1.本发明涉及固体废物资源化技术领域，特别是涉及一种污泥碳化制取低热值生物燃料的方法和系统。
背景技术：2.随着我国经济发展过程中对环境保护意识的不断加强，城镇污水处理行业在过去的二十年里迅速发展，如我国城镇污水处理率从1998年的不足16.2％飙升至2017年底的95.0％，环境效益显著。在我国污水事业发展过程中，“重水轻泥”问题突出，对污泥处理处置设施的建设重视不够、投资不足，造成大量的城镇污泥未得到有效处置，污泥问题凸显。
3.目前，我国污泥常用的处理处置技术包括：填埋、堆肥、热水解+厌氧消化和焚烧等，其中填埋需要将污泥含水率降至60％以下，此时污泥体积仍然较大，占用了大量土地资源，并且存在地下水污染的风险、温室气体排放量大，近年来已逐步收到政策限制。堆肥是将污泥通过好氧发酵制成有机肥料，该技术仍存在占地面积较大、处理周期较长、重金属易富集、减量化水平低、温室气体及臭气排放量大等缺点。虽然堆肥后的肥料可以做营养土、绿化、土壤修复等使用，但如果进行农用，会存在重金属污染风险。热水解+厌氧消化是指先将污泥进行热水解，破除细胞壁，然后在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解为ch4、co2、h2o和h2s的技术，它可以去除废物中30％～50％的有机物并使之稳定化，但此项技术设备操作复杂、运行维护费用高、热水解消化液氨氮与cod浓度高且难处理、热水解过程存在热量浪费等。污泥焚烧技术一般需要先将污泥进行干化处理，以降低能耗，该技术由于减量化水平高、可副产蒸汽及发电等优势，因此在污泥产生量大、经济发达的地区使用较多，但污泥焚烧存在二噁英及重金属飞灰污染问题，在项目建设过程中会面临“邻避效应”。
4.污泥碳化是在无氧或缺氧条件下将污泥加热，使污泥中的有机物等物质发生热裂解等反应，转化为热解油、可燃气体、生物炭等产物的过程。该技术具有反应彻底、二次产物少、没有二噁英及重金属飞灰的污染问题、资源化水平高、环保效益好等优点。通常情况下，市政污泥中有机质热值偏低，可通过优化调控进料c、h、o等元素的比例、碳化温度等来全面提升污泥碳化的经济性，如降低污泥碳化温度来提高生物炭的热值。传统的污泥碳化或热解技术，存在能耗高、焦油堵塞、烟气处理效果差、碳化物热值低及经济效益差等问题，因此开发一种污泥碳化制取低热值生物燃料的技术对污泥进行高效减量化、无害化及资源化利用具有重要意义。
技术实现要素：5.本发明的目的是提供一种污泥碳化制取低热值生物燃料的方法和系统，以解决上述现有技术存在的问题，本发明提供的方法设备投资低、能源消耗少、运行成本低、环保效益好，得到的低热值生物燃料可送往电厂、水泥厂等进行资源化利用，易于产业化推广及应用；整个系统的设备投资低、能源消耗少、运行成本低、工艺简单、自动化程度高、便于操作
维护。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，包括以下步骤：
8.步骤一、将湿污泥进行脱水处理，得到脱水污泥及污水；
9.步骤二、将所述脱水污泥进行干化处理，所述干化处理的热源为第一高温烟气，得到干化污泥及废烟气；
10.步骤三、将所述干化污泥进行碳化处理，所述碳化处理的热源为第二高温烟气，得到低热值生物燃料及不凝气；
11.步骤四、将所述不凝气与第一辅助燃料进行第一燃烧处理，得到所述第一高温烟气；
12.步骤五、将第二辅助燃料进行第二燃烧处理，得到所述第二高温烟气；
13.步骤六、将所述废烟气进行烟气净化处理，得到废水及达标烟气；
14.步骤七、所述污水及所述废水进行污水处理，得到中水及达标污水。
15.优选地，所述湿污泥的含水率范围为80～99％，所述脱水污泥的含水率范围为50～65％；所述脱水处理采用机械式高压压滤，所述机械式高压压滤为隔膜压滤或垂直压榨中的一种；
16.所述隔膜压滤的压力范围为0.8～2.5mpa，所述垂直压榨的压力范围为 20-25mpa。
17.优选地，所述干化污泥的含水率范围为25～35％，所述干化处理采用烟气直接接触干化，所述干化处理的热源为所述第一高温烟气；
18.所述第一高温烟气温度范围为850～1000℃，所述废烟气的温度范围为 120～220℃；
19.所述干化处理的压力为微负压，所述干化处理的反应时间为15～35min。
20.优选地，所述碳化处理采用烟气直接接触碳化，所述碳化处理的热源为所述第二高温烟气；
21.所述第二高温烟气的温度范围为750～900℃，所述低热值生物燃料的温度范围为300～500℃，所述不凝气的温度范围为550～750℃；
22.所述碳化处理的压力为微负压，所述碳化处理的反应时间范围为 10～40min；
23.所述低热值生物燃料的热值范围为1500～2500kcal/kg。
24.优选地，所述第一燃烧处理在再燃炉中进行，所述第二燃烧处理在热风炉中进行；
25.所述再燃炉的炉内温度范围为850～1000℃，烟气停留时间＞2.5s；所述热风炉的炉内温度范围为750～900℃，烟气停留时间＞2.5s；
26.所述再燃炉采用sncr脱硝，所述sncr脱硝采用的还原剂为尿素， nh3/nox摩尔比为1～2。
27.所述再燃炉配置有第一辅助燃料，所述热风炉配置有第二辅助燃料，所述第一辅助燃料和所述第二辅助燃料为天然气或柴油。
