一種生活污泥處理系統的制作方法

本實用新型涉及一種生活污泥處理系統。

背景技術：

污泥焚燒處理減容、減重比大，處理速度快、占用土地面積小等，已受到國內外的普遍認可。但焚燒后會產生二噁英、NOx、SO₂、重金屬等，導致二次空氣污染。隨著煙氣處理技術的發展，其中的大部分空氣污染物可以得到很大程度的控制。但是，污泥中的大量重金屬元素富集在一些亞微米顆粒中或以氣態形式存在于煙氣中，不易除去。因此，實現污泥處理的穩定化、減量化、無害化、資源化是未來污泥處理研究的重點方向。

生活污泥常規干化得到的污水中，COD和BOD的指標均較高，處理費用高。傳統工藝是將其噴淋到生活污泥焚燒爐中，或是直接通過摻混煤焚燒，水分氣化成水蒸汽會帶走大量的熱量。

現有技術公開了一種污泥焚燒方法。該方法的特征在于將污泥預處理成干泥，然后將干泥破碎成塊料后通過螺旋輸送器輸送至布料器，從焚燒爐頂部均勻加入焚燒爐中。在爐內，生活污泥依次完成升溫、干燥、熱解、燃燒等過程。產生的灰渣進入熱灰倉中與水進行間接換熱后，由螺旋輸送器排出。產生的煙氣進行二次燃燒，產生的高溫煙氣先與空氣換熱后再用水進行冷卻，然后通過二級脫硫塔除酸、脫硫、脫NO_X和粉塵等。但是，預處理過程需要脫除大量的水分，采用現有的普通壓濾是難以達到的，通常需要采用熱處理，消耗大量的熱。并且會產生大量的廢水和臭氣，需要配套大型的污水處理系統和臭氣處理系統。直接采用熱煙氣給污泥加熱，導致二次燃燒過程中煙氣量增加，后續熱量回收和余熱利用設備相應增加，投資成本高。部分污泥中存在重金屬或是氯苯類物質，很難判定。在焚燒過程中，固體灰渣可作為危廢處理，且產生的煙氣中可能含有大量重金屬，甚至含氯苯類物質，僅采用二級脫硫系統難以滿足要求。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種利用旋轉床熱解爐和熔融反應器聯用處理生活污泥的系統。該系統易操作，設備運行穩定可靠，處理過程清潔節能，無污染物排放，整個系統熱效率高，運行費用低，經濟效益明顯。

本實用新型提供了一種生活污泥處理系統，包括儲料坑、上料進料裝置、旋轉床熱解爐、熔融反應器、激冷槽、余熱鍋爐、脫硝脫硫裝置；

所述儲料坑用于放置生活污泥原料，所述生活污泥原料通過抓斗由所述儲料坑送入所述上料進料裝置中；

所述旋轉床熱解爐具有進料口、高溫油氣出口、含碳殘渣出口；所述進料口與所述上料進料裝置的出料口連接；

所述旋轉床熱解爐為環形密封結構，分為紅外加熱區和燃氣加熱區，所述紅外加熱區設置有紅外輻射加熱管，所述燃氣加熱區設置有蓄熱式燃氣輻射管，所述蓄熱式燃氣輻射管設置有高溫油氣入口、煙氣出口，所述高溫油氣入口與所述高溫油氣出口連接，所述煙氣出口與所述脫硝脫硫裝置連接；

所述熔融反應器具有含碳殘渣入口、高溫煙氣出口、液態渣出口；所述含碳殘渣入口與所述旋轉床熱解爐的含碳殘渣出口通過進料螺旋連接；

所述激冷槽具有液態渣入口，該液態渣入口與所述熔融反應器的液態渣出口連接；

所述余熱鍋爐具有高溫煙氣入口，該高溫煙氣入口與所述熔融反應器的高溫煙氣出口連接。

上述的系統中，還包括蓄熱式換熱器，所述蓄熱式換熱器用于接收由所述余熱鍋爐送入的低溫煙氣，所述低溫煙氣與所述蓄熱式換熱器中的空氣進行換熱得到冷卻煙氣，所述冷卻煙氣依次送入除塵器、脫硝脫硫裝置、活性炭吸附裝置、煙囪排煙裝置。

