一种污泥煤粉的循环流化床气化方法
阅读说明：本技术 一种污泥煤粉的循环流化床气化方法 (Circulating fluidized bed gasification method of sludge pulverized coal ) 是由 丁明雷 朱晨军 张爱美 潘峰 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种污泥煤粉的循环流化床气化方法,涉及气化处理技术领域。本发明的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法,首先将经过初级压滤后的脱水污泥在低温干化机内与干燥热空气进行低温直接换热形成干污泥,析出的水蒸气与热空气形成的湿热空气通入冷凝器内与循环冷却水进行间接换热；然后将干燥后的干污泥送至循环流化床气化装置,与粉煤在高温条件进行气化反应；再将产生的气化煤气通入预热器,随后通入余热锅炉产生蒸汽；经冷凝器内排出的干燥冷空气在加热器内与加热的除盐水进行间接换热。低温干化过程不依赖外部热源,从而提高了能量利用效率；采用低温干化工艺,相比高温干化过程不产生臭气,载气循环利用不产生二次污染。(The invention discloses a circulating fluidized bed gasification method of sludge pulverized coal, and relates to the technical field of gasification treatment. The invention relates to a gasification method of a circulating fluidized bed of sludge pulverized coal, which comprises the steps of firstly, carrying out low-temperature direct heat exchange on dewatered sludge subjected to primary filter pressing and dry hot air in a low-temperature drier to form dry sludge, and introducing wet hot air formed by separated water vapor and hot air into a condenser to carry out indirect heat exchange with circulating cooling water; then the dried dry sludge is sent to a circulating fluidized bed gasification device to carry out gasification reaction with pulverized coal at high temperature; then introducing the generated gasified coal gas into a preheater, and then introducing the gasified coal gas into a waste heat boiler to generate steam; the dry cold air discharged from the condenser is indirectly heat exchanged with the heated desalted water in the heater. The low-temperature drying process does not depend on an external heat source, so that the energy utilization efficiency is improved; compared with a high-temperature drying process, the low-temperature drying process does not generate odor, and the carrier gas is recycled without generating secondary pollution.)
技术领域
本发明涉及气化处理技术领域，更具体地说是一种污泥煤粉的循环流化床气化方法。
背景技术
目前我国污泥处理方式主要有填埋、堆肥、焚烧等方式，填埋是传统的污泥处理方式，具有操作简单、投资低的优点，但会产生二次污染并且适宜的填埋场地越来越有限。堆肥是指污泥经处理可作为肥料用于土壤，因为污泥中有机物、氮、磷、钾及其他微量元素，但城市污泥含有大量微生物和寄生虫，对人畜健康造成危害，推广困难。污泥因含水量太高，采用焚烧处理，能源得不偿失。对于含水量为80％的脱水污泥，若使其焚烧所放热量与脱水能耗达到平衡，要求其干基热值14681kJ/kg。从能量平衡角度考虑，采用焚烧处理脱水污泥，目前我国超过80％的城市污泥均存在能量亏损问题。
