一种多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统的制作方法

1.本实用新型属于环境工程污泥处理技术领域，具体涉及一种多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统。


背景技术：

2.污泥的絮体主要由大量微生物通过胞外聚合物(eps)、二价阳离子(ca
2+
、mg
2+
等)和其他无机细颗粒架桥而组成。大量eps为难生物降解的大分子胶体物质和微生物同化的有机物位于胞内，难以处理和利用。另外，污泥含水率可达95％以上，污泥含水可分为孔隙水(70％)，毛细水(20％)和内部水(10％)。基于此，对污泥进行破解是污泥处理的关键，将胞内有机物和水分流出，胞间毛细水被释放，并将难降解大分子有机物转化为小分子有机物或无机物。当前，污泥的破解技术主要包括机械破解、酶处理、化学破解、热处理和多种破解方式的耦合。其中，热处理具有较强的破坏凝胶状结构的能力，该技术已大规模工业运用，但是面临能量消耗大，运行成本高的不足。因此，在保障污泥热处理效果的基础上，行业内相关生产和研究单位研发出了多种污泥热处理技术和相应的余热回收技术。
3.cn214299834u公开了一种污泥湿式氧化闪蒸换热器，其包括原泥储存仓、浆化供料泵、浆化反应器、水热供料泵、水热反应器、闪蒸调节阀、闪蒸反应器、脱水供料泵、污泥冷却器、脱水机组成。浆化供料泵将含水率为75～90％污泥输送到浆化反应器中进行浆化，由水热供料泵输送到水热反应器进行污泥水热解，水热后污泥经闪蒸调节阀进入闪蒸反应器进行部分余热回收，闪蒸蒸汽回用于浆化反应器；闪蒸反应器出口污泥经脱水供料泵进入污泥冷却器进行降温处理，最后进入脱水机进行脱水。该方法污泥含水率较低、流动性差，而且工艺不能实现连续运行，只能采用间歇运行；另外，该方法余热回收率较低，锅炉蒸汽消耗量大，只有一级闪蒸回收余热用于浆化反应器，污泥冷却器无余热回收功能，导致大量余热损失。
4.cn102786190a公开了一种污泥快速资源化方法，其包括污泥储罐、物化预处理器、氧化反应器、换热器、强制过滤机、活化反应器、膨化器、离心机等。原料污泥从污泥储罐输送到物化预处理器与水配制，配置后污泥经换热器进入氧化反应器，同时通入氧气进行湿式氧化反应；湿式氧化后产生的气体外排，产生的高温物料进入换热器中进行热量回收用于进料预热；换热后物料经强制过滤机过滤浓缩后，依次进入活化反应器和膨胀器中，再经离心机进行固液分离，最后固体外运。强制过滤机和离心机产生的液体用于物化预处理器的泥水配制。该方法采用单级换热器，导致换热不充分，余热回收率低。
5.针对污泥湿式氧化处理与热量回收领域，当前缺少一种污泥热处理效果好、可连续运行、余热回收率高的技术工艺和设备。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于：本实用新型提供了一种多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，解决了污泥热处理连续稳定运行难、余热回收效率低的问题。
7.本实用新型目的通过下述技术方案来实现：
8.一种多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，包括污泥料仓，污泥料仓与污泥均质罐连通，污泥均质罐与多级强制湍流换热站的冷端流道连通，多级强制湍流换热站的冷端流道与混合蒸汽加热器连通，混合蒸汽加热器与湿式氧化反应系统连通，湿式氧化反应系统与多级强制湍流换热站的热端流道连通，多级强制湍流换热站的热端流道与污泥浓缩系统连通。
9.进一步的，所述的污泥料仓通过原料供料泵与污泥均质罐连通，污泥均质罐通过均料供给泵与多级强制湍流换热站连通。
10.进一步的，所述的污泥料仓内储存原污泥，污泥料仓中原污泥含水率可为50～99.9％，温度可≥5℃。原污泥进入污泥均质罐中与来水进行配制，形成一定含水率的泥水混合物。污泥均质罐将原污泥与污泥浓缩系统产生的热水或外界补水进行充分混合，配制成含水率为80～99.9％的泥水混合物。
11.进一步的，所述的冷端流道内的低温进料污泥与高温流道内的高温出料污泥进行对流换热，进行高温出料污泥的逐级余热回收，并进行低温进料污泥的逐级加热。
12.进一步的，所述的多级强制湍流换热站为间壁式换热器。多级强制湍流换热站可设n级，其中n≥1；在多级强制湍流换热站中，核心为间壁式换热器，具体可为管式换热器、板面式换热器、扩展表面式换热器，包括以上述为基本原理的其他形式换热器。
