一種污泥熱解等離子氣化發電的系統的制作方法

本實用新型總的涉及一種污泥熱解的技術，具體涉及一種污泥熱解等離子氣化發電的系統。

背景技術：

隨著環保水平的提高。城市污水的處理量在連年增加，作為城市污水處理的副產物，城市污泥的年產量也急劇增加，而污泥是一種含水率很高(80％-95％)的絮狀泥粒，由污水中的懸浮物、微生物等形成的聚集體，污泥含有大量的重金屬、氮磷、病原菌、病毒和毒性有機物等，如果任意排放到水體中，會造成水體惡化，并影響水生物的生存，利用到農業上會污染土壤，導致農作物產生病災，甚至危害人體健康。因此，如何有效、無害地處理城市污泥，是國內外專家非常關注的問題。

目前，常見的污泥處理技術有壓濾、干化、好氧堆肥、厭氧消化、焚燒等。其中簡單的壓濾和干化只能把污泥脫水至50％-70％，因此減量化水平不高，剩余的污泥仍需要大量填埋處理，只能作為污泥的預處理使用。好氧堆肥和厭氧消化的目的均是把污泥制成有機肥料，最后作為產品出售，但污泥中含有較多有毒有害物質，其產品會污染農作物，因此難以產業化推廣。常見的焚燒技術雖然具有較好的減量化效果，但焚燒過程中會產生二噁英，嚴重影響居民身體健康，群體性事件也時有發生。

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。

現有的污泥處理技術存在多種缺陷。例如，有一些污泥回轉窯熱解工藝，其焦油產量較多，容易堵塞管道、腐蝕設備等，經常停車檢修，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。還有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，難以實現工業化應用。還有一些污泥處理工藝是在一個爐子中實現污泥熱解氣化，雖然會生成大量合成氣，但同時也把灰渣進行了熔融處理，而灰渣中大部分物質為無機物，在氣化過程中浪費了大量能量，系統的熱利用率較低，運行成本較高，因此不具備商業運行價值。

而據不完全統計，目前我國國內城市道路照明的總燈數約400萬只(套)，加上高速公路、工礦企業、機場、碼頭等非市政照明燈具約100萬只(套)，總數超過500多萬只，并且每年以10％以上的速度遞增。其中城市公共照明在我國照明耗電中占30％的比例，約439億kWh，以平均電價0.65元/kWh計算，一年開支達285億元，成為各地財政部門的一大負擔。

針對現有技術存在的不足，并且為了響應目前政府提出的環保、節約、能源重復利用的號召，本實用新型旨在提出一種垃圾回收利用的技術方案，將污泥作為能量的來源，為我國發電行業作出貢獻，以同時解決污泥處理技術存在的缺陷及人類資源短缺的問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種污泥熱解等離子氣化發電的系統，以同時解決污泥處理技術存在的缺陷及人類資源短缺的問題。

本實用新型提供一種實現上述污泥熱解等離子氣化發電的系統，其包括：

蓄熱式旋轉床包括成環狀爐腔的殼體和環形爐底，蓄熱式輻射管設置在所述殼體的內周壁上；蓄熱式旋轉床中的原料入口、熱解氣液混合物出口和熱解炭出口分布于所述殼體；

等離子氣化反應室包括熱解氣液混合物入口、熱態合成氣出口，所述熱解氣液混合物入口與所述熱解氣液混合物出口相連；

換熱裝置包括熱態合成氣入口、冷態合成氣出口、冷凝液出口、循環水入口和蒸汽出口，所述熱態合成氣入口與所述熱態合成氣出口相連；

發電裝置包括蒸汽入口、乏汽出口和電量輸出端，所述蒸汽入口與所述蒸汽出口相連；

熄焦裝置，所述熄焦裝置包括熱解炭入口、灰渣出口、干燥水入口，所述熱解炭入口與所述熱解炭出口相連。

上述的污泥熱解等離子氣化發電系統，所述等離子氣化反應室垂直布置在所述熱解氣液混合物出口上端。

上述的污泥熱解等離子氣化發電系統，所述系統中包括污泥入口、干化污泥出口、乏汽入口、冷凝水出口、干燥水出口；所述干化污泥出口與所述原料入口相連；所述乏汽入口與所述乏汽出口相連；所述干燥水出口與所述干燥水入口相連。

