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污泥改性碳化及資源利用技術詳解2020-11-05 14:42:55

  碳化技術對比:

  根據中國的國情,我們這個團隊在幾年前就思考這樣兩個問題:

       第一,為什么選擇碳化技術作為我們的研發方向?第二,碳化所需要的能源到底如何來解決?也就是碳化這條道路上如何解決它成本問題?這些年我們一直在解決這兩個問題。

  碳化,在座的各位都很清楚,主要是指污泥在隔絕空氣的條件下加熱反應的一個反應過程。傳統的碳化無非就是干化、碳化,最后再加一個資源化利用。

  我們之所以選擇碳化,作為設計院來說,前些年把國內外的各種各樣的工藝技術都進行了比較,我們認為碳化相對于其他的工藝路線來說,優點相對比較多一些,比如說占地比較小,減量比較明顯,對于重金屬的固化是比較明顯的,最后出來的碳化顆粒沒有異味,資源化途徑相對來說多一些。

  為什么這些年碳化在國內沒有推的特別好?原因就是制約碳化在國內推廣的一個重要瓶頸,就是碳化從國外進口的技術相對成本比較高?;谝陨线@些原因,所以我們在想,怎么來解決這個能源的問題,解決成本的問題?所以這些年我們研發了污泥碳化技術,并且我們給它的名字叫污泥改性碳化技術。污泥改性碳化技術,實際上是相當于把改性技術和碳化技術結合在一塊的一種新型的處理技術。今天第一次在這樣一個大會上亮相,接下來和在座的各位著重介紹一下我們這個技術里幾個很重要的地方。

  這個技術我通俗給大家解釋一下,就是我利用一種改性劑把污泥里里面的蛋白質和糖類等有機質轉化成油脂,這個油脂在碳化的過程中變成的油氣,油氣從碳化爐內導出后在燃燒室里面燃燒,從而給碳化爐提供了一個主要的能量來源。當有機質含量大于50%,整個污泥改性碳化系統就可以實現能量的自給自足。當然,如果有機質含量沒有50%,我們在整個系統里面需要添加外面的輔助能源來解決整個能量的平衡。

  工藝流程:

  這是污泥改性碳化工藝流程圖,雙實線部分是污泥流向,虛線部分是水蒸汽煙氣的走向,波浪線是在水的走向。

  在整個系統里面,目前我們包含了這樣幾部分:混合工段、一次干化工段、脂化工段、二次干化工段、碳化工段,以及后端的除塵冷卻工段、煙氣合成工段。大家可以看到,污泥從前面進去以后,最后進到碳化工段,碳化工段的碳化顆粒最后回到一次干化工段,碳化顆粒最后是從干化爐里面出來的。這是和其他的碳化工藝不太一樣的地方。接下來我挨個介紹一下。

  混合工段,目的是在這個地方要添加一個改性劑,進行一個摻混,這個地方的原泥有一個緩存的功能,改性劑的添加量非常小,千分之一?;旌瞎ざ翁砑恿烁男詣┍3炙暮什蛔?,80%的含水率。

  接下來污泥進入一次干化工段,一次干化工段的一次干化爐其實是沒有外來能源,它的能量從哪里來?它的能源主要都是從后面碳化工段碳化爐里來的熱源,第一部分能源,碳化爐里面有一部分熱循環水,一次干化爐利用了碳化爐的熱循環水的余熱。第二部分碳化工段出來的高溫碳化顆粒,我們叫做碳化熱載體,這部分熱載體剛出爐的溫度是500℃,這部分熱量也回到干化爐進行了余熱回收。第三部分是碳化工段最后油氣燃燒后煙氣是500℃左右的高溫煙氣,這部分煙氣我們同樣也回到一次干化爐進行了余熱回收。這三部分能源我們把碳化爐能夠利用的能源都回到前面一次干化爐進行余熱回收。其中,煙氣進行了是直接熱交換,碳化顆粒進行的是間接熱交換,熱循環水同樣也進行的是間接熱交換。這個時候,們的污泥含水率由80%降到60%-65%左右。

  一次干化爐的污泥進到脂化工段,這個地方是需要我們從一次干化爐提供一個熱環境,剛才說了一次干化爐直接交換的煙氣是從碳化當中過來,交換完以后換了煙氣的溫度大概小于100℃左右,這個煙氣就進入我的脂化工段,為脂化工段提供一個良好的熱環境。在脂化工段就實現了把污泥的有機質中的糖類、蛋白質轉化為油脂,這里需要一個時間段,這個時間段最重要的功能就是在這個地方這實現了這樣一個功能。

  熱的過程,這個目前我們在很多反應物當中是很少見到的,污泥和改性劑反應自己放熱,自己水分蒸發降低含水率,通過脂化工段含水率可以從60%-65%降到30%-35%。后面我還會介紹脂化工段的其他幾個功能。

  脂化工段的污泥進入二次干化工段,二次干化工段相當于是一個保險的工段,這個工段可有可無,對于一些有機質含量好的,或者是前面進泥的含水率好,二次干化工段在平時運行的過程當中是不需要的。這部分是利用外部的能源進一步對整個系統進行一個保障,保障我的污泥進入碳化工段的時候,它的含水率必須要在35%以下。含水率的變化是根據泥質的不同有所變化。剛才我說了,如果說整個系統的進泥含水率和有機質條件好,這個地方滿足要求就不需要二次干化系統了。

