公布日：2023.12.29

申請日：2023.10.20

分類號：C02F11/13(2019.01)I;C02F11/121(2019.01)I;C02F11/10(2006.01)I

摘要

本發(fā)明提供了一種污泥處置與儲能的一體化裝置及運行方法，包括用于污泥初次沉淀的污泥沉淀池，污泥沉淀池與污泥二次沉淀池相連，污泥二次沉淀池通過離心濃縮器與污泥干化爐相連，污泥干化爐與進行干化的高溫熱泵相連，污泥干化爐的出口與污泥熱解爐相連；污泥熱解爐的出口與污泥回熱罐相連，污泥熱解爐同時與帶壓熱解氣儲氣罐相連；污泥熱解爐的頂部與初效除塵罐相連，初效除塵罐與高溫物料存儲罐相連；污泥回熱罐與高溫物料存儲罐相連，高溫物料存儲罐與中低溫物料存儲罐相連。通過在各可用環(huán)節(jié)設置回熱裝置，將中低溫熱量用于儲能干化過程，減少能源輸入并提高能量使用效率，此外專門設置一高溫儲熱罐，將固結(jié)后的污泥顆粒作為儲熱介質(zhì)，供釋能時使用。

權(quán)利要求書

1.一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，包括用于污泥初次沉淀的污泥沉淀池（1），污泥沉淀池（1）與污泥二次沉淀池（2）相連，污泥二次沉淀池（2）通過離心濃縮器（32）與污泥干化爐（4）相連，污泥干化爐（4）與進行干化的高溫熱泵（3）相連，污泥干化爐（4）的出口與污泥熱解爐（5）相連；污泥熱解爐（5）的出口與污泥回熱罐（7）相連，污泥熱解爐（5）同時與帶壓熱解氣儲氣罐（6）相連；污泥熱解爐（5）的頂部與初效除塵罐（8）相連，初效除塵罐（8）與高溫物料存儲罐（9）相連；污泥回熱罐（7）與高溫物料存儲罐（9）相連，高溫物料存儲罐（9）與中低溫物料存儲罐（10）相連；所述帶壓熱解氣儲氣罐（6）的頂部通過熱解氣控制閥（33）與燃氣輪機（14）相連，燃氣輪機（14）通過燃氣乏汽靜電除塵（23）與空氣預熱換熱器（24）相連，空氣預熱換熱器（24）通過變頻空氣壓氣機（11）、第一空氣加熱器旁通三通閥（30）和第二空氣加熱器旁通三通閥（31）與燃氣輪機（14）的進口相連通；所述第一空氣加熱器旁通三通閥（30）上設置有連接口A1，第二空氣加熱器旁通三通閥（31）上設置有連接口B1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述污泥干化爐（4）的頂部通過第一水蒸汽冷凝引風機旁通三通閥（28）和第二水蒸汽冷凝引風機旁通三通閥（29）與蒸汽冷凝器（25）相連，蒸汽冷凝器（25）與污泥沉淀池（1）相連；第一水蒸汽冷凝引風機旁通三通閥（28）和第二水蒸汽冷凝引風機旁通三通閥（29）之間設置有水蒸汽冷凝引風機（15）；蒸汽冷凝器（25）上設置有冷卻水進口C和冷卻水出口D。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述污泥干化爐（4）的內(nèi)部設置有用于濕污泥（401）干化的換熱器（402），污泥干化爐（4）的底端設置有用于污泥排出的第一螺旋進料器（403）。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述高溫熱泵（3）通過第二污泥干化熱源三通閥（27）與換熱器（402）相連，換熱器（402）的另一端通過低溫回熱載熱介質(zhì)循環(huán)泵（16）和第一污泥干化熱源三通閥（26）與高溫熱泵（3）相連，第二污泥干化熱源三通閥（27）與低溫回熱載熱介質(zhì)循環(huán)泵（16）和第一污泥干化熱源三通閥（26）之間的管路相連通。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述污泥熱解爐（5）的內(nèi)部從上到下依次設置有用于對污泥（501）進行熱解的預熱加熱器（502）和干餾加熱器（503），污泥熱解爐（5）的底端設置有用于污泥排出的第二螺旋進料器（504）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述預熱加熱器（502）通過中溫回熱載熱介質(zhì)循環(huán)泵（19）與帶壓熱解氣儲氣罐（6）內(nèi)部的預熱回熱器（601）相連。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述干餾加熱器（503）通過高溫回熱載熱介質(zhì)循環(huán)泵（18）與污泥回熱罐（7）內(nèi)部的第一干餾回熱器（702）相連，污泥回熱罐（7）的底端設置有回熱污泥（701）排出的第三螺旋進料器（703）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述初效除塵罐（8）通過熱解氣布袋除塵器（22）和熱解氣增壓機（13）與帶壓熱解氣儲氣罐（6）的頂部相連通；所述初效除塵罐（8）的底端設置有用于污泥粉塵（801）排出的第四螺旋進料器（802）。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述高溫物料存儲罐（9）的內(nèi)部設置有第二干餾回熱器（902），第二干餾回熱器（902）通過高溫釋能載熱介質(zhì)循環(huán)泵（17）與空氣加熱器（20）相連；高溫物料存儲罐（9）的底端設置有用于高溫干化污泥（901）排出的第五螺旋進料器（903）；所述空氣加熱器（20）上設置有連接口A2和連接口B2。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述中低溫物料存儲罐（10）的內(nèi)部設置有干化回熱器（1002），干化回熱器（1002）通過第一污泥干化熱源三通閥（26）和第二污泥干化熱源三通閥（27）相連通；中低溫物料存儲罐（10）的底端設置有用于中低溫干化污泥（1001）排出的第六螺旋進料器（1003）。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述連接口A1能夠與連接口A2相連，連接口B1能夠與連接口B2相連。

