CN108529844A - 一种污泥气体热载体分级低温热解系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥气体热载体分级低温热解系统及方法，包括搅拌成型器以及连接在搅拌成型器出口端的布料器，布料器的出口端设置在多孔金属带的正上方，多孔金属带的传输方向依次经过干燥反应器、热解反应器和干熄焦反应器，且多孔金属带末端伸出干熄焦反应器用于输出半焦；将部分半焦返混，与原污泥搅拌后成型，在多孔金属带进行污泥颗粒层布料，以气体热载体分级热解的方式，结合干法熄焦、焦油回收、热解气回用等系统工艺，实现了污泥热解系统模块化，多重除尘措施减小了焦油尘含量，提升了产品附加值，降低了污泥热解的能耗，回收了污泥中的水分，大幅减小污染严重的热解含酚废水水量，使工艺的经济性显著提升。

Description

一种污泥气体热载体分级低温热解系统及方法

技术领域

本发明属于污泥处置技术领域，尤其涉及一种污泥气体热载体分级低温热解系统及方法。

背景技术

随着我国污水处理率的逐年上升，富集了污水中50％以上重金属和90％以上致病微生物的污泥产量越来越大，若得不到有效处置，危害程度将很严重，近年来国家出台《水污染防治行动计划》(即“水十条”)等多项政策，强调污泥必须得到妥善处置。热解技术，即在无氧或缺氧条件下加热污泥，经过传热传质过程，得到热解气、焦油、半焦。污泥的热解技术相较于其他处置技术，具有经济性好、污染物排放少、热解产物利用潜力大等优势，已成为研究热点。

一般污水厂需要处置的脱水污泥含水率在80％左右，若直接热解，将能耗巨大，且产生大量的含酚热解废水，污染严重。若使用喷水、水封等方式冷却半焦，同样会产生难以处置的高浓含酚废水。一些专利技术采用固体热载体、外热式热解，存在传质传热不均、设备磨损大、热效率低、处理能力小、反应时间长等问题。此外，限制污泥热解技术产业化的一个重要原因，在于焦油中尘含量过高，利用难度大，严重影响了工艺的经济性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种污泥气体热载体分级低温热解系统及方法，将半焦返混，与原污泥搅拌后成型，在多孔金属带进行污泥颗粒层布料，以气体热载体分级热解的方式，结合干法熄焦、焦油回收、热解气回用等系统工艺，实现了污泥热解系统模块化，多重除尘措施减小了焦油尘含量，提升了产品附加值，降低了污泥热解的能耗，回收了污泥中的水分，大幅减小污染严重的热解含酚废水水量，使工艺的经济性显著提升。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种污泥气体热载体分级低温热解系统，包括搅拌成型器以及连接在搅拌成型器出口端的布料器，布料器的出口端设置在多孔金属带的正上方，多孔金属带的传输方向依次经过干燥反应器、热解反应器和干熄焦反应器，且多孔金属带末端伸出干熄焦反应器用于输出半焦。

所述干燥反应器的气体出口端依次连接水冷集尘器和冷却除水器，干燥反应器内的循环干燥烟气经过水冷集尘器和冷却除水器后送入干熄焦反应器的布气室，干熄焦反应器中循环干燥烟气和热风炉提供的热烟气均通过管道连接至干燥气混合室，干燥气混合室与布气板连通，布气板设置在干燥反应器中且位于多孔金属带下方；

热风炉输出端连接至冷煤气配温室，冷煤气配温室连接至热解反应器的气体输入端，热解反应器的气体输出端依次连接有高温气固分离系统和焦油回收系统，含有焦油气的荒热解气在高温气固分离系统中除尘后进入焦油回收系统中捕集焦油。

焦油回收系统的气体输出端连接至冷煤气配温室，焦油回收系统与冷煤气配温室之间连接有冷煤气风机。

所述水冷集尘器和冷却除水器之间连接有干燥熄焦风机。

所述多孔金属带的起始端伸出干燥反应器的反应腔室。

一种污泥气体热载体分级低温热解方法，用上述热解系统，具体包括以下步骤：

步骤一：将脱水污泥与经过干熄焦的污泥半焦在搅拌成型器中充分搅拌混合均匀得到混合物并在搅拌成型器中成型为污泥颗粒；然后通过布料系统将污泥颗粒在多孔金属带上铺设为料层；

