本實用新型屬于固體廢棄物資源化處理領域，具體涉及一種利用污泥進行發(fā)電的系統(tǒng)。
背景技術：
隨著環(huán)保水平的提高。城市污水的處理量在連年增加，作為城市污水處理的副產(chǎn)物，城市污泥的年產(chǎn)率也急劇增加。污泥是一種含水率很高(85％-95％)的絮狀泥粒，含有大量的重金屬、氮磷、病原菌、病毒和毒性有機物等。如果將其任意排放到水體中，會造成水體惡化，并影響水生物的生存；若將其利用到農(nóng)業(yè)上會污染土壤，導致農(nóng)作物產(chǎn)生病災，甚至危害人體健康。因此，如何有效、無害地處理城市污泥，是國內(nèi)外專家非常關注的問題。
熱解技術是在無氧或絕氧的條件下，將有機物進行熱裂解，生成以H2、CH4、CO為主的可燃氣體、高熱值的燃料油及部分固定碳。等離子氣化技術是利用等離子體火炬對物料進行加熱，局部溫度可到5000℃以上，并能使反應室的溫度維持在1200℃左右，能迅速分解熱解油、二噁英等物質，并產(chǎn)生大量CO、H2等合成氣。具有二次污染小、能源回收利用率高等特點。
現(xiàn)有技術中，一些污泥回轉窯熱解工藝的熱解油產(chǎn)量較多，容易堵塞管道、腐蝕設備等，經(jīng)常停車檢修，并且后端需要復雜的油水分離及凈化裝置，導致投資大大增加。此外，一些污泥豎爐等離子氣化技術，直接用等離子火炬對污泥進行氣化，由于污泥含水率較高，在處理大規(guī)模污泥時，該工藝的功率極大、耗電率非常高，因此導致運行成本增大，難以實現(xiàn)工業(yè)化應用。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是針對污泥熱解工藝中熱解油產(chǎn)量大、堵塞嚴重、腐蝕程度高、維修頻率高、處理成本大等問題，以及污泥氣化熔融工藝中處理規(guī)模小、功率極大、耗電率較高、運行成本高、難以工業(yè)化應用等問題，提供一種清潔、高效處理污泥的工藝，實現(xiàn)污泥的“無害化、減量化、資源化”。
本實用新型提供了一種利用污泥進行發(fā)電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
干化裝置，具有污泥入口、干化污泥出口、干燥水出口、蒸汽入口、冷卻水出口；
蓄熱式旋轉床，具有原料入口、熱解水出口、熱解油氣出口、熱解炭出口，所述原料入口與所述干化裝置的干化污泥出口相連；
氣化熔融反應室，具有熱解油氣入口、熱解炭入口、熱態(tài)合成氣出口、熔渣出口，所述熱解油氣入口與所述蓄熱式旋轉床的熱解油氣出口相連，所述熱解炭入口與所述蓄熱式旋轉床的熱解炭出口相連；
換熱裝置，具有熱態(tài)合成氣入口、冷態(tài)合成氣出口、廢水出口、冷卻水入口和蒸汽出口，所述熱態(tài)合成氣入口與所述氣化熔融反應室的熱態(tài)合成氣出口相連；以及
發(fā)電裝置，具有蒸汽入口、乏汽出口和電量輸出端，所述蒸汽入口與所述換熱裝置的蒸汽出口相連。
在本實用新型的一些實施例中，所述干化裝置的蒸汽入口與所述發(fā)電裝置的乏汽出口相連。
在本實用新型的一些實施例中，所述系統(tǒng)還包括熄焦裝置，所述熄焦裝置具有熔渣入口、灰渣出口、熄焦水入口；所述熔渣入口與所述氣化熔融反應室的熔渣出口相連。
在本實用新型的一些實施例中，所述熄焦水入口與所述干化裝置的干燥水出口、所述干化裝置的冷卻水出口、所述蓄熱式旋轉床的熱解水出口中的一個或多個出口相連。
在本實用新型的一些實施例中，所述蓄熱式旋轉床包括干燥區(qū)和熱解區(qū)；所述熱解水出口布置于所述干燥區(qū)末端的側壁，所述熱解油氣出口布置于所述熱解區(qū)末端的頂部，所述熱解炭出口布置于所述熱解區(qū)末端的底部。
