一种污泥干化焚烧发电一体化系统的制作方法

本实用新型属于污染物资源化处理技术领域，具体涉及一种污泥干化焚烧发电一体化系统。

背景技术：

根据《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》(建城[2009]23号)的有关要求，污泥处理处置的总体目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化，鼓励回收和利用污泥中的能源和资源，在安全、环保和经济的前提下实现污泥的处理处置和综合利用。经济较为发达的大中城市，可采用污泥焚烧工艺。鼓励采用干化焚烧的联用方式，提高污泥的热能利用效率；在有条件的地区，鼓励污泥作为低质燃料在火力发电厂焚烧炉、水泥窑或砖窑中混合焚烧。

污泥耦合燃煤发电燃烧或者独立燃烧技术符合产业政策。但是，常规从污水处理厂经机械干化的污泥含水率高达80％左右，且热值极低，低位发热量为负值，不能够满足稳定燃烧的条件，需要干化至40-60％的含水率时才能燃烧。根据相关政策要求，推荐干化采用间接干化的方式，即通过蒸汽将污泥加热干化，蒸汽变为冷凝水的工程。

对于污泥独立燃烧项目，由于污泥自身热值不足，一般可以采取两种方式来进行补热：(1)对污泥焚烧炉补充天然气进行燃烧；(2)焚烧炉本身的余热锅炉热量不足，通过外来的蒸汽对污泥进行干化，干化后的污泥再进行焚烧。因此，污泥燃烧项目是一项民生工程，耗能、耗电，还需要对固废、废液和废气进行处理，能量利用效果差。

目前的独立燃烧项目，主要有以下方案，1)污泥焚烧炉燃烧后通过余热锅炉产生饱和蒸汽，对污泥进行干化，而根据相关政策要求，污泥焚烧要参考垃圾焚烧发电对于环境保护的相关要求，为降低二噁英的生成，烟气必须在焚烧炉内在850℃的温度条件下停留2s以上；因此，焚烧炉出口的烟气温度较高；而污泥干化设备，利用蒸汽的热能进行换热干化，需要的蒸汽在0.5-1.0mpa、饱和温度(约160-180℃)即可，同时由于污泥焚烧炉及余热锅炉容量较小，产汽量甚至不满足干化机的需求，因此常规工程中，余热锅炉产生的蒸汽同进口烟气存在巨大的换热端差，未对烟气的能力充分利用；2)如果有外来蒸汽，则由于污泥干化焚烧项目本身用汽量一般，常规外来蒸汽均从外部供热管网上引接，因此，外部进入污泥干化焚烧系统的蒸汽压力和温度一般均需要通过减温减压方式，至较低压力0.5-1.0mpa、饱和温度(约160-180℃)采用送入干化机对污泥进行干化。因为蒸汽的能量是有能级的，虽然对于热量进行了充分利用，但是未对能量进行充分的梯级利用。

另外，污泥独立干化焚烧，根据计算，一般污泥热值较低，不能够自持燃烧，一般从每吨80％含水率的污泥干化至40％含水率的污泥，需要蒸汽约0.85t蒸汽，当入口污泥(含水率)热值为1000kcal/kg时，需要补热的蒸汽量约～0.45t蒸汽/t入炉污泥；当入口污泥(含水率)热值为1200kcal/kg时，需要补热的蒸汽量约～0.35t蒸汽/t入炉污泥；当入口污泥(含水率)热值为1400kcal/kg时，需要补热的蒸汽量约～0.20t蒸汽/t入炉污泥；当入口污泥(含水率)热值为1600kcal/kg时，需要补热的蒸汽量约～0.10t蒸汽/t入炉污泥。而且，汽轮机能适应的运行工作范围有限，一般为30％-100％，而污泥热值变化范围大，仅采用余热锅炉产生的蒸汽量变化范围大，且不能满足干化的蒸汽需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有污泥处理过程中，干化和焚烧环节在过程和设备上未对能量充分利用，造成资源浪费等问题，提供了一种能够提高能量利用水平，同时具有良好经济收益的污泥干化焚烧发电一体化系统。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种污泥干化焚烧发电一体化系统，包括污泥干化机、污泥焚烧炉、余热锅炉、背压式汽轮机和发电机，所述背压式汽轮机上设有蒸汽进口和蒸汽出口，所述蒸汽进口连接外来蒸汽，所述蒸汽出口通过蒸汽管线依次串联污泥干化机、污泥焚烧炉和余热锅炉，并由余热锅炉回到蒸汽进口或蒸汽出口形成蒸汽循环，所述发电机通过背压式汽轮机带动进行发电，能够将蒸汽进口进入的过热蒸汽降低至合适参数后由蒸汽出口送出。