步骤二：料层铺设完毕后，转动多孔金属带带动污泥颗粒进入干燥反应器，将105～200℃的循环干燥烟气通入干燥反应器，与污泥颗粒直接接触对污泥颗粒进行干燥至含水率小于20％；

步骤三：干燥后的污泥颗粒随着多孔金属带进入热解反应器，将450～700℃的载热气通入热解反应器下部的布气室分散均匀，与干燥后的污泥颗粒直接接触进行热解，当物料的格金焦油产率低于1％时，热解完成；

步骤四：热解完成的半焦随多孔金属带进入干熄焦反应器进行干熄焦。

所述步骤一中，所述的脱水污泥包括含水率为70％～90％市政污泥和工业污泥，脱水污泥与经过干熄焦的污泥半焦混合，并控制混合物的含水率在70％以下；污泥颗粒的粒径为2mm～20mm，料层厚度小于2000mm，多孔金属带的孔径小于污泥颗粒的粒径。

所述步骤二中，熄焦后烟气与热风炉提供的部分热烟气在干燥气混合室中混合均匀得到循环干燥烟气，在对污泥颗粒进行干燥过程中，流经料层的循环干燥烟气夹杂着水分、细粉尘颗粒进入水冷集尘器，脱出粉尘颗粒及部分水分后经过干燥熄焦风机加压及冷却除水器除水后，循环干燥烟气通过布气板进入干熄焦反应器，与干熄焦反应器中的热半焦接触换热后得到熄焦后烟气，熄焦后烟气进入干燥气混合室。

所述步骤三中，热风炉的部分热烟气与冷煤气在冷煤气配温室中配温后形成载热气，热解过程中载热气夹杂着细粉尘流经料床的过程中与料床中的污泥颗粒发生碰撞和吸附，部分细粉尘被截留，剩余粉尘随含有焦油气的热解气进入高温气固分离系统被除去；之后，热解气进入焦油回收系统回收焦油，同时降温至30～80℃得到冷煤气。

所述步骤三中，热风炉的热源为天然气或液化气，热解气经过高温气固分离系统和焦油回收系统得到的冷煤气作为补充热源，联合提供干燥、热解过程所需热量。

与现有污泥热解技术相比，本发明至少具有以下有益效果：通过半焦返混，降低了脱水污泥的含水率，减小了干化及后续热解的负荷；通过干化、热解分级，可回收污泥外水，降低热解过程中含酚废水的产量，降低能耗，缩短热解时间；通过干燥气吹脱、物料层碰撞吸附、高温气固分离等多重作用，实现细粉尘的高效分离，提升焦油品质；干化、热解、熄焦紧密连接，输送成本小；各环节为内热式直接换热，传质均匀，传热高效；干燥气、热解煤气循环利用，物料简约；系统动设备包括滚轴、干燥熄焦风机、冷煤气风机等均设置在低温区，气体中焦油、水含量低，动设备的运行稳定可靠，磨损小。

本发明的系统实现了分级热解，因为热解废水的酚含量非常高，处理难度较大，本发明首先将污泥在干燥反应器中进行干燥处理，能够很好的降低污泥颗粒中所含的水分，而且不使其中大量的挥发份逸出，此时产生的污水更容易进行处理回用，对于后续的热解工序而言，能够极大程度的降低能耗，并且缩短了热解的时间，提高效率，减少热解废水的产生，降低废水处理成本，环保优势明显；采用滚轴带动多孔金属带，进而带动料层移动进行热解，热解气穿过料层时，其中的粉尘可与料层实现碰撞、吸附自除尘，减少了进入后续工段细粉尘总量，降低了后续除尘环节负荷，降低污泥焦油尘含量，提升其品质，同时干化、热解、熄焦紧密链接，能量回收率高，节约物料输送成本；在熄焦阶段，本发明采用干法熄焦，不产生湿法熄焦难以处置的污水，且半焦品质更好；另外，本发明中的气体热载体直接与污泥接触进行干化、热解和熄焦，换热效果好，易于实现粉尘、水分的分离，且干化、热解气实现了循环利用，能效高，工业化难度小；进一步的，干燥熄焦风机和冷煤气风机等动设备均设置在低温区，部件机械变形小，且低温区的焦油或者水含量较低，降低了设备的磨损，保证了设备运行的稳定可靠。本发明还实现了干燥熄焦、热解焚烧双气路循环，能够对工作过程中的气体物料进行充分的循环利用，进一步的降低能耗物耗提高效率。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明中污泥颗粒形成的料床结构示意图。