12.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置，其特征在于，所述污泥熱解爐（5）的上部通過熱風循環(huán)動力風機（12）和熱風循環(huán)輻射爐（21）與污泥熱解爐（5）的下部相連通。

13.一種污泥處置與儲能的一體化裝置的運行方法，其特征在于，所述方法采用權(quán)利要求1-12中任意一項所述一體化裝置實現(xiàn)，所述方法具體包括：模式一，污泥干化與儲能流程：主要用于污泥的干化，并儲存污泥干化工藝過程中的能量；模式二，釋能流程：用于將模式一中所儲存的能量進行釋放。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置的運行方法，其特征在于，所述污泥干化與儲能流程具體為：污泥經(jīng)污泥沉淀池（1）、污泥二次沉淀池（2）濃縮后含水量降至96%，再通過離心濃縮器（32）將污泥含水量降至35%以下后，進入污泥干化爐（4）；在污泥干化爐（4）內(nèi)使用90-120℃低溫介質(zhì)對其進行連續(xù)加熱，其驅(qū)動熱源由高溫熱泵（3）和中低溫物料存儲罐（10）提供，當污泥干化與儲能流程連續(xù)運行時以中低溫物料存儲罐（10）的熱源為主，當污泥干化與儲能流程不連續(xù)時以高溫熱泵（3）輔助，在污泥干化爐（4）內(nèi)由于溫升產(chǎn)生的氣、汽混合物通過蒸汽冷凝器（25）冷凝降溫降壓排至污泥沉淀池（1），蒸汽冷凝器（25）的冷源來自污水處理廠內(nèi)的排放水，冷水水源經(jīng)由蒸汽冷凝器（25）的冷卻水進口C和冷卻水出口D進出，污泥干化爐（4）內(nèi)不凝性氣體過多時啟動水蒸汽冷凝引風機（15）協(xié)助不凝性氣體的排出，污泥干化爐（4）內(nèi)將污泥干化至30%以下后將污泥送入污泥熱解爐（5）；污泥熱解爐（5）從下至上分為3個加熱區(qū)，最下端為熱解氣化區(qū)其工作溫度500-800℃，中部為干餾區(qū)其工作溫度主要控制在200-500℃，上部為預熱區(qū)其工作溫度為60-200℃，其中熱解氣化區(qū)主要為熱風加熱其溫度不低于1100℃采用循環(huán)加熱模式，爐膛上部混合氣通過熱風循環(huán)動力風機（12）增壓后進入熱風循環(huán)輻射爐（21）進行二次裂解，通過充分反應后，一方面裂解氣被吸入初效除塵罐（8），后固體部分粉塵通過送入高溫物料存儲罐（9），再由高溫物料存儲罐（9）送入中低溫物料存儲罐（10），氣體經(jīng)熱解氣布袋除塵器（22）再次除塵后經(jīng)熱解氣增壓機（13）增壓后帶壓熱解氣儲氣罐（6）回熱至常溫段自然冷卻，另一方面結(jié)晶后的固體物料由位于污泥熱解爐（5）下部的螺旋進料器送入到污泥回熱罐（7），污泥回熱罐（7）經(jīng)回熱后進入高溫物料存儲罐（9）該部分熱量在釋能過程提熱后進入中低溫物料存儲罐（10），中低溫物料存儲罐（10）內(nèi)存儲熱量用于污泥干化與儲能流程，完成污泥干化與儲能流程。