本實用新型的有益效果在于，本實用新型針對目前污泥熱解工藝中熱解油產量大、堵塞嚴重、腐蝕程度高、維修頻率高、處理成本大等問題，以及污泥等離子氣化工藝中處理規模小、功率極大、耗電率較高、運行成本高、難以工業化應用等問題，提供了一種清潔、高效的污泥熱解等離子氣化的方法，采用蓄熱式旋轉床對預處理后的污泥原料進行熱解，并利用等離子氣化反應室對熱解氣液混合物進行氣化，干化過程中產生的干燥水分可作為熱解炭的熄焦用水，獲得的合成氣產率高、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電，為發電行業提供了一條低成本、資源重復利用的新技術，而且發電產生的乏汽進一步用于給污泥干化供熱，實現了污泥的“無害化、減量化、資源化”，其運行成本低，焦油產率極低，不發生管道堵塞，易于實現工業化和規模化。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的污泥熱解等離子氣化發電流程框圖；

圖2為本實用新型實施例的污泥熱解等離子氣化發電系統結構示意圖。

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。

本實用新型提出了污泥熱解等離子氣化發電的方法。根據本實用新型實施例的污泥熱解等離子氣化發電的方法包括：

將污泥進行干化處理，以便蒸出污泥中的大部分水分，得到干燥水；

將經過干化后的污泥送入蓄熱式旋轉床內進行熱解處理，以便得到熱解氣液混合物和熱解炭；

將熱解氣液混合物通入等離子氣化反應室，以便得到CO、H2等合成氣；以及

將等離子氣化反應室產生的合成氣進行換熱處理，以便得到蒸汽用于發電。

下面參考圖1詳細描述本實用新型具體實施例的污泥熱解等離子氣化發電的方法。

在本實用新型的一些實施例中，所述蓄熱式旋轉床分為進料區、熱解區和出料區。

任選地，熱解區蓄熱式輻射管溫度為500℃-800℃。根據污泥含水率的不同，選擇熱解區蓄熱式輻射管的溫度。

在本實用新型的一些實施例中，所述干燥水由污泥干化處理得到，可直接作為熱解炭的熄焦用水。污泥原料在干化過程中，主要是蒸出污泥原料中的水分，如果這部分水進入蓄熱式旋轉床以及等離子氣化反應室，會大大增加系統能耗，導致運行成本增加，因此在蓄熱式旋轉床前端設置有污泥干化裝置，有效地解決了這一問題。

在本實用新型的一些實施例中，所述熱解氣液混合物由蓄熱式旋轉床熱解區產生，不經處理直接通入等離子氣化反應室，以便得到所述合成氣。熱態的熱解氣液混合物直接進行等離子氣化，熱利用率高、運行成本較低。

在本實用新型的一些實施例中，所述等離子氣化反應室側壁安裝有2個以上的等離子體火炬；

任選地，等離子氣化反應室的溫度為1100℃-1500℃。由于所述等離子氣化反應室只對所述熱解氣液混合物進行氣化，而不是直接對污泥原料進行氣化，因此需要設置的等離子體火炬數量少，處理效率高，運行成本低。

在本實用新型的一些實施例中，將所述合成氣通入換熱裝置進行換熱處理，以便制備380℃-440℃的蒸汽用于發電利用。所述等離子氣化反應室得到的所述合成氣溫度較高，超過800℃，因此可以利用所述合成氣的這部分熱量進行換熱產蒸汽，最后再利用蒸汽輪機發電。由于余熱進行了有效利用，所以整個工藝的熱利用率較高。

進一步地，蒸汽輪機排出的乏汽通入所述干化裝置中，所述乏汽的溫度控制在60℃-150℃，以便干化污泥，蒸出干燥水。

在本實用新型的一些實施例中，將所述換熱處理后的合成氣通入蓄熱式輻射管內進行燃燒，以便給蓄熱式旋轉床干燥及熱解處理提供熱量。所屬合成氣中含有較多CO、H2等可燃氣，而所述蓄熱式輻射管又需要為原料熱解提供熱量，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。