優選的，所述旋轉床熱解爐的進料口處設置有勻料器，所述勻料器的出料端與所述紅外加熱區相通；

每兩根所述紅外輻射加熱管之間設置有翻料器，用于翻動所述生活污泥原料，促進水分的揮發。

優選的，所述熔融反應器中設置有蓄熱式旋風燃燒器，為所述熔融反應器提供熱量。

優選的，所述上料進料裝置的下端設置有物料計量器，用于計量所述生活污泥原料的輸送速度。

本實用新型采用紅外輻射加熱既能殺菌又能降低其中有機物的揮發，可得到較為純凈的水，既可作為系統用水循環使用，也可直接排放到市政污水管網中，降低污水處理費用。加熱系統產生的煙氣不與熱解產生的熱解油氣接觸，從而降低了設備投資成本。

本實用新型凈化煙氣過程中，煙氣中重金屬含量均達標，通過脫硝脫硫處理后，可降低后段活性炭的用量。

附圖說明

圖1為本實用新型中生活污泥處理系統示意圖。

圖2本實用新型實施例利用圖1所示的系統處理生活污泥的流程示意圖。

附圖中的附圖標記如下：

1、儲料坑；2、上料進料裝置；3、旋轉床熱解爐；4、熔融反應器；5、激冷槽；6、余熱鍋爐；7、蓄熱式換熱器；8、除塵器；9、脫硝脫硫裝置；10、活性炭吸附裝置；11、煙囪排煙裝置。

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。

如圖1所示，為本實用新型提供的生活污泥處理系統的示意圖。該系統包括儲料坑1、上料進料裝置2、旋轉床熱解爐3、熔融反應器4、激冷槽5、余熱鍋爐6、蓄熱式換熱器7、除塵器8、脫硝脫硫裝置9、活性炭吸附裝置10、煙囪排煙裝置11。

儲料坑1用于堆放生活污泥原料，其中的生活污泥原料可通過抓斗運送至上料進料裝置2中。

上料進料裝置2設置有密封裝置，用于將由儲料坑1運送的生活污泥原料送入旋轉床熱解爐3中，具有進料口、出料口。其下端設置有物料計量器，用于計量生活污泥原料的輸送速度。

旋轉床熱解爐3為環形密封結構，爐膛內部設置有布料裝置、加熱裝置及翻料裝置。在旋轉床熱解爐3的進料口端設置有勻料器，可將生活污泥原料均勻布置在旋轉床熱解爐3的布料板上。

旋轉床熱解爐3包括紅外加熱區、燃氣加熱區。其中，紅外加熱區與勻料器的出料端相通，其中設置有2～4根紅外輻射加熱管，紅外輻射加熱管設置在布料板的上方，每兩根紅外輻射加熱管之間設置有翻料器，用于翻動生活污泥原料，促進水分的揮發。在末根紅外輻射加熱管至旋轉床熱解爐3的出料口之間設置有多根蓄熱式燃氣輻射管，對布料板上的生活污泥原料進一步加熱。其中，蓄熱式燃氣輻射管上設置有高溫油氣入口、煙氣出口。本實用新型中，不限制紅外輻射加熱管和蓄熱式燃氣輻射管的加熱方式和數量。

旋轉床熱解爐3用于對生活污泥原料進行熱解處理，可得到含碳殘渣和高溫油氣。其具有進料口、高溫油氣出口、含碳殘渣出口。其中，進料口與上料進料裝置2的出料口連接。高溫油氣出口設置在旋轉床熱解爐3的頂部，其與蓄熱式燃氣輻射管的高溫油氣入口連接。

