一种污泥干燥焚烧系统及干燥焚烧方法与流程

本发明涉及一种污泥干燥焚烧系统及干燥焚烧方法，属于污泥干燥、处理领域。

背景技术：

随着我国城镇化进程不断加快，城市污水处理量和处理率不断提高，作为污水处理主要副产物的城市污泥产量也随之迅猛增加。由于我国城市污泥处置起步较晚，关键技术设备相对落后，大量的城市污泥没有得到妥善处置。焚烧法具有显著的减量化效果，节省用地，还可消灭各种病原体，将有毒有害物质转化为无害物。污泥水分含量高，需要先经过干燥处理后才能送入焚烧炉焚烧，干燥过程吸热而焚烧放热，两个过程独立进行浪费了大量的能量，因而采用干燥焚烧系统能够降低能耗、节约成本。

近年来，各种污泥处理设备不断涌现，主要可分为直接接触(热风式)和间接接触(间壁式)两种形式：直接接触式诸如公开号cn110422987a、cn204529640u、cn201670797u的中国专利申请公开的干燥器形式，通过热空气或热烟气与湿污泥直接接触进行热交换，具有干燥速率快、投资省等特点，但是湿污泥内水分和部分有机物进入尾气，不可避免地带来尾气的除臭问题。间接接触式诸如cn107382015a、cn202988945u、cn104529124a等中国专利申请公开的干燥器形式，通过水蒸汽或导热油等导热介质，通过壁面传热与湿污泥进行热量交换，具有避免高温耗能、少尾气等特点，但是设备复杂、投资大，会带来额外的污水处理负担，同时污水臭气没有得到有效解决。

公开号为cn107382015a的中国发明专利申请公开了一种蒸汽式污泥干燥系统包括蒸汽式污泥干燥机、进料装置、蒸汽供给装置、尾气处理装置及成品收集装置，避免了高温耗能的问题，然而，该发明污泥尾气的除臭问题并没有得到有效解决，若利用消石灰块、活性炭块进行除湿除臭效率低且成本较大，同时干燥装置中水固分离困难，同时，将污泥中的污水作为加热介质对设备将造成不可避免的损伤和污水处理成本；公开号为cn102515458a的中国发明专利申请公开的系统类似，许多设备采用喷淋、冷凝器等方法将尾气中的水蒸汽冷凝，这些方法能量浪费严重、造成了尾气处理成本加大的问题，同时还带来了污水处置的问题。

再如公告号cn204918337u的中国实用新型专利公开的污泥焚烧处理装置利用导热油作为加热介质，有机热载一旦泄露将带来二次污染的问题；公开号cn1931753a的中国发明专利申请公开的干燥焚烧装置虽不需要辅助燃料，但当污泥的低位发热量较低时，干污泥焚烧释放的热量难以维持系统所需热量，适应性较差，另外若燃烧炉不使用流化床焚烧炉，熔融温度受干污泥理论燃烧温度和熔点的限制，不能广泛应用，且不利于焚烧炉温度控制，带来安全隐患。

技术实现要素：

发明目的：针对现有的污泥干燥焚烧处理过程存在的耗能大、尾气多、安全隐患大等问题，本发明提供一种污泥干燥焚烧系统以及采用该系统进行污泥干燥焚烧的方法，该系统和方法采用部分高温烟气循环，解决尾气处理问题，且系统达到能量充分利用，可适用于高含水率的湿污泥处置。

技术方案：本发明所述的一种污泥干燥焚烧系统，包括用于干化湿污泥的干燥器、用于对干化的污泥及干燥器排气进行焚烧处理的流化床焚烧炉、用于回收利用焚烧产生的高温烟气余热的余热锅炉、用于进一步回收烟气余热并为焚烧炉提供热空气助燃风的空气预热器、以及用于对余热利用后的烟气净化后排放的尾气处理装置，其中，焚烧炉的高温烟气出口一路与干燥器连通、对湿污泥进行接触干燥，另一路与余热锅炉烟道连接、利用余热生产水蒸汽，且所述干燥器的排气口与焚烧炉连通。

优选的，干燥器包括湿污泥干燥腔，其上设有高温烟气入口，与焚烧炉的高温烟气出口连接；湿污泥干燥腔内部设有用于搅拌破碎湿污泥的空心轴，外部设有夹套，空心轴和夹套的入口与余热锅炉的水蒸汽出口连接，出口经循环水泵与余热锅炉入水口连接。

