本發(fā)明涉及一種污泥等含碳固體廢棄物的處理系統(tǒng)及方法，屬于固體廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近幾十年來，隨著我們國家城市化進程的加快與社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市排水基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)取得了很大的進步，城市污水入網(wǎng)率不斷提高。全國城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生干污泥約130萬噸/年，并且以每年約10％的速度在增長。如果城市污水全部得到處理，則將產(chǎn)生干污泥量840萬噸/年。由于污水廠生物污泥中含有大量的有毒、有害物質(zhì)，容易引發(fā)二次污染問題。因此，如何將產(chǎn)量巨大、成分復雜的污泥經(jīng)過科學處理，使其穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化，已成為我國乃至全世界環(huán)境界共同關(guān)注的課題。我國城市污泥處理處置由于長期未受到足夠重視，處理設(shè)施建設(shè)嚴重滯后。根據(jù)中國環(huán)境工程研究中心的調(diào)查，在各種處置方法中，農(nóng)用約占44.8％，陸地填埋約占31％，其它處置約占10.5％，另有大約13.7％的城市污泥未經(jīng)任何處理，就重新回到了自然界中。

目前，城市污泥的處理方式主要為填埋、排海、焚燒等常規(guī)手段。填埋，由于污泥是一種復雜的混合物，里面含有許多有害物質(zhì)，時間長了以后，污泥中的有害物質(zhì)會慢慢地浸透到土壤當中，從而對土質(zhì)造成嚴重地破壞。排海，如果污泥處理不當直接排海，會對海洋的魚類等生物資源造成嚴重的污染，破壞海洋的生態(tài)環(huán)境，使海洋的資源得不到有效利用，甚至是災(zāi)難性的后果。焚燒，由于污泥中含有大量有害物質(zhì)，而焚燒又是在有氧環(huán)境下進行的燃燒反應(yīng)，同時污泥中含有的重金屬又可作為反應(yīng)的催化劑，所以燃燒過程中不可避免的會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)，如氮氧化物、二氧化硫及二惡英類物質(zhì)，從而對生態(tài)環(huán)境造成了二次污染。

綜上所述，污泥等固廢垃圾的處理問題已經(jīng)成為日益嚴重并成為限制城市健康發(fā)展的重要因素，如何將污泥進行穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化已經(jīng)刻不容緩。本申請將提出一種污泥等固廢垃圾無害資源化處理的新工藝系統(tǒng)及其使用方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：充分利用固廢垃圾本身的熱值進行自我分解，并不產(chǎn)生二次污染，在本身熱值不高不足以形成能量循環(huán)平衡時，利用外加最少能量，在最低投資和運行成本的前提下，以最環(huán)保的方式進行能量補充，完成固廢垃圾的清潔環(huán)保轉(zhuǎn)化或利用，完全解決重金屬、二噁英等二次污染的產(chǎn)生。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種含碳固體廢棄物的處理系統(tǒng)，其特征在于：包括污泥存儲預(yù)干燥單元，污泥存儲預(yù)干燥單元連接污泥干燥單元，污泥干燥單元連接污泥熱解單元和燃氣焚燒與余熱回收單元，污泥熱解單元連接燃氣焚燒與余熱回收單元。

優(yōu)選地，所述污泥存儲預(yù)干燥單元包括污泥儲倉，污泥儲倉通過斗提機連接污泥罐，污泥罐連接機械離心分離脫水機；機械離心分離脫水機的污水排出口及污泥儲倉的澄清液排出口均與污水泵連接。

優(yōu)選地，所述污泥干燥單元包括干燥鼓，余熱鍋爐的熱水蒸汽排出口連接干燥鼓，所述污泥存儲預(yù)干燥單元的污泥排出口連接干燥鼓，干燥鼓的回流水蒸汽排出口連接余熱鍋爐。

優(yōu)選地，所述燃氣焚燒與余熱回收單元包括焚燒爐，所述干燥鼓的干燥氣排放口連接焚燒爐，所述余熱鍋爐的低溫煙氣排出口連接空氣預(yù)熱器高溫側(cè)入口，空氣預(yù)熱器低溫側(cè)入口為空氣入口，空氣預(yù)熱器低溫側(cè)出口連接焚燒爐。