污泥没有干化前含水量很高，剩余污泥含水量超过99％，经过浓缩池后的污泥含水量为95～97％，压滤后的含水量～80％。随着我国社会经济的发展和城镇化的快速发展，城镇污水和污泥产量不断增加，统计显示2019年以含水率80％计，我国的污泥产量已经突破6000万吨。所以，实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化已成为国家层面关注的热点问题。
经检索，关于解决上述的不足，目前已有相关专利公开。如，中国专利申请号为：201210235425.1、申请日为：2012年7月9日、申请公布日为：2013年10月30日，公开了了一种污泥煤粉的气流床气化方法，向含水污泥中添加炉渣和煤，共磨至粒径小于0.2mm，得到混合物粉体；用气化剂携带混合粉体进入气流床气化炉，在1400～1700℃高温条件下发生气化反应，生成富含H2和CO的粗煤气。上述技术中，采用污泥与炉渣和煤炭共气化制备煤气，实现了污泥的资源化利用，具有较好的经济效益。但是上述技术中采用气流床气化，污泥与炉渣和煤混合物料首先需要研磨至粒径小于0.2mm，其次混合粉体在研磨过程中需要干燥至含水量一般≤2％，研磨粒径如此细，干燥水分如此低，系统更加复杂，能耗更高。
又如中国专利申请号为：201310309464.6、申请日为：2013年7月23日、授权公告日为：2014年10月29日，公开了一种污泥干化、气化相结合的处理工艺，含水率85～90％的脱水污泥经转鼓式压模干燥机间接式干燥，含水率降至20％，干燥后污泥送入循环流化床气化炉气化，产生的气化气经气柜缓冲输送到导热油锅炉燃烧，导热油被加热至210～240℃作为干化热源。上述方案中，采用循环流化床气化干燥后的污泥，实现了污泥的减量化、无害化、资源化。但是上述技术方案采用超过200℃的热源进行高温干化，污泥干化过程析出的恶臭气体需要增加环保处理设施且处理难度较大。其次，该技术方案单纯气化干化污泥气化不足以维持系统热量平衡，需要额外消耗煤炭资源，整个系统能源利用效率不高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术中的气化干化污泥需要额外消耗煤炭资源等问题，本发明提出一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，对污泥进行低温干化后与粉煤在循环流化床气化装置内共气化，低温干化过程不依赖外部热源，从而提高了能量利用效率。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，包括如下步骤：
步骤一、将经过初级压滤后的脱水污泥在低温干化机内与干燥热空气进行低温直接换热形成干污泥，析出的水蒸气与干燥热空气形成湿热空气；
步骤二、将湿热空气通入冷凝器内与循环冷却水进行间接换热，大部分水蒸气冷却形成冷凝水，冷凝水经过处理后作为循环冷却水的补水再利用；
步骤三、将干燥后的干污泥送至循环流化床气化装置，与粉煤在高温条件下和空气水蒸气混合气化剂进行气化反应；
步骤四、将产生的气化煤气通入预热器以将混合气化剂预热至高温，然后通入余热锅炉产生蒸汽；
步骤五、将经过余热锅炉排出的煤气通入冷却器，加热除盐水；
步骤六、经冷凝器内排出的干燥冷空气在加热器内与加热的除盐水进行间接换热。
进一步的技术方案，步骤一中，污泥干燥采用低温带式干化机，热空气进入干化机温度为80℃，经初级压滤后的脱水污泥的含水率为80％，所述脱水污泥经低温干化后形成含水率为20％干污泥，低温干化工艺对原料污泥含水率适应范围广，一般城市污水处理厂含水率不超过90％脱水污泥均可利用；污泥干化采用低温干化工艺，严格控制干化温度不超过85℃，相比高温干化过程不产生臭气，载气循环利用不产生二次污染。
进一步的技术方案，步骤二中，干燥后的湿热空气温度为60℃，其在冷凝器内与循环冷却水逆流换热，循环冷却水进出口温度为分别为32℃、42℃，降温后的干燥冷空气温度为40℃，低温干化产生的冷凝水简单处理后以作为冷凝器循环冷却水的补水。
进一步的技术方案，步骤三中，所述干污泥与粉煤在循环流化床气化装置中，在900～1000℃高温条件下气化反应，生成的煤气经过余热回收后作为工业燃料利用，生成的煤气主要成分为CO、H2、CH4等可燃气体。干化后的城市污泥和粉煤混合在循环流化床气化装置内进行气化反应，生产工业燃气，真正意义上对城市污泥进行了减量化、资源化、无害化、稳定化利用，而且减少了循环流化床煤炭用量。循环流化床气化装置对粉煤水分要求不高，只要能够保证稳定输送进入循环流化床气化装置即可，含水率一般最高可达15～20％。因为污泥相比粉煤掺混比例很小，干化污泥含水量可以根据与粉煤掺混情况在10～40％范围进行调节。