图3为多孔金属带与各个反应器之间的结构示意图。

附图中：1.搅拌成型器、2.布料器、3.干燥反应器、4.热解反应器、5.干熄焦反应器、6.水冷集尘器、7.干燥熄焦风机、8.冷却除水器、9.干燥气混合室、10.高温气固分离系统、11.焦油回收系统、12.冷煤气风机、13.热风炉、14.冷煤气配温室，31.多孔金属带、311.滚轴、32.污泥料层、33.布气板、34.热载体进口、35.热载体出口、101.污泥进料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步描述。

本发明包括成型-布料系统、烘干-干熄焦系统、热解系统和分离-回收系统，其中，成型-布料系统中，脱水污泥与经过干法熄焦的、不自燃的半焦充分搅拌混合，制成球状颗粒，以一定厚度分布在滚轴传动的多孔金属带上，进入烘干-干熄焦系统，热烟气经过干燥反应器下方的布气室与多孔金属带，穿过物料层，带走水分和细尘颗粒；含水、含尘热烟气经过间接水冷的旋风分离器后，经过风机加压，从上部送入干熄焦反应器的布气室进行熄焦，穿过半焦及多孔金属带后，经过降温的干燥烟气进入干燥气混合室与来自热风炉的部分烟气混合，进入干燥反应器，形成循环。经过干燥的污泥，随着多孔金属带，进入热解系统；热风炉中的热烟气除了少量补充干燥气外，大部分与一路冷煤气在冷煤气配温室混合后，经过热解反应器下部的布气室及多孔金属带，与污泥充分接触热解；含有焦油气的热解气从热解反应器顶部进入分离-回收系统进行除尘、回收焦油，洁净的冷煤气通风风机一路送入热风炉焚烧回收热量，所产热烟气供干燥、热解使用；一路送入冷煤气配温室配温，富余热解气外送。

如图1、图2和图3所示，本发明的系统包括搅拌成型器1以及连接在搅拌成型器1出口端的布料器2，布料器2的出口端设置在多孔金属带31的正上方，多孔金属带31的传输方向依次经过干燥反应器3、热解反应器4和干熄焦反应器5，且多孔金属带31末端伸出干熄焦反应器5用于输出半焦，多孔金属带31的起始端伸出干燥反应器3的反应腔室；

干燥反应器3的气体出口端依次连接水冷集尘器6和冷却除水器8，干燥反应器3产生的干燥烟气经过水冷集尘器6、干燥熄焦风机7和冷却除水器8后送入干熄焦反应器5的布气室，干熄焦反应器5中产生的循环烟气和热风炉13提供的部分热烟气均通过管道连接至干燥气混合室9，干燥气混合室9与多孔金属带31下方的布气板33连通；

热风炉13主管路与冷煤气一管路均连接至冷煤气配温室14，焦油回收系统11与冷煤气配温室14之间连接有冷煤气风机12；冷煤气配温室连接至热解反应器4的气体输入端，热解反应器4的气体输出端依次连接有高温气固分离系统10和焦油回收系统11，含有焦油气的荒热解气在高温气固分离系统10中除尘后进入焦油回收系统11中捕集焦油；

采用本发明的系统进行污泥气体热载体分级低温热解的具体步骤如下：

(1)首先，将含水率在70％～90％的脱水污泥与部分经过干熄焦的污泥半焦在搅拌成型器1中充分搅拌混合均匀得到混合物，混合所得到的混合物的含水率在70％以下，且经过干熄焦的污泥半焦的温度为60～100℃，并在搅拌成型器1中成型为粒径在2mm～20mm之间的污泥颗粒；之后利用布料系统2，将成型的污泥颗粒均匀铺设在孔径小于其粒径大小的多孔金属带上，形成厚度为2～2000mm的料层；

在本步骤中，所提到的经过干熄焦的污泥半焦为本系统物料出口端的经过干熄焦工序的污泥颗粒，此部分污泥颗粒部分回流到原料阶段，与脱水污泥进行物料的混合，进一步降低脱水污泥的含水率，使脱水污泥具有更好的理化特性，能够成型布料，形成颗粒床从而进行干燥与热解反应，使得热载体与物料充分接触，降低压降达到更好的传热传质效果。

