一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥的装置及其方法 |
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| 申请号 | CN201710374604.6 | 申请日 | 2017-05-24 | 公开(公告)号 | CN106996569A | 公开(公告)日 | 2017-08-01 |
| 申请人 | 中国东方电气集团有限公司; | 发明人 | 郭盼; 胡春云; 吴家桦; 陈鹏; 徐莹璐; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于蓄热型 化学链燃烧 处理 污泥 的装置及其方法，属于污泥处理技术领域。包括反应器、换向 阀 、污泥输送通道和尾气处理装置，反应器包括 氧 化反应器和还原反应器，且反应器外围设有蓄热体，换向阀设置在氧化反应器和还原反应器之间，氧化反应器和还原反应器上都设有污泥输送通道，换向阀连接有尾气处理装置。本发明通过氧化反应、还原反应及尾气处理，消除污泥焚烧过程中二恶英的产生，同时减少污泥焚烧过程中NOX等的排放；利用烟气余热，大大提高了污泥焚烧过程中 能源 利用效率；同时，通过切换换向阀和间歇式污泥给料，反应器周期性交替工作，提高本工艺的工作效率，节约成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥的装置，其特征在于，包括反应器、换向阀、污泥输送通道和尾气处理装置； |
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| 说明书全文 | 一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥的装置及其方法技术领域[0001] 本发明涉及一种处理污泥的装置及其方法，尤其的，涉及一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥的装置及其方法，属于污泥处理技术领域。 背景技术[0002] 近年来，随着我国污水处理能力的快速增长，污泥产量同步大幅增加。作为污水处理的终端产物，污泥含有大量的病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，据统计目前全国超过80%的污泥没有得到无害化、稳定化处理处置，造成环境二次污染情况十分严重。针对这一问题，近年来，国家出台一系列涉及污泥处理处置的相关政策、标准和法律法规，促使了市场的形成。 [0003] 城市污水厂污泥处理与处置的原则是：减量化、无害化、稳定化、资源化，“减量化”和“无害化”是污泥处置的重点，“资源化”是污泥处置的最终目标。为有效、彻底解决污泥的环境污染问题，可以通过技术开发将大量的废物变为可用物质，对污泥进行综合利用，取得良好的经济效益和环保效益。目前，污泥干化焚烧技术已经在欧美日等发达国家得到了成功应用，成为一种主要的污泥处置方式。 [0004] 污泥焚烧是将脱水污泥直接送入焚烧炉使污泥中的可燃成分在高温下充分燃烧，废物中的有毒有害物质在高温中氧化热解而被破坏，最终成为稳定的灰渣。污泥焚烧是“最彻底”的污泥处置方法，它能使有机物全部碳化，有效杀死病原体，最大限度地减少污泥体积，而且占地面积小，自动化水平高，不受外界条件影响。具有减容、减重率高，处理速度快，无害化较彻底，余热可用于发电、供热或为污泥干化提供需要的热源等优点。 [0005] 传统的污泥单独焚烧处置方法采用空气作为氧化剂，导致气体污染物（如NOx、SOx等）、二噁英排放以及重金属的迁移转化相对不可控，是困扰污泥焚烧二次污染物处理成本高的关键问题。传统污泥焚烧技术短期内很难在我国大范围使用，目前仅东部沿海部分发达城市如广州、上海等城市采用了污泥焚烧工艺。因此，寻求一种集自持焚烧、资源回收、低污染排放为一体的污泥清洁焚烧处置技术在未来市场前景可观。 [0006] 《化工进展》2012年第31卷第4期第713-725页中，阐述了一种化学链燃烧的基本技术原理《；锅炉技术》2008年9月第39卷第5期第64-73页中，介绍了化学链燃烧的基本概念及特点，总结了载氧体、化学链燃烧反应器及化学链燃烧系统分析的研究进展，并指出了化学链燃烧技术仍存在且亟待解决的问题。 [0007] 国家知识产权局于2013年05月22日公开了一种公开号为CN202947125U，专利名称为“一种可变循环流化床化学链燃烧装置”的实用新型专利，包括双循环流化床（空气反应器和燃烧反应器）、提升管、旋风分离器、立管、双向流动密封阀。该装置用于气体和固体燃料的直接化学链燃烧，例如天然气、煤气化合成气、煤粉、生物质、石油焦、污泥等，通过两个双向流动密封阀平衡空气反应器和燃烧反应器内床料量，提高氧载体在空气反应器和燃烧反应器中停留时间，提高煤粉燃烧效率，尾气清洁易于CO2捕集利用并且尾气能量回收。 [0008] 国家知识产权局于2013年11月20日公开了一种公开号为CN103398386A，专利名称为“一种基于化学链燃烧处置污泥的装置及方法”的发明专利，实现基于循环载氧体的化学链燃烧过程，达到在燃烧过程中安全处置污泥的装置。该装置由空气反应器、旋风分离器、燃料反应器、和返料器组成一个循环回路；其方法在于空气反应器内还原态载氧体和空气进行氧化反应，生成氧化态载氧体颗粒，经旋风分离器分离后，氧化态载氧体颗粒钙进入燃料反应器；污泥在燃料反应器内进行热解气化反应，生成燃料气体，燃料气体与氧化态载氧体进行还原反应，生成二氧化碳、水蒸汽以及还原态载氧体，燃料反应器内二氧化碳、水蒸汽和少量未完全反应的燃料气体通过燃料反应器排气管进入空气反应器，燃料反应器内还原态载氧体颗粒通过返料器返回到空气反应器。 [0009] 结合现有技术，还存在如下不足：（1）工艺装置工作效率低。由于在工艺过程中，存在物料或氧载体的循环往复，这不仅浪费物料或氧载体的反应时间，同时，在物料返料过程中，带走大量热量，不仅对装置设备要求高，并且也对环境造成一定影响，进而浪费能源； （2）燃料气体得不到有效控制，造成反应不完全，有害气体产生。污泥等燃料在燃料反应器内进行热解气化反应，生成燃料气体，然后燃料气体与氧化态载氧体进行还原反应，生成多种气体，部分气体进入到空气反应器中，这部分气体无序的进入空气反应器内，会造成污泥等燃料反应不完全，热量没有充分利用，同时，污泥等燃料等不到有效的燃烧，会产生一定的污染性气体，排放到空气中。 发明内容[0010] 本发明为了克服现有技术问题，而公开了一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥的装置及其方法。通过氧化反应器、还原反应器、换向阀、污泥输送通道和尾气处理装置的设置，以及在此装置的基础上，通过氧化反应、还原反应及尾气处理，消除污泥焚烧过程中二恶英的产生，同时减少污泥焚烧过程中NOX等的排放；利用烟气余热，大大提高了污泥焚烧过程中能源利用效率；同时，通过切换换向阀和间歇式污泥给料，反应器周期性交替工作，提高本工艺的工作效率，节约成本。 [0011] 为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥的装置，包括反应器、换向阀、污泥输送通道和尾气处理装置；所述反应器至少两个，包括氧化反应器和还原反应器，且反应器外围设有蓄热体；所述换向阀设置在氧化反应器和还原反应器之间，换向阀包括换向阀Ⅰ、换向阀Ⅱ和换向阀Ⅲ；所述污泥输送通道包括污泥输送通道Ⅰ和污泥输送通道Ⅱ；所述氧化反应器上设有污泥输送口Ⅰ, 污泥输送口Ⅰ连接有污泥输送通道Ⅰ，且氧化反应器下端设有流化风进口，上端设有流化风出口、烟气出口Ⅰ和烟气进口Ⅰ；所述还原反应器上设有污泥输送口Ⅱ, 污泥输送口Ⅱ连接有污泥输送通道Ⅱ，且还原反应器下端设有空气进口，上端设有烟气出口Ⅱ、烟气出口Ⅲ和烟气进口Ⅱ；所述换向阀Ⅱ和换向阀Ⅲ分别与尾气处理装置连接。 [0012] 进一步的，所述换向阀Ⅰ设置在流化风进口和空气进口之间，且换向阀Ⅰ与流化风进口和空气进口连接。 [0013] 进一步的，所述换向阀Ⅱ设置在烟气进口Ⅰ与烟气出口Ⅱ之间，且换向阀Ⅱ与烟气进口Ⅰ和烟气出口Ⅱ连接。 [0014] 进一步的，所述换向阀Ⅲ设置在流化风出口与烟气进口Ⅱ之间，且换向阀Ⅲ与流化风出口和烟气进口Ⅱ连接。 [0015] 进一步的，所述烟气出口Ⅰ和烟气出口Ⅲ分别与尾气处理装置连接。 [0016] 进一步的，所述空气进口和流化风进口处均设有压力泵和流量计。 [0017] 进一步的，所述氧化反应器内设置有氧化态氧载体，还原反应器内设置有还原态氧载体。 [0018] 一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥方法，包括以下步骤为：A.氧化反应 空气经过换向阀Ⅰ，从空气进口进入到还原反应器中；在还原反应器中，还原态氧载体与空气中O2发生氧化反应，生成氧化态氧载体颗粒，完成氧载体的再生；在氧化反应过程中，通过调节压力泵和流量计，控制空气的流量和流速，使得还原态氧载体完全发生氧化反应； B还原反应 污泥由污泥输送通道Ⅰ输送至污泥输送口Ⅰ，进入氧化反应器中；在氧化反应器中，污泥进行热解气化反应，生成燃料气体，同时，燃料气体与氧化态氧载体发生还原反应，生成还原态氧载体颗粒、CO2和水蒸气，而还原态氧载体颗粒进入下一个循环工艺，进行再利用；在污泥热解气化反应过程中，通过调节压力泵和流量计，控制流化风的流量和流速，使得污泥处于沸腾状态，进而使还原反应完全； C．余热回收及尾气处理 氧化反应过程中所产生的高温烟气经过烟气出口Ⅱ，再依次通过换向阀Ⅱ和烟气进口Ⅰ，进入到氧化反应器内，高温烟气进行换热后，通过流化风出口，进入到换向阀Ⅲ，最后经过尾气处理装置，经检测合格后，被排放； 还原反应过程中，所产生部分CO2和水蒸气通过流化风出口进入到换向阀Ⅲ，最后经过尾气处理装置，经检测合格后，被排放；部分CO2经冷凝后作为流化风利用。 [0019] 进一步的，通过切换换向阀和间歇式污泥给料，两个反应器分别作为氧化反应器和还原反应器，周期性交替工作。 [0020] 采用本技术方案，带来的有益技术效果为：（1）在本发明中，通过氧化反应器、还原反应器、换向阀、污泥输送通道和尾气处理装置的设置，以及在此装置的基础上，通过氧化反应、还原反应及尾气处理，消除污泥焚烧过程中二恶英的产生，同时减少污泥焚烧过程中NOX等的排放；利用烟气余热，大大提高了污泥焚烧过程中能源利用效率；同时，通过切换换向阀和间歇式污泥给料，反应器周期性交替工作，提高本工艺的工作效率，节约成本； （2）在本发明中，反应器数量的设定，使得污泥处理工艺可以同时进行多个氧化反应和还原反应，进一步的，回收总高温烟气的热量，进行余热再利用。而应器外围设有蓄热体，有效的防止反应器内的热量浪费，一方面为氧化和还原完全反应提供必须条件，另一方面节约工艺成本； （3）在本发明中，换向阀的设置，控制流体的方向。而换向阀包括换向阀Ⅰ、换向阀Ⅱ和换向阀Ⅲ，对流体进行同类分离，这使得空气、流化风、CO2和水蒸气等有序的进入到反应工艺中，实现污泥处理工艺可控性和程序化；同时，切换换向阀和间歇式污泥给料，两个反应器分别作为氧化反应器和还原反应器，周期性交替工作，增加工作效率，降低生产成本； （4）在本发明中，污泥输送口及有污泥输送通道的设置，便于污泥处理工艺的控制，实现工艺的程序化； （5）在本发明中，尾气处理装置的设置，处理工艺中所产生的有害气体，提高工艺过程的环保性和可操作性； （6）在本发明中，压力泵和流量计的设置，控制空气和流化风的流速和流量，促使还原态氧载体完全发生氧化反应，也使得污泥处于沸腾状态，还原反应完全； （7）在本发明中，氧化态氧载体及还原态氧载体成为电子的载体，污泥处理工艺过程中，通过电子的转移，完成对污泥的处理，以及使得有害气体的得氧或失氧，而避免有害气体的生成； （8）在本发明中，利用工艺内部的放热反应产生的热量，对蓄热体进行加热，来提供吸热反应所需热量，降低排烟温度，提高了余热利用； （9）在本发明中，利用化学链燃烧技术，污泥不直接和空气接触燃烧，能够有效消除污泥焚烧过程中有机或无机碳以及有机或无机氯在催化剂的作用下生成二恶英类物质，同时减少污泥焚烧过程中NOX的排放； （10）在本发明中，利用化学链燃烧处理污泥后的尾气分离后，能达到捕获CO2目的，同时能得到副产品高纯氮气。 