28.优选地，所述烟气净化处理包括除尘、脱酸和除臭；
29.所述除尘包括旋风除尘、布袋除尘、水洗中的一种或几种组合；
30.所述脱酸为碱洗，所述碱洗采用的碱洗溶液为naoh溶液，所述naoh 溶液的浓度为
10～20％；
31.所述除臭为生物除臭、光催化氧化或化学除臭。
32.优选地，所述污水处理产生的中水作为所述水洗及所述碱洗的循环水使用；所述中水的温度为20～50℃。
33.本发明还提供一种污泥碳化制取低热值生物燃料的系统，应用于上述污泥碳化制取低热值生物燃料的方法中，包括脱水处理装置、干化处理装置、碳化处理装置、再燃炉、热风炉、烟气净化处理系统和污水处理系统；
34.其中，
35.所述脱水处理装置用于对湿污泥进行脱水处理，以便得到脱水污泥及污水；所述脱水处理装置设置有湿污泥入口、药剂入口、脱水污泥出口和污水出口；
36.所述干化处理装置用于对所述脱水污泥进行干化处理，以便得到干化污泥及废烟气；所述干化处理装置设置有脱水污泥入口、第一高温烟气入口、干化污泥出口和废烟气出口，所述脱水污泥入口与所述脱水污泥出口相连；
37.所述碳化处理装置用于对所述干化污泥进行碳化处理，以便得到低热值生物燃料及不凝气；所述碳化处理装置设置有干化污泥入口、第二高温烟气入口、低热值生物燃料出口和不凝气出口，所述干化污泥入口与所述干化污泥出口相连；
38.所述再燃炉用于对所述不凝气进行第一燃烧处理，以便得到第一高温烟气；所述再燃炉设置有不凝气入口、第一辅助燃料入口、第一助燃空气入口、尿素入口和第一高温烟气出口，所述不凝气入口与所述不凝气出口相连，所述第一高温烟气出口与所述第一高温烟气入口相连；
39.所述热风炉用于对第二辅助燃料进行第二燃烧处理，以便得到所述第二高温烟气；所述热风炉设置有第二辅助燃料入口、第二助燃空气入口和第二高温烟气出口，所述第二高温烟气出口与所述第二高温烟气入口相连；
40.所述烟气净化处理系统用于对所述废烟气进行烟气净化处理，以便得到废水及达标烟气；所述烟气净化处理系统设置有中水入口、废烟气入口、废水出口和达标烟气出口，所述废烟气入口与所述废烟气出口相连；
41.所述污水处理系统用于对所述污水及所述废水进行污水处理，以便得到所述中水及达标污水；所述污水处理系统设置有污水入口、废水入口、中水出口和达标污水出口，所述污水入口与所述污水出口相连，所述废水入口与所述废水出口相连，所述中水出口与所述中水入口相连。
42.优选地，所述干化处理装置为卧式回转炉，所述卧式回转炉由回转炉本体、物料打散装置及偏心传动轴组成；所述回转炉本体的内壁设置有多个抄板，所述物料打散装置设置在所述偏心传动轴上；进一步的，所述回转炉本体的转速范围为3～10r/min，所述偏心传动轴的转速范围为100～300r/min。
43.优选地，所述碳化处理装置为无轴旋转炉，所述无轴旋转炉的内壁设置有多个抄板，所述无轴旋转炉的转速为1～6r/min。
44.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
45.(1)对于含水率范围为80～99％的湿污泥，如果直接进行热干化处理，会导致干化成本过高、能耗较大、难以产业化推广应用等问题。本发明提供的方法先将湿污泥进行脱水
处理，采用机械式高压压滤方式，不需额外增加天然气或柴油等燃料。如果将脱水污泥的含水率控制在65％以上，会导致后续污泥干化的能耗较高。由于机械式高压压滤主要是去除污泥颗粒间的毛细水，如果想将脱水污泥的含水率控制在50％以下，则需要采用热干化的方式。因此，本发明提供的方法将脱水污泥的含水率控制在50～65％，脱水成本较低、能耗较小、适合产业化推广应用。
46.(2)进一步的，所述机械式高压压滤为隔膜压滤或垂直压榨中的一种。当湿污泥的含水率范围为90～99％，由于湿污泥具备流动性，因此可采用隔膜压滤对湿污泥进行脱水处理；当湿污泥的含水率范围为80～90％，由于湿污泥不具备流动性，因此可采用垂直压榨对湿污泥进行脱水处理。本发明提供的方法将隔膜压滤的压力控制在0.8～2.5mpa，垂直压榨的压力控制在20-25mpa，可以保证脱水污泥的含水率达到50～65％，同时经济性最优。
47.(3)对于含水率范围为50～65％的脱水污泥，如果直接进行碳化处理，由于碳化反应为吸热反应，因此需要补充大量燃料，从而导致运行成本高、经济效益差。本发明提供的方法先将脱水污泥进行干化处理，通过第一高温烟气与脱水污泥直接接触换热，可以利用第一高温烟气的热量，降低干化运行成本。如果将干化污泥的含水率控制在35％以上，则会导致后续碳化处理成本提高；如果将干化污泥的含水率控制在25％以下，此时干化污泥成细粉状，不仅会造成后端连接管道堵塞，还会存在粉尘爆炸风险，因此本发明提供的方法将干化污泥的含水率控制在25～35％。
48.(4)进一步的，本发明提供的方法将第一高温烟气温度控制在 850～1000℃，废烟气的温度控制在120～220℃，干化处理的反应时间控制在 15～35min，可以保证第一高温烟气与脱水污泥直接接触干化具有较高的换热效率，第一高温烟气中的绝大部分热量被干化处理所利用，以实现脱水污泥的含水率控制在50～65％。本发明提供的方法将干化处理的压力控制在微负压，可以避免正压带来的臭味逸出，环保性更好。
