專利名稱：污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有害固體廢物的處理方法，將城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥改性，
變成綠色能源，并進(jìn)行梯級利用。本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和能源利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥的特性(1)含水率高，達(dá)到80% ; (2)含有機(jī)物高，粘 性很大；(3)氣味很臭，含有病原菌及蟲卵；(4)含有重金屬銅、鉛、鋅、鎳等。由于污泥又粘 又臭，又有毒性，所以成為城市中很頭痛的難題，污泥簡單堆放，臭氣熏天，污染水源，民怨 很大。要做到投資省，處理成本低，不外加能源，又無二次污染的污泥處理先進(jìn)工藝，實(shí)屬少 見。
國內(nèi)外污泥處理方法大致如下
1、污泥熱干化 污泥干化主要是利用熱能將污泥干化，使污泥減量化。 一是用燃燒煙氣進(jìn)行直接 加熱，二是用蒸汽或熱油等熱媒進(jìn)行間接加熱。 目前全世界大約有50多家污泥干化公司，包括奧地利Andritz的轉(zhuǎn)鼓、硫化床、帶 式技術(shù)，日本0kawara、德國SiemensUSFilter/Sernaggiotto、荷蘭Vandenbroek的轉(zhuǎn)鼓干 化技術(shù)、意大利Vomn的渦輪薄層技術(shù)、美國Komline Sandersom、比利時(shí)K印pelSeghers的 園盤技術(shù)、德國Huber、法國Veolia Kruger的帶式工藝等。 國內(nèi)已經(jīng)實(shí)施的進(jìn)口工藝有上海石洞口污水處理廠、北京清河污水處理廠。
污泥熱干化法存在的問題有①能源消耗大；②投資大；③運(yùn)行費(fèi)用高；④污泥中 部分物質(zhì)熱解，形成臭氣，需要處理；⑤蒸發(fā)冷凝產(chǎn)生的廢水需要處理。
2、污泥全干化后焚燒 采用污泥焚燒爐和污泥全干化設(shè)備，利用焚燒爐的煙氣換熱導(dǎo)熱油進(jìn)行干化，污 泥在焚燒爐中焚燒。熱能不足部分添加燃煤補(bǔ)充。 上海石洞口污水處理廠采用奧地利Andritz干化設(shè)備，北京金州環(huán)境工程公司的 焚燒爐，效果不理想，熱量不平衡，干化蒸發(fā)量有限，導(dǎo)熱油裂解嚴(yán)重，況且投資大，運(yùn)行費(fèi) 用高，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化有困難。
3、污泥半干化后焚燒 利用常規(guī)燃料產(chǎn)生的熱量將脫水污泥半干化，后進(jìn)入污泥焚燒爐中焚燒，煙氣通 過熱回收裝置后被應(yīng)用到污泥干化中。 德國tks和法國Veolia公司可提供設(shè)備及技術(shù)，國內(nèi)無應(yīng)用實(shí)例。
由于投資及運(yùn)行成本相對較高，目前國內(nèi)難以接受。
4、濕泥直接焚燒 以重油為主要燃料，濕泥進(jìn)入流化床沸騰爐直接焚燒。
日本三菱重工業(yè)公司可提供設(shè)備技術(shù)，國內(nèi)無應(yīng)用實(shí)例。
由于能耗高，煙氣排放不達(dá)標(biāo)，國內(nèi)難以采用。
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5、濕泥電廠混燒 濕泥以較低比例直接混摻在電廠鍋爐的燃煤中混燒。常州廣源熱電廠進(jìn)行試產(chǎn)。 由于濕泥中帶入大量水分及其他有害成分，對鍋爐本身及周圍環(huán)境可能造成不利影響。
6、濕泥用電廠廢熱半干化后混燒 以熱電廠的廢熱煙氣為熱源，濕泥用轉(zhuǎn)鼓干化到含水率為20_40%后，摻混在電廠 鍋爐的燃煤中燃燒。 杭州市七格污水處理廠采用此法，尚未投產(chǎn)。 7、濕泥用水泥窯協(xié)同處置，灰渣進(jìn)入水泥配料，此工藝北京金隅水泥廠正在實(shí)踐。 問題在于濕泥泥含水率高達(dá)80%，蒸發(fā)水份需要耗費(fèi)大量熱源，與污泥本身的熱值相抵，入 不敷出，需要額外增加能源，而且濕泥燃燒產(chǎn)生大量有害煙氣，煙氣凈化達(dá)標(biāo)有相當(dāng)難度。 所以，只有當(dāng)污泥處置費(fèi)用相當(dāng)高時(shí)，水泥廠才可以得到補(bǔ)償。