熔融反應器4用于將含碳殘渣液化得到液態渣和高溫煙氣，其具有含碳殘渣入口、高溫煙氣出口、液態渣出口，其中，含碳殘渣入口與旋轉床熱解爐3的含碳殘渣出口通過進料螺旋連接，進料螺旋設置在熔融反應器4的上端。

本實用新型實施例中，熔融反應器4的兩側設置有蓄熱式旋風燃燒器，為熔融反應器4的爐膛提供熱量。

本實用新型中還可選用高溫電熔融爐、等離子體加熱反應器，以及其它能使爐膛溫度升高到反應所需溫度的反應器。

激冷槽5用于接收液態渣，通過急冷過程形成固態玻璃體。其具有液態渣入口、固態玻璃體出口。并且，液態渣入口與熔融反應器4的液態渣出口連接。

余熱鍋爐6可利用含碳殘渣液化過程排出高溫煙氣的余熱，產生水蒸汽。其具有高溫煙氣入口、低溫煙氣出口。其中，高溫煙氣入口與熔融反應器4的高溫煙氣出口連接。

蓄熱式換熱器7具有低溫煙氣入口、冷卻煙氣出口。用于接收由余熱鍋爐6送入的低溫煙氣，低溫煙氣與蓄熱式換熱器7中的空氣進行換熱得到冷卻煙氣。冷卻煙氣依次被送入除塵器8、脫硝脫硫裝置9、活性炭吸附裝置10進行除塵、脫硝脫硫、吸附凈化后，經由煙囪排煙裝置11排放。本實用新型中，在脫硝脫硫裝置9上設置有煙氣入口，該煙氣入口與旋轉床熱解爐3中蓄熱式燃氣輻射管的煙氣出口連接。

如圖2所示，為本實用新型實施例利用圖1所示的系統處理生活污泥的流程示意圖。包括步驟：

(1)生活污泥預處理

該步驟用于對生活污泥進行預處理，最終得到滿足旋轉床熱解爐3進料要求的生活污泥原料，可包括以下一項或多項。

過濾：運來的污泥通過柱塞泵打入輸送管道中，在管道出口安裝有過濾網，可過濾掉污泥中粒徑＞30㎜的石塊或其他雜質料。

干燥脫水：本實用新型中可選用壓濾機或其他干燥設備，將含水率＞50wt％的生活污泥干燥脫水至含水率為40～50wt％，干燥后的生活污泥送入下游工序中。

經上述一個或多個步驟處理后，即得到滿足旋轉床熱解爐3進料要求的生活污泥原料。

該步驟非必須步驟，旋轉床熱解爐3可對含水率低于85wt％的含水污泥直接進行處理。

(2)生活污泥原料的儲存和輸送

將得到的經預處理的生活污泥原料運送至儲料坑1堆放1～3天。然后，通過抓斗將儲料坑1中的生活污泥原料送至上料進料裝置2中。通過控制上料進料裝置2下端的物料計量器，可調整進料速度，從而控制旋轉床熱解爐3中生活污泥原料的布料厚度。

(3)生活污泥的熱解處理

將生活污泥原料通過帶有密封裝置的上料進料裝置2送入旋轉床熱解爐3中。進料口處設置的勻料器將生活污泥原料均勻布置在布料板上。生活污泥原料在布料板上隨旋轉床熱解爐3的旋轉依次通過紅外加熱區、燃氣加熱區，最終可得到含碳殘渣。

其中，料板上的生活污泥原料厚度為20～40㎜。旋轉床熱解爐3的轉速設置為10～30min/r。

在紅外加熱區中，紅外輻射加熱管與布料板上生活污泥原料上表面的垂直距離為50～80㎜。翻料器下邊緣與布料板表面的垂直距離為5～10㎜，用于生活污泥原料的翻動，促進下層生活污泥原料升溫后水分的揮發。