在本實用新型的一些實施例中，所述氣化熔融反應室安裝有兩個以上的等離子體火炬。
本實用新型采用蓄熱式旋轉床對干化處理后的污泥進行熱解，并利用氣化熔融反應室對熱解油氣進行氣化，干燥水、冷卻水和熱解水可作為熱解炭的熄焦用水，獲得的合成氣產(chǎn)率高、熱值高，可作為蓄熱式輻射管的燃料氣使用，通過換熱處理合成氣得到的蒸汽可用于發(fā)電出售，實現(xiàn)了污泥的“無害化、減量化、資源化”。
此外，本實用新型的運行成本低、資源化水平高、二次污染小，且易于實現(xiàn)工業(yè)化和規(guī)模化。
本實用新型將熱解油氣和熱解炭同時進行氣化熔融處理，熱解炭的存在有助于熱解油氣轉變合成氣，因此，本實用新型制得的合成氣的產(chǎn)率很高。
本實用新型利用熱態(tài)合成氣與水換熱，制備發(fā)電用蒸汽，充分利用了熱態(tài)合成氣的余熱，增加了產(chǎn)品的經(jīng)濟效益。
本實用新型提供的工藝中，熱解油的產(chǎn)率低，而合成氣的產(chǎn)率很高，不會發(fā)生管道堵塞、設備被腐蝕等現(xiàn)象，減少了生產(chǎn)成本。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例中的一種利用污泥進行發(fā)電的系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。
參見圖1，本實用新型提供的利用污泥進行發(fā)電的系統(tǒng)包括：干化裝置1、蓄熱式旋轉床2、氣化熔融反應室3、換熱裝置4、發(fā)電裝置5和熄焦裝置6。
干化裝置1具有污泥入口、干化污泥出口、干燥水出口、蒸汽入口、冷卻水出口。干化裝置1為間接干燥裝置，本實用新型采用蒸汽作為介質，對污泥進行間接干燥。
蓄熱式旋轉床2，用于對污泥進行熱解處理，制備熱解油氣和熱解炭。蓄熱式旋轉床2具有原料入口、熱解水出口、熱解油氣出口、熱解炭出口，原料入口與干化裝置的干化污泥出口相連。
蓄熱式旋轉床2包括干燥區(qū)和熱解區(qū)。熱解水出口布置于干燥區(qū)末端的側壁，以便在熱解水剛產(chǎn)生時就進行收集，降低系統(tǒng)能耗；熱解油氣出口布置于熱解區(qū)末端的頂部，以便得到高品質的熱解油氣；熱解炭出口布置于熱解區(qū)末端的底部，以便出料。
污泥含水量高，若直接進入蓄熱式旋轉床2，不僅會降低熱解的效率，還會增加系統(tǒng)能耗，導致運行成本增加。此外，經(jīng)過熱解，這些水分會變成水蒸氣，隨著熱解油氣進入后續(xù)設備中，會影響后續(xù)工藝的進行。本實用新型在蓄熱式旋轉床2前設置了干化裝置1，并將熱解水出口設置在蓄熱式旋轉床2的干燥區(qū)末端的爐膛側壁，有效地解決了這一問題。
蓄熱式旋轉床2具體包括：殼體，殼體形成環(huán)狀爐腔，爐膛操作條件為微正壓；環(huán)形爐底，物料布在環(huán)形爐底上，呈連續(xù)轉動狀態(tài)；蓄熱式輻射管，多個所述蓄熱式輻射管設置在所述殼體的內(nèi)周壁上。
氣化熔融反應室3利用等離子火炬的高溫氣化作用，使熱解油、烴類氣體等發(fā)生氣化、重組，以便得到CO、H2等合成氣，并將熱解炭熔融成玻璃態(tài)熔渣。
氣化熔融反應室3具有熱解油氣入口、熱解炭入口、熱態(tài)合成氣出口、熔渣出口，熱解油氣入口與蓄熱式旋轉床2的熱解油氣出口相連，熱解炭入口與所述蓄熱式旋轉床2的熱解炭出口相連。
本實用新型由于在氣化熔融前，先對污泥進行了熱解，因此，氣化熔融反應室3所需的等離子體火炬數(shù)量少，處理效率高，運行成本低。優(yōu)選地，兩個以上即可。
