[发明专利]一种耦合太阳能电解水制氢的污泥处理系统及方法

说明书

本发明公开了一种耦合太阳能电解水制氢的污泥处理系统及方法，属于污泥处理技术领域。该系统包括太阳能制氢模块和污泥处理模块，所述太阳能制氢模块包括太阳能板、电解槽、储氢罐和储氧罐，所述太阳能板与电解槽导线连接，储氢罐与电解槽的阴极连接，储氧罐与电解槽的阳极连接；所述污泥处理模块包括以管道顺次连接的污泥干化装置、污泥焚烧炉、空气预热器、余热锅炉、烟气净化装置和烟囱，其中，所述污泥焚烧炉的富氧空气入口连接空气预热器的热空气出口和储氧罐的氧气出口，所述污泥干化装置与余热锅炉通过冷热工质交换管道连接。本发明解决了污泥独立干化焚烧工艺中污泥燃烧困难、辅助燃料消耗大、系统运行经济性差的问题。

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种耦合太阳能电解水制氢的污泥处理系统及方法。

背景技术

随着我国经济的不断发展和人民生活水平的提高，居民生活用水量持续增加，城镇污水处理量逐年增大，同时产生大量市政污泥。污泥中不仅含有大量有机物质，氮磷等无机物质，而且含有寄生虫、治病微生物、病原菌以及砷、汞、铜等有毒有害重金属，必须妥善处置。

污泥处置的目标是将污泥减量化、无害化。目前我国污泥处置方式主要有卫生填埋、堆肥+土地利用、干化焚烧等，干化焚烧技术由于具有兼容减重率高、处理速度快等优点而被广泛关注和应用。干化焚烧大体分为两种，一种是干化+协同焚烧处理，是指通过机械或热干化方式将污泥脱水至一定含固率后，利用燃煤电厂、生物质电厂、垃圾焚烧厂等已有设施极性协同焚烧处理，该方法较适用于污水处理厂附近有协同处理设施的情况，否则将大大增加污泥运输费用、运输过程过程中的二次污染风险，而且污泥的处理规模较小；另一种是独立干化焚烧，是指将经过脱水处理后的污泥先经过干化处理、将污泥降低至一定含水率，然后送入专门焚烧炉进行高温焚烧、通过余热利用装置回收高温烟气余热用于污泥干化，最后产生少量的灰渣、并经过烟气净化处理设备去除污泥中的有害污染物，处理规模大，近年来得到了推广。

污水污泥属于高水分、高灰分的低热值燃料，对于污泥独立干化焚烧，保证低热值污泥的稳定燃烧是整个工艺的关键。为了保证污泥的稳定燃烧，独立干化焚烧工艺设计时需根据污泥的设计热值确定进入焚烧炉的含固率，才能保证污泥燃烧放出的热量减去污泥中的水分吸收热量后，设计时炉膛烟气温度保持在850℃～880℃。当实际入炉污泥情况与设计情况出现下列偏离时，需要辅助燃料的加入才能维持污泥的稳定焚烧：

偏离工况①：当污泥干基热值不变，而入炉污泥含固率低于设计含固率的工况。

偏离工况②：当入炉污泥含固率不变，污泥干基热值低于设计值的工况。

偏离工况③：当入炉污泥含固率和污泥干基热值均低于设计值的工况。

上述偏离工况的出现，均会导致在污泥入炉量不变的情况下，污泥的放热量减少、而污泥中水分的吸热量增加，导致炉膛中放热量和吸热量平衡打破，出现污泥燃烧困难、燃尽率低等情况。

现有污泥独立干化焚烧工艺中，当入炉污泥放热量低于维持炉膛高温烟气＞850℃所需热量时，一般采用如下方法来解决：

方法一：通过利用烟气余热加热入炉空气同时在炉内添加辅助燃料如天然气或燃油的方式，增加炉膛输入热量，从而维持污泥充分稳定燃烧。然而这种方法需耗费大量辅助燃料，经济性差，而这也是目前大多数污泥独立干化焚烧采取的技术方案。

方法二：通过富氧机制备体积浓度大于21%的富氧空气通入污泥焚烧炉内，采用富氧燃烧技术，提高低热值入炉污泥的燃烧特性，增进燃尽率，使得污泥能够充分稳定燃烧。然而该技术富氧空气的获得是通过额外购置价格昂贵的富氧机从空气中制备而得，且单纯靠富氧机来提供富氧气体作为污泥燃烧的助燃气体，而空气不经过预热，将耗费大量的富氧气体，富氧机负荷较大，烟气余热未充分利用，经济性也不够好。