49.(5)如果采用间接碳化，间接传热效率较低，导致碳化炉内干化污泥的温度较低，因此在热解过程中会产生大量焦油，容易堵塞后端管道及除尘等设备。本发明提供的方法采用烟气直接接触碳化对干化污泥进行碳化处理，碳化处理的热源为天然气或柴油第二燃烧处理产生的第二高温烟气，并将第二高温烟气的温度控制在750～900℃，不凝气的温度范围控制在550～750℃，因此避免了焦油产生的温度空间(300～500℃)，可以保证干化污泥在热解过程中主要产生不凝气，并且具有较高的换热效率。
50.(6)进一步的，本发明提供的方法将低热值生物燃料的温度控制在300～500℃，碳化处理的反应时间控制在10～40min，可以保证得到的低热值生物燃料具有较高的热值，其热值可达到1500～2500kcal/kg，具有一定的经济价值，资源化水平高。本发明提供的方法将碳化处理的压力控制在微负压，同样可以避免正压带来的臭味逸出，环保性更好。
51.(7)本发明提供的方法采用再燃炉为干化处理提供第一高温烟气，热风炉为碳化处理提供第二高温烟气，通过单独设置的再燃炉和热风炉，可以在运行过程中根据湿污泥、脱水污泥及干化污泥含水率的不同，灵活调整第一辅助燃料及第二辅助燃料，即天然气或柴油的添加量，以及第一高温烟气及第二高温烟气的温度。本发明提供的方法将第一高温烟气的烟气停留时间控制在2.5s 以上，第二高温烟气的烟气停留时间控制在2.5s以上，可以避免第一高温烟气及第二高温烟气中二噁英的产生，从而提高系统环保性。为保证第一高温烟气及第二高温烟气的稳定提供，本发明所述第一辅助燃料和所述第二辅助燃料为天
然气或柴油中的一种。
52.(8)进一步的，由于不凝气组分复杂，在第一燃烧处理时，容易出现nox 排放浓度较高的问题，因此本发明提供的方法在再燃炉中设置了sncr脱硝，并采用尿素作为还原剂，同时将nh3/nox摩尔比控制在1～2，可以保证nox 排放浓度达标。
53.(9)为保证废烟气可以达标排放，本发明提供的方法先将废烟气进行烟气净化处理，烟气净化处理包括除尘、脱酸及除臭。其中，除尘包括旋风除尘、布袋除尘、水洗中的一种或几种组合。当废烟气中粉尘浓度＜500mg/nm3时，除尘可仅采用布袋除尘方式；当500mg/nm3≤废烟气中粉尘浓度＜ 1000mg/nm3时，除尘可采用旋风除尘+布袋除尘方式；当废烟气中粉尘浓度≥ 1000mg/nm3时，除尘可采用旋风除尘+布袋除尘+水洗的组合方式。通过上述除尘工艺选择，可以保证废烟气中粉尘污染物实现达标排放。为降低废烟气中 h2s、hcl等酸性气体的含量，本发明提供的方法采用碱洗作为脱酸工艺。为保证脱酸效率较高，本发明采用naoh溶液作为碱洗溶液，并控制naoh溶液的浓度在10～20％。由于废烟气中臭气浓度较高，为降低臭气排放浓度，本发明提供的方法采用生物除臭、光催化氧化或化学除臭中的一种作为除臭工艺。由于单独的光催化氧化工艺除臭效果较差，因此采用光催化氧化时，需在后端配置活性炭吸附装置对废烟气中的臭气进一步处理。
54.(10)由于水洗及碱洗均需要大量的循环水，为降低水耗及运行成本，提高资源循环利用率，本发明提供的方法将污水及废水均进行污水处理，并将污水处理产生的中水作为所述水洗及所述碱洗的循环水使用。为保证水洗除尘及碱洗脱酸具有较高的处理效率，本发明提供的方法将中水的温度控制在 20～50℃。
55.(11)为保证污泥干化效果，本发明提供的系统采用卧式回转炉作为干化处理装置，卧式回转炉由回转炉本体、物料打散装置及偏心传动轴组成，回转炉本体的转速范围为3～10r/min，偏心传动轴的转速范围为100～300r/min。由于脱水污泥成膏状，为保证脱水污泥不粘壁结焦、干化反应彻底、干化效率快，本发明提供的系统在回转炉本体的内壁设置有多个抄板，同时在偏心传动轴上设置有物料打散装置。
56.(12)由于干化污泥呈颗粒状，并且含水率已降至25～35％，为降低碳化处理装置投资，并保证污泥碳化处理效果，本发明提供的系统采用无轴旋转炉作为碳化处理装置，同时，在无轴旋转炉的内壁设置有多个抄板，并将无轴旋转炉的转速为1～6r/min。
附图说明
57.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
58.图1为本发明中污泥碳化制取低热值生物燃料的方法的流程图；
59.图2为本发明中污泥碳化制取低热值生物燃料的系统的结构示意图；
60.图中：1-脱水处理装置、2-干化处理装置、3-碳化处理装置、4-再燃炉、 5-热风炉、6-烟气净化处理系统、7-污水处理系统。
具体实施方式
61.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
62.本发明的目的是提供一种污泥碳化制取低热值生物燃料的方法和系统，以解决现有技术存在的问题。
63.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
64.本实施例中的污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，如图1所示，包括以下步骤：