8、濕泥厭氧消化，沼氣發(fā)電 傳統(tǒng)的沼氣發(fā)電工藝是指消化產(chǎn)生的沼氣大部分用于發(fā)電，發(fā)電的余熱用于維持 消化所需溫度。由于我國北方冬季嚴(yán)寒，只能采用沼氣鍋爐直接加熱污泥，而暫停沼氣發(fā) 電。 沼氣發(fā)電設(shè)備供貨商有奧地利Jenbacher，美國Caterpillar、德國MTU等。
9、好氧堆肥和生物干化 在污泥中加入一定比例的秸稈、稻草、木屑或生活垃圾等，對脫水污泥進(jìn)行好氧堆 肥，使污泥含水率從80%降至35%左右。 德國Backhus、山西沃土好氧堆肥公司，中國機(jī)械科學(xué)研究院、沈陽達(dá)因環(huán)保工程 公司可以提供設(shè)備及技術(shù)，太原楊家堡污水處理廠采用此法。 污泥堆肥技術(shù)投資運(yùn)行費(fèi)用都較低，存在問題是占地面積大，有臭氣產(chǎn)生，影響環(huán) 境，堆肥的重金屬含量往往超標(biāo)，國家禁止使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝，其特點(diǎn)是充分 利用污泥本身的燃燒熱值，先用于發(fā)電，繼之用于沼渣干化、最后利用洗滌水回收熱量，用 于污泥消化。如此熱量梯級利用，不需外加能源，即可做到污泥消化，沼氣發(fā)電，沼渣干化， 蒸汽鍋爐聯(lián)合發(fā)電的目的。 本發(fā)明的積極效果該工藝無廢水排放，廢氣經(jīng)水洗塔洗滌后，可以達(dá)標(biāo)排放，洗 滌水加溫后返回消化池。沸騰爐灰渣重金屬含量超標(biāo)，可以從中回收重金屬或安全填埋?？?熱利用效率達(dá)到87. 9%。 本工藝lkg污泥可以產(chǎn)生電能lkw，運(yùn)行成本相對較低，具有一定經(jīng)濟(jì)效益。污泥 中揮發(fā)份含量約50%，固定碳含量不足10%，干化污泥外形松散，無臭味，是一種有機(jī)質(zhì)含 量高的綠色能源，用于發(fā)電對溫室氣體減排具有重要意義。通過項(xiàng)目所實(shí)現(xiàn)的"經(jīng)核對的減 排量"，以減排的C02排放指標(biāo)可以通過C匿方式來引進(jìn)設(shè)備及資金。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
1、污泥消化 污泥加熱水調(diào)槳，濃度達(dá)到7 % ，溫度37°C ，在消化池中消化，時(shí)間約22天。污泥消化后產(chǎn)生沼氣及沼渣。
2、沼氣發(fā)電 沼氣經(jīng)水洗脫硫后，利用沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電，發(fā)電量270kwh/t干泥，發(fā)電機(jī)組煙 氣用于沼渣干化。發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水通過熱交換回收熱水，用于污泥調(diào)漿。
3、沼渣干化(I) 消化池排出的濕沼渣通過高速螺旋沉降離心脫水，獲得含水率達(dá)60%的脫水沼 渣，沼液返回污水處理廠。部分脫水沼渣(約占總量的1/4)用沼氣發(fā)電機(jī)的煙氣進(jìn)行干化， 沼渣水份約10%，干化設(shè)備采用本發(fā)明專利的非勻速污泥干化機(jī)。干化沼渣(I)用作流化 床鍋爐燃料。 4、干化煙氣(I)洗滌 干化煙氣(I)用水洗塔水洗凈化，凈化后的煙氣達(dá)標(biāo)排放。洗滌水達(dá)到約37°C ，返 回污泥調(diào)漿池。 5、循環(huán)流化床鍋爐(沸騰爐)燃燒 干化沼渣加入循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行沸騰燃燒，產(chǎn)生蒸汽壓力3. 43MPa，進(jìn)入汽輪機(jī) 發(fā)電，沸騰爐排出灰渣及灰塵會(huì)有銅、鉛、鋅、鎳等重金屬，可以提取重金屬或安全填埋。沸 騰爐煙氣溫度達(dá)到22(TC，用于沼渣干化。
6、沼渣干化(II) 沸騰爐煙氣溫度達(dá)到22(TC進(jìn)入非勻速污泥干化機(jī)，部分脫水沼渣(約占總量的 1/3)，用螺旋給料機(jī)同時(shí)進(jìn)入干化機(jī)，即成為干化沼渣(II)，水份達(dá)到10%。干化沼渣(II) 也用作流化床鍋爐燃料。
7、干化煙氣(II)洗滌干化煙氣(II)用水洗塔水洗凈化，凈化后煙氣達(dá)標(biāo)排放。洗滌水溫達(dá)到37t:，返
回污泥調(diào)漿池。 8、汽輪機(jī)發(fā)電 采用背壓式汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電量為770kwh/t干泥，背壓蒸汽為0.458MPa，15(TC。 通過空氣熱交換器將蒸汽冷卻成為軟化熱水，溫度達(dá)85t:，返回鍋爐給水；熱交換器出口 熱空氣，用作沼渣干化(III)的熱源。 [OOM] 9、沼渣干化(III) 熱空氣溫度達(dá)到14(TC，進(jìn)入污泥干化機(jī)，部分脫水沼渣(約占總量的1/2)，用螺