輻射紅外光波長為1～30μm，該波長紅外光頻率與生活污泥原料中水分子的波長固有頻率相等，從而可快速被水吸收，水分溫度得以快速升高。并且，由于紅外線的熱量傳遞不需要中間介質，可以直接透入到物體內部，實現布料板表層和內層生活污泥原料的水分溫度同時升高。

紅外輻射可比對流換熱提供高達70多倍的熱流密度。因此，在旋轉床熱解爐3的進料口端增設紅外輻射加熱管，可大大降低熱解過程中的能耗，同時縮短熱解時間，提高旋轉床熱解爐3的處理能力。

在燃氣加熱區中，蓄熱式燃氣輻射管與布料板上生活污泥原料上表面的垂直距離為50～80㎜，蓄熱式燃氣輻射管的溫度為800～1000℃，進一步為旋轉床熱解爐3提供熱量。

在旋轉床熱解爐3中，整個熱解過程采用了輻射加熱的方式。由于輻射能與輻射距離成反比，且需要避免生活污泥原料與輻射管接觸，造成設備運轉異常，因此，優選輻射管(即為紅外輻射加熱管和蓄熱式燃氣輻射管)距離生活污泥原料上表面的垂直距離控制在50～80mm。

生活污泥原料經過紅外加熱區和燃氣加熱區的熱解處理后，其中的水分和有機揮發分依次被分離，得到含碳殘渣和高溫油氣。

高溫油氣直接經由高溫油氣入口送回蓄熱式燃氣輻射管中燃燒，燃燒后的煙氣送入脫硝脫硫裝置9中進行集中凈化處理。

(4)熔融反應

上述步驟得到的含碳殘渣從旋轉床熱解爐3的出料螺旋送出，然后經由進料螺旋從熔融反應器4的上部送入。其中的蓄熱式旋風燃燒器為整個爐膛提供熱量，爐膛溫度為1300～1500℃，含碳殘渣液化形成液態渣和高溫煙氣。液態渣送入激冷槽5中，通過急冷處理，得到固態玻璃體，重金屬得到有效固化，形成無毒產物。

其中，含碳殘渣占生活污泥原料的百分比為25wt％，與一步法熔融處理生活污泥相比，大大降低了熔融反應器4的體積和能耗。

本步驟中，含碳殘渣中固有的含氯苯類劇毒物質(包括二噁英)，在熔融反應器4內發生裂解反應，絕大部分裂解為無毒組分。

(5)煙氣的回收利用

余熱鍋爐6直接接收上述步驟產生的高溫煙氣，利用高溫煙氣的熱量可產生水蒸汽。高溫煙氣的溫度從1200～1400℃降低至400～550℃，得到低溫煙氣。

然后，將低溫煙氣送入蓄熱式換熱器7中與空氣進行換熱。通過旋轉式換熱器，低溫煙氣的溫度在3s內從400～550℃降低至＜200℃，有效避免含氯苯類劇毒物質(包括二噁英)的重新合成。同時，空氣被預熱至300～400℃，可作為熔融反應器4中蓄熱式旋風燃燒器所需助燃氣使用，有效提高整個過程的熱利用率。

蓄熱式換熱器7排出的冷卻煙氣和旋轉床熱解爐3中蓄熱式燃氣輻射管燃燒后排出的煙氣依次被送入除塵器8、脫硝脫硫裝置9中，進行除塵并脫除氮氧化物和硫化物，并送入活性炭吸附裝置10中，利用活性炭對煙氣進行進一步吸附凈化，達到污染物零排放，最后經由煙囪排煙裝置11排放。