附图说明 [0021] 图1为本发明结构示意图图中：1、氧化反应器，2、还原反应器、3、蓄热体，4、换向阀Ⅰ，5、换向阀Ⅱ，6、换向阀Ⅲ， 7、污泥输送通道Ⅰ，8、污泥输送通道Ⅱ，9、污泥输送口Ⅰ，10、污泥输送口Ⅱ，11、流化风进口， 12、流化风出口，13、烟气进口Ⅰ，14、烟气进口Ⅱ，15、烟气出口Ⅰ，16、烟气出口Ⅱ，17、烟气出口Ⅲ，18、空气进口，19、氧化态氧载体，20、还原态氧载体。 具体实施方式[0022] 下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0023] 实施例1如图1所示：一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥的装置，包括反应器、换向阀、污泥输送通道和尾气处理装置；所述反应器两个，包括氧化反应器1和还原反应器2，且反应器外围设有蓄热体3；所述换向阀设置在氧化反应器1和还原反应器2之间，换向阀包括换向阀Ⅰ4、换向阀Ⅱ5和换向阀Ⅲ6；所述污泥输送通道包括污泥输送通道Ⅰ7和污泥输送通道Ⅱ8；所述氧化反应器1上设有污泥输送口Ⅰ9, 污泥输送口Ⅰ9连接有污泥输送通道Ⅰ7，且氧化反应器1下端设有流化风进口11，上端设有流化风出口12、烟气出口Ⅰ15和烟气进口Ⅰ13；所述还原反应器2上设有污泥输送口Ⅱ10, 污泥输送口Ⅱ10连接有污泥输送通道Ⅱ8，且还原反应器2下端设有空气进口18，上端设有烟气出口Ⅱ16、烟气出口Ⅲ17和烟气进口Ⅱ14；所述换向阀Ⅱ5和换向阀Ⅲ6分别与尾气处理装置连接。 [0024] 进一步的，所述换向阀Ⅰ4设置在流化风进口11和空气进口18之间，且换向阀Ⅰ4与流化风进口11和空气进口18连接。 [0025] 进一步的，所述换向阀Ⅱ5设置在烟气进口Ⅰ13与烟气出口Ⅱ16之间，且换向阀Ⅱ5与烟气进口Ⅰ13和烟气出口Ⅱ16连接。 [0026] 进一步的，所述换向阀Ⅲ6设置在流化风出口12与烟气进口Ⅱ14之间，且换向阀Ⅲ6与流化风出口12和烟气进口Ⅱ14连接。 [0027] 进一步的，所述烟气出口Ⅰ15和烟气出口Ⅲ17分别与尾气处理装置连接。 [0028] 进一步的，所述空气进口18和流化风进口11处均设有压力泵和流量计。 [0029] 进一步的，所述氧化反应器1内设置有氧化态氧载体19，还原反应器2内设置有还原态氧载体20。 [0030] 一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥方法，包括以下步骤为：A.氧化反应 空气经过换向阀Ⅰ4，从空气进口18进入到还原反应器2中；在还原反应器2中，还原态氧载体20与空气中O2发生氧化反应，生成氧化态氧载体19颗粒，完成氧载体的再生；在氧化反应过程中，通过调节压力泵和流量计，控制空气的流量和流速，使得还原态氧载体20完全发生氧化反应； B还原反应 污泥由污泥输送通道Ⅰ7输送至污泥输送口Ⅰ9，进入氧化反应器1中；在氧化反应器1中，污泥进行热解气化反应，生成燃料气体，同时，燃料气体与氧化态氧载体19发生还原反应，生成还原态氧载体20颗粒、CO2和水蒸气，而还原态氧载体20颗粒进入下一个循环工艺，进行再利用；在污泥热解气化反应过程中，通过调节压力泵和流量计，控制流化风的流量和流速，使得污泥处于沸腾状态，进而使还原反应完全； C．余热回收及尾气处理 氧化反应过程中所产生的高温烟气经过烟气出口Ⅱ16，再依次通过换向阀Ⅱ5和烟气进口Ⅰ13，进入到氧化反应器1内，高温烟气进行换热后，通过流化风出口12，进入到换向阀Ⅲ6，最后经过尾气处理装置，经检测合格后，被排放； 还原反应过程中，所产生部分CO2和水蒸气通过流化风出口12进入到换向阀Ⅲ6，最后经过尾气处理装置，经检测合格后，被排放；部分CO2经冷凝后作为流化风利用。 [0031] 进一步的，通过切换换向阀和间歇式污泥给料，两个反应器分别作为氧化反应器1和还原反应器2，周期性交替工作。 [0032] 实施例2一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥的装置，包括反应器、换向阀、污泥输送通道和尾气处理装置；所述反应器为三个，包括一个氧化反应器1和两个还原反应器2，氧化反应器1设置在两个还原反应器2之间，且反应器外围设有蓄热体3；所述换向阀设置在氧化反应器1和还原反应器2之间，换向阀包括换向阀Ⅰ4、换向阀Ⅱ5和换向阀Ⅲ6；所述污泥输送通道包括污泥输送通道Ⅰ7和污泥输送通道Ⅱ8；所述氧化反应器1上设有污泥输送口Ⅰ9, 污泥输送口Ⅰ9连接有污泥输送通道Ⅰ7，且氧化反应器1下端设有流化风进口11，上端设有流化风出口 12、烟气出口Ⅰ15和烟气进口Ⅰ13；所述还原反应器2上设有污泥输送口Ⅱ10, 污泥输送口Ⅱ 10连接有污泥输送通道Ⅱ8，且还原反应器2下端设有空气进口18，上端设有烟气出口Ⅱ16、烟气出口Ⅲ17和烟气进口Ⅱ14；所述换向阀Ⅱ5和换向阀Ⅲ6分别与尾气处理装置连接。 [0033] 进一步的，所述换向阀Ⅰ4设置在流化风进口11和空气进口18之间，且换向阀Ⅰ4与流化风进口11和空气进口18连接。 [0034] 进一步的，所述换向阀Ⅱ5设置在烟气进口Ⅰ13与烟气出口Ⅱ16之间，且换向阀Ⅱ5与烟气进口Ⅰ13和烟气出口Ⅱ16连接。 [0035] 进一步的，所述换向阀Ⅲ6设置在流化风出口12与烟气进口Ⅱ14之间，且换向阀Ⅲ6与流化风出口12和烟气进口Ⅱ14连接。 [0036] 进一步的，所述烟气出口Ⅰ15和烟气出口Ⅲ17分别与尾气处理装置连接。 [0037] 进一步的，所述空气进口18和流化风进口11处均设有压力泵和流量计。 [0038] 进一步的，所述氧化反应器1内设置有氧化态氧载体19，还原反应器2内设置有还原态氧载体20。 [0039] 一种基于蓄热型化学链燃烧处理污泥方法，包括以下步骤为：A.氧化反应 空气经过换向阀Ⅰ4，从空气进口18进入到还原反应器2中；在还原反应器2中，还原态氧载体20与空气中O2发生氧化反应，生成氧化态氧载体19颗粒，完成氧载体的再生；在氧化反应过程中，通过调节压力泵和流量计，控制空气的流量和流速，使得还原态氧载体20完全发生氧化反应； B还原反应 污泥由污泥输送通道Ⅰ7输送至污泥输送口Ⅰ9，进入氧化反应器1中；在氧化反应器1中，污泥进行热解气化反应，生成燃料气体，同时，燃料气体与氧化态氧载体19发生还原反应，生成还原态氧载体20颗粒、CO2和水蒸气，而还原态氧载体20颗粒进入下一个循环工艺，进行再利用；在污泥热解气化反应过程中，通过调节压力泵和流量计，控制流化风的流量和流速，使得污泥处于沸腾状态，进而使还原反应完全； C．余热回收及尾气处理 氧化反应过程中所产生的高温烟气经过烟气出口Ⅱ16，再依次通过换向阀Ⅱ5和烟气进口Ⅰ13，进入到氧化反应器1内，高温烟气进行换热后，通过流化风出口12，进入到换向阀Ⅲ6，最后经过尾气处理装置，经检测合格后，被排放； 还原反应过程中，所产生部分CO2和水蒸气通过流化风出口12进入到换向阀Ⅲ6，最后经过尾气处理装置，经检测合格后，被排放；部分CO2经冷凝后作为流化风利用。 [0040] 进一步的，通过切换换向阀和间歇式污泥给料，两个反应器分别作为氧化反应器1和还原反应器2，周期性交替工作。 [0041] 实施例3在实施例1-2的技术方案中，设定1t的含水率为80%污泥利用此装置及方法后，只剩下 40～60kg的灰渣；同时，能源节约400kcal/kg（含水率为80%的污泥）；尾气排放低：二噁英排放量＜0.1 ng-TEQ/m3；NOx排放浓度＜10mg/m3；SOx排放小于50mg/m3。 |
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