旋加料機(jī)同時(shí)加入干化機(jī)，即成為干化沼渣(III)，水份達(dá)到10%。干化沼渣(III)也用作
流化床鍋爐燃料。 10、干化煙氣(III)洗滌 干化煙氣(III)用水洗塔水洗凈化，凈化后煙氣達(dá)標(biāo)排放。洗滌水溫達(dá)到37t:，返 回污泥調(diào)漿池。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。 流程圖簡介如下污泥消化一沼氣發(fā)電一沼渣干化一蒸氣鍋爐聯(lián)合發(fā)電；沼氣發(fā) 電機(jī)煙氣用于沼渣干化；干化煙氣用水洗塔水洗，洗滌水返回污泥消化池中；沼氣發(fā)電機(jī) 循環(huán)冷卻水通過熱交換器回收熱水，用于污泥消化沸騰爐的煙氣用于沼渣干化；汽輪機(jī)背 壓蒸氣采用空氣熱交換器，熱空氣用于沼渣干化；干化的設(shè)備是非勻速污泥干化專用機(jī)。
所述的污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝，按照流程圖設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)施例，假 如污水處理廠規(guī)模為60萬M3/d，產(chǎn)生濕污泥300t/d，含水率為80% ，干泥量為60t/d。污泥 調(diào)漿至最佳濃度7%—搬為4% 10X，需加水620t/d。在消化池中調(diào)溫至3(TC 4(TC，最 佳溫度，歷時(shí)22天，消化完成，產(chǎn)出沼氣7260NM3。沼氣水洗脫硫后，進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)組進(jìn)行 發(fā)電，發(fā)電功率675kw/h，發(fā)電量1. 62萬kwh/d。沼氣發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水通過熱交換器回 收熱水222t/d，返回污泥調(diào)槳池作調(diào)槳之用。沼氣發(fā)電機(jī)煙氣6. 06NMVd進(jìn)入非勻速污泥專 用干化機(jī)，加入脫水沼渣，約占總量的l/3，產(chǎn)出干化沼渣(I)(含水率10%)產(chǎn)量13. 9t/d。 干化煙氣(I) 7. 56萬NMVd，通過水洗塔洗凈，達(dá)標(biāo)后排放。洗滌水(I) 51. 6t/d，溫度達(dá)到 37°C ，返回作調(diào)漿之用。消化池排出的濕沼渣用高速螺旋沉降離心機(jī)進(jìn)行脫水，沼液790t/ d，返回水處理廠。脫水沼渣量117t/d，含水率60X，含固量46. 8t/d。干化沼渣52t/d，進(jìn) 入循環(huán)流化床鍋爐(沸騰爐)燃燒，產(chǎn)出蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。沸騰爐灰渣及灰塵排出量 為18. 9t，含有重金屬銅、鉛、鋅、鎳等，可進(jìn)一步回收重金屬或安全填埋。沸騰爐煙氣20. 16 萬NMVd，溫度22(TC，用于脫水沼渣干化(II)，干化設(shè)備同樣使用非勻速污泥干化專用機(jī)。 干化沼渣(II)(含水< 10% )產(chǎn)量為15. 7t/d。干化煙氣(II)進(jìn)入水洗塔洗滌，達(dá)標(biāo)后排 放；洗滌水(II) 150. 7t，溫度達(dá)到37t:，返回作調(diào)槳之用。鍋爐蒸汽產(chǎn)量148. 5t/d，6. 19t/ h，3. 43MPa，435t:，采用背壓式汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電功率1. 925麗/h，發(fā)電量4. 628kwh/d。背壓 蒸汽0.485MPa，15(TC。采用空氣熱交換器將蒸汽冷凝成85"C軟化熱水，返回鍋爐給水。熱 交換器出口熱空氣溫度為14(TC，作為干化沼渣(III)的熱源，干化設(shè)備仍采用專用污泥干 化機(jī)，加入脫水沼渣量約占總量的1/2，產(chǎn)出干化沼渣(III)約39t/d。干化煙氣(III)進(jìn) 入水洗塔洗滌，達(dá)標(biāo)后排放。洗滌水(III)量337t/d，溫度37t:，返回作調(diào)漿之用。
