一种垃圾焚烧烟气余热耦合污泥干化的系统的制作方法

1.本实用新型属于能源回收技术领域，具体而言是指一种垃圾焚烧烟气余热耦合污泥干化的系统。


背景技术：

2.我国的生活垃圾的产生量大，垃圾热值低，不易完全燃烧，垃圾焚烧产生的烟气中主要有害物质有飞灰颗粒物、酸性气体、重金属，如果不能有效地控制和处理生活垃圾焚烧烟气产生的污染，将会对生态环境和人类健康造成重大危害。另外，中央财政补贴一直都是垃圾焚烧发电项目的重要利润来源，如果按照吨垃圾上网电量280度来计算，一家垃圾焚烧发电厂20％左右的营收均来自于补贴。2020年秋天，《完善生物质发电项目建设运行的实施方案》和《关于〈关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见〉有关事项的补充通知》两项重磅政策出炉，正式明确了生物质发电项目(含农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电)全生命周期合理利用小时数为82500小时，垃圾焚烧发电项目电价补贴申领需满足以下两个条件：(1) 在未超过项目全生命周期合理利用小时数时(即82500小时)；(2)自项目并网之日起 15年内。超出前两项任意之一的，项目不再享受中央财政补贴资金。在达到全生命周期合理利用的82500小时以后，如果标杆上网电价按0.45元/度，项目的净利润将会降低12个百分点左右，这是所有垃圾焚烧发电项目都必须跨过的一道坎。此外，垃圾分类后，垃圾残渣量将减少，大约从35％减少至20％左右，同时热值升高，预计从1600大卡增加到1900大卡。在焚烧炉额定功率下，锅炉排烟温度高于设计温度，排烟温度约230-235℃。
3.在补贴退坡，环保政策收紧，项目审批放缓的大趋势下，垃圾焚烧发电项目须放下对补贴和政策的依赖，必须从其它方面寻求突破，提升垃圾焚烧锅炉效率并进行节能改造需求日益迫切。
4.图1为现有的垃圾焚烧烟气余热处理的工艺流程图，包括依次设置的余热锅炉 1、半干法塔2、布袋除尘器3、引风机4和烟囱5，垃圾焚烧后的高温烟气进入余热锅炉1进行热量回收，排出余热锅炉1时温度约为230摄氏度，然后通过半干法塔2 进行脱硫处理，随后进入布袋除尘器3进行除尘，随后通过引风机4由烟囱5排出。这样排出的烟气温度十分高，排烟温度始终是衡量锅炉效率的重要指标，排烟温度过高不仅会降低锅炉效率，并且会造成巨大的能源浪费，给环境带来不利影响。
5.目前的污泥干化工艺，根据加热方式分为直接加热、间接加热和直接-间接联合加热；根据工艺方式，分为转鼓干化、流化床干化、盘式干化、输送带干化、管式转鼓干化、膜式干化、浆式干化、转盘干化、太阳能干化、真空过滤干化、离心脱水干化等。但这些工艺所用到的干燥器需要依靠非常复杂的监控系统来保持，并且系统的能耗也非常高。