優(yōu)選地，所述污泥熱解單元包括熱解反應(yīng)器，所述干燥鼓的污泥排出口連接熱解反應(yīng)器的反應(yīng)物入口，所述焚燒爐的煙氣排出口分兩路，一路連接熱解反應(yīng)器的熱源入口，另一路和熱解反應(yīng)器的熱源出口煙氣一起通過去余熱鍋爐管路送入所述余熱鍋爐；熱解反應(yīng)器的熱源出口連接所述余熱鍋爐；熱解反應(yīng)器的熱解氣態(tài)產(chǎn)物排出口連接旋風分離器，旋風分離器的氣體排出口連接所述焚燒爐；熱解反應(yīng)器的熱解固態(tài)產(chǎn)物排出口連接二次回收處理設(shè)備。

優(yōu)選地，還包括當系統(tǒng)能量無法實現(xiàn)自平衡時，作為輔助熱源提供能量的能量輔助單元。

更優(yōu)選地，所述能量輔助單元包括焦炭熱解反應(yīng)器，焦炭熱解反應(yīng)器連接所述去余熱鍋爐煙氣管路；焦炭熱解反應(yīng)器的焦炭熱解氣排出口連接所述焚燒爐。

本發(fā)明還提供了一種含碳固體廢棄物的處理方法，其特征在于：采用上述的含碳固體廢棄物的處理系統(tǒng)，步驟為：

步驟1：污泥儲倉里的污泥通過斗提機提升至污泥罐內(nèi)，污泥罐內(nèi)的污泥送入機械離心分離脫水機脫水，使污泥中含水量從80％～90％降至60％以下；

步驟2：脫水后的污泥送入干燥鼓進行干燥，使污泥中的水分降低至25％以下；

步驟3：干燥后的污泥送入熱解反應(yīng)器進行熱解反應(yīng)，脫除污泥中大部分有機物揮發(fā)分；熱解反應(yīng)生成的殘渣經(jīng)過水激冷去二次利用；

步驟4：熱解反應(yīng)生成的熱解氣除灰后送入焚燒爐焚燒，焚燒產(chǎn)生的熱煙氣去熱解反應(yīng)器作為間接式換熱熱源，該部分煙氣從熱解反應(yīng)器流出后去余熱鍋爐，用于產(chǎn)生熱水蒸汽；

步驟5：干燥鼓采用所述熱水蒸汽為熱源對污泥進行間接式干燥，干燥鼓出來的回流水蒸汽送入余熱鍋爐；余熱鍋爐產(chǎn)生的煙氣送至空氣預(yù)熱器加熱空氣，空氣溫度提升后送至焚燒爐燃燒。

優(yōu)選地，所述干燥鼓的操作溫度為140～160℃；

所述熱解反應(yīng)器操作溫度為550～650℃；

所述焚燒爐的操作溫度為900～1100℃；

所述焚燒爐焚燒產(chǎn)生的熱煙氣去熱解反應(yīng)器作為間接式換熱熱源，該部分煙氣從熱解反應(yīng)器流出的溫度為650～750℃；

所述余熱鍋爐的熱水蒸汽的壓力為0.5～0.8mpa、溫度為150～200℃；

所述余熱鍋爐產(chǎn)生的送至空氣預(yù)熱器的煙氣溫度為350～450℃；

所述空氣預(yù)熱器出口的送至焚燒爐的熱空氣溫度為300℃以上。

優(yōu)選地，當污泥熱值低至系統(tǒng)無法通過污泥熱解產(chǎn)生足夠熱值的熱解氣時，焚燒爐燃燒煙氣溫度和流量達不到干燥和熱解所需總熱量，此時啟動能量輔助單元提供輔助熱量。