15.根據(jù)權(quán)利要求13所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置的運行方法，其特征在于，所述釋能流程具體為：其中連接口A1和連接口A2相連，連接口B1和連接口B2相連，一方面冷空氣在空氣預熱換熱器（24）中回收燃機排氣中的熱量后經(jīng)變頻空氣壓氣機（11）增壓后進入空氣加熱器（20）進行再次加熱后進入燃氣輪機（14），另一方面高壓熱解氣從帶壓熱解氣儲氣罐（6）出發(fā)經(jīng)由熱解氣控制閥（33）流量控制進入燃氣輪機（14），并與同時進入的高溫高壓空氣混合，點燃后推動燃氣輪機（14）發(fā)電，后進入燃氣乏汽靜電除塵（23）進一步凈化后，進入空氣預熱換熱器（24）將熱量傳遞給冷空氣后排放，完成釋能過程。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述一種污泥處置與儲能的一體化裝置的運行方法，其特征在于，所述空氣加熱器（20）的熱源來自于高溫物料存儲罐（9），利用第一空氣加熱器旁通三通閥（30）、第二空氣加熱器旁通三通閥（31）聯(lián)合控制也可旁通該加熱過程。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種污泥處置與儲能的一體化裝置及運行方法，通過在各可用環(huán)節(jié)設置回熱裝置，將中低溫熱量用于儲能干化過程，減少能源輸入并提高能量使用效率，此外專門設置一高溫儲熱罐，將固結(jié)后的污泥顆粒作為儲熱介質(zhì)，供釋能時使用。

為了實現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種污泥處置與儲能的一體化裝置，包括用于污泥初次沉淀的污泥沉淀池，污泥沉淀池與污泥二次沉淀池相連，污泥二次沉淀池通過離心濃縮器與污泥干化爐相連，污泥干化爐與進行干化的高溫熱泵相連，污泥干化爐的出口與污泥熱解爐相連；污泥熱解爐的出口與污泥回熱罐相連，污泥熱解爐同時與帶壓熱解氣儲氣罐相連；污泥熱解爐的頂部與初效除塵罐相連，初效除塵罐與高溫物料存儲罐相連；污泥回熱罐與高溫物料存儲罐相連，高溫物料存儲罐與中低溫物料存儲罐相連；所述帶壓熱解氣儲氣罐的頂部通過熱解氣控制閥與燃氣輪機相連，燃氣輪機通過燃氣乏汽靜電除塵與空氣預熱換熱器相連，空氣預熱換熱器通過變頻空氣壓氣機、第一空氣加熱器旁通三通閥和第二空氣加熱器旁通三通閥與燃氣輪機的進口相連通；所述第一空氣加熱器旁通三通閥上設置有連接口A1，第二空氣加熱器旁通三通閥上設置有連接口B1。