換熱裝置4具有熱態(tài)合成氣入口、冷態(tài)合成氣出口、廢水出口、冷卻水入口和蒸汽出口，熱態(tài)合成氣入口與氣化熔融反應室3的熱態(tài)合成氣出口相連。換熱裝置4為間接換熱，利用熱態(tài)合成氣與水進行換熱，制備水蒸氣。
發(fā)電裝置5具有蒸汽入口、乏汽出口和電量輸出端，蒸汽入口與換熱裝置4的蒸汽出口相連。
熄焦裝置6具有熔渣入口、灰渣出口、熄焦水入口，熔渣入口與氣化熔融反應室3的熔渣出口相連。
熄焦裝置6用于冷卻從氣化熔融反應室3排出的玻璃態(tài)熔渣，圖1所示的系統(tǒng)中，熄焦裝置6的熄焦水入口與干化裝置1的干燥水出口、冷卻水出口及蓄熱式旋轉床2的熱解水出口相連。這樣布置能有效降低整個工藝的生產(chǎn)成本。
需要說明的是，熄焦水入口可以與干化裝置1的干燥水出口、冷卻水出口及蓄熱式旋轉床2的熱解水出口中的一個或多個相連，并不局限于圖1所示的情況。此外，系統(tǒng)也可不包括熄焦裝置6，可采用其他方式對玻璃態(tài)熔渣進行冷卻。
圖1所示的干化裝置1的蒸汽入口與發(fā)電裝置5的乏汽出口相連。干化裝置1采用發(fā)電裝置5排出的乏汽對污泥進行干燥，對余熱進行了有效利用，降低了整個工藝的運行成本。
本實用新型將熱解油氣和熱解炭同時進行氣化熔融處理，熱解炭的存在有助于熱解油氣轉變合成氣，因此，本實用新型制得的合成氣的產(chǎn)率很高。
合成氣中含有較多CO、H2等可燃氣，而蓄熱式輻射管又需要為污泥熱解提供熱量，因此可以將所述合成氣用于蓄熱式輻射管燃燒供熱，降低工藝運行成本，減少污染物排放。當然，蓄熱式輻射管也使用電能進行產(chǎn)熱，這個并不需要特別限定。
整個系統(tǒng)物料間的運輸都可采用保溫運輸?shù)姆绞?，可降低工藝運行成本。
上述系統(tǒng)制得的熱解油的產(chǎn)率低，而合成氣的產(chǎn)率很高，不會發(fā)生管道堵塞、設備被腐蝕等現(xiàn)象，減少了生產(chǎn)成本。
本實用新型實現(xiàn)了污泥熱解和氣化熔融的高效結合，不僅降低了運行成本，還提高了合成氣的產(chǎn)率和熱值，余熱回收利用率高、資源化水平高、產(chǎn)品經(jīng)濟效益好、不產(chǎn)生二噁英、二次污染小。
下面參考具體實施例，對本實用新型進行說明。下述實施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述實用新型內(nèi)容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測方法。
實施例1
本實施例采用圖1所示的系統(tǒng)用污泥進行發(fā)電。所用污泥為某城市污水處理廠的污泥，其工業(yè)分析、元素分析如表1所示，具體處理流程如下：
將含水率88％的污泥送入干化裝置1，產(chǎn)生48％的干燥水，將剩下40％含水率的污泥送入蓄熱式旋轉床2，在干燥區(qū)的蓄熱式輻射管的溫度為400℃，熱解區(qū)的蓄熱式輻射管的溫度為600℃。污泥在蓄熱式旋轉床2中依次經(jīng)過干燥、熱解等過程，最后得到的熱解水從熱解水出口流出，與干化產(chǎn)生的干燥水、冷卻水一并進入熄焦裝置6中，熱解油氣在蓄熱式旋轉床2的熱解區(qū)末端頂部(熱解油氣出口)排出，熱解炭在蓄熱式旋轉床2的熱解區(qū)末端底部(熱解炭出口)排出，一同進入氣化熔融反應室3，其中，氣化熔融反應室3的溫度為1400℃。在氣化熔融反應室3獲得的合成氣經(jīng)過換熱裝置4后，產(chǎn)生的440℃蒸汽送入蒸汽輪機(即發(fā)電裝置5)中進行發(fā)電，冷卻后的CO、H2等合成旗送入蓄熱式輻射管中對污泥進行加熱，熱解炭經(jīng)過氣化熔融成玻璃態(tài)熔渣，利用干燥水、冷卻水和熱解水熄焦處理后，形成固化無機物殘渣，直接運至填埋場進行處置。