本發(fā)明采用自熱式熱解氣化系統(tǒng)，氣相和固相分開處理，通過機械脫水、干燥脫水和熱解氣化等三個步驟處理污泥，實現(xiàn)污泥的無害化、減量化、資源化和穩(wěn)定化。系統(tǒng)內(nèi)熱量靠污泥本身自帶熱量實現(xiàn)自平衡，當污泥品質(zhì)較差，熱值較低的情況下，增加焦炭熱解反應(yīng)器以實現(xiàn)系統(tǒng)的熱量平衡。該系統(tǒng)無二噁英排放和粉塵排放問題，完全實現(xiàn)了污泥等含碳固體廢棄物的清潔環(huán)保處理，應(yīng)用前景十分廣闊。

本發(fā)明運行穩(wěn)定可靠，易于大型化放大，環(huán)保節(jié)能，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明采用自熱式熱解反應(yīng)原理，實現(xiàn)污泥處理氣、固分離，污泥殘渣全部以低渣形態(tài)排出，具有一定量殘?zhí)?，可作為活性炭的原料二次回收利用?/p>

(2)本發(fā)明采用熱解氣獨立燃燒系統(tǒng)，高溫焚燒過程將氣相完全轉(zhuǎn)化為co2和h2o，少量硫化物全部轉(zhuǎn)化為sox，無二噁英產(chǎn)生，所產(chǎn)生熱煙氣供內(nèi)部脫水干燥和熱解所需熱量，系統(tǒng)能量實現(xiàn)自平衡，能量利用率較高；

(3)本發(fā)明熱解反應(yīng)溫度在650℃以下進行，過程中完全避免了二噁英的生成和析出，實現(xiàn)了污泥無害化清潔處理。

附圖說明

圖1為本實施例提供的含碳固體廢棄物的處理系統(tǒng)示意圖；

附圖標記說明：

1-污泥物流；2-污泥儲倉；3-斗提機；4-污泥罐；5-機械離心分離脫水機；6-污水；7-澄清液；8-干燥鼓；9-空氣預(yù)熱器；10-空氣；11-余熱鍋爐；12-排出煙氣；13-熱空氣；14-低溫煙氣；15-回流水蒸汽；16-干燥排放氣；17-熱水蒸汽；18-焚燒爐燒嘴；19-去余熱鍋爐煙氣管路；20-除灰后熱解氣；21-焚燒爐；22-熱解反應(yīng)器；23-去熱解煙氣；24-匯總污水流；25-熱解固態(tài)產(chǎn)物；26-熱解氣態(tài)產(chǎn)物；27-旋風分離器；28-去焦炭反應(yīng)器煙氣；29-焦炭熱解反應(yīng)器；30-焦炭；31-焦炭熱解氣；32-污水泵。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

圖1為本實施例提供的含碳固體廢棄物的處理系統(tǒng)示意圖，所述的含碳固體廢棄物的處理系統(tǒng)由污泥存儲預(yù)干燥單元、污泥干燥單元、污泥熱解單元、燃氣焚燒與余熱回收單元、以及能量輔助單元等組成。

所述的污泥存儲預(yù)干燥單元包括污泥儲倉2、斗提機3、污泥罐4、機械離心分離脫水機5，污泥儲倉2通過斗提機3連接污泥罐4，污泥罐4連接機械離心分離脫水機5。污泥物流1進入污泥儲倉2，污泥儲倉2里的污泥通過斗提機3提升至污泥罐4內(nèi)，污泥罐4內(nèi)的污泥進入機械離心分離脫水機5，機械離心分離脫水機5使污泥中含水量從80％～90％降至60％以下，所脫除的污水6將通過污水泵32去二次處理。污泥儲倉2內(nèi)的澄清液7也送入污水泵32，污水泵32排出匯總污水流24。

所述的污泥干燥單元包括干燥鼓8，余熱鍋爐11的熱水蒸汽17送入干燥鼓8。機械離心分離脫水機5脫水后的污泥送入干燥鼓8進行干燥脫水，在干燥鼓內(nèi)150℃左右的操作溫度條件下干燥，干燥鼓8采用熱水蒸汽17為熱源對污泥進行間接式干燥，使污泥中的水分由60％降低至25％以下。干燥鼓8出來的回流水蒸汽15送入余熱鍋爐11。

