一种污水污泥两段式流化床热解制炭的装置及方法

技术领域

本发明涉及污水污泥处理技术领域，尤其涉及一种两段式流化床热解制炭系统。

背景技术

污水污泥是城镇污水处理过程中产生的“衍生品”，随着人口的增加和生活质量的提高，生活用水量不断增加，城市污水污泥的产量也随之增大。通常情况下，污水处理厂每处理1万吨生活污水将产生5-8吨左右的污水污泥。污水污泥主要包含了大量的水、有机物、微量元素（如氮、磷等），同时重金属含量较高，若处理不当将引发严重的环境问题。

目前污泥处理处置方法主要为四类，分别为应急填埋、焚烧热解、建材利用、土地堆肥。其中污泥热解是一种具有前景的热处理技术，可以达到减容的目的，同时可以利用污泥中的能量及固化重金属。热解产物包含焦油、焦炭及少量合成气，可以大大提高污泥的能量利用率，降低处理成本，提高处理收益。

但是，污水污泥含水量较高，一般能达到80%以上，直接热解水分蒸发将消耗大量的热量，导致热解经济性较差；污泥的热解是吸热过程，一般需要外加热源，将增加较多额外的能耗；污泥热解产物中的生物油和合成气具有较多的可燃性成分，如甲烷、一氧化碳等小分子气体及脂肪烃、醇等大分子可冷凝物质，若将其舍弃将带来大量的的资源浪费；然而污水处理过程中有 30-50%的污染物转移至了污泥当中，导致污泥中富含氮、硫、磷等物质，热解处理后转移至生物油及合成气中，若处理不当将造成二次污染。

因此设计一种能够充分利用自身能量的热解装置，尽可能降低外加能耗，实现污泥的低能耗、减容化、资源化利用，提高污泥热解收益，具有实际工程应用价值。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种结构紧凑、低能耗、低能耗、低污染、高收益的污水污泥两段式流化床热解制炭的装置及方法。

技术方案：

一种污水污泥两段式流化床热解制炭的装置，其特征在于：包括用于污泥进行破碎、干燥和输送的干燥破碎模块；用于污泥热解制炭及油气燃烧的热解及燃烧模块；用于燃烧烟气净化、支持床料循环及干燥污泥的烟气净化及循环模块；

其中，所述干燥破碎模块包括给料口、出料口以及设置在给料口于出料口之间的碾压装置、过滤装置和干燥装置；

所述热解及燃烧模块包括流化床热解炉和流化床燃烧炉；所述流化床热解炉包括高温床料进口、流化风口、热解炭出口、进料口以及热解气出口；所述流化床燃烧炉包括燃烧风进口、高温床料收集装置、高温床料给料阀；高温床料进料口与高温床料给料阀相连，热解气出口与燃烧炉相连，进料口与干燥破碎模块的出料口相连；

所述烟气净化及循环模块包括除尘器、活性炭吸附器、循环风机；所述流化床热解炉的流化风口与烟气净化及循环模块中的循环风机相连。

本发明采用热解油气燃烧烟气流化床料，为热解提供热量，同时干燥污泥原料。

干燥破碎模块包括给料口、第一级碾棍、第二级碾棍、双层倾斜过滤板、滤网、干燥风管、排水管；热解及燃烧模块包括进料口、流化床热解炉、流化床燃烧炉、、高温床料给料阀、流化风口；烟气净化及循环模块包括除尘器、活性炭吸附器、循环风机。

电机带动第一级碾棍初步破碎原料；过滤板为倾斜布置，倾角30°，便于物料自然滚落；上层过滤板孔径1mm，下层过滤板孔径0.5mm，便于挤压去除水分；双层倾斜过滤板上设置第二级碾棍，其轴连接于电机，其后为干燥风管出口，利用高温烟气干燥物料，进一步去除水分；过滤板靠近热解炉侧设置出料口并与热解炉连接；模块底部倾斜设计并设有滤网，防止物料通过排水管泄露。

燃烧炉设有高温床料收集装置，并通过给料阀控制，流化床热解炉热量来自于高温床料，利用给料阀控制热解炉温度，保证处于最佳热解温度。

热解炉与燃烧炉为两段式循环流化床，用于保证热解炉还原性气氛、低温，燃烧炉氧化气氛、高温，提高炭产率。

烟气净化及循环模块，其特征在于活性炭吸附器出口与干燥风管和流化风管连接，净化高温烟气分为两股，一股作为流化风保证热解炉还原性气氛且提供部分热解热量，另一股作为干燥风用于物料的干燥。