所述污泥干化爐的頂部通過第一水蒸汽冷凝引風機旁通三通閥和第二水蒸汽冷凝引風機旁通三通閥與蒸汽冷凝器相連，蒸汽冷凝器與污泥沉淀池相連；第一水蒸汽冷凝引風機旁通三通閥和第二水蒸汽冷凝引風機旁通三通閥之間設置有水蒸汽冷凝引風機；蒸汽冷凝器上設置有冷卻水進口C和冷卻水出口D。

所述污泥干化爐的內(nèi)部設置有用于濕污泥干化的換熱器，污泥干化爐的底端設置有用于污泥排出的第一螺旋進料器。

所述高溫熱泵通過第二污泥干化熱源三通閥與換熱器相連，換熱器的另一端通過低溫回熱載熱介質(zhì)循環(huán)泵和第一污泥干化熱源三通閥與高溫熱泵相連，第二污泥干化熱源三通閥與低溫回熱載熱介質(zhì)循環(huán)泵和第一污泥干化熱源三通閥之間的管路相連通。

所述污泥熱解爐的內(nèi)部從上到下依次設置有用于對污泥進行熱解的預熱加熱器和干餾加熱器，污泥熱解爐的底端設置有用于污泥排出的第二螺旋進料器。

所述預熱加熱器通過中溫回熱載熱介質(zhì)循環(huán)泵與帶壓熱解氣儲氣罐內(nèi)部的預熱回熱器相連。

所述干餾加熱器通過高溫回熱載熱介質(zhì)循環(huán)泵與污泥回熱罐內(nèi)部的第一干餾回熱器相連，污泥回熱罐的底端設置有回熱污泥排出的第三螺旋進料器。

所述初效除塵罐通過熱解氣布袋除塵器和熱解氣增壓機與帶壓熱解氣儲氣罐的頂部相連通；所述初效除塵罐的底端設置有用于污泥粉塵排出的第四螺旋進料器。

所述高溫物料存儲罐的內(nèi)部設置有第二干餾回熱器，第二干餾回熱器通過高溫釋能載熱介質(zhì)循環(huán)泵與空氣加熱器相連；高溫物料存儲罐的底端設置有用于高溫干化污泥排出的第五螺旋進料器；所述空氣加熱器上設置有連接口A2和連接口B2。

所述中低溫物料存儲罐的內(nèi)部設置有干化回熱器，干化回熱器通過第一污泥干化熱源三通閥和第二污泥干化熱源三通閥相連通；中低溫物料存儲罐的底端設置有用于中低溫干化污泥排出的第六螺旋進料器。

所述連接口A1能夠與連接口A2相連，連接口B1能夠與連接口B2相連。

所述污泥熱解爐的上部通過熱風循環(huán)動力風機和熱風循環(huán)輻射爐與污泥熱解爐的下部相連通。

一種污泥處置與儲能的一體化裝置的運行方法，所述方法采用所述一體化裝置實現(xiàn)，所述方法具體包括：模式一，污泥干化與儲能流程：主要用于污泥的干化，并儲存污泥干化工藝過程中的能量；模式二，釋能流程：用于將模式一中所儲存的能量進行釋放。