进一步的技术方案，步骤四中，所述的气化煤气在预热器内与空气和蒸汽、混合气化剂逆流间接换热，所述混合气化剂温度加热至700℃，大部分蒸汽进入循环流化床气化装置作为气化剂，余热锅炉煤气进出口温度为600℃、265℃。因此，城市污泥低温干化热源为循环流化床气化装置余热，不需要外部热源，也不影响系统内部能量平衡，且减少了气化煤气低温降温所需的外部冷却能耗，提高了能量利用效率。
进一步的技术方案，步骤五中，所述除盐水作为污泥干化加热循环空气载气的热源，热水进出口温度分别为90℃、50℃，在加热器内与循环空气逆流换热，将40℃冷空气加热至80℃，降温至50℃的除盐水回到气化系统冷却器内冷却煤气，如此循环利用。
进一步的技术方案，所述气化煤气在冷却器内将50℃除盐水加热至90℃，热水作为污泥干化机加热循环空气的热源，煤气出冷却器温度为55℃以送入后续系统。
进一步的技术方案，步骤六中，冷空气加热后变成热空气进行循环利用，冷却后的除盐水送入冷却器循环利用。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，城市污泥低温干化热源为循环流化床气化装置余热，不需要外部热源，也不影响系统内部能量平衡，且减少了气化煤气低温降温所需的外部冷却能耗，提高了能量利用效率；
(2)本发明的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，污泥干燥采用低温带式干化机，热空气进入干化机温度为80℃，经初级压滤后的脱水污泥的含水率为80％，所述脱水污泥经低温干化后形成含水率为20％干污泥，低温干化工艺对原料污泥含水率适应范围广；污泥干化采用低温干化工艺，严格控制干化温度不超过85℃，相比高温干化过程不产生臭气，载气循环利用不产生二次污染；
(3)本发明的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，所述干污泥与粉煤在循环流化床气化装置中气化反应，生成的煤气经过余热回收后作为工业燃料利用，干化后的城市污泥和粉煤混合在循环流化床气化装置内进行气化反应，生产工业燃气，真正意义上对城市污泥进行了减量化、资源化、无害化、稳定化利用，而且减少了循环流化床煤炭用量；
(4)本发明的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，所述的气化煤气在预热器内与空气和蒸汽、混合气化剂逆流间接换热，大部分蒸汽进入循环流化床气化装置作为气化剂，城市污泥低温干化热源为循环流化床气化装置余热，不需要外部热源，也不影响系统内部能量平衡，且减少了气化煤气低温降温所需的外部冷却能耗，提高了能量利用效率；
(5)本发明的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，所述除盐水作为污泥干化加热循环空气载气的热源，在加热器内与循环空气逆流换热，降温至50℃的除盐水回到气化系统冷却器内冷却煤气，如此循环利用；
(6)本发明的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，干燥后的湿热空气在冷凝器内与循环冷却水逆流换热，低温干化产生的冷凝水简单处理后以作为冷凝器循环冷却水的补水；
(7)本发明的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，冷空气加热后变成热空气进行循环利用，冷却后的除盐水送入冷却器循环利用。
附图说明
图1为本发明的循环流化床气化方法的流程图；
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤一、将经过初级压滤后的脱水污泥在低温干化机内与干燥热空气进行低温直接换热形成干污泥，析出的水蒸气与干燥热空气形成湿热空气；
步骤二、将湿热空气通入冷凝器内与循环冷却水进行间接换热，大部分水蒸气冷却形成冷凝水，冷凝水经过处理后作为循环冷却水的补水再利用；
步骤三、将干燥后的干污泥送至循环流化床气化装置，与粉煤在高温条件下和空气水蒸气混合气化剂进行气化反应；
步骤四、将产生的气化煤气通入预热器以将混合气化剂预热至高温，然后通入余热锅炉产生蒸汽；
步骤五、将经过余热锅炉排出的煤气通入冷却器，加热除盐水；
步骤六、经冷凝器内排出的干燥冷空气在加热器内与加热的除盐水进行间接换热。