65.步骤一、将湿污泥进行脱水处理，得到脱水污泥及污水；
66.步骤二、将所述脱水污泥进行干化处理，所述干化处理的热源为第一高温烟气，得到干化污泥及废烟气；
67.步骤三、将所述干化污泥进行碳化处理，所述碳化处理的热源为第二高温烟气，得到低热值生物燃料及不凝气；
68.步骤四、将所述不凝气与第一辅助燃料进行第一燃烧处理，得到所述第一高温烟气；
69.步骤五、将第二辅助燃料进行第二燃烧处理，得到所述第二高温烟气；
70.步骤六、将所述废烟气进行烟气净化处理，得到废水及达标烟气；
71.步骤七、所述污水及所述废水进行污水处理，得到中水及达标污水。
72.本发明对所述湿污泥的来源及种类没有特殊要求，本领域技术人员熟知的湿污泥均可以使用本发明的方法进行处理，具体如市政污泥、工业污泥等。
73.本实施例先将将湿污泥进行脱水处理，得到脱水污泥及污水。在实施例中，对于含水率范围为80～99％的湿污泥，如果直接进行热干化处理，会导致干化成本过高、能耗较大、难以产业化推广应用等问题。因此本实施例的脱水处理采用机械式高压压滤方式，不需额外增加天然气或柴油等燃料。如果将脱水污泥的含水率控制在65％以上，会导致后续污泥干化的能耗较高。由于机械式高压压滤主要是去除污泥颗粒间的毛细水，如果想将脱水污泥的含水率控制在 50％以下，则需要采用热干化的方式。因此，本实施例将脱水污泥的含水率控制在50～65％，脱水成本较低、能耗较小、适合产业化推广应用。
74.在本实施例中，所述机械式高压压滤为隔膜压滤或垂直压榨中的一种。当湿污泥的含水率范围为91～99％，由于湿污泥具备流动性，因此可采用隔膜压滤对湿污泥进行脱水处理；当湿污泥的含水率范围为80～90％，由于湿污泥不具备流动性，因此可采用垂直压榨对湿污泥进行脱水处理。本实施例将隔膜压滤的压力控制在0.8～2.5mpa，垂直压榨的压力控制在20-25mpa，可以保证脱水污泥的含水率达到50～65％，同时经济性最优。
75.得到脱水污泥后，本实施例将所述脱水污泥进行干化处理，所述干化处理的热源为第一高温烟气，得到干化污泥及废烟气。在本实施例中，对于含水率范围为50～65％的脱水污泥，如果直接进行碳化处理，由于碳化反应为吸热反应，因此需要补充大量燃料，从而导致运行成本高、经济效益差。本实施例的干化处理是通过第一高温烟气与脱水污泥直接接触换热，因此可以利用第一高温烟气的热量，降低干化运行成本。如果将干化污泥的含水
率控制在35％以上，则会导致后续碳化处理成本提高；如果将干化污泥的含水率控制在25％以下，此时干化污泥成细粉状，不仅会造成后端连接管道堵塞，还会存在粉尘爆炸风险，因此本实施例将干化污泥的含水率控制在25～35％。
76.在本实施例中，将第一高温烟气温度控制在850～1000℃，将废烟气的温度控制在120～220℃，干化处理的反应时间控制在15～35min，可以保证第一高温烟气与脱水污泥直接接触干化具有较高的换热效率，第一高温烟气中的绝大部分热量被干化处理所利用，以实现脱水污泥的含水率控制在50～65％。本实施例将干化处理的压力控制在微负压，可以避免正压带来的臭味逸出，环保性更好。
77.得到干化污泥后，本实施例将所述干化污泥进行碳化处理，所述碳化处理的热源为第二高温烟气，得到低热值生物燃料及不凝气。在本实施例中，如果采用间接碳化，间接传热效率较低，导致碳化炉内干化污泥的温度较低，因此在热解过程中会产生大量焦油，容易堵塞后端管道及除尘等设备。本实施例采用烟气直接接触碳化对干化污泥进行碳化处理，碳化处理的热源为天然气或柴油第二燃烧处理产生的第二高温烟气，并将第二高温烟气的温度控制在 750～900℃，不凝气的温度范围控制在550～750℃，因此避免了焦油产生的温度空间(300～500℃)，可以保证干化污泥在热解过程中主要产生不凝气，并且具有较高的换热效率。
78.在本实施例中，将低热值生物燃料的温度控制在300～500℃，碳化处理的反应时间控制在10～40min，可以保证得到的低热值生物燃料具有较高的热值，其热值可达到1500～2500kcal/kg，具有一定的经济价值，资源化水平高。本实施例将碳化处理的压力控制在微负压，同样可以避免正压带来的臭味逸出，环保性更好。
79.得到不凝气后，本实施例将所述不凝气与第一辅助燃料进行第一燃烧处理，得到所述第一高温烟气，将第二辅助燃料进行第二燃烧处理，得到所述第二高温烟气。本实施例采用再燃炉4为干化处理提供第一高温烟气，热风炉5 为碳化处理提供第二高温烟气，通过单独设置的再燃炉4和热风炉5，可以在运行过程中根据湿污泥、脱水污泥及干化污泥含水率的不同，灵活调整第一辅助燃料及第二辅助燃料，即天然气或柴油的添加量，以及第一高温烟气及第二高温烟气的温度。本实施例将第一高温烟气的烟气停留时间控制在2.5s以上，第二高温烟气的烟气停留时间控制在2.5s以上，可以避免第一高温烟气及第二高温烟气中二噁英的产生，从而提高系统环保性。为保证第一高温烟气及第二高温烟气的稳定提供，本实施例所述第一辅助燃料和所述第二辅助燃料为天然气或柴油中的一种。
80.在本实施例中，由于不凝气组分复杂，在第一燃烧处理时，容易出现nox 排放浓度较高的问题，因此本实施例中在再燃炉4中设置了sncr脱硝，并采用尿素作为还原剂，同时将nh3/nox摩尔比控制在1～2，可以保证nox排放浓度达标。