所述的污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝，其特征在于該方案包括處理方法 和處理系統(tǒng)兩部分，其物理化學(xué)參數(shù)體現(xiàn)在污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝的實(shí)施 例中，整個(gè)處理系統(tǒng)從污泥消化到最后干化成型完全利用污泥本身的燃燒值，先用于發(fā)電， 繼之用于沼渣干化，最后利用洗滌水回收熱量，用于污泥消化。如此熱量梯級利用，不需要 外加能源。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施方法對本發(fā)明進(jìn)一步描述。 污水處理廠規(guī)模為60萬M3/d，產(chǎn)生濕污泥300t/d，含水率為80% ，干泥量為60t/ d。 污泥調(diào)槳至濃度7% ，需加水620t/d。在消化池中調(diào)溫至37°C ，歷時(shí)22天，消化完 成，產(chǎn)出沼氣7260NM3。 沼氣水洗脫硫后，進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電功率675kw/h，發(fā)電量1. 62萬 kwh/d 。 沼氣發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水通過熱交換器回收熱水222t/d，返回污泥調(diào)漿池作調(diào)漿 之用。 沼氣發(fā)電機(jī)煙氣6. 06NM3/d進(jìn)入非勻速污泥專用干化機(jī)，加入脫水沼渣，約占總量 的1/3，產(chǎn)出干化沼渣(I)(含水率10% )產(chǎn)量13. 9t/d。 干化煙氣(I) 7. 56萬NMVd，通過水洗 洗凈，達(dá)標(biāo)后排放。洗滌水(I) 51. 6t/d，溫度達(dá)到37 °C ，返回作調(diào)槳之用。 消化池排出的濕沼渣用高速螺旋沉降離心機(jī)進(jìn)行脫水，沼液790t/d，返回水處理 廠。脫水沼渣量117t/d，含水率60X，含固量46. 8t/d。 干化沼渣52t/d，進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐(沸騰爐)燃燒，產(chǎn)出蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。
沸騰爐灰渣及灰塵排出量為18.9t，含有重金屬銅、鉛、鋅、鎳等，可進(jìn)一步回收重
金屬或安全填埋。 沸騰爐煙氣20. 16萬NMVd，溫度22(TC，用于脫水沼渣干化(II)，干化設(shè)備同樣使
用非勻速污泥干化專用機(jī)。干化沼渣(II)(含水< 10% )產(chǎn)量為15. 7t/d。 干化煙氣(II)進(jìn)入水洗塔洗滌，達(dá)標(biāo)后排放；洗滌水(II) 150. 7t，溫度達(dá)到37。C，
返回作調(diào)漿之用。 鍋爐蒸汽產(chǎn)量148. 5t/d，6. 19t/h， 3. 43MPa， 435°C ，采用背壓式汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電
功率1. 925麗/h，發(fā)電量4. 628kwh/d。背壓蒸汽0. 485MPa， 150°C。 采用空氣熱交換器將蒸汽冷凝成85t:軟化熱水，返回鍋爐給水。 熱交換器出口熱空氣溫度為14(TC，作為干化沼渣(III)的熱源，干化設(shè)備仍采用
專用污泥干化機(jī)，加入脫水沼渣量約占總量的1/2，產(chǎn)出干化沼渣(III)約39t/d。 干化煙氣(III)進(jìn)入水洗塔洗滌，達(dá)標(biāo)后排放。洗滌水(III)量337t/d，溫度
37t:，返回作調(diào)漿之用。
權(quán)利要求
一種污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝，其特征在于該工藝流程如下污泥消化→沼氣發(fā)電→沼渣干化→蒸氣鍋爐聯(lián)合發(fā)電；沼氣發(fā)電機(jī)煙氣用于沼渣干化；干化煙氣用水洗塔水洗，洗滌水返回污泥消化池中；沼氣發(fā)電機(jī)循環(huán)冷卻水通過熱交換器回收熱水，用于污泥消化沸騰爐的煙氣用于沼渣干化；汽輪機(jī)背壓蒸氣采用空氣熱交換器，熱空氣用于沼渣干化；干化的設(shè)備是非勻速污泥干化專用機(jī)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝，其特征在于具體實(shí) 施方案如下如果污水處理廠規(guī)模為60萬MVd，產(chǎn)生濕污泥300t/d，含水率為80%，干泥 量為60t/d ;污泥調(diào)漿至最佳濃度7%—搬為4% 10%，需加水620t/d ;在消化池中調(diào)溫 至30°C 4(TC，最佳溫度，歷時(shí)22天，消化完成，產(chǎn)出沼氣7260NM3 ;沼氣水洗脫硫后，進(jìn)入 沼氣發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電功率675kw/h，發(fā)電量1. 