根據本實用新型的另一方面，本實用新型提出了污泥熱解等離子氣化發電的系統，根據本實用新型實施例的污泥熱解等離子氣化發電的系統包括：干化裝置1、蓄熱式旋轉床2、等離子氣化反應室3、換熱裝置4、發電裝置5、熄焦裝置6。

干化裝置，所述干化裝置具有污泥入口、干化污泥出口、乏汽入口、冷凝水出口、干燥水出口，以便蒸出污泥中的大部分水分，得到干燥水。當然如果運來的污泥已經過干化，該裝置就不是必須設置了。

蓄熱式旋轉床，利用蓄熱式旋轉床對所述污泥原料進行熱解處理，以便得到熱解氣液混合物、熱解炭。

所述蓄熱式旋轉床具有原料入口、熱解氣液混合物出口、熱解炭出口，所述原料入口與所述干化污泥出口相連。

所述蓄熱式旋轉床具體包括：

殼體，所述殼體形成環狀爐腔；爐膛操作條件為微正壓；

環形爐底，物料布在環形爐底上，呈連續轉動狀態；

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周壁上。

等離子氣化反應室，利用等離子火炬的高溫氣化作用，使熱解油、烴類氣體等發生氣化、重組，以便得到CO、H₂等合成氣。

所述等離子氣化反應室具有熱解氣液混合物入口、熱態合成氣出口，所述熱解氣液混合物入口與所述熱解氣液混合物出口相連。

根據本實用新型的具體實施例，所述等離子氣化反應室3垂直布置在蓄熱式旋轉床2熱解油氣混合物出口上端，熱解油氣混合物不經冷卻直接通入等離子化反應室3內，以便制備合成氣。

換熱裝置，所述換熱裝置具有熱態合成氣入口、冷態合成氣出口、冷凝液出口、循環水入口和蒸汽出口，所述熱態合成氣入口與所述熱態合成氣出口相連，所述換熱裝置為間接換熱，換熱介質為循環水。

發電裝置，所述發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蒸汽出口相連，所述乏汽出口與所述乏汽入口相連。

熄焦裝置，所述熄焦裝置具有熱解炭入口、灰渣出口、干燥水入口。在本實用新型的一些實施例中，所述熄焦裝置6的干燥水入口與所述干化裝置1的干燥水出口相連，以便對熱解炭進行濕法熄焦。

通過采用本實用新型上述實施例的污泥熱解等離子氣化發電的系統，首先將污泥進行干化處理，以便蒸出污泥中的大部分水分，得到干燥水。將經過干化后的污泥送入蓄熱式旋轉床內進行熱解處理，以便得到熱解氣液混合物和熱解炭。將熱解氣液混合物通入等離子氣化反應室，以便得到CO、H₂等合成氣。以及將等離子氣化反應室產生的合成氣進行換熱處理，以便得到蒸汽用于發電。其中發電裝置5產生的乏汽通入干化裝置1中對污泥進行干化，合成氣通過換熱裝置4冷卻后送入蓄熱式輻射管內作為燃料使用。整個系統減少了焦油的產生，實現了污泥熱解和等離子氣化的高效結合，不僅降低了運行成本，還提高了合成氣的產率和熱值，余熱回收利用率高、資源化水平高、產品經濟效益好、不產生二噁英且二次污染小，利于污泥熱解等離子氣化的工業化應用。

綜上所述，本實用新型通過廢料處理產生的能量轉換為電能，為發電行業提供了一條低成本、資源重復利用的新技術，而且發電產生的余熱進一步用于該系統的供熱，實現了廢料污泥的“無害化、減量化、資源化”生產。

實施例1

利用上述污泥熱解等離子氣化發電系統對某城市污水處理廠的污泥進行處理，其工業分析、元素分析如表1所示。

表1污泥工業分析及元素分析

本文中M_ad代表空干基水分；A_ad代表干燥基灰分；V_ad代表空干基揮發分；F_Cad代表含炭量；S_t,ad代表全硫；C_ad代表碳含量；H_ad代表氫含量；N_ad代表氮含量。

