一种污泥干化焚烧耦合燃气蒸汽联合循环机组的系统和方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种污泥干化焚烧耦合燃气蒸汽联合循环机组的系统和方法。

背景技术

根据《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》，污泥处理处置是在安全、环保和经济的前提下，实现污泥的减量化、稳定化和无害化，达到节能减排和发展循环经济的目的，并在此过程中鼓励回收和利用污泥中的能源和资源。污泥的处理先后经过了海洋投弃、土地填埋、堆肥化、干化和焚烧等多种处理方法，随着干化技术和焚烧技术的不断优化以及工艺的成熟，污泥干化焚烧技术有了很大的进展，同时该技术在国内外也有了典型的工程应用。《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》认为在经济较为发达的大中城市，可采用污泥焚烧工艺，并鼓励采用干化焚烧的联用方式，提高污泥的热能利用效率。污泥干化焚烧技术可在短时间内处理大量污泥，并能回收焚烧热量，是目前污泥处置的一种高效技术手段，但由于污泥热值较低，污泥独立干化焚烧面临建设运营成本较高的问题。

污泥独立焚烧时，由于从污水处理厂经机械脱水后的污泥含水率高达80％左右，且没有热值，不能燃烧，需要干化后才能燃烧，污泥焚烧干化大都采用热干化方式，即利用污泥焚烧回收余热时产生的蒸汽将污泥加热干化。当污泥自身热值较低时，污泥焚烧产生的蒸汽无法满足污泥的干化用汽，这时需要补充蒸汽，一般可以采取两种方式： (1)增加天然气助燃锅炉，不足的蒸汽由天然气助燃锅炉进行补充； (2)有条件时，补充蒸汽通过厂区的供热蒸汽进行补充。

污泥焚烧要求炉膛内燃烧温度在850℃以上且高温烟气在炉膛内停留时间不少于2s，在启动阶段和低负荷阶段需要燃烧天然气进行启动和助燃，厂外来的天然气进厂后需要进行计量分析、旋风除尘、过滤、调压等模块处理，并布置专门的调压站区，该模块投资运行费用较高。

污泥干化焚烧产生的臭气按不同来源和臭气浓度分为三种：高浓度臭气、中等浓度臭气和低浓度臭气。其中干化机载气、输送干化后污泥的刮板臭气属于高浓度臭气，此类气体集中收集后送至污泥焚烧炉进行焚烧；物料系统污泥接收仓、污泥储存仓、干化间沟道收集的臭气为中等浓度臭气，按照入厂含水80％的污泥800t/d时，根据某工程的布置情况及设计的换气次数，此部分中臭气体的计算量约为 25000m3/h；物料系统污泥干化间、卸料大厅、接收间等房间需保持微负压，采用机械排风，此部分收集的臭气为低浓度臭气，按照入厂含水80％的污泥800t/d时，根据某工程的布置情况及设计的换气次数，此部分低浓度臭气的量约为95000m3/h。中等浓度臭气和低浓度臭气总风量比较大，处理该部分臭气的装置占地面积比较大，费用也较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中高能耗、高成本、未考虑能源回收的问题，提供一种污泥干化焚烧耦合燃气蒸汽联合循环机组的系统和方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种污泥干化焚烧耦合燃气蒸汽联合循环机组的系统，包括：

供气单元，所述供气单元将天然气分别供给污泥焚烧炉和燃气蒸汽联合循环机组；

污泥干化单元，所述污泥干化单元利用污泥焚烧炉蒸汽和燃气蒸汽联合循环机组的供热蒸汽对污泥进行干化，同时将污泥干化后的凝结水分别送至燃气蒸汽联合循环机组的凝结水系统和污泥焚烧给水系统；

集气单元，所述集气单元收集污泥干化单元的气体，并将收集到的气体送入燃气蒸汽联合循环机组的燃烧室。

优选的，所述供气单元的天然气依次经过入口模块、计量色谱分析模块、旋风分离模块和精过滤模块后分别通过调压模块进入污泥焚烧炉和燃气蒸汽联合循环机组。

优选的，所述污泥干化单元包括污泥干化机，所述污泥干化机通过污泥泵接收来自湿污泥仓的湿污泥，并利用污泥焚烧炉蒸汽和燃气蒸汽联合循环机组的供热蒸汽对湿污泥进行干化，干化后的干污泥通过干污泥仓进入污泥焚烧炉，干化后的凝结水通过凝结水箱分别送至燃机区凝结水系统和污泥焚烧给水系统。