其中，该系统还包括用于缓存高水分污泥的湿污泥仓，其出料口连接干燥器的湿污泥干燥腔，出气口连接焚烧炉。

较优的，上述污泥干燥焚烧系统还包括旋风分离器，该旋风分离器的进气口与干燥器的排气口连接，用于对出干燥器的烟气、湿污泥蒸发的水蒸汽及两者携带的干化污泥颗粒进行气固分离；其气体出口连接到焚烧炉稀相区、为焚烧炉提供二次风，固体出口与焚烧炉的污泥进料口连接、为焚烧炉提供燃料。

其中，尾气处理装置包括依次连接的脱硝装置、脱硫装置、活性炭喷射装置、除尘器和烟囱，其中，空气预热器的烟气入口与脱硝装置的出气口连接，烟气出口与脱硫装置的进气口连接。

作为优选的，焚烧炉还包括用于加入辅助燃料的辅助燃料进料器。

本发明所述的利用上述系统进行污泥干燥焚烧的方法，包括如下步骤：

采用空气预热器预热空气，向流化床焚烧炉内通入预热空气作为流化风流化，加入辅助燃料或者干化污泥并点燃，燃烧放热使焚烧炉维持在运行温度；

焚烧炉产生的高温烟气分为两股，一股直接送入干燥器，与干燥器内污泥直接接触加热干化湿污泥，干燥器排气以二次风形式送入焚烧炉焚烧去除臭气，焚烧炉高温烟气再通入干燥器；另一股依次送入余热锅炉、空气预热器和尾气排出装置，经两次余热回收后净化排出；

同时，空气在空气预热器中被烟气余热加热为热空气后，送入焚烧炉作为流化风和助燃剂。

其中，干燥器排气包括烟气和湿污泥中蒸出的水蒸汽，干燥器排气携带干化后的污泥颗粒流出干燥器后，可先进行气固分离，然后干燥器排气送入焚烧炉作为二次风燃烧，固体干化污泥颗粒也送入焚烧炉作为燃料燃烧；而未被充分搅拌破碎、干化的块状固体污泥无法被干燥器携带出而在干燥器内部持续破碎干化直至成为符合要求的干化污泥颗粒。

作为优选的，干燥器包括湿污泥干燥腔，其内部设有用于搅拌破碎湿污泥的空心轴，外部设有夹套；余热锅炉回收利用高温烟气的热量产生水蒸汽、送入空心轴和夹套中，水蒸汽凝结放热壁面间接加热污泥，放热后出干燥器、通入补水加入循环水后送入余热锅炉产生水蒸汽。

待干燥的高水分污泥通常预先储存在密闭的湿污泥仓内，存放过程中会滋生臭气，这部分滋生的臭气也可送入焚烧炉焚烧。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的污泥干燥焚烧系统采用部分高温烟气(850℃左右)循环于干燥器和焚烧炉，这部分热烟气能为湿污泥干燥提供巨大的能量，而且，利用热烟气能量干化污泥同时污泥臭气被带入焚烧炉直接处理，系统无需再进行尾气除臭，节约尾气除湿除臭成本，整个系统适应性强，系统安全可靠，能长期运行；与常规热风式干燥相比，不采用热空气，不会带来氧气与高挥发分性质的污泥接触产生的爆燃问题，与常规间壁式干燥相比，循环高温烟气节约了间壁式所需求的大量加热介质，干燥速率快，结构简单，同时，部分高温烟气直接加热并带走干化污泥颗粒和水蒸汽，没有间壁式干燥的水固分离难的问题；

(2)本发明的系统同时利用烟气余热加热余热锅炉循环水，利用高温水蒸汽在干燥器空心轴和夹套空腔内凝结放热干化污泥，间接进一步利用高温烟气余热；通过循环高温烟气直接接触污泥供热和水蒸汽凝结壁面间接加热的组合式供热，可充分利用焚烧炉的能量，同时系统可以通过控制直接接触供热的烟气循环量、间接供热的水蒸汽量，调节干化污泥含水率、降低辅助燃料需求量，减少系统能耗；