优选的，所述污泥干化机上方设有与湿污泥供料仓连接的湿污泥管线和与蒸汽出口连接的第一蒸汽管线，所述第一蒸汽管线内的蒸汽参数为0.5mpa/160℃。

优选的，所述污泥干化机下方设有与余热锅炉连接的蒸汽疏水管线和与污泥焚烧炉连接的干化污泥管线。

优选的，所述蒸汽疏水管线上设有给水泵，用于将污泥干化机的蒸汽疏水送至余热锅炉。

优选的，所述污泥焚烧炉的高温烟气出口与余热锅炉连通。

优选的，所述余热锅炉通过第二蒸汽管线与蒸汽进口连接，所述余热锅炉内设有过热器，通过过热器使得第二蒸汽管线内的蒸汽参数为1.0mpa/280℃。

优选的，所述余热锅炉通过第三蒸汽管线与蒸汽出口连接，所述第三蒸汽管线内的蒸汽参数为0.5mpa/160℃。

优选的，所述蒸汽进口通过外来蒸汽管线连接外来蒸汽，所述外来蒸汽管线内的蒸汽参数为1.0mpa/280℃。

优选的，所述背压式汽轮机的输出轴与发电机的输入轴连接，通过背压式汽轮机带动发电机旋转从而产生电力资源，该电力资源可进行存储或直接带动设备运转。

采用上述技术方案后，本实用新型提供的一种污泥干化焚烧发电一体化系统具有以下有益效果：

本实用新型通过在污泥干化机前设置背压式汽轮机，能够将过热蒸汽降低参数至合适的蒸汽参数送入污泥干化机；通过背压式汽轮机和发电机的设置，能够带动发电机旋转从而产生电力资源，该电力资源可进行存储或直接带动设备运转；通过余热锅炉与蒸汽进口或蒸汽出口连接的设置，使得背压式汽轮机可以根据实际情况选择同时利用外来蒸汽和余热锅炉的蒸汽，或选择单独利用外来蒸汽，灵活方便，适应性高；当余热锅炉与蒸汽进口连接时，通过过热器的设置，能够提高余热锅炉出口的参数，使得余热锅炉产生与外来蒸汽参数相当的过热蒸汽，能够保证余热锅炉的蒸汽与外来蒸汽混合时，蒸汽流量的稳定性。综上所述，本实用新型可以充分利用外来蒸汽的过热度，同时也可以利用污泥焚烧余热锅炉设置过热器产生过热蒸汽的过热度，该过热度用来发电，减少了减温减压过程中的能量损失，利用部分蒸汽热能获得高品位的电能，具有良好的节能收益及经济收益。

附图说明

图1为本实用新型一种污泥干化焚烧发电一体化系统实施例一的结构原理示意图；

图2为本实用新型一种污泥干化焚烧发电一体化系统实施例二的结构原理示意图。

其中：污泥干化机1、污泥焚烧炉2、余热锅炉3、背压式汽轮机4、发电机5、蒸汽进口6、蒸汽出口7、湿污泥管线8、第一蒸汽管线9、蒸汽疏水管线10、干化污泥管线11、给水泵12、过热器13、第二蒸汽管线14、外来蒸汽管线15、第三蒸汽管线16。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例一

本实施例一种污泥干化焚烧发电一体化系统，如图1所示，包括污泥干化机1、污泥焚烧炉2、余热锅炉3、背压式汽轮机4和发电机5，所述背压式汽轮机4上设有蒸汽进口6和蒸汽出口7，所述蒸汽进口6连接外来蒸汽，所述蒸汽出口7通过蒸汽管线依次串联污泥干化机1、污泥焚烧炉2和余热锅炉3，并由余热锅炉3回到蒸汽进口6形成蒸汽循环，所述发电机5通过背压式汽轮机4带动进行发电，能够将蒸汽进口6进入的过热蒸汽降低至合适参数后由蒸汽出口7送出。