  二次干化的泥進入碳化工段,目前的碳化爐和傳統碳化爐有點不太一樣,里面要實現幾個功能:第一要保證碳化過程一定是一個無氧和缺氧的環境。第二就是碳化過程中導出來的油氣要在爐子里面作為一個碳化爐的熱源。第三要提前把碳化爐的里面的水蒸氣導出來,避免消耗后端碳化所需要的熱源。第四碳化工段要將高溫的煙氣、碳化熱載體和和熱循環水導到前面的一次干化爐進行余熱回收。經過我們的碳化爐含水率從30%-35%降到0%-5%,通常來說碳化出來的碳化顆粒含水率基本是等于0,介于平時空氣中的水分,所以我們經過大量的檢測,碳化后的碳化顆粒含水率基本在5%以下。

  這部分是整個污泥流的流向。除塵冷工段,這個部分相當于產生煙氣、臭氣、水蒸汽,經過除塵器的除塵,然后分離塔的冷卻。最后將所有的煙氣通入我們所產生的煙氣合成工段,這個設備叫煙氣合成隧道進行處理,最后一個達標排放。在這個煙氣合成工段里,這是我們最新的技術,將二氧化硫和氮氧化物在這里面進行一個反應,轉化成肥料。通過我們半年的運行,目前這個肥料是實實在在已經生成的,對于二氧化硫和氮氧化物的去除效率達到95%以上。

  這是我們目前在中國建筑東北院的申請的一個工藝流程。

  我們覺得碳化要做兩件特別重要的事情,第一要把工藝流程打通,工藝流程如果不打通的話,這個設備再好整個系統也是沒辦法能夠實現熱平衡的。第二是實現熱平衡以后就解決我剛才說的第二個問題,能量的平衡的解決,能量平衡的解決要從污泥自身來解決這個問題。第三是設備本身要把系統能夠利用的能量起來盡可能的都利用起來。

  簡單介紹一下我們工藝流程圖里面的兩個關鍵點:

  第一個脂化過程。脂化過程我們在三、四年前就開始做這部分的工作。改性一開始是改性來制油的,后面會講到碳化爐,一開始做碳化爐做出來的油是想賣油,當時油的價格非常高,后來發現油是制出來的,結果發現油后端工藝特別復雜,包括油的分類,最后我們把油直接用到碳化爐做能量是再好不過。脂化工段有四個非常非常重要的作用,這四個作用都是通過我們長年累月的實驗得出來的。

  1.脂轉化產油,剛才已經介紹過了。

  2.脂轉化的過程是一個放熱的反應,通過自己的反應可以不斷的放熱,這對蒸發水分,降低含水率的作用是非常大的。

  3.還原重金屬,關于還原重金屬整個反應過程在專利里面是有的,在這個地方不做介紹了。后面我會簡單說一句話。

  4.脂轉化的過程,我們知道脂化工段里面的污泥堆在里面非常臭,改性劑里面有一些相關的材料可以讓脂轉化過程作用起到一個固硫固氮的作用,固硫固氮的作用就是起到一個除臭的作用。整個改性室里面的味道其實并不是那么大的。

  第二是碳化工段。大家可以想象一下,碳化爐里面有四種東西,污泥、水蒸氣、油氣和揮發部分、還有燃燒完以后的煙氣。這四種東西要在一個爐子里面實現分段分級是非常難道一個過程,我們這些年在碳化爐的研究上就是要解決,既要保證讓污泥在缺氧的情況下進行一個碳化,還要保證這四種東西在里面要實現分段分級的碳化。

  這是我們的一些專利技術,剛才我說了,在幾年前開始做改性劑的研究,慢慢再改性劑里面解決重金屬的問題,最后慢慢開始做碳化爐、干化爐,對于把整個工藝鏈打通,通過不斷的生產性實驗把工藝鏈打通,最后我們申請了污泥改性碳化處理系統。我們是給它取了這樣的名稱,叫污泥改性碳化工藝。

  工藝布置:

  這是在兩個城市里面,在污水處理廠里面我們做的三維平面圖,因為場地比較有限,都是大的污水處理廠,原有的污泥堆場,在那樣的情況我們做了一個布置。在里面大家會發現,整個改性工段是放在了第二層。當然,我們更加提倡如果場地面積足夠的情況下,盡可能放在一層來解決整個碳化的過程。不管是放在一層,還是放在二層,整個占地面積都非常小。以100噸規模為例,整個污泥處理車間里面的占地面積在3500-4000平方米之內。

  簡單看一下工藝平面圖這是我們目前的混合工段,前面是原泥料倉、混合器,以及后面的緩存料倉,根據不同的規模緩存料倉和原泥料倉這些都不太一樣。根據規模分別要配上多少套的碳化設備,也是在設計上需要另外需要考慮的。

  這是干化和碳化工段,我們基本上放在一塊,可以看到混合原泥就進入一次干化爐進行干化,干化后的污泥我們進入改性室進行改性,改性完的污泥進入到二次干化爐,剛才說二次干化爐可有可無,這是一個保障性的爐子。二次干化過的污泥進入碳化爐,碳化爐的煙氣供一次干余熱利用,碳化爐碳化顆粒供一次干化爐余熱回收利用。


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