利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳系统及方法

本发明属于工艺设计领域，具体涉及一种利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳系统及方法。

背景技术：

1、污泥焚烧是一种借助高温热处理来实现污泥的减量化和彻底的无害化，在污泥处理中具有重要的作用，现阶段焚烧工艺需要多设施协同，热量回收率较低，还会对大气环境造成二次污染。回转窑作为一种传统的焚烧处理设备，其具有物料形态适应性强，可以处理固态、半固态以及液态的废物，其热稳定性好，操作模式较为成熟，但在生产过程中存在着热量浪费，污泥组分要求高，污染物排放超标等问题。因此针对回转窑污泥焚烧系统增加热量的回收降低二次污染技术尤为重要。

技术实现思路

1、本发明针对回转窑污泥焚烧系统余热利用率低，污泥组分要求高，污染物排放超标的问题，提供一种利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳系统及方法，利用焚烧炉循环烟气的高温通过水解以及喷射反应设备针对污泥进行两阶段的水解碳化反应后再喷入焚烧炉进行焚烧，在实现污泥无害化减量化处理的同时完成了余热的多级利用。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现：

3、一种利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，包括第一换热器，第二换热器，回转窑焚烧炉，烟气预处理设备，污泥一次水解设备，污泥制浆设备以及污泥喷射式反应器；

4、其中，回转窑焚烧炉出口与烟气预处理设备入口相连，烟气预处理设备出口与第一换热器相连，第一换热器出口分为两路，一路与第二换热器相连，另一路与污泥喷射式反应器相连；

5、污泥制浆设备与污泥一次水解设备入口相连，污泥一次水解设备出口与污泥喷射式反应器入口相连，污泥喷射式反应器与回转窑焚烧炉相连；

6、第一换热器与污泥一次水解设备相连。

7、进一步的，第一换热器入口处烟气温度为750℃-850℃。

8、进一步的，经第二换热器冷却后烟气温度为350℃-450℃。

9、进一步的，第一换热器的热量将污泥一次水解设备5内加热至100℃。

10、进一步的，经污泥一次水解设备后的污泥中值粒径为120微米；喷射式反应器能够喷射直径在100微米以下的雾滴；污泥喷射式反应器内部压力为0.7mpa-1mpa。

11、进一步的，污泥喷射式反应器包括外部壳体，外部壳体内设置有污泥浆流道，污泥浆流道与外部壳体之间的间隙为烟气流道，外部壳体一端设置有烟气入口和污泥浆入口，污泥浆入口与污泥浆流道相连，烟气入口与烟气流道相连；

12、污泥浆流道内设置依次相连通的收缩段，扩散段，反应混合腔和喷头腔；烟气流道与污泥浆流道均与喷头腔相连通。

13、进一步的，收缩段为具有中心流道的锥台形状，收缩段的中心流道与污泥浆入口通过渐缩喇叭口状通道相连；扩散段为渐扩喇叭口形状。

14、进一步的，收缩段的中部外壁与内壁之间设置有若干用于导流烟气且与轴线成45°角的通孔。

15、进一步的，反应混合腔的外壁与内壁之间设置有若干用于导流烟气的通孔，反应混合腔的出口处设置有若干对称布置的喷孔；喷头腔为单层桶状结构，喷口处为锥形。

16、一种基于如上所述系统的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

17、烟气经第一换热器后由750℃-850℃降温至350℃-450℃，第一换热器1出口烟气一部分经第二换热器后输出温度为50℃-60℃的低温co2富气，一部分输送至污泥喷射式反应器；一次水解设备中污泥浆在隔绝氧气的情况下被加热至100℃发生一次水解后输送至污泥喷射式反应器，在污泥喷射式反应器内高温高压的作用下，经一次水解的泥浆发生二次水解，然后污泥喷射式反应器将污泥浆与烟气混合后喷射入回转窑焚烧炉中进行焚烧。

18、进一步的，污泥喷射式反应器能够喷射直径在100微米以下的雾滴。

19、进一步的，污泥喷射式反应器内部压力为0.7mpa-1mpa。

20、与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

21、本发明中，通过设置回转窑焚烧炉，烟气预处理设备，第一换热器，第二换热器，污泥一次水解设备，污泥制浆设备，污泥喷射式反应器，利用焚烧炉循环烟气的热量通过水解以及污泥喷射式反应器针对污泥进行两阶段的水解后再喷入回转窑焚烧炉进行焚烧，提高了余热的利用率，降低污泥焚烧的要求，减少了污染物的排放，同时简化了污泥掺烧流程。