本实施例中，步骤二中，干燥后的湿热空气温度为60℃，其在冷凝器内与循环冷却水逆流换热，循环冷却水进出口温度为分别为32℃、42℃，降温后的干燥冷空气温度为40℃，低温干化产生的冷凝水简单处理后以作为冷凝器循环冷却水的补水。步骤三中，所述干污泥与粉煤在循环流化床气化装置中，在900～1000℃高温条件下气化反应，生成的煤气经过余热回收后作为工业燃料利用，生成的煤气主要成分为CO、H2、CH4等可燃气体。干化后的城市污泥和粉煤混合在循环流化床气化装置内进行气化反应，生产工业燃气，真正意义上对城市污泥进行了减量化、资源化、无害化、稳定化利用，而且减少了循环流化床煤炭用量。循环流化床气化装置对粉煤水分要求不高，只要能够保证稳定输送进入循环流化床气化装置即可，含水率一般最高可达15～20％。因为污泥相比粉煤掺混比例很小，干化污泥含水量可以根据与粉煤掺混情况在10～40％范围进行调节。步骤四中，所述的气化煤气在预热器内与空气和蒸汽、混合气化剂逆流间接换热，所述混合气化剂温度加热至700℃，大部分蒸汽进入循环流化床气化装置作为气化剂，余热锅炉煤气进出口温度为600℃、265℃。因此，城市污泥低温干化热源为循环流化床气化装置余热，不需要外部热源，也不影响系统内部能量平衡，且减少了气化煤气低温降温所需的外部冷却能耗，提高了能量利用效率。步骤五中，所述除盐水作为污泥干化加热循环空气载气的热源，热水进出口温度分别为90℃、50℃，在加热器内与循环空气逆流换热，将40℃冷空气加热至80℃，降温至50℃的除盐水回到气化系统冷却器内冷却煤气，如此循环利用。所述气化煤气在冷却器内将50℃除盐水加热至90℃，热水作为污泥干化机加热循环空气的热源，煤气出冷却器温度为55℃以送入后续系统。步骤六中，冷空气加热后变成热空气进行循环利用，冷却后的除盐水送入冷却器循环利用。
实施例2
本实施例的一种污泥煤粉的循环流化床气化方法，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：污泥干燥采用低温带式干化机，热空气进入干化机温度为80℃，经初级压滤后的脱水污泥的含水率为80％，所述脱水污泥经低温干化后形成含水率为20％干污泥，低温干化工艺对原料污泥含水率适应范围广，一般城市污水处理厂含水率不超过90％脱水污泥均可利用；污泥干化采用低温干化工艺，严格控制干化温度不超过85℃，相比高温干化过程不产生臭气，载气循环利用不产生二次污染。
以一般中小型城市脱水污泥200t/d，含水率80％，干化污泥含水率20％，干化污泥与粉煤的混合比例1：9为实施例，对本发明所述的城市污泥低温干化、粉煤循环流化床共气化方法进行分析。实施例中使用的原料污泥和粉煤的性质如表1所示：
表1原料指标分析
采用如图1所示工艺对污泥低温干化后与粉煤循环流化床气化装置气化，含水率80％的脱水污泥8.33t/h，经低温干化后含水率20％的干化污泥2.08t/h，干化污泥与粉煤混合比例1：9，粉煤18.72t/h，污泥粉煤混合物20.8t/h。混合物料在循环流化床气化装置内高温条件下进行气化反应，煤气温度900℃。为了提高系统的能量利用率，高温煤气首先进入预热器与空气(35000Nm3/h)和蒸汽(7.5t/h)混合气化剂进行换热，气化剂温度加热至700℃，煤气降温至540℃；出预热器的煤气进入余热锅炉进一步降温回收余热，煤气出余热锅炉温度265℃，余热锅炉产1.0MPa饱和蒸汽10.7t/h，其中的7.5t/h作为气化系统气化剂利用，剩余3.2t/h富余；出余热锅炉的煤气进入冷却器，冷却介质为污泥干化所需的热水，50℃的进口除盐水加热至90℃后作为污泥干化热源，煤气温度降至55℃后送入后续系统。煤气量60400Nm3/h，煤气成分见表2。
表2煤气成分表
循环流化床气化系统产出的90℃热水117t/h进入污泥低温干化系统作为干化热源，热水和干化循环空气在加热器内逆流换热，90℃热水温度降至50℃，40℃干燥冷空气温度加热至80℃，降温至50℃的除盐水回到气化系统冷却器内冷却煤气，如此循环利用。80℃干燥热空气通过循环风机送入污泥低温干化机内加热脱水污泥，污泥中水升温后形成水蒸汽和干燥空气混合，携带大量水汽的湿热空气出干化机温度60℃。湿热空气在冷凝器内与循环冷却水进行换热，60℃湿热空气温度降至40℃，湿热空气中大部分水蒸气析出成为冷凝水，湿空气成为干燥空气加热后循环利用。循环冷却水为普通工业循环水，一般进出水温度为32℃/42℃，循环冷却水经过降温冷却处理循环利用。
循环流化床气化过程除自身利用的副产蒸汽外仍有富余，在煤气温度～170℃降温至低温过程需要循环冷却水，煤气显热不仅未能回收而且降温循环冷却水过程还需要消耗电能，产生了较大的能量损失及浪费。污泥低温干化和粉煤循环流化床相结合技术有效利用了循环流化床尤其是低温余热，在提高系统能量利用效率同时气化城市污泥产生工业煤气，真正意义上资源化城市污泥。以实施例1为基准，生产相同总热量的工业煤气为例，每小时可节省干基粉煤766kg，每天可节省干基粉煤18384kg，转化为收到基粉煤即21010kg/d，对比结果见表3。
表3气化结果对比表
因此，本实施例的一种城市污泥干化、粉煤循环流化床共气化方法，其不仅提高了循环流化床余热利用效率和煤炭用量，而且减量化、无害化、资源化处理了城市污泥，经济效益和社会效益明显，使用价值极高。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
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