13.进一步的，所述的混合蒸汽加热器与蒸汽端连通，采用蒸汽对多级强制湍流换热站的出料进行再加热，以达到湿式氧化反应系统所需温度。
14.进一步的，所述的湿式氧化反应系统与氧化剂端连通，在高温高压下通入氧化剂，对污泥进行氧化处理，将大分子有机物转化和/或分解为小分子有机物和/或无机物。湿式氧化反应系统反应温度为150～350℃，压力为0.5～20mpa；氧化剂通入湿式氧化反应系统中进行氧化反应，氧化剂不限于空气、纯氧和双氧水。
15.进一步的，所述的湿式氧化反应系统中，为提高反应速率和强化处理效果加入催化剂。
16.进一步的，所述的混合蒸汽加热器和湿式氧化反应系统形成至少一路的平行加热反应流程，并采用间歇运行，以此保证污泥进出料和换热环节的连续运行。
17.进一步的，所述的混合蒸汽加热器和湿式氧化反应系统合并设为一个罐，或分开设为两个独立系统，采用边进边出连续运行方式。
18.进一步的，所述的污泥浓缩系统的热水端与污泥均质罐连通，污泥浓缩系统与反应后出泥端连通，污泥浓缩系统对污泥进行固液分离，污泥浓缩过程产生的热水输送到污泥均质罐用于泥水混合物的配制。污泥浓缩系统对第1级强制湍流换热站出泥进行浓缩，将固液分离所得热水回流到污泥均质罐作为泥水配制的水源，并对污泥均质罐中污泥进行加热，实现余热回用。另外，若固液分离所得热水不能满足泥均质罐需求，通过外界向污泥浓缩系统进行补水及设备冲洗。
19.本实用新型的有益效果：可实现较高的余热回收率，且连续稳定运行效果良好。
20.前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；且本实用新型，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和
公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。
附图说明
21.图1是本实用新型的结构示意图。
22.图中：1.污泥料仓，2.原料供料泵，3.污泥均质罐，4.均料供给泵，5.多级强制湍流换热站，6.混合蒸汽加热器，7.湿式氧化反应系统，8.污泥浓缩系统，9.反应后出泥端，10.蒸汽端，11.氧化剂端，12.补水端。
具体实施方式
23.下列非限制性实施例用于说明本实用新型。
24.参考图1所示，一种多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，包括污泥料仓1、原料供料泵2、污泥均质罐3、均料供给泵4、多级强制湍流换热站5、混合蒸汽加热器6、湿式氧化反应系统7、污泥浓缩系统8、反应后出泥端9、蒸汽端10、氧化剂端11和补水端12。
25.污泥料仓1通过原料供料泵2与污泥均质罐3连通，污泥均质罐3通过均料供给泵4与多级强制湍流换热站5的冷端流道连通，多级强制湍流换热站5的冷端流道与混合蒸汽加热器6连通，混合蒸汽加热器6与湿式氧化反应系统7连通，湿式氧化反应系统7与多级强制湍流换热站5的热端流道连通，多级强制湍流换热站5的热端流道与污泥浓缩系统8连通，污泥浓缩系统8的热水端与污泥均质罐3连通，污泥浓缩系统8与反应后出泥端9连通，混合蒸汽加热器6与蒸汽端10连通，湿式氧化反应系统7与氧化剂端11连通。
26.处理路径为原污泥依次流经污泥料仓1、原料供料泵2、污泥均质罐3、均料供给泵4、多级强制湍流换热站5、混合蒸汽加热器6、湿式氧化反应系统7、多级强制湍流换热站5、污泥浓缩系统8。低温进料污泥和高温出料污泥在多级强制湍流换热站5中进行对流换热，进行高温出料的逐级余热回收，并用于低温进料污泥的逐级加热。
27.污泥料仓1内储存原污泥，由原料供料泵2输送到污泥均质罐3中，原污泥进入污泥均质罐3中与来水进行配制，形成一定含水率的泥水混合物。均料供给泵4将污泥均质罐3配制好的泥水混合物输送到多级强制湍流换热站5的第1级。
28.多级强制湍流换热站5设n级，其中n≥1，多级强制湍流换热站5为间壁式换热器，具体可为管式换热器、板面式换热器、扩展表面式换热器，及其它以上述为基本原理的不同形式换热器。
29.冷端流道内的低温进料污泥与高温流道内的高温出料污泥进行对流换热，进行高温出料污泥的逐级余热回收，并进行低温进料污泥的逐级加热。低温进料污泥进入多级强制湍流换热站5的第1级，并依次流经2、
…
、n级，逐级吸收热量。高温出料污泥进入多级强制湍流换热站5第n级，并依次流经第n-1、
…
、1级强制湍流换热站，将余热传递给低温进料污泥。