81.为保证废烟气可以达标排放，在本实施例中，将废烟气进行烟气净化处理，烟气净化处理包括除尘、脱酸及除臭。其中，除尘包括旋风除尘、布袋除尘、水洗中的一种或几种组合。当废烟气中粉尘浓度＜500mg/nm3时，除尘可仅采用布袋除尘方式；当500mg/nm3≤废烟气中粉尘浓度＜1000mg/nm3时，除尘可采用旋风除尘+布袋除尘方式；当废烟气中粉尘浓度≥1000mg/nm3时，除尘可采用旋风除尘+布袋除尘+水洗的组合方式。通过上述除尘工艺选择，可以保证废烟气中粉尘污染物实现达标排放。为降低废烟气中h2s、hcl等酸性气体的含量，本实施例采用碱洗作为脱酸工艺。为保证脱酸效率较高，本实施例采用naoh溶液作为碱
洗溶液，并控制naoh溶液的浓度在10～20％。由于废烟气中臭气浓度较高，为降低臭气排放浓度，本实施例采用生物除臭、光催化氧化或化学除臭中的一种作为除臭工艺。由于单独的光催化氧化工艺除臭效果较差，因此采用光催化氧化时，需在后端配置活性炭吸附装置对废烟气中的臭气进一步处理。
82.由于水洗及碱洗均需要大量的循环水，为降低水耗及运行成本，提高资源循环利用率，在本实施例中，将污水及废水均进行污水处理，并将污水处理产生的中水作为所述水洗及所述碱洗的循环水使用。为保证水洗除尘及碱洗脱酸具有较高的处理效率，本实施例提供的方法将中水的温度控制在20～50℃。
83.本实施例还提供一种污泥碳化制取低热值生物燃料的系统，应用于上述污泥碳化制取低热值生物燃料的方法中，如图2所示，包括脱水处理装置1、干化处理装置2、碳化处理装置3、再燃炉4、热风炉5、烟气净化处理系统6 和污水处理系统7；
84.所述脱水处理装置1用于对湿污泥进行脱水处理，以便得到脱水污泥及污水；所述脱水处理装置1设置有湿污泥入口、药剂入口、脱水污泥出口和污水出口；
85.所述干化处理装置2用于对所述脱水污泥进行干化处理，以便得到干化污泥及废烟气；所述干化处理装置2设置有脱水污泥入口、第一高温烟气入口、干化污泥出口和废烟气出口，所述脱水污泥入口与所述脱水污泥出口相连；
86.所述碳化处理装置3用于对所述干化污泥进行碳化处理，以便得到低热值生物燃料及不凝气；所述碳化处理装置3设置有干化污泥入口、第二高温烟气入口、低热值生物燃料出口和不凝气出口，所述干化污泥入口与所述干化污泥出口相连；
87.所述再燃炉4用于对所述不凝气进行第一燃烧处理，以便得到第一高温烟气；所述再燃炉设置有不凝气入口、第一辅助燃料入口、第一助燃空气入口、尿素入口和第一高温烟气出口，所述不凝气入口与所述不凝气出口相连，所述第一高温烟气出口与所述第一高温烟气入口相连；
88.所述热风炉5用于对第二辅助燃料进行第二燃烧处理，以便得到所述第二高温烟气；所述热风炉5设置有第二辅助燃料入口、第二助燃空气入口和第二高温烟气出口，所述第二高温烟气出口与所述第二高温烟气入口相连；
89.所述烟气净化处理系统6用于对所述废烟气进行烟气净化处理，以便得到废水及达标烟气；所述烟气净化处理系统6设置有中水入口、废烟气入口、废水出口和达标烟气出口，所述废烟气入口与所述废烟气出口相连；
90.所述污水处理系统7用于对所述污水及所述废水进行污水处理，以便得到所述中水及达标污水；所述污水处理系统7设置有污水入口、废水入口、中水出口和达标污水出口，所述污水入口与所述污水出口相连，所述废水入口与所述废水出口相连，所述中水出口与所述中水入口相连。
91.为保证污泥干化效果，本实施例采用卧式回转炉作为干化处理装置2，所述卧式回转炉由回转炉本体、物料打散装置及偏心传动轴组成，所述回转炉本体的转速范围为3～10r/min，所述偏心传动轴的转速范围为100～300r/min。由于脱水污泥成膏状，为保证脱水污泥不粘壁结焦、干化反应彻底、干化效率快，本发明提供的系统在回转炉本体的内壁设置有多个抄板，同时在偏心传动轴上设置有物料打散装置。
92.由于干化污泥呈颗粒状，并且含水率已降至25～35％，为降低碳化处理装置3投
资，并保证污泥碳化处理效果，在本实施例中，采用无轴旋转炉作为碳化处理装置3，同时，在无轴旋转炉的内壁设置有多个抄板，并将无轴旋转炉的转速为1～6r/min。
93.在使用本发明提供的系统对污泥进行碳化制取低热值生物燃料时，各个步骤的控制条件和上述方案一致，在此不再赘述。
94.结合图1～2对本发明污泥碳化制取低热值生物燃料的方法和系统进行具体说明：将湿污泥送入脱水处理装置1中进行脱水处理，以便得到脱水污泥及污水；将所述脱水污泥送入干化处理装置2中进行干化处理，所述干化处理的热源为第一高温烟气，以便得到干化污泥及废烟气；将所述干化污泥送入碳化处理装置3中进行碳化处理，所述碳化处理的热源为第二高温烟气，以便得到低热值生物燃料及不凝气；将所述不凝气与第一辅助燃料送入再燃炉4中进行第一燃烧处理，以便得到所述第一高温烟气；将第二辅助燃料送入热风炉5 中进行第二燃烧处理，以便得到所述第二高温烟气；将所述废烟气送入烟气净化处理系统6中进行烟气净化处理，以便得到废水及达标烟气；将所述污水及所述废水送入污水处理系统7中进行污水处理，以便得到中水及达标污水。本发明提供的方法设备投资低、能源消耗少、运行成本低、环保效益好，得到的低热值生物燃料可送往电厂、水泥厂等进行资源化利用，易于产业化推广及应用；整个系统的设备投资低、能源消耗少、运行成本低、工艺简单、自动化程度高、便于操作维护。