(3)本发明的系统将干燥器内的污泥臭气连同水蒸汽一并带走送入焚烧炉焚烧、而后产生的能量再返回至干燥器中，无需像传统干燥器设置喷淋、冷凝器等装置去除干燥污泥产生的水蒸汽，不会带来额外的污水处理负担，而且，提高了能量的整体利用率，且系统更为稳定；

(4)本发明将部分高温烟气的热量用于加热余热锅炉中的水，利用水蒸汽凝结释放潜热的巨大能量，污泥干燥时传热效率高，工质传热系统简单，而且，整个过程中循环的是清洁水，过热水蒸汽和冷凝水泄露不会造成二次污染；

(5)系统运行过程中，干燥器排气携带被充分搅拌破碎、干化的小污泥颗粒进入旋风除尘器，而未被充分搅拌破碎、干化的污泥块无法被带走而在干燥器内被持续搅拌、加热直至达到能被排气带走的状态，因此干燥器得到的干化污泥品质较高，适用于流化床焚烧炉，能够达到良好的焚烧效果，同时对于想获得干化污泥产品或者部分有毒污泥不能使用焚烧处理，可直接获得干化污泥。

附图说明

图1为本发明的一种污泥干燥焚烧系统的装置流程图，图中各部件的相对位置不受限制，其中，系统循环过程中涉及的物料含义如下：

a.高含水污泥，a1.湿污泥，a2.湿污泥臭气，b.干燥器排气携带干化污泥颗粒，b1.干燥器排气，b2.固体干化污泥颗粒，c.循环水，c1.夹套水蒸汽，c2.空心轴水蒸汽，c3.供暖水蒸汽，d.空气，e.排烟，e1.循环烟气，e2.换热烟气，f.排渣，g.辅助燃料，h.活性炭。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1，本发明的一种污泥干燥焚烧系统，主要包括干燥器3、用于干化湿污泥，焚烧炉9、对干化污泥和干燥器排气进行焚烧处理，余热锅炉10、回收利用焚烧产生的高温烟气余热生产水蒸汽，空气预热器12、进一步回收烟气余热并为焚烧炉提供热空气助燃风，以及尾气处理系统、对余热利用后的烟气净化后排放。系统通过采用部分高温烟气在干燥器3和焚烧炉9中循环，解决尾气处理问题，达到能量充分利用。

焚烧炉9为流化床焚烧炉，焚烧温度为800～900℃，设有污泥进料口、烟气入口以及排渣口，采用预热空气作为焚烧炉流化风，干燥器排气作为焚烧炉二次扰动风。焚烧炉9顶部有高温烟气出口，高温烟气可分成两路为干燥器3供热，一路与干燥器3连通，直接与湿污泥接触加热，另一路连接余热锅炉10，作为余热锅炉10热源产生高温水蒸汽，利用水蒸汽在干燥器3内壁面间接传热干燥污泥。

干燥器3布置型式不受限制，可以采用立式布置，也可采用卧式布置。其可采用烟气直接接触供热，也可采用壁面间接传热和烟气直接接触传热的组合式加热方式。具体而言，干燥器3包括湿污泥干燥腔，其上设置高温烟气入口，与焚烧炉9的高温烟气出口连接，焚烧炉9的高温烟气进入湿污泥干燥腔内，通过烟气直接接触供热的方式干燥湿污泥。湿污泥干燥腔内可设有干燥器空心轴4，与转轴电机5连接，用于搅拌破碎湿污泥；湿污泥干燥腔外部设有夹套6，通过将空心轴4及夹套6入口与余热锅炉10水蒸汽出口相连，利用水蒸汽在干燥器夹套6和空心轴4内凝结放热间接加热湿污泥，实现壁面间接传热；通过壁面间接传热和烟气直接接触传热的组合式加热方式，可充分利用焚烧炉的能量。

焚烧炉9高温烟气送入干燥器3中放热干燥后，干燥器排气(包括烟气和湿污泥蒸发的水蒸汽)作为载气携带干化污泥颗粒从干燥器3的排气口排出，排气口可与旋风除尘器7相连，通过旋风除尘器7进行气固分离，分离出的气体可连接到循环风机18入口，循环风机18出口连接到焚烧炉稀相区，作为焚烧炉9的二次风，通过循环风机18直接送入焚烧炉9焚烧处理；分离的固体干化污泥颗粒也送入焚烧炉9，作为焚烧炉燃料，充分利用了烟气余热，有效节约了能源，同时基本避免了尾气除臭和污水处理的大量成本。同时，空心轴4和夹套6的出口与循环水泵19入口相连，循环水泵19出口和余热锅炉10进水口相连，循环水泵19前设有补水装置和阀门，在空心轴4和夹套6中放热后的水蒸汽冷凝，自空心轴4和夹套6流出，补水后通过循环水泵19送入余热锅炉中继续加热产生水蒸汽。