(2)通过滚轴，使得金属带传动，带动污泥颗粒进入干燥反应器3，循环干燥气与热风炉13提供的部分热烟气在干燥气混合室9中混合均匀对循环干燥烟气升温，温度为105～200℃，之后进入干燥反应器3，循环干燥烟气与污泥颗粒直接接触，在本发明的具体实施例中，出口(即与水冷集尘器6连通的气体出口)的循环干燥烟气温度在50～120℃，随后夹杂着水分、细粉尘颗粒的循环干燥烟气进入水冷集尘器6，脱出粉尘颗粒及部分水分，同时会降温至30～50℃，经过干燥熄焦风机7加压及冷却除水器8除水并释放弛放气后，循环干燥烟气通过设置在干熄焦反应器5顶部或者底部的布气板进入干熄焦反应器5，与500℃左右热半焦直接接触换热后输送至干燥气混合室9；污泥颗粒在干燥反应器3中干燥至含水率小于20％，完成对污泥颗粒的干燥；

(3)污泥颗粒随着多孔金属带进入热解反应器4；以用天然气或液化气为热源，冷煤气作为补充热源，联合提供热烟气所需热量；热烟气在冷煤气配温室14经过冷煤气配温后得到载热气，温度在450～700℃，首先进入热解反应器4下部的布气室分散均匀，之后与干燥的污泥颗粒直接接触；由于料层有一定厚度，且密度适中，干燥段未除掉以及新产生的细粉尘跟随气流向上运动的过程中与污泥颗粒发生碰撞吸附效果，部分细粉尘被截留，部分粉尘随含有焦油气的热解气(载热气经热解后形成热解气)进入高温气固分离系统10被除去；之后热解气进入焦油回收系统11回收焦油，同时降温至30～80℃得到冷煤气，经过冷煤气风机12后，部分回用燃烧及配温，部分排出系统处置，完成气体循环；当位于热解反应器4中的半焦的格金焦油产率在1％以下时，热解完成；多孔金属带31将热解完成的半焦送入干熄焦反应器中，干熄焦反应器5将污泥颗粒的温度控制在80℃以下。

经过干熄焦的污泥半焦温度设置合理，则不会因为温度过高导致VOC逸出，与脱水污泥混合后物料的物化特性更好；在干燥段，干燥器与物料接触带走了部分细粉尘，减轻了后续除尘压力；污泥颗粒的粒径需设置合理，粒径过小会导致气体压降过大，传热传质效果、除尘效果差，粒径过大则会导致干化热解不充分，拉长热解时间，降低反应器处置能力。

如图2所示，热解过程中，料层形成了具有过滤作用的颗粒床，能够通过碰撞、吸附、静电等作用将细粉尘截留在颗粒床内，避免细粉尘随热解气进入后续工段，降低后续除尘、焦油回收工段负荷。

本发明的某一具体实施例，含水率70％～90％的脱水污泥与60～100℃的半焦在搅拌成型器中按照质量比(0.5～5):1充分搅拌混合，并成型为粒径3mm的污泥颗粒，在等效孔径为2mm的多孔合金钢上布料，料层宽度为2m，厚度20mm。物料进入干燥段后，与150℃干燥烟气直接接触，热烟气出口温度维持100℃，停留时间70min，污泥含水率降至10％，随后进入热解反应器。热解反应器中，污泥与550℃的热烟气充分接触，污泥停留时间80min,含焦油气的荒热解气出反应器的温度为480℃，经过高温气固分离系统、焦油回收系统去除粉尘及收集焦油，不含焦油的热解气被降温至50℃后排出系统进行能量回收再利用。之后半焦进入干熄焦系统，与经过冷却、除尘、除水的30℃干燥烟气直接接触降温，停留时间30min，半焦降温至80℃，循环干燥烟气出口温度60℃。

Claims (10)

1.一种污泥气体热载体分级低温热解系统，其特征在于，包括搅拌成型器(1)以及连接在搅拌成型器(1)出口端的布料器(2)，布料器(2)的出口端设置在多孔金属带(31)的正上方，多孔金属带(31)的传输方向依次经过干燥反应器(3)、热解反应器(4)和干熄焦反应器(5)，且多孔金属带(31)末端伸出干熄焦反应器(5)用于输出半焦。

2.根据权利要求1所述的一种污泥气体热载体分级低温热解系统，其特征在于，所述干燥反应器(3)的气体出口端依次连接水冷集尘器(6)和冷却除水器(8)，干燥反应器(3)内的循环干燥烟气经过水冷集尘器(6)和冷却除水器(8)后送入干熄焦反应器(5)的布气室，干熄焦反应器(5)中循环干燥烟气和热风炉(13)提供的热烟气均通过管道连接至干燥气混合室(9)，干燥气混合室(9)与布气板(33)连通，布气板(33)设置在干燥反应器(3)中且位于多孔金属带(31)下方；