优选的，所述燃气蒸汽联合循环机组包括与发电机连接的燃气轮机和蒸汽轮机，还包括接入空气的压气机、接入天然气的燃烧室以及设置在燃气轮机和蒸汽轮机之间的余热锅炉。

优选的，所述集气单元与污泥干化单元的污泥卸料间、污泥接收仓、污泥接收间、污泥储存间和干化机间的排风系统连接，所述集气单元将收集到的气体通过压气机送入燃烧室。

优选的，还包括辅助单元，所述辅助单元包括耦合设置的用电、雨水、消防以及循环水系统。

一种污泥干化焚烧耦合燃气蒸汽联合循环机组的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥干化单元的加热蒸汽及干化后的凝结水与燃气蒸汽联合循环机组耦合；

(2)将污泥干化焚烧用天然气和燃气蒸汽联合循环机组用天然气系统耦合；

(3)将污泥干化单元的中等浓度臭气和低浓度臭气与燃气蒸汽联合循环机组燃烧用空气耦合。

优选的，所述步骤(1)中污泥干化单元不足的蒸汽由燃机区的供热蒸汽提供，污泥干化单元多余的凝结水送至燃气蒸汽联合循环机组凝结水系统。

优选的，所述步骤(2)中天然气经统一计量、过滤后分别通过两个调压模块进入各自对应的污泥焚烧炉和燃气蒸汽联合循环机组。

优选的，所述步骤(3)中泥干化单元的中等浓度臭气和低浓度臭气与空气一起进入燃气蒸汽联合循环机组的压气机，并通过压气机送入燃烧室进行燃烧。

采用上述技术方案后，本发明提供的一种污泥干化焚烧耦合燃气蒸汽联合循环机组的系统和方法，具有以下有益效果：

1)本发明具有良好的经济效益，污泥干化外供蒸汽按照13t/h 计算时，相应回收凝结水约10.4万吨/年，将此部分折算成除盐水成本，可节约年运行费用约50万元；污泥焚烧用天然气与燃气蒸汽联合循环机组用天然气耦合，由燃气蒸汽联合循环机组调压站引出，天然气价格可直接按燃气蒸汽联合循环机组用气价格结算，并共用天然气处理部分模块，污泥焚烧炉天然气用量按照2000Nm3/h计算时，可节约投资成本约50万，另外可节约年运行费用10万元；污泥干化焚烧区的中等浓度臭气和低浓度臭气不经处理直接引至燃机蒸汽联合循环机组压气机，风量按照120000m3/h计算，可节约投资费用约400 万，节约年运行费用约70万元；

2)本发明减少占地面积，采用耦合方案后，节省了启动锅炉、调压站、臭气处理装置等设施占地面积；

3)本发明能够节约一次能源，采用耦合方案后，污泥干化不足蒸汽由燃气蒸汽联合循环机组供热蒸汽提供，减少一次能源天然气的消耗；

4)本发明通过其他辅助单元(如用电、雨水、消防、循环水等系统)的耦合设置，能够节省投资及运行费用。

因此，本发明可以降低污泥干化焚烧的投资及运行成本，节省占地面积，提高能源利用率，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为污泥干化焚烧系统的流程图；

图2为燃气蒸汽联合循环机组的流程图；

图3为采用本发明蒸汽疏水系统耦合的流程图；

图4为采用本发明天然气系统耦合的流程图；

图5为采用本发明臭气系统耦合的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转 90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供的一种污泥干化焚烧耦合燃气蒸汽联合循环机组的系统，充分利用如图1所示的污泥干化焚烧系统和如图2所示的燃气蒸汽联合循环机组这两个系统有关联的部分进行耦合，如图3-5所示，包括供气单元，污泥干化单元和集气单元。

所述供气单元将天然气分别供给污泥焚烧炉和燃气蒸汽联合循环机组，具体的，所述供气单元的天然气依次经过入口模块、计量色谱分析模块、旋风分离模块和精过滤模块后分别通过调压模块进入污泥焚烧炉和燃气蒸汽联合循环机组，即污泥焚烧炉和燃气蒸汽联合循环机组共用天然气调压系统，污泥干化焚烧系统用天然气也可享受燃气蒸汽联合循环机组用气价格，采用天然气集中处理方案，能够减少占地面积，降低投资成本及运行维护费用。