95.实例1
96.利用一种污泥碳化制取低热值生物燃料的系统对某城市污水处理厂含水率80％的湿污泥进行处理，湿污泥的工业分析及元素分析如表1所示，其中，一种污泥碳化制取低热值生物燃料的工艺流程如图1所示，所用系统的结构示意图如图2所示。具体处理流程如下：
97.表1湿污泥工业分析及元素分析
[0098][0099]
将含水率80％的湿污泥送入脱水处理装置1中进行脱水处理，得到含水率 50％的脱水污泥及污水，脱水处理装置1为垂直压榨机，压力为25mpa。将脱水污泥送入干化处理装置2中进行干化处理，干化处理装置2为卧式回转炉，卧式回转炉由回转炉本体、物料打散装置及偏心传动轴组成，回转炉本体的内壁设置有多个抄板，物料打散装置设置在所述偏心传动轴上。其中，回转炉本体的转速范围为3r/min，所述偏心传动轴的转速范围为100r/min。所述干化处理的热源为第一高温烟气，第一高温烟气的温度为850℃，干化处理的压力为微负压，反应时间范围为25min，得到含水率25％的干化污泥及温度为220℃的废烟气。将干化污泥送入碳化处理装置3中进行碳化处理，碳化处理装置3 为无轴旋转炉，无轴旋转炉的内壁设置有多个抄板，所述无轴旋转炉的转速为 1r/min。所述碳化处理的热源为第二高温烟气。第二高温烟气的温度为750℃，碳化处理的压力为微负压，反应时间范围为20min，得到热值为1500kcal/kg 的低热值生物燃料及温度为550℃不凝气。将不凝气与第一辅助
燃料送入再燃炉4中进行第一燃烧处理，得到所述第一高温烟气，第一辅助燃料为天然气，再燃炉4的炉内温度范围为850℃，烟气停留时间＞2.5s。再燃炉4采用sncr 脱硝，所述sncr脱硝采用的还原剂为尿素，nh3/nox摩尔比为1。将第二辅助燃料送入热风炉5中进行第二燃烧处理，得到所述第二高温烟气，第二辅助燃料为天然气。热风炉5的炉内温度范围为750℃，烟气停留时间＞2.5s。将废烟气送入烟气净化处理系统6中进行烟气净化处理，得到废水及达标烟气。由于废烟气中粉尘浓度为1500mg/nm3，因此除尘采用旋风除尘+布袋除尘+水洗的组合方式。在除尘后端设置碱洗对废烟气进行脱酸处理，采用浓度为10％的naoh溶液作为碱洗溶液。在碱洗后端设置生物除臭，以实现废烟气除臭处理。将污水及废水送入污水处理系统7中进行污水处理，得到温度为20℃的中水及达标污水，污水处理产生的中水作为所述水洗及所述碱洗的循环水使用。本发明提供的方法设备投资低、能源消耗少、运行成本低、环保效益好，得到的低热值生物燃料可送往电厂、水泥厂等进行资源化利用，易于产业化推广及应用；整个系统的设备投资低、能源消耗少、运行成本低、工艺简单、自动化程度高、便于操作维护。
[0100]
实例2
[0101]
利用一种污泥碳化制取低热值生物燃料的系统对某城市污水处理厂含水率99％的湿污泥进行处理，湿污泥的工业分析及元素分析如表2所示，其中，一种污泥碳化制取低热值生物燃料的工艺流程如图1所示，所用系统的结构示意图如图2所示。具体处理流程如下：
[0102]
表2湿污泥工业分析及元素分析
[0103][0104]
将含水率99％的湿污泥送入脱水处理装置1中进行脱水处理，得到含水率 65％的脱水污泥及污水，脱水处理装置1为隔膜压滤机，压力为2.5mpa。将脱水污泥送入干化处理装置2中进行干化处理，干化处理装置2为卧式回转炉，卧式回转炉由回转炉本体、物料打散装置及偏心传动轴组成，回转炉本体的内壁设置有多个抄板，物料打散装置设置在所述偏心传动轴上。其中，回转炉本体的转速范围为10r/min，所述偏心传动轴的转速范围为300r/min。所述干化处理的热源为第一高温烟气，第一高温烟气的温度为1000℃，干化处理的压力为微负压，反应时间范围为35min，得到含水率35％的干化污泥及温度为 180℃的废烟气。将干化污泥送入碳化处理装置3中进行碳化处理，碳化处理装置3为无轴旋转炉，无轴旋转炉的内壁设置有多个抄板，所述无轴旋转炉的转速为6r/min。所述碳化处理的热源为第二高温烟气。第二高温烟气的温度为 900℃，碳化处理的压力为微负压，反应时间范围为40min，得到热值为2000 kcal/kg的低热值生物燃料及温度为750℃不凝气。将不凝气与第一辅助燃料送入再燃炉4中进行第一燃烧处理，得到所述第一高温烟气，第一辅助燃料为天然气，再燃炉4的炉内温度范围为1000℃，烟气停留时间＞2.5s。再燃炉4采用sncr脱硝，所述sncr脱硝采用的还原剂为尿素，nh3/nox摩尔比为2。将第二辅助燃料送入热风炉5中进行
第二燃烧处理，得到所述第二高温烟气，第二辅助燃料为柴油。热风炉5的炉内温度范围为900℃，烟气停留时间＞2.5s。将废烟气送入烟气净化处理系统6中进行烟气净化处理，得到废水及达标烟气。由于废烟气中粉尘浓度为750mg/nm3，因此除尘采用旋风除尘+布袋除尘的组合方式。在除尘后端设置碱洗对废烟气进行脱酸处理，采用浓度为20％的naoh溶液作为碱洗溶液。在碱洗后端设置光催化氧化，以实现废烟气除臭处理。将污水及废水送入污水处理系统7中进行污水处理，得到温度为40℃的中水及达标污水，污水处理产生的中水作为所述碱洗的循环水使用。本发明提供的方法设备投资低、能源消耗少、运行成本低、环保效益好，得到的低热值生物燃料可送往电厂、水泥厂等进行资源化利用，易于产业化推广及应用；整个系统的设备投资低、能源消耗少、运行成本低、工艺简单、自动化程度高、便于操作维护。