本发明的污水污泥两段式流化床热解制炭方法，包括以下步骤：

（1）污泥物料经过给料口，送入干燥破碎模块进行干燥、破碎、输送，干燥的热源由燃烧炉后净化烟气提供；

（2）干燥后的物料送入流化床热解炉进行热解，流化风为高温净化烟气，热解气与床料进入流化床燃烧炉，热解气与燃烧风口送入的空气混合燃烧，并加热床料；

（3）高温床料经收集装置，并由给料阀控制送入热解炉的速度，热解炉热源由高温床料提供；

（4）燃烧炉高温烟气经除尘器、活性炭吸附器，分为两股，分别送入热解炉作为流化风、送入干燥装置干燥物料，后经排水管排出。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

（1）本发明采用两段式流化床反应器，将热解与燃烧分开，保证热解区还原性气氛、提高炭产率，保证燃烧区氧化性气氛燃烧彻底、提高燃烧热量，两部分工况不一致，将其隔开提高热解收益；

（2）本发明干燥、破碎环节一体化，利用两级碾棍与双层过滤板实现水分的分级脱除，利用高温烟气作为干燥风进一步去除水分，降低热解能耗，提高能源利用率；

（3）本发明对污泥能量多级利用，提高能源利用率。热解油气燃烧产生高温烟气及高温床料，烟气作为干燥风及流化风，高温床料进入循环，提供热解热量，装置整体能量损失较少。

（4）同时，本发明能将污水污泥转化为高附加值的焦炭，产品具有较大的前景，如造孔制备吸附炭、活化制备活性炭等，不仅提高了热解收益，还解决了污泥带来的环境难题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

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所示，本发明的污水污泥两段式流化床热解制炭的装置，包括：

用于污泥破碎、干燥、输送的干燥破碎模块，经过其干燥的污泥颗粒被输送至热解及燃烧模块中进行热解；干燥破碎模块包括给料口1、第一级碾棍2、第二级碾棍4、双层倾斜过滤板3、滤网5、干燥风管16、排水管17；含水较高的污泥原料由给料口1送入系统，第一级碾棍2由两个碾棍组成，经电机带动，左侧碾棍顺时针旋转、右侧碾棍逆时针旋转，两碾棍间存在一定间隙，污泥原料落入碾棍间隙经碾棍挤压初步脱水，随后落入过滤板3；双层倾斜过滤板3为30°倾角倾斜布置，污泥原料自然滚落后经逆时针旋转的第二级碾棍4，进一步挤压脱水；第二级碾棍后为干燥风管出口16，利用高温烟气干燥物料，进一步去除水分；过滤板靠近热解炉侧设置出料口并与热解炉连接；上层过滤板孔径1mm，下层过滤板孔径0.5mm，模块底部倾斜设计并设有滤网5，防止物料通过排水管泄露；

污水污泥两段式流化床热解制炭的装置还包括主要用于产炭的热解及燃烧模块；热解及燃烧模块包括进料口18、流化床热解炉7、流化床燃烧炉8、高温床料给料阀12、流化风口6，且进一步可分为热解与燃烧两子模块；热解子模块包括高温床料进口、流化风口6、热解炭出口15、进料口18、热解气出口，燃烧子模块包括燃烧风进口11、高温床料收集装置19、高温床料给料阀12；干燥后的污泥原料经进料口18进入热解子模块，在底部与来自高温床料给料阀12的高温床料及来自流化风口的高温烟气充分混合，热量由高温床料传递给污泥原料实现热解；热解残炭经热解炭出口15收集，床料与热解气在流化风作用下经管道输送至燃烧炉8；热解气在燃烧炉8中与来自燃烧风进口11的空气混合燃烧，释放热量加热床料，高温床料在重力与流化风作用下汇集于高温床料收集装置19，后经给料阀12控制逐步进入热解子模块，从而实现循环；

污水污泥两段式流化床热解制炭的装置还包括主要用于烟气净化及保证循环的烟气净化及循环模块，主要包括除尘器13、活性炭吸附器14、循环风机10、干燥风管9；来自燃烧炉的高温烟气依次经过除尘器13、活性炭吸附器14，随后分为干燥风和流化风两股，分别经干燥风管9与流化风口6送入干燥破碎模块与热解子模块。

系统设计结构紧凑，能源利用率高，除散热外基本无能量浪费，运行过程无乏气排放，热解工况可利用循环风机及高温床料给料阀控制，简单易控，系统运行收益高、成本低。