余热锅炉10后连接空气预热器12和尾气净化装置，其中，空气预热器12冷空气入口与鼓风机20连接，热空气出口与焚烧炉9连接，进一步回收利用烟气余热预热空气，并将预热空气送入焚烧炉9中作为流化风和助燃剂；尾气净化装置可包括依次连接的脱硝装置11、脱硫装置13、活性炭喷射装置14、布袋除尘器15和烟囱16，其中，脱硝装置11的出气口连接空气预热器12的烟气入口，且空气预热器12的烟气出口连接脱硫装置12的进气口，高温烟气余热经余热锅炉10回收后先送入脱硝装置11脱销处理，然后送入空气预热器12中再次回收余热，再依次脱硫、进行活性炭处置、除尘，最后被引风机21抽到烟囱16排出。焚烧炉9还可包括辅助燃料给料器，必要时为焚烧炉9运行提供辅助燃料。

本发明的污泥干燥焚烧系统还可包括湿污泥仓1和干污泥仓8。湿污泥仓1用于缓存高水分的污泥(80％左右含水率)，舱体密闭，其上部连接到小型引风机17将仓内滋生的臭气抽至焚烧炉9焚烧处理，下部连接到干燥器3的湿污泥进料器2，将仓体污泥送入干燥器3内部进行搅拌破碎和干化。干污泥仓8用于收集旋风除尘器7分离的干化污泥颗粒，并连接到焚烧炉7的污泥进料口。

采用本发明的污泥干燥焚烧系统进行污泥干燥焚烧的方法如下：

通过鼓风机20向空气预热器12中鼓入空气d，空气预热器12预热空气，向流化床焚烧炉9内通入预热空气作为流化风流化，加入辅助燃料或者干化污泥并点燃，燃烧放热使焚烧炉9维持在运行温度；

焚烧炉9产生的高温烟气分为两股，打开循环风机将焚烧炉9产生的高温烟气一股e1作为循环烟气抽入干燥器3，湿污泥仓1向干燥器3中加入湿污泥a1进行干燥，高温烟气e1与干燥器3内污泥直接接触加热干化湿污泥；另一股高温烟气e2作为换热烟气在引风机21的抽动下依次经过余热锅炉10加热水蒸汽、脱硝装置11脱销、空气预热器12预热空气、脱硫装置13、活性炭喷射14和除尘器15净化，最后从烟囱16排出烟气e；焚烧产生的固体废渣f从排渣口排出；

空气d进入空气预热器12中，被烟气余热加热为热空气后送入焚烧炉9作为流化风和助燃剂；

通过补水加入循环水c，经循环水泵19流至余热锅炉10，被高温烟气e2加热成过热蒸汽c1、c2(若有需求可分流c3用于供暖)，送入干燥器空心轴4和干燥器夹套6内凝结放热，出口连接至循环水泵19达到循环；

干燥器排气(烟气和干化产生的水蒸汽)携带干化污泥颗粒(30％含水率)b进入旋风除尘器7，在其中气固分离后，固体干化污泥颗粒b2经干污泥仓8、干污泥给料加入焚烧炉9燃烧，气体b1以二次风形式被循环风机18送入焚烧炉9焚烧充分去除臭气，焚烧炉9的高温烟气再通入干燥器3达到整个系统的循环。

干燥器排气携带被充分搅拌破碎、干化的小污泥颗粒进入旋风除尘器，而未被充分搅拌破碎、干化的污泥块无法被带走而在干燥器内被持续搅拌、加热直至达到能被排气带走的状态；系统可以通过控制直接接触供热的烟气循环量、间接供热的水蒸汽量，调节干化污泥含水率、降低辅助燃料需求量，减少系统能耗；如若需要得到干化污泥产品，系统还可以通过消耗价值不高的生物质等廉价辅助燃料的代价，不将干化污泥直接焚烧而获得干化污泥颗粒产品。