22、进一步的，污泥喷射式反应器具有多腔结构，包括收缩段，扩散段，反应混合腔和喷头腔，将富含co2的高温烟气与泥浆混合，在高温高压下，高浓度的co2与经水解后的污泥充分接触，发生气化反应产生ch4与co。同时经一次水解的污泥在高温高压且无氧富含co2的气氛下再次发生水解反应，使污泥中的有机物，微生物等大分子进一步的分解溶解于液相，减小污泥颗粒粒径，增加泥浆流动性利于后续的雾化焚烧。

23、本发明中，经两次水解反应改性后的泥浆与富含co2的烟气共同喷入回转窑焚烧炉内，由于两次水解反应泥浆中多数有机物转移于液相，泥浆颗粒直径也变小，在反应喷射器中所产生的ch4与co也起到助燃和建立低氧环境的作用，这使得泥浆在焚烧炉高温下的初步分解更为迅速，燃烧所产生的污染物也更少。通过烟气循环的方式将部分烟气送入回转窑焚烧炉内，再循环烟气与回转窑焚烧炉内空气混合，总气量增加，氧气占比减小，高温烟气余热得到充分利用，烟气中的co2经多次循环后浓度不断增高至70％，富含co2的烟气喷入回转窑焚烧炉内使其产生低氧燃烧区，这大大减少了nox的产生，未参与循环低温富co2烟气可供后续封存利用。本发明实现了污泥焚烧余热的高效利用，对污泥进行了无害化减量化处理，大大降低了碳排放，具有很大的发展潜力。

技术特征：

1.一种利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，包括第一换热器(1)，第二换热器(2)，回转窑焚烧炉(3)，烟气预处理设备(4)，污泥一次水解设备(5)，污泥制浆设备(6)以及污泥喷射式反应器(7)；

2.根据权利要求1所述的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，第一换热器(1)入口处烟气温度为750℃-850℃。

3.根据权利要求1所述的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，经第二换热器(2)冷却后烟气温度为350℃-450℃。

4.根据权利要求1所述的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，第一换热器(1)的热量将污泥一次水解设备5内加热至100℃。

5.根据权利要求1所述的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，经污泥一次水解设备(5)后的污泥中值粒径为120微米；喷射式反应器(7)能够喷射直径在100微米以下的雾滴；污泥喷射式反应器(7)内部压力为0.7mpa-1mpa。

6.根据权利要求1所述的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，污泥喷射式反应器(7)包括外部壳体，外部壳体内设置有污泥浆流道，污泥浆流道与外部壳体之间的间隙为烟气流道，外部壳体一端设置有烟气入口和污泥浆入口，污泥浆入口与污泥浆流道相连，烟气入口与烟气流道相连；

7.根据权利要求6所述的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，收缩段为具有中心流道的锥台形状，收缩段的中心流道与污泥浆入口通过渐缩喇叭口状通道相连；扩散段为渐扩喇叭口形状。

8.根据权利要求6所述的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，收缩段的中部外壁与内壁之间设置有若干用于导流烟气且与轴线成45°角的通孔。

9.根据权利要求6所述的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的系统，其特征在于，反应混合腔的外壁与内壁之间设置有若干用于导流烟气的通孔，反应混合腔的出口处设置有若干对称布置的喷孔；喷头腔为单层桶状结构，喷口处为锥形。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述装置的利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳系统及方法，烟气经第一换热器后由750℃‑850℃降温至350℃‑450℃，第一换热器出口烟气一部分经第二换热器后输出温度为50℃‑60℃的低温CO2富气，另一部分输送至污泥喷射式反应器；一次水解设备中污泥浆被加热至100℃发生一次水解后，输送至污泥喷射式反应器，进行二次水解，污泥喷射式反应器将污泥浆与烟气混合后喷射入回转窑焚烧炉中。本发明中烟气的循环利用使循环烟气中CO2富集到浓度70％，并使得NOX的排放浓度降低至40mg/m3以下。本发明实现了污泥焚烧余热的高效利用，对污泥进行了无害化减量化处理，大大降低了碳排放。技术研发人员：余云松,马鹏飞受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6