技术实现要素：

6.为了克服现有的焚烧炉排烟温度过高、污泥干化工艺能耗高的问题，本实用新型提供了一种垃圾焚烧烟气余热耦合污泥干化的系统。
7.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.一种垃圾焚烧烟气余热耦合污泥干化的系统，包括依次设置的余热锅炉、半干法塔、布袋除尘器、引风机、以及烟囱，还包括在所述引风机和所述烟囱之间增设的热水循环系统和与所述热水循环系统连接的空气循环系统。所述热水循环系统用于与所述引风机出口排出的高温烟气进行热交换，以降低进入烟囱的烟气的温度，所述空气循环系统则用于与所述热水循环系统进行热交换，以提升用于污泥干化的空气的温度，其中：
9.所述热水循环系统为由烟气余热回收换热器和气/水换热器构成的回路，其中包括循环的两次热交换过程；
10.所述气/水换热器为所述热水循环系统和空气循环系统所共有，使两个循环并联；
11.所述空气循环系统为由气/水换热器、低温污泥干化器和冷凝器构成的回路，其中包括循环的热交换-污泥干化-降温除湿的过程。
12.进一步地，所述热水循环系统的烟气余热回收换热器设置于所述引风机和烟囱之间，包括有烟气入口和烟气出口，高温烟气从所述引风机出口排出，进入所述烟气余热回收换热器内与其中的低温热媒水进行第一次热交换。
13.根据本实用新型，所述烟气余热回收换热器优选为氟塑料换热器、搪瓷管或者碳化硅管。
14.进一步地，所述空气循环系统中的低温污泥干化器设置于所述气/水换热器和所述冷凝器之间，上承所述气/水换热器，下接所述冷凝器，用于所述空气循环系统中的污泥干化过程。
15.进一步地，所述低温污泥干化器包括有高含水污泥进口和低含水污泥出口。
16.所述空气循环系统中的冷凝器位于所述低温污泥干化器之后，用于所述空气循环系统的降温除湿过程。
17.所述冷凝器包括有循环冷却水入口，湿热空气入口、回水出口、以及去水出口，所述湿热空气入口与所述低温污泥干化器的出气口连通。
18.本实用新型的有益效果是：
19.1、通过热水循环系统，使高温烟气在循环的热交换过程中降温，降低了排烟温度。
20.2、利用空气循环系统将高温烟气的热量用于污泥干化，降低污泥干化的能耗。
21.3、提高了全厂的热利用率，节约成本，增加了经济效益。
附图说明
22.图1为现有垃圾焚烧烟气处理的工艺流程图。
23.图2为本实用新型的垃圾焚烧烟气耦合污泥干化系统的工艺流程图。
24.图中：
25.1-余热锅炉、2-半干法塔、3-布袋除尘器、4-引风机、5-烟囱；
26.101-烟气余热回收换热器、102-气/水换热器、103-低温污泥干化器、104-冷凝器。
具体实施方式
27.以下通过附图和具体实施方式来对本实用新型进行进一步的说明，其内容是对本实用新型的说明而不是限定。本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为
了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术各权利要求所要求保护的技术方案。
28.如图2所示，本实用新型所述的一种垃圾焚烧烟气余热耦合污泥干化的系统，主要包括依次设置的余热锅炉1、半干法塔2、布袋除尘器3、引风机4、以及烟囱 5，还包括在所述引风机4和所述烟囱5之间增设的热水循环系统和与所述热水循环系统连接的空气循环系统。所述热水循环系统用于从所述引风机4出口排出的高温烟气进行热交换，以降低自进入烟囱5的烟气的温度，所述空气循环系统则用于与所述热水循环系统进行热交换，以提升用于污泥干化的空气的温度，其中：
29.所述热水循环系统为由烟气余热回收换热器101和气/水换热器102构成的回路，其中包括循环的两次热交换过程：(1)自所述引风机4出口排出的高温烟气与所述烟气余热回收换热器101中低温热媒水的热交换，这一过程中，高温烟气经热交换后温度降低，低温热媒水经热交换后温度升高；和(2)被加热的高温热媒水与所述气/水换热器102中低温干空气的热交换，这一过程中，热媒水经热交换后成为低温热媒水，所述低温热媒水重新回到所述烟气余热回收换热器101中与高温烟气进行热交换；
30.所述气/水换热器102为所述热水循环系统和空气循环系统所共有，使两个循环并联；
31.所述空气循环系统为由气/水换热器102、低温污泥干化器103和冷凝器104构成的回路，其中包括循环的热交换-污泥干化-降温除湿的过程：(1)低温干空气在所述气/水换热器102中与高温热媒水进行热交换，这一过程中，低温干空气经热交换后成为高温热空气；(2)自所述气/水换热器102排出的高温热空气进入所述低温污泥干化器103中，对高含水污泥进行加热升温，这一过程中，高温热空气与高含水污泥接触后温度降低变成湿热空气，高含水污泥则被加热(干化)；(3)从所述污泥干化器103排出的湿热空气在所述冷凝器104中被进一步降温除湿成为低温干空气，所述低温干空气再重新回到所述气/水换热器102中与高温热媒水进行热交换。