所述的燃氣焚燒與余熱回收單元包括焚燒爐21，干燥鼓8干燥過程產(chǎn)生的干燥排放氣16全部送焚燒爐21進行焚燒處理。余熱鍋爐11排出的低溫煙氣14送入空氣預(yù)熱器9，與進入空氣預(yù)熱器9的空氣10換熱，空氣10換熱后形成熱空氣13通過焚燒爐燒嘴18送入焚燒爐21，低溫煙氣14換熱后形成排出煙氣12排出。

所述的污泥熱解單元包括熱解反應(yīng)器22，干燥鼓8干燥后的污泥送入熱解反應(yīng)器22，通過熱解反應(yīng)器22對污泥進行中高溫熱解處理；焚燒爐21產(chǎn)生的去熱解煙氣23送入熱解反應(yīng)器22，熱解反應(yīng)器22采用焚燒爐21焚燒產(chǎn)生的去熱解煙氣23作為熱載體，對污泥進行間接式回轉(zhuǎn)熱解。熱解氣態(tài)產(chǎn)物26送旋風分離器27，旋風分離器27分離后的除灰后熱解氣20送焚燒爐21焚燒；焚燒爐21焚燒除灰后熱解氣20產(chǎn)生1000℃的高溫煙氣，高溫煙氣中部分熱量(圖1中去熱解煙氣23攜帶)作為熱解反應(yīng)器22的熱量，剩余部分熱量(圖1中去余熱鍋爐煙氣管路19攜帶)通過余熱鍋爐11回收產(chǎn)生高溫的熱水蒸汽17，熱水蒸汽17作為干燥鼓8的熱源。熱解固態(tài)產(chǎn)物25經(jīng)過水激冷可二次回收處理利用。

所述的能量輔助單元主要用于開車階段的系統(tǒng)升溫預(yù)熱，以及在污泥熱值較低的情況下，系統(tǒng)能量無法實現(xiàn)自平衡時作為輔助熱源提供達到能量自平衡。采用焦炭熱解反應(yīng)器29，以去余熱鍋爐煙氣管路19引來的熱煙氣(圖1中去焦炭反應(yīng)器煙氣28)為熱源參與焦炭30的熱解氣化反應(yīng)，在800℃-900℃發(fā)生熱解反應(yīng)，使煙氣中可燃成分co、ch4、h2提高50％以上；產(chǎn)生的焦炭熱解氣31送焚燒爐21焚燒。

以一套日處理污泥量200噸(濕基)的自熱式熱解氣化工藝系統(tǒng)為例。污泥為常規(guī)城市生活污泥。熱解反應(yīng)裝置的設(shè)計參數(shù)如下：

進料污泥含水：85％；

機械脫水后污泥含水：60％；

干燥后污泥含水：25％；

空氣預(yù)熱器出口空氣溫度：305℃；

操作壓力：常壓；

操作溫度：干燥鼓150℃，熱解鼓620℃；

污泥干基熱值：20000kj/kg；

污泥中含有約65％有機物和35％無機物；

余熱鍋爐產(chǎn)水蒸汽0.69mpa，溫度170℃；

焚燒后煙氣溫度980℃。

處理后

含碳低渣熱值：9000kj/kg，用于活性炭原材料出售；

煙氣排放溫度320℃；

低渣顆粒：2-5mm，多孔結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)能量實現(xiàn)自平衡，無需啟動焦炭熱解反應(yīng)器。

從以上數(shù)據(jù)可以得出，本發(fā)明采用自熱式污泥熱解氣化設(shè)計，在污泥熱值保證的前提下可以實現(xiàn)利用污本身熱量完成清潔轉(zhuǎn)化處理，無需外加熱源，同時僅有污泥本身所含水分的排放，無粉塵排放，全系統(tǒng)實現(xiàn)氣、固分離式處理，不產(chǎn)生二噁英和粉塵等二次污染。相比常規(guī)污泥流化床焚燒處理方式，節(jié)約能耗10％以上，二噁英排放值降低至5％，粉塵排放降低至10％。

綜上所述，本發(fā)明具有明顯的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢，適用于城市生活污泥的集中處理，實現(xiàn)資源化、無害化、穩(wěn)定化和減量化，替代原有的污泥填埋、焚燒和堆肥等技術(shù)。