實施例1

由北排提供10t生活污泥，將其烘干脫水至含水率為45wt％，然后送入儲料坑中。然后，通過抓斗將儲料坑中的生活污泥原料送至上料進料裝置。

生活污泥原料經由帶有密封裝置的上料進料裝置進入旋轉床熱解爐中。在勻料器的作用下，生活污泥原料均勻布置在布料板上，布料厚度為25±3mm。

生活污泥原料隨著布料板旋轉，依次經過紅外加熱區和燃氣加熱區，旋轉床熱解爐的轉速為20±5min/r。輻射管與生活污泥原料上表面的垂直距離為50mm。輻射紅外光波長為1～25μm，生活污泥原料中的水分溫度快速升高，表層的水分快速揮發并隨設置在旋轉床熱解爐頂部的導出管引出。

然后，生活污泥原料進入燃氣加熱區。此時，其中90wt％以上的水分已揮發。蓄熱式燃氣輻射管的溫度為850±100℃，生活污泥原料溫度繼續升高，有機揮發分和殘留水分得以揮發。生成的高溫油氣送入蓄熱式燃氣輻射管中燃燒。生成的含碳殘渣通過進料螺旋從熔融反應器上端送入爐膛內部，其中的蓄熱式旋風燃燒器為整個爐膛提供熱量。在1350±50℃高溫下，含碳殘渣液化形成液態渣，通過激冷槽急冷后形成固態玻璃體物質。

熔融反應器燃燒生成的高溫煙氣通入余熱鍋爐中產蒸汽使用。高溫煙氣溫度降至500±20℃后，進入蓄熱式換熱器中與冷空氣直接換熱，在3秒內溫度降至200℃以下，空氣被預熱到350±20℃。冷卻后的煙氣和蓄熱式燃氣輻射管燃燒排出的煙氣通過進一步除塵、脫硝、脫硫及活性炭吸附后通過煙囪排煙裝置排放。

本實施例中，10t生活污泥處理后可獲得4.5t水和0.8t固態玻璃體物質。

實施例2

本實施例采用與實施例1相同的系統和方法。其中，生活污泥原料在布料板上的布料厚度為18±2mm；控制旋轉床熱解爐的轉速為12±2min/r；輻射管與生活污泥原料上表面的垂直距離為70mm；輻射紅外光波長為1～30μm；蓄熱式燃氣輻射管的溫度為900±30℃；熔融反應器的爐膛溫度為1400±50℃。

熔融反應器燃燒生成的高溫煙氣通入余熱鍋爐中產蒸汽使用。高溫煙氣溫度降至380±20℃后，進入蓄熱式換熱器中與冷空氣直接換熱，在3秒內溫度降至200℃以下，空氣被預熱到270±30℃。冷卻后的煙氣和蓄熱式燃氣輻射管燃燒排出的煙氣通過進一步除塵、脫硝、脫硫及活性炭吸附后通過煙囪排煙裝置排放。

本實施例中，10t生活污泥處理后可獲得4.2t水和0.76t固態玻璃體物質。

實施例3

本實施例采用與實施例1相同的系統和方法。其中，生活污泥原料在布料板上的布料厚度為35±5mm；控制旋轉床熱解爐的轉速為28±2min/r；輻射管與生活污泥原料上表面的垂直距離為80mm；輻射紅外光波長為1～30μm；蓄熱式燃氣輻射管的溫度為950±50℃；熔融反應器的爐膛溫度為1450±50℃。

熔融反應器燃燒生成的高溫煙氣通入余熱鍋爐中產蒸汽使用。高溫煙氣溫度降至540±10℃后，進入蓄熱式換熱器中與冷空氣直接換熱，在3秒內溫度降至200℃以下，空氣被預熱到380±20℃。冷卻后的煙氣和蓄熱式燃氣輻射管燃燒排出的煙氣通過進一步除塵、脫硝、脫硫及活性炭吸附后通過煙囪排煙裝置排放。

本實施例中，10t生活污泥處理后可獲得4.6t水和0.72t固態玻璃體物質。

本實用新型的系統可長期平穩操作，設備故障率極低。

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。