利用上述系統(tǒng)對污泥(干基)進行熱解及氣化熔融處理，最終制得的合成氣的產(chǎn)率為44％，熱解炭的產(chǎn)率為21％。蒸汽輪機的進汽溫度為380℃，乏汽溫度為140℃，將乏汽送至干化裝置1中干燥污泥。
實施例2
本實施例采用圖1所示的系統(tǒng)用污泥進行發(fā)電。所用污泥為某城市污水處理廠的污泥，其工業(yè)分析、元素分析如表1所示，具體處理流程如下：
將含水率85％的污泥送入干化裝置1，產(chǎn)生45％的干燥水，將剩下40％含水率的污泥送入蓄熱式旋轉床2，在干燥區(qū)的蓄熱式輻射管的溫度為500℃，熱解區(qū)的蓄熱式輻射管的溫度為900℃。污泥在蓄熱式旋轉床2中依次經(jīng)過干燥、熱解等過程，最后得到的熱解水從熱解水出口流出，與干化產(chǎn)生的干燥水、冷卻水一并進入熄焦裝置6中，熱解油氣在蓄熱式旋轉床2的熱解區(qū)末端頂部(熱解油氣出口)排出，熱解炭在蓄熱式旋轉床2的熱解區(qū)末端底部(熱解炭出口)排出，一同進入氣化熔融反應室3，其中，氣化熔融反應室3的溫度為1100℃。在氣化熔融反應室3獲得的合成氣經(jīng)過換熱裝置4后，產(chǎn)生的370℃蒸汽送入蒸汽輪機(即發(fā)電裝置5)中進行發(fā)電，冷卻后的CO、H2等合成旗送入蓄熱式輻射管中對污泥進行加熱，熱解炭經(jīng)過氣化熔融成玻璃態(tài)熔渣，利用干燥水、冷卻水和熱解水熄焦處理后，形成固化無機物殘渣，直接運至填埋場進行處置。
利用上述系統(tǒng)對污泥(干基)進行熱解及氣化熔融處理，最終制得的合成氣的產(chǎn)率為40％，熱解炭的產(chǎn)率為26％。蒸汽輪機的進汽溫度為390℃，乏汽溫度為120℃，將乏汽送至干化裝置1中干燥污泥。
表1污泥工業(yè)分析及元素分析
從上述實施例可以看出，采用本實用新型提供的工藝能有效的利用污泥進行發(fā)電。
實施例1和實施例2的制得的合成氣的產(chǎn)率大于40％，熱解炭的產(chǎn)率大于20％，而熱解油的產(chǎn)率小于35％，遠小于一些污泥回轉窯熱解工藝的熱解油產(chǎn)率。
綜上，本實用新型采用蓄熱式旋轉床對干化處理后的污泥進行熱解，并利用氣化熔融反應室對熱解油氣進行氣化，干燥水、冷卻水和熱解水可作為熱解炭的熄焦用水，獲得的合成氣產(chǎn)率高、熱值高，可作為蓄熱式輻射管的燃料氣使用，通過換熱處理合成氣得到的蒸汽可用于發(fā)電出售，實現(xiàn)了污泥的“無害化、減量化、資源化”。
此外，本實用新型的運行成本低、資源化水平高、二次污染小，且易于實現(xiàn)工業(yè)化和規(guī)模化。
本實用新型將熱解油氣和熱解炭同時進行氣化熔融處理，熱解炭的存在有助于熱解油氣轉變合成氣，因此，本實用新型制得的合成氣的產(chǎn)率很高。
本實用新型利用熱態(tài)合成氣與水換熱，制備發(fā)電用蒸汽，充分利用了熱態(tài)合成氣的余熱，增加了產(chǎn)品的經(jīng)濟效益。
本實用新型提供的工藝中，熱解油的產(chǎn)率低，而合成氣的產(chǎn)率很高，不會發(fā)生管道堵塞、設備被腐蝕等現(xiàn)象，減少了生產(chǎn)成本。
在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。