量时，通过加压装置的加压气体对该加压罐(6)增压以使罐内压力大于所述预热后的污泥泥浆的压力，所述含碳有机物粉末随所述加压气体加注到所述反应器(13)中；在所述第一加压罐加注完毕后，所述至少两个加压罐(6)中的第二加压罐重复上述动作。13.根据权利要求10所述的超临界污泥处理方法，其特征在于，在所述步骤S20中，在所述污泥泥浆进入所述反应器(13)之前或之后，将所述含碳有机物粉末加入到所述污泥泥浆中。14.根据权利要求13所述的超临界污泥处理方法，其特征在于，在所述污泥泥浆进入所述反应器(13)之前将所述含碳有机物粉末加入到所述污泥泥浆中时，所述含碳有机物粉末与所述污泥泥浆的体积比为1.1-2.0。15.根据权利要求10所述的超临界污泥处理方法，其特征在于，所述含碳有机物粉末为煤粉或干化的污泥。16.根据权利要求10所述的超临界污泥处理方法，其特征在于，将含碳有机物在磨粉机(3)中粉碎后在旋转分离器(4)中分离得到所述含碳有机物粉末。17.根据权利要求12所述的超临界污泥处理方法，其特征在于，所述加压气体为惰性气体。18.根据权利要求10所述的超临界污泥处理方法，其特征在于，污泥泥浆在换热器(11)中升温后变成所述预热后的污泥泥浆。
【文档编号】C02F11/06GK105859087SQ201610387632
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】陈 峰, 邢浩
【申请人】新奥科技发展有限公司