应用例1

对于城市生活废水污泥，采用本发明的系统进行减量化处理，进行干燥焚烧，使用生活垃圾中可燃固体废弃物作为辅助燃料，达到污泥和固废共同减容的效果。目前污水处理厂的污泥经机械脱水，含水率一般在80％左右，远达不到污泥焚烧的含水率要求，若采用传统的污泥干化成粒系统，虽含水率能达到20％以下，但成本往往较高，而本发明的系统提供的污泥干化焚烧工艺，为一条既满足污泥焚烧含水率要求又成本较低的可行路径。通入空气并将可燃固废辅助燃料加入焚烧炉焚烧维持焚烧炉温度在800～900℃，抽取高温烟气进行循环进入干燥器，为余热锅炉注入循环水，余热锅炉压力设置在0.5～1mpa的压力，过热水蒸汽温度控制在200～300℃，向干燥器内送入湿污泥，调节烟气流量，干燥器排风带出的干化污泥颗粒在20～30％含水率，达到焚烧标准，全部送入焚烧炉，焚烧炉采用流化床，进行焚烧，逐渐调节辅助燃料进料量，最终达到系统稳定运行，尾气处理中采用布袋除尘器和半干法脱硫。

应用例2

对于含有油墨、木质素的造纸废渣等高热值污泥，能够实现系统能量自足，无需使用辅助燃料。通入空气并将干化污泥加入焚烧炉点燃焚烧，维持焚烧炉温度在800～850℃，抽取高温烟气进行循环进入干燥器，为余热锅炉注入循环水，余热锅炉压力设置在0.5～1mpa的压力，过热水蒸汽温度控制在200～300℃，向干燥器内送入湿污泥，调节烟气流量和循环水量，干燥器排风带出的干化污泥颗粒在20～30％含水率，达到焚烧标准，部分送入焚烧炉进行焚烧，部分收集贮存，最终达到系统稳定运行，也可将干化污泥全部送入焚烧炉焚烧，而增大循环水量，将余热锅炉所产水蒸汽部分分流用于供暖使用，最终也能达到系统稳定运行。

应用例3

对于工业有机废水产生的污泥比如制革污泥，被收入《国家危险废弃物名录》不能直接进行焚烧处理，因而通过加入燃煤作为燃料，湿污泥干化后被收集封装进行进一步处理。通入空气并将燃煤加入焚烧炉点燃焚烧，维持焚烧炉温度在900℃，抽取高温烟气进行循环进入干燥器，为余热锅炉注入循环水，余热锅炉压力设置在0.5～1mpa的压力，过热水蒸汽温度控制在200～300℃，向干燥器内送入湿污泥，调节烟气流量和循环水量，干燥器排风带出的干化污泥颗粒在20～30％含水率，通过旋风分离，收集贮存，污泥中的部分有害物质随干燥器排风一起被送入焚烧炉充分焚烧处理，最终达到系统稳定运行，尾气达标排放。

实施例

以来自江苏周边某污水厂的污泥(干基热值为13.1mj/kg)为例，处理含水率80％的湿污泥350t/d，采用本发明的污泥干燥焚烧系统进行处理(方式3、4)，并与传统的污泥干燥焚烧处理方法进行比较(方式1、2)，然后对比了采用不同热值污泥以及添加不同辅助燃料的情况，结果如下表1；表1中，辅助燃料为烟煤或稻壳，其中，烟煤热值为24mj/kg，稻壳热值为13.5mj/kg。

表1不同方式下的污泥干燥焚烧系统的处理效果

可以看到，采用本发明的污泥干燥焚烧系统，无需进行污水处理，也无需再进行尾气除臭，节约污水处理成本和尾气除湿除臭成本；另外，本发明的系统无需控制焚烧炉温度，降低系统能耗，且整个系统适应性强，安全可靠，如果采用方式4，排烟温度亦无需控制，进一步降低了系统能耗，与传统处理方式相比，系统整体能耗显著降低。同时，通过调节烟气循环量和辅助燃料量等方式，本发明的污泥干燥焚烧系统可用于处理不同热值的污泥和不同辅助燃料，具有较好的适应性；而且，若采用方式4，需要使用的辅助燃料量较少，而当处理的污泥干基热值高于14.1mj/kg时，无需辅助燃料即可实现污泥干燥焚烧系统的能量平衡。