32.进一步地，所述烟气余热回收换热器101设置于所述引风机4和烟囱5之间，包括有烟气入口和烟气出口，高温烟气从所述引风机4出口排出，进入所述烟气余热回收换热器101内与其中的低温热媒水进行第一次热交换，被加热后的高温热媒水进入所述气/水换热器102中。
33.具体地，所述余热锅炉1出口烟气温度为150℃-250℃，从所述引风机4进入到所述烟气余热换热器101的烟气温度为100℃-200℃。
34.优选地，所述烟气余热回收换热器101采取耐腐蚀材料，如氟塑料换热器、搪瓷管或者碳化硅管，来避免烟气降温带来的腐蚀。
35.进一步地，所述气/水换热器102内部的低温干空气与在所述烟气余热回收换热器101中加热后排出的高温热媒水进行热交换，低温干空气经加热后成为高温热空气，高温热媒水降温后成为低温热媒水。所述气/水换热器102处于热水循环系统中时，上述低温热媒水回到所述烟气余热回收换热器101中与高温烟气再一次进行热交换从而循环使用；所述气/水换热器102处在空气循环系统中，上述高温热空气进入所述低温污泥干化器103中使高含水污泥干化。就这样，所述热水循环系统和所述空气循环系统通过所述气/水换热器
102并联。
36.具体地，在热水循环过程中，低温热媒水被高温烟气加热到100℃-120℃，加热后的热媒水将所述气/水换热器102中的低温空气加热至90℃-100℃。
37.进一步地，所述低温污泥干化器103设置于所述气/水换热器102和所述冷凝器 104之间，上承所述气/水换热器102，下接所述冷凝器104。所述低温污泥干化器 103包括有高含水污泥进口和低含水污泥出口，从所述气/水换热器102输入的高温热空气对进入所述低温污泥干化器103中的高含水污泥进行加热升温，高含水污泥烘干成低含水污泥，高温空气则与高含水污泥蒸发出的水蒸气结合形成湿热空气。上述低含水污泥被排出送往焚烧炉焚烧，而湿热空气则输送至所述冷凝器104。
38.具体的，所述低温污泥干化器103中的高含水污泥为含水量70％以上的污泥，所述低含水污泥为含水量40％以下的污泥。
39.进一步地，所述冷凝器104位于所述低温污泥干化器103之后，包括有循环冷却水入口、湿热空气入口、回水出口、去水出口、以及干空气出口，所述湿热空气入口和干空气出口分别与所述低温污泥干化器103和所述气/水换热器102连通，用于所述空气循环系统的降温除湿过程。从所述低温污泥干化器103输送来的湿热空气被所述冷凝器104内的低温冷却水降温，随着温度逐渐下降到低于露点温度时，湿热空气中的水蒸气逐渐凝结形成凝结水，此时湿热空气就转化为低温干空气和凝结水，所述低温干空气被输送到所述气/水换热器102中与高温热媒水进行又一轮的热交换，所述凝结水则被排出。
40.本实施例的垃圾焚烧烟气余热耦合污泥干化系统的工作过程如下：
41.热水循环系统工作流程：温度约为145℃的高温烟气经过所述引风机4增压排放至所述烟气余热回收换热器101中，利用145℃烟气余热给约70℃的低温热媒水加热，加热后的高温热媒水约为100℃-120℃，上述高温热媒水进入所述气/水换热器 102中给约40℃的低温干空气升温，换热后的低温热媒水又回到所述烟气余热回收换热器101中与高温烟气进行热交换从而循环使用。
42.空气循环系统工作流程：上述被高温热媒水加热后的90℃-100℃的高温热空气进入所述低温污泥干化器103中对含水量约为80％的污泥进行加热升温使其干化，上述高温热空气与含水80％的污泥蒸发的水蒸气结合形成约70℃湿热空气，上述70℃湿热空气进入所述冷凝器104被约28℃的低温冷却水降温并析出凝结水，从而将70℃的湿热空气降温除湿形成约40℃的低温干空气，然后将上述低温干空气送入所述气/ 水换热器102中与高温热媒水进行又一轮的热交换从而循环使用。
43.烟气排放流程：垃圾焚烧后产生的大量高温烟气，进入所述余热锅炉1回收热量，烟气温度约为230℃时进入所述半干法塔2进行半干法脱硫处理，而后进入所述布袋除尘器3进行除尘处理。经过除尘处理后的高温烟气经过所述引风机4增压排放至所述烟气余热回收换热器101中，此时温度约为145℃，利用约145℃的高温烟气余热与约70℃的低温热媒水进行热交换，使高温烟气在循环使用后达到降温的效果，最后从所述烟囱5排出。
44.该垃圾焚烧烟气余热耦合污泥干化的工艺在现存的垃圾焚烧烟气处理系统上加入热水循环系统和空气循环系统，对排出的烟气通过数次热交换进行余热回收，将回收的热量用于污泥干化，不仅降低了排烟温度，还充分利用了热能，减少能耗，提高了全厂的热效率。
45.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。