所述污泥干化单元利用污泥焚烧炉蒸汽和燃气蒸汽联合循环机组的供热蒸汽对污泥进行干化，同时将污泥干化后的凝结水分别送至燃气蒸汽联合循环机组的凝结水系统和污泥焚烧给水系统，具体的，所述污泥干化单元包括污泥干化机，所述污泥干化机通过污泥泵接收来自湿污泥仓的湿污泥，并利用污泥焚烧炉蒸汽和燃气蒸汽联合循环机组的供热蒸汽对湿污泥进行干化，干化后的干污泥通过干污泥仓进入污泥焚烧炉，干化后的凝结水通过凝结水箱分别送至燃机区凝结水系统和污泥焚烧给水系统，进一步的，燃气蒸汽联合循环机组在供热蒸汽母管预留去污泥干化机干化用蒸汽接口，并在除氧器进水管路预留污泥干化后凝结水回水接口，提高燃气蒸汽联合循环机组的蒸汽供应量并回收凝结水热量及工质，能够减少天然气一次能源的消耗，另外，蒸汽从燃机项目引接，可以设置合适的参数(背压)，也可以设置背压机提高效率；污泥干化疏水回收的热量，可以对燃机项目的除盐水进行加热，减少能量损失。

所述集气单元收集污泥干化单元的气体，并将收集到的气体送入燃气蒸汽联合循环机组的燃烧室，具体的，所述集气单元与污泥干化单元的污泥卸料间、污泥接收仓、污泥接收间、污泥储存间和干化机间的排风系统连接，所述集气单元将收集到的气体通过压气机送入燃烧室，即污泥干化焚烧系统的产生并且无法消纳的中等浓度臭气和低浓度臭气集中收集后通过密封风管送到燃气蒸汽联合循环机组压气机入口，通过压气机送到燃气轮机燃烧室燃烧，污泥干化焚烧则无需对此大量臭气进行处理。

进一步的，所述燃气蒸汽联合循环机组包括与发电机连接的燃气轮机和蒸汽轮机，还包括接入空气的压气机、接入天然气的燃烧室以及设置在燃气轮机和蒸汽轮机之间的余热锅炉，本发明系统还包括辅助单元，所述辅助单元包括耦合设置的用电、雨水、消防以及循环水系统。

本发明还提供一种污泥干化焚烧耦合燃气蒸汽联合循环机组的方法，包括以下步骤：

(1)将污泥干化单元的加热蒸汽及干化后的凝结水与燃气蒸汽联合循环机组耦合，污泥干化单元不足的蒸汽由燃机区的供热蒸汽提供，污泥干化单元多余的凝结水送至燃气蒸汽联合循环机组凝结水系统；

(2)将污泥干化焚烧用天然气和燃气蒸汽联合循环机组用天然气系统耦合，天然气经统一计量、过滤后分别通过两个调压模块进入各自对应的污泥焚烧炉和燃气蒸汽联合循环机组；

(3)将污泥干化单元的中等浓度臭气和低浓度臭气与燃气蒸汽联合循环机组燃烧用空气耦合，污泥干化单元的中等浓度臭气和低浓度臭气与空气一起进入燃气蒸汽联合循环机组的压气机，并通过压气机送入燃烧室进行燃烧。

本发明中燃气蒸汽联合循环机组高品质的蒸汽用于发电，低品质抽汽用于供热及污泥干化，实现了能量的梯级利用；一般对外供热部分的工质不回收，燃气蒸汽联合循环机组需要补充该部分供热蒸汽的除盐水用量并对其加热后进入凝结水系统，本发明将污泥干化后的凝结水送回燃气蒸汽联合循环机组进行回用，既回收了工质又回收了热量，具有较好的经济效益。

污泥干化焚烧用天然气和燃气蒸汽联合循环用天然气均来自厂外天然气管网，若分别独立设置调压站，则增加投资成本及运行维护成本，又由于天然气属于易燃易爆品，调压站与周边建筑物及设备的距离要求较大，独立设置需要更多的占地面积，采用本发明耦合处理后，可相应节省占地面积，而且污泥干化焚烧系统可以享用燃气蒸汽联合循环机组的用气价格。

污泥干化焚烧系统产生的中等浓度臭气和低浓度臭气集中收集后需要处理达标后才能排放，集中处理装置占地面积大，费用高，而本发明直接将该臭气引至燃气蒸汽联合循环机组压气机，然后进入燃烧室进行高温燃烧，无需处理，因此具有较好的经济效益和社会效益。

综上所述，本发明能够节省污泥干化焚烧的占地面积，降低污泥干化焚烧的投资及运行成本，减少一次能源的消耗，实现工质的循环利用，减少重复建设，具有良好的经济效益。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。