具體處理流程如下：該污泥的含水率為85％，將污泥送入干化裝置，得到40％左右的干燥水。將含水率降至45％的干化污泥送入蓄熱式旋轉床，熱解區蓄熱式輻射管的溫度為700℃。污泥在旋轉床中經過熱解后，最后得到的熱解氣液混合物在蓄熱式旋轉床熱解區末端頂部排出，進入等離子氣化反應室，熱解炭在旋轉床末端底部通過螺旋輸送裝置排出，其中，等離子氣化反應室的溫度為1200℃。在等離子氣化反應室獲得的合成氣經過換熱裝置后，產生的410℃蒸汽送入蒸汽輪機中進行發電，冷卻后的CO、H₂等合成旗送入蓄熱式輻射管中對污泥原料進行加熱，發電產生的乏汽送入干化裝置中對污泥進行干化處理，干化裝置得到的干燥水通入熄焦裝置中對熱解炭進行冷卻，熱解炭大部分為無機物殘渣，直接運至填埋場進行處置。

利用上述系統對污泥進行熱解等離子氣化發電處理，最終制得的合成氣產率為40％(干基)，熱解炭的產率為30％(干基)。蒸汽輪機的進汽溫度為410℃，乏汽溫度為130℃。

實施例2

利用污泥熱解等離子氣化發電系統對某城市污水處理廠的污泥進行處理，其工業分析及元素分析如表2所示，具體處理流程如下：

表2污泥的工業分析及元素分析

該污泥的含水率為91％，將污泥送入干化裝置，得到45％左右的干燥水。將含水率降至46％的干化污泥送入蓄熱式旋轉床，熱解區蓄熱式輻射管的溫度為800℃。污泥在旋轉床中經過熱解后，最后得到的熱解氣液混合物在蓄熱式旋轉床熱解區末端頂部排出，進入等離子氣化反應室，熱解炭在旋轉床末端底部通過螺旋輸送裝置排出，其中，等離子氣化反應室的溫度為1500℃。在等離子氣化反應室獲得的合成氣經過換熱裝置后，產生的440℃蒸汽送入蒸汽輪機中進行發電，冷卻后的CO、H₂等合成旗送入蓄熱式輻射管中對污泥原料進行加熱，發電產生的乏汽送入干化裝置中對污泥進行干化處理，干化裝置得到的干燥水通入熄焦裝置中對熱解炭進行冷卻，熱解炭大部分為無機物殘渣，直接運至填埋場進行處置。

利用上述系統對污泥進行熱解等離子氣化發電處理，最終制得的合成氣產率為35％(干基)，熱解炭的產率為40％(干基)。蒸汽輪機的進汽溫度為440℃，乏汽溫度為150℃。

實施例3

利用污泥熱解等離子氣化發電系統對某城市污水處理廠的污泥進行處理，其工業分析及元素分析如表3所示，具體處理流程如下：

表3污泥的工業分析及元素分析

該污泥的含水率為91％，將污泥送入干化裝置，得到45％左右的干燥水。將含水率降至46％的干化污泥送入蓄熱式旋轉床，熱解區蓄熱式輻射管的溫度為500℃。污泥在旋轉床中經過熱解后，最后得到的熱解氣液混合物在蓄熱式旋轉床熱解區末端頂部排出，進入等離子氣化反應室，熱解炭在旋轉床末端底部通過螺旋輸送裝置排出，其中，等離子氣化反應室的溫度為1100℃。在等離子氣化反應室獲得的合成氣經過換熱裝置后，產生的380℃蒸汽送入蒸汽輪機中進行發電，冷卻后的CO、H₂等合成旗送入蓄熱式輻射管中對污泥原料進行加熱，發電產生的乏汽送入干化裝置中對污泥進行干化處理，干化裝置得到的干燥水通入熄焦裝置中對熱解炭進行冷卻，熱解炭大部分為無機物殘渣，直接運至填埋場進行處置。

利用上述系統對污泥進行熱解等離子氣化發電處理，最終制得的合成氣產率為35％(干基)，熱解炭的產率為40％(干基)。蒸汽輪機的進汽溫度為380℃，乏汽溫度為60℃。

由上述實施例均可看出，本實用新型整個系統減少了焦油的產生，實現了污泥熱解和等離子氣化的高效結合，把廢料污泥資源化利用，使之轉化為電能輸出，不僅降低了運行成本，還提高了合成氣的產率和熱值，余熱回收利用率高、資源化水平高、產品經濟效益好、不產生二噁英且二次污染小。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，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，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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。