所述污泥干化與儲能流程具體為：污泥經(jīng)污泥沉淀池、污泥二次沉淀池濃縮后含水量降至96%，再通過離心濃縮器將污泥含水量降至35%以下后，進入污泥干化爐；在污泥干化爐內(nèi)使用90-120℃低溫介質(zhì)對其進行連續(xù)加熱，其驅(qū)動熱源由高溫熱泵和中低溫物料存儲罐提供，當污泥干化與儲能流程連續(xù)運行時以中低溫物料存儲罐的熱源為主，當污泥干化與儲能流程不連續(xù)時以高溫熱泵輔助，在污泥干化爐內(nèi)由于溫升產(chǎn)生的氣、汽混合物通過蒸汽冷凝器冷凝降溫降壓排至污泥沉淀池，蒸汽冷凝器的冷源來自污水處理廠內(nèi)的排放水，冷水水源經(jīng)由蒸汽冷凝器的冷卻水進口C和冷卻水出口D進出，污泥干化爐內(nèi)不凝性氣體過多時啟動水蒸汽冷凝引風機協(xié)助不凝性氣體的排出，污泥干化爐內(nèi)將污泥干化至30%以下后將污泥送入污泥熱解爐；污泥熱解爐從下至上分為3個加熱區(qū)，最下端為熱解氣化區(qū)其工作溫度500-800℃，中部為干餾區(qū)其工作溫度主要控制在200-500℃，上部為預熱區(qū)其工作溫度為60-200℃，其中熱解氣化區(qū)主要為熱風加熱其溫度不低于1100℃采用循環(huán)加熱模式，爐膛上部混合氣通過熱風循環(huán)動力風機增壓后進入熱風循環(huán)輻射爐進行二次裂解，通過充分反應后，一方面裂解氣被吸入初效除塵罐，后固體部分粉塵通過送入高溫物料存儲罐，再由高溫物料存儲罐送入中低溫物料存儲罐，氣體經(jīng)熱解氣布袋除塵器再次除塵后經(jīng)熱解氣增壓機增壓后帶壓熱解氣儲氣罐回熱至常溫段自然冷卻，另一方面結(jié)晶后的固體物料由位于污泥熱解爐下部的螺旋進料器送入到污泥回熱罐，污泥回熱罐經(jīng)回熱后進入高溫物料存儲罐該部分熱量在釋能過程提熱后進入中低溫物料存儲罐，中低溫物料存儲罐內(nèi)存儲熱量用于污泥干化與儲能流程，完成污泥干化與儲能流程。

所述釋能流程具體為：其中連接口A1和連接口A2相連，連接口B1和連接口B2相連，一方面冷空氣在空氣預熱換熱器中回收燃機排氣中的熱量后經(jīng)變頻空氣壓氣機增壓后進入空氣加熱器進行再次加熱后進入燃氣輪機，另一方面高壓熱解氣從帶壓熱解氣儲氣罐出發(fā)經(jīng)由熱解氣控制閥流量控制進入燃氣輪機，并與同時進入的高溫高壓空氣混合，點燃后推動燃氣輪機發(fā)電，后進入燃氣乏汽靜電除塵進一步凈化后，進入空氣預熱換熱器將熱量傳遞給冷空氣后排放，完成釋能過程。

所述空氣加熱器的熱源來自于高溫物料存儲罐，利用第一空氣加熱器旁通三通閥、第二空氣加熱器旁通三通閥聯(lián)合控制也可旁通該加熱過程。

本發(fā)明有如下有益效果：1、本發(fā)明在各可用環(huán)節(jié)設置回熱裝置，將中低溫熱量用于儲能干化過程，減少能源輸入并提高能量使用效率，此外專門設置一高溫儲熱罐，將固結(jié)后的污泥顆粒作為儲熱介質(zhì)，供釋能時使用。

2、釋能過程中本發(fā)明將高品質(zhì)熱能回收利用用以燃氣輪機發(fā)電前氣體的預熱以提升燃氣輪機主氣焓值進一步提升燃氣輪機釋能發(fā)電效率。

3、本發(fā)明將污泥干化與用戶側(cè)儲能進行耦合，將污泥干化過程視為儲能，將回收的能量在釋能過程釋放掉。

4、本發(fā)明在傳統(tǒng)污泥干化過程后端增設一個高溫汽化爐，對預干化的污泥進行高溫熱解，熱解爐干料出口溫度高于950℃，此高溫熱解爐采用閉式熱風循環(huán)加熱，采用熱風加熱可保證污泥熱解過程的均勻受熱，且950℃以上高溫避免了二噁英的生成。

（發(fā)明人：藺新星;關(guān)蘇敏;葉青平;李友平;張春輝;徐波）