[0105]
实施例3
[0106]
利用一种污泥碳化制取低热值生物燃料的系统对某化工厂含水率90％的工业污泥进行处理，工业污泥的工业分析及元素分析如表3所示，其中，一种污泥碳化制取低热值生物燃料的工艺流程如图1所示，所用系统的结构示意图如图2所示。具体处理流程如下：
[0107]
表3工业污泥工业分析及元素分析
[0108][0109]
将含水率90％的工业污泥送入脱水处理装置1中进行脱水处理，得到含水率58％的脱水污泥及污水，脱水处理装置1为垂直压榨机，压力为20mpa。将脱水污泥送入干化处理装置2中进行干化处理，干化处理装置2为卧式回转炉，卧式回转炉由回转炉本体、物料打散装置及偏心传动轴组成，回转炉本体的内壁设置有多个抄板，物料打散装置设置在所述偏心传动轴上。其中，回转炉本体的转速范围为5r/min，所述偏心传动轴的转速范围为200r/min。所述干化处理的热源为第一高温烟气，第一高温烟气的温度为900℃，干化处理的压力为微负压，反应时间范围为15min，得到含水率30％的干化污泥及温度为 120℃的废烟气。将干化污泥送入碳化处理装置3中进行碳化处理，碳化处理装置3为无轴旋转炉，无轴旋转炉的内壁设置有多个抄板，所述无轴旋转炉的转速为3r/min。所述碳化处理的热源为第二高温烟气。第二高温烟气的温度为 850℃，碳化处理的压力为微负压，反应时间范围为30min，得到热值为2500 kcal/kg的低热值生物燃料及温度为600℃不凝气。将不凝气与第一辅助燃料送入再燃炉4中进行第一燃烧处理，得到所述第一高温烟气，第一辅助燃料为柴油，再燃炉4的炉内温度范围为900℃，烟气停留时间＞2.5s。再燃炉4采用 sncr脱硝，所述sncr脱硝采用的还原剂为尿素，nh3/nox摩尔比为1.5。将第二辅助燃料送入热风炉5中进行第二燃烧处理，得到所述第二高温烟气，第二辅助燃料为柴油。热风炉5的炉内温度范围为850℃，烟气停留时间＞2.5s。将废烟气送入烟气净化处理系统6中进行烟气净化处理，得到废水及达标烟气。由于废烟气中粉尘浓度为400mg/nm3，因此除尘采用布袋除尘方式。在除尘后端设置碱洗对废烟气进行脱酸处理，采用浓度为15％的naoh溶液作为碱洗溶液。在碱
洗后端设置化学除臭，以实现废烟气除臭处理。将污水及废水送入污水处理系统7中进行污水处理，得到温度为30℃的中水及达标污水，污水处理产生的中水作为所述碱洗的循环水使用。本发明提供的方法设备投资低、能源消耗少、运行成本低、环保效益好，得到的低热值生物燃料可送往电厂、水泥厂等进行资源化利用，易于产业化推广及应用；整个系统的设备投资低、能源消耗少、运行成本低、工艺简单、自动化程度高、便于操作维护
[0110]
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
技术特征：1.一种污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将湿污泥进行脱水处理，得到脱水污泥及污水；步骤二、将所述脱水污泥进行干化处理，所述干化处理的热源为第一高温烟气，得到干化污泥及废烟气；步骤三、将所述干化污泥进行碳化处理，所述碳化处理的热源为第二高温烟气，得到低热值生物燃料及不凝气；步骤四、将所述不凝气与第一辅助燃料进行第一燃烧处理，得到所述第一高温烟气；步骤五、将第二辅助燃料进行第二燃烧处理，得到所述第二高温烟气；步骤六、将所述废烟气进行烟气净化处理，得到废水及达标烟气；步骤七、所述污水及所述废水进行污水处理，得到中水及达标污水。2.根据权利要求1所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，其特征在于：所述湿污泥的含水率范围为80～99％，所述脱水污泥的含水率范围为50～65％；所述脱水处理采用机械式高压压滤，所述机械式高压压滤为隔膜压滤或垂直压榨中的一种；所述隔膜压滤的压力范围为0.8～2.5mpa，所述垂直压榨的压力范围为20-25mpa。3.根据权利要求1所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，其特征在于：所述干化污泥的含水率范围为25～35％，所述干化处理采用烟气直接接触干化，所述干化处理的热源为所述第一高温烟气；所述第一高温烟气温度范围为850～1000℃，所述废烟气的温度范围为120～220℃；所述干化处理的压力为微负压，所述干化处理的反应时间为15～35min。4.根据权利要求1所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，其特征在于：所述碳化处理采用烟气直接接触碳化，所述碳化处理的热源为所述第二高温烟气；所述第二高温烟气的温度范围为750～900℃，所述低热值生物燃料的温度范围为300～500℃，所述不凝气的温度范围为550～750℃；所述碳化处理的压力为微负压，所述碳化处理的反应时间范围为10～40min；所述低热值生物燃料的热值范围为1500～2500kcal/kg。