其中，所述污泥干化机1上方设有与湿污泥供料仓连接的湿污泥管线8和与蒸汽出口7连接的第一蒸汽管线9，所述第一蒸汽管线9内的蒸汽参数为0.5mpa/160℃，所述污泥干化机1下方设有与余热锅炉3连接的蒸汽疏水管线10和与污泥焚烧炉2连接的干化污泥管线11，所述蒸汽疏水管线10上设有给水泵12，用于将污泥干化机1的蒸汽疏水送至余热锅炉3，所述污泥焚烧炉2的高温烟气出口与余热锅炉3连通，所述余热锅炉3内设有过热器13，用于提高余热锅炉3的出口参数，产生过热蒸汽，所述余热锅炉3与蒸汽进口6之间设有第二蒸汽管线14，所述第二蒸汽管线14内的蒸汽参数为1.0mpa/280℃，所述蒸汽进口6通过外来蒸汽管线15连接外来蒸汽，所述外来蒸汽管线15内的蒸汽参数为1.0mpa/280℃，所述背压式汽轮机4的输出轴与发电机5的输入轴连接，通过背压式汽轮机4带动发电机5旋转从而产生电力资源，该电力资源可进行存储或直接带动设备运转。

本实用新型一种污泥干化焚烧发电一体化系统使用时，由于供应的蒸汽和需求蒸汽存在参数品质的差距，通过背压式汽轮机4的设置，能够将供应蒸汽的过热度用来发电，根据能量平衡的原理，除少量的散热损失外，蒸汽过热部分的热能全部转化为了电能，可以实现对能量的充分梯级利用；进一步的，通过过热器13的设置，能够将余热锅炉蒸汽参数提高至约1.0mpa/280℃的过热蒸汽(参考外来蒸汽参数)，同时和外部的过热蒸汽混合进入背压式汽轮机4，通过背压式汽轮机4可以进行发电或者拖动工业设备，提高能源利用率；同时，本实用新型还具有良好的经济效益，按1.0mpa/280℃的参数估算，每吨蒸汽的热值约为3000mj；每度电的热值为3.6mj，因此，每吨蒸汽的热值等于830度电。而蒸汽价格和电的价格是不同的，在某场景条件下，蒸汽的价格约为280元/t，其在市场中已经是较高的价格；而电的价格约为0.56元/kwh，其电的价格为市场较低的价格。而根据能量平衡的原理，设置带有发电机的背压式汽轮机后，多发400kwh的电，需要多供应0.48t的蒸汽；两者的价格差距约为90元/h，年设备利用小时按照7300小时计算，则年收益约为65万元，具有良好的经济收益，基本上一年可以收回投资。

实施例二

本实施例一种污泥干化焚烧发电一体化系统，如图2所示，与实施例一基本相同，不同之处在于，所述蒸汽出口7通过蒸汽管线依次串联污泥干化机1、污泥焚烧炉2和余热锅炉3，并由余热锅炉3回到蒸汽出口7形成蒸汽循环，具体的，所述余热锅炉3通过第三蒸汽管线16与蒸汽出口7连接，所述第三蒸汽管线16内的蒸汽参数为0.5mpa/160℃，因此余热锅炉3内无需设置过热器13，余热锅炉3的蒸汽直接与蒸汽出口7的蒸汽混合送入污泥干化机1，本实施例的背压式汽轮机4仅利用外来蒸汽的过热度进行发电即可。

综上所述，本实用新型提供的一种污泥干化焚烧发电一体化系统，通过背压式汽轮机代替减压器的功能，可以选择单独利用外来蒸汽的过热度，或根据情况选择同时利用外来蒸汽和余热锅炉设置过热器产生过热蒸汽的混合过热度来发电，减少了减温减压过程中的能量损失，利用部分蒸汽热能获得高品位的电能，具有良好的节能收益及经济收益。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

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