62萬kwh/d ;沼氣發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻 水通過熱交換器回收熱水222t/d，返回污泥調(diào)漿池作調(diào)漿之用；沼氣發(fā)電機(jī)煙氣6. 06NMVd 進(jìn)入非勻速污泥專用干化機(jī)，加入脫水沼渣，約占總量的1/3，產(chǎn)出干化沼渣(I )(含水率 10% )產(chǎn)量13. 9t/d ;干化煙氣(I )7. 56萬NMVd，通過水洗塔洗凈，達(dá)標(biāo)后排放；洗滌水 (I )51.6t/d，溫度達(dá)到37t:，返回作調(diào)槳之用；消化池排出的濕沼渣用高速螺旋沉降離心 機(jī)進(jìn)行脫水，沼液790t/d，返回水處理廠；脫水沼渣量117t/d，含水率60%，含固量46. 8t/d ;干化沼渣52t/d，進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐(沸騰爐)燃燒，產(chǎn)出蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電；沸騰爐灰渣及灰塵排出量為18. 9t，含有重金屬銅、鉛、鋅、鎳等，可進(jìn)一步回收重金屬或安全填 埋；沸騰爐煙氣20. 16萬NMVd，溫度22(TC，用于脫水沼渣干化(II )，干化設(shè)備同樣使用非 勻速污泥干化專用機(jī)；干化沼渣(II )(含水< 10% )產(chǎn)量為15. 7t/d ;干化煙氣(II )進(jìn) 入水洗塔洗滌，達(dá)標(biāo)后排放；洗滌水(II ) 150. 7t，溫度達(dá)到37t:，返回作調(diào)漿之用；鍋爐蒸 汽產(chǎn)量148. 5t/d，6. 19t/h，3. 43MPa，435"C，采用背壓式汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電功率1. 925麗/h， 發(fā)電量4. 628kwh/d ;背壓蒸汽0. 485MPa， 150°C ;采用空氣熱交換器將蒸汽冷凝成85t:軟化熱水，返回鍋爐給水；熱交換器出口熱空氣溫度為14(TC，作為干化沼渣(III)的熱源，干化設(shè)備仍采用專 用污泥干化機(jī)，加入脫水沼渣量約占總量的1/2，產(chǎn)出干化沼渣(III)約39t/d;干化煙氣 (III)進(jìn)入水洗塔洗滌，達(dá)標(biāo)后排放；洗滌水(III)量337t/d，溫度37t:，返回作調(diào)漿之用。
3. 按照權(quán)利要求1所述的污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝，其特征在于該方 案包括處理方法和處理系統(tǒng)兩部分，其物理化學(xué)參數(shù)體現(xiàn)在污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán) 發(fā)電工藝的實(shí)施例中，整個(gè)處理系統(tǒng)從污泥消化到最后干化成型完全利用污泥本身的燃燒 值，先用于發(fā)電，繼之用于沼渣干化，最后利用洗滌水回收熱量，用于污泥消化；如此熱量梯 級利用，不需要外加能源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種污泥能源梯級利用及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝，其特點(diǎn)是充分利用污泥本身的燃燒熱值，先用于發(fā)電，繼之用于沼渣干化，最后利用洗滌水回收熱量，用于污泥消化。如此熱量梯級利用，不需外加能源，即可達(dá)到污泥消化、沼氣發(fā)電、沼渣干化、蒸汽鍋爐聯(lián)合發(fā)電的目的?？偀崂眯蕿?7.9％。本工藝屬于環(huán)境保護(hù)與能源利用的項(xiàng)目，達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)的雙重效果。
文檔編號C02F11/04GK101789725SQ20091000111
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者水志良, 水浩東 申請人:水志良;水浩東