5.根据权利要求1所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，其特征在于：所述第一燃烧处理在再燃炉中进行，所述第二燃烧处理在热风炉中进行；所述再燃炉的炉内温度范围为850～1000℃，烟气停留时间＞2.5s；所述热风炉的炉内温度范围为750～900℃，烟气停留时间＞2.5s；所述再燃炉采用sncr脱硝，所述sncr脱硝采用的还原剂为尿素，nh3/nox摩尔比为1～2。所述再燃炉配置有第一辅助燃料，所述热风炉配置有第二辅助燃料，所述第一辅助燃料和所述第二辅助燃料为天然气或柴油。6.根据权利要求1所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，其特征在于：所述烟气净化处理包括除尘、脱酸和除臭；所述除尘包括旋风除尘、布袋除尘、水洗中的一种或几种组合；所述脱酸为碱洗，所述碱洗采用的碱洗溶液为naoh溶液，所述naoh溶液的浓度为10～20％；所述除臭为生物除臭、光催化氧化或化学除臭。7.根据权利要求1所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的方法，其特征在于：所述污水
处理产生的中水作为所述水洗及所述碱洗的循环水使用；所述中水的温度为20～50℃。8.一种污泥碳化制取低热值生物燃料的系统，应用于权利要求1-7任一项所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的方法中，其特征在于：包括脱水处理装置、干化处理装置、碳化处理装置、再燃炉、热风炉、烟气净化处理系统和污水处理系统；其中，所述脱水处理装置用于对湿污泥进行脱水处理，以便得到脱水污泥及污水；所述脱水处理装置设置有湿污泥入口、药剂入口、脱水污泥出口和污水出口；所述干化处理装置用于对所述脱水污泥进行干化处理，以便得到干化污泥及废烟气；所述干化处理装置设置有脱水污泥入口、第一高温烟气入口、干化污泥出口和废烟气出口，所述脱水污泥入口与所述脱水污泥出口相连；所述碳化处理装置用于对所述干化污泥进行碳化处理，以便得到低热值生物燃料及不凝气；所述碳化处理装置设置有干化污泥入口、第二高温烟气入口、低热值生物燃料出口和不凝气出口，所述干化污泥入口与所述干化污泥出口相连；所述再燃炉用于对所述不凝气进行第一燃烧处理，以便得到第一高温烟气；所述再燃炉设置有不凝气入口、第一辅助燃料入口、第一助燃空气入口、尿素入口和第一高温烟气出口，所述不凝气入口与所述不凝气出口相连，所述第一高温烟气出口与所述第一高温烟气入口相连；所述热风炉用于对第二辅助燃料进行第二燃烧处理，以便得到所述第二高温烟气；所述热风炉设置有第二辅助燃料入口、第二助燃空气入口和第二高温烟气出口，所述第二高温烟气出口与所述第二高温烟气入口相连；所述烟气净化处理系统用于对所述废烟气进行烟气净化处理，以便得到废水及达标烟气；所述烟气净化处理系统设置有中水入口、废烟气入口、废水出口和达标烟气出口，所述废烟气入口与所述废烟气出口相连；所述污水处理系统用于对所述污水及所述废水进行污水处理，以便得到所述中水及达标污水；所述污水处理系统设置有污水入口、废水入口、中水出口和达标污水出口，所述污水入口与所述污水出口相连，所述废水入口与所述废水出口相连，所述中水出口与所述中水入口相连。9.根据权利要求8所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的系统，其特征在于：所述干化处理装置为卧式回转炉，所述卧式回转炉由回转炉本体、物料打散装置及偏心传动轴组成；所述回转炉本体的内壁设置有多个抄板，所述物料打散装置设置在所述偏心传动轴上；进一步的，所述回转炉本体的转速范围为3～10r/min，所述偏心传动轴的转速范围为100～300r/min。10.根据权利要求8所述的污泥碳化制取低热值生物燃料的系统，其特征在于：所述碳化处理装置为无轴旋转炉，所述无轴旋转炉的内壁设置有多个抄板，所述无轴旋转炉的转速为1～6r/min。
技术总结本发明公开了一种污泥碳化制取低热值生物燃料的方法和系统，其中，方法包括：将湿污泥进行脱水处理；将脱水处理得到的脱水污泥进行干化处理；将干化处理得到的干化污泥进行碳化处理；将碳化处理得到的不凝气进行第一燃烧处理；将第一燃烧处理最终得到的第一高温烟气作为干化处理的热源使用；将干化处理产生的废烟气进行烟气净化处理；将脱水处理产生的污水进行污水处理。本发明提供的方法设备投资低、能源消耗少、运行成本低、环保效益好，得到的低热值生物燃料可送往电厂、水泥厂等进行资源化利用，易于产业化推广及应用；整个系统的设备投资低、能源消耗少、运行成本低、工艺简单、自动化程度高、便于操作维护。便于操作维护。便于操作维护。
技术研发人员：刘嘉鹏 阳绍军 刘璐 夏双全 陈武 张南竹
受保护的技术使用者：中科合肥煤气化技术有限公司
技术研发日：2022.05.12
技术公布日：2022/7/5