热风炉(13)输出端连接至冷煤气配温室(14)，冷煤气配温室(14)连接至热解反应器(4)的气体输入端，热解反应器(4)的气体输出端依次连接有高温气固分离系统(10)和焦油回收系统(11)，含有焦油气的荒热解气在高温气固分离系统(10)中除尘后进入焦油回收系统(11)中捕集焦油。

3.根据权利要求2所述的一种污泥气体热载体分级低温热解系统，其特征在于，焦油回收系统(11)的气体输出端连接至冷煤气配温室(14)，焦油回收系统(11)与冷煤气配温室(14)之间连接有冷煤气风机(12)。

4.根据权利要求2所述的一种污泥气体热载体分级低温热解系统，其特征在于，所述水冷集尘器(6)和冷却除水器(8)之间连接有干燥熄焦风机(7)。

5.根据权利要求1所述的一种污泥气体热载体分级低温热解系统，其特征在于，所述多孔金属带(31)的起始端伸出干燥反应器(3)的反应腔室。

6.一种污泥气体热载体分级低温热解方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的热解系统，具体包括以下步骤：

步骤一：将脱水污泥与经过干熄焦的污泥半焦在搅拌成型器(1)中充分搅拌混合均匀得到混合物并在搅拌成型器(1)中成型为污泥颗粒；然后通过布料系统(2)将污泥颗粒在多孔金属带(31)上铺设为料层；

步骤二：料层铺设完毕后，转动多孔金属带(31)带动污泥颗粒进入干燥反应器(3)，将105～200℃的循环干燥烟气通入干燥反应器(3)，与污泥颗粒直接接触对污泥颗粒进行干燥至含水率小于20％；

步骤三：干燥后的污泥颗粒随着多孔金属带进入热解反应器(4)，将450～700℃的载热气通入热解反应器(4)下部的布气室分散均匀，与干燥后的污泥颗粒直接接触进行热解，当物料的格金焦油产率低于1％时，热解完成；

步骤四：热解完成的半焦随多孔金属带(31)进入干熄焦反应器(5)进行干熄焦。

7.根据权利要求6所述的一种污泥气体热载体分级低温热解方法，其特征在于，所述步骤一中，所述的脱水污泥包括含水率为70％～90％市政污泥和工业污泥，脱水污泥与经过干熄焦的污泥半焦混合，并控制混合物的含水率在70％以下；污泥颗粒的粒径为2mm～20mm，料层厚度小于2000mm，多孔金属带(31)的孔径小于污泥颗粒的粒径。

8.根据权利要求6所述的一种污泥气体热载体分级低温热解方法，其特征在于，所述步骤二中，熄焦后烟气与热风炉(13)提供的部分热烟气在干燥气混合室(9)中混合均匀得到循环干燥烟气，在对污泥颗粒进行干燥过程中，流经料层的循环干燥烟气夹杂着水分、细粉尘颗粒进入水冷集尘器(6)，脱出粉尘颗粒及部分水分后经过干燥熄焦风机(7)加压及冷却除水器(8)除水后，循环干燥烟气通过布气板进入干熄焦反应器(5)，与干熄焦反应器(5)中的热半焦接触换热后得到熄焦后烟气，熄焦后烟气进入干燥气混合室(9)。

9.根据权利要求6所述的一种污泥气体热载体分级低温热解方法，其特征在于，所述步骤三中，热风炉(13)的部分热烟气与冷煤气在冷煤气配温室(14)中配温后形成载热气，热解过程中载热气夹杂着细粉尘流经料床的过程中与料床中的污泥颗粒发生碰撞和吸附，部分细粉尘被截留，剩余粉尘随含有焦油气的热解气进入高温气固分离系统(10)被除去；之后，热解气进入焦油回收系统(11)回收焦油，同时降温至30～80℃得到冷煤气。

10.根据权利要求6所述的一种污泥气体热载体分级低温热解方法，其特征在于，所述步骤三中，热风炉(13)的热源为天然气或液化气，热解气经过高温气固分离系统(10)和焦油回收系统(11)得到的冷煤气作为补充热源，联合提供干燥、热解过程所需热量。