30.混合蒸汽加热器6与蒸汽端10连通，采用蒸汽对多级强制湍流换热站5第n级的出料进行再加热，以达到湿式氧化反应系统所需温度。
31.湿式氧化反应系统7与氧化剂端11连通，在高温高压下通入氧气或空气等氧化剂，对污泥进行氧化处理，将大分子有机物转化为小分子有机物，或分解为二氧化碳、水等无机物。湿式氧化反应系统7中，为提高反应速率和强化处理效果加入催化剂。
32.混合蒸汽加热器6和湿式氧化反应系统7形成至少一路的平行加热反应流程，并采用间歇运行，而多路的加热反应流程交替运行，以此保证污泥进出料和换热环节的连续运行。或，混合蒸汽加热器6和湿式氧化反应系统7合并设为一个罐，也可以分开设为两个串联的独立系统，采用边进边出连续运行方式。
33.污泥浓缩系统8对多级强制湍流换热站5第1级的污泥进行固液分离，污泥浓缩过程产生的热水输送到污泥均质罐3用于泥水混合物的配制。经过一定次数的热水循环，需利用补水端12对污泥浓缩系统8进行外界补水及设备冲洗。污泥浓缩系统8的反应后出泥端9出泥为最终处理后污泥。
34.实施例1：
35.以多级强制湍流换热站5设为3级，混合蒸汽加热器6和湿式氧化反应系统7都采用1个反应罐的模式运行为例说明。含水率为50～85％、温度为10～35℃的原污泥存储在污泥料仓1中，通过原料供料泵2将原污泥输送到污泥均质罐3中。在污泥均质罐3中，原污泥和污泥浓缩系统8来水进行泥水配制，形成含水率为50～99.9％的污泥。污泥均质罐3中污泥由污泥浓缩系统8出来的热水加热到50～70℃。均料供给泵4将污泥均质罐3预热的污泥输送到多级强制湍流换热站5第1级中，高温出料污泥通过传热将低温进料污泥加热到80～120℃，同理，低温进料污泥在第2级和第3级中分别加热到130～165℃和170～200℃。混合蒸汽加热器6通过注入蒸汽将第3级出泥加热到195～350℃。湿式氧化反应系统7在温度为200～350℃和压力为0.2～20mpa下，采用空气作为氧化剂，将污泥中大分子有机物转化为小分子有机物，或分解为二氧化碳、水等无机物，在湿式氧化过程中可加入催化剂以加快反应速度和强化污泥分解效果。湿式氧化反应系统7氧化处理过后的高温出料污泥依次通过多级强制湍流换热站5的第3级、第2级和第1级，通过余热回收将污泥温度分别降低到250～160℃、190～110℃和120～85℃。污泥浓缩系统8对第1级的出料污泥进行固液分离，分离出的热水回用于污泥均质罐3，运行过程中补水对浓缩设备进行冲洗。当循环到一定次数后，需对污泥浓缩系统8进行外界补水，补水温度为15～55℃。经污泥浓缩系统8浓缩的反应后出泥端9含水率为40～95％，温度为55～90℃。
36.前述本实用新型基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。
37.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，包括污泥料仓(1)，其特征在于：所述的污泥料仓(1)与污泥均质罐(3)连通，污泥均质罐(3)与多级强制湍流换热站(5)的冷端流道连通，多级强制湍流换热站(5)的冷端流道与混合蒸汽加热器(6)连通，混合蒸汽加热器(6)与湿式氧化反应系统(7)连通，湿式氧化反应系统(7)与多级强制湍流换热站(5)的热端流道连通，多级强制湍流换热站(5)的热端流道与污泥浓缩系统(8)连通。2.根据权利要求1所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的污泥料仓(1)内储存原污泥，原污泥进入污泥均质罐(3)中与来水进行配制，形成一定含水率的泥水混合物。3.根据权利要求1所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的冷端流道内的低温进料污泥与高温流道内的高温出料污泥进行对流换热，进行高温出料污泥的逐级余热回收，并进行低温进料污泥的逐级加热。4.根据权利要求1所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的混合蒸汽加热器(6)与蒸汽端(10)连通，采用蒸汽对多级强制湍流换热站(5)的出料进行再加热，以达到湿式氧化反应系统所需温度。5.根据权利要求1所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的湿式氧化反应系统(7)与氧化剂端(11)连通，在高温高压下通入氧化剂，对污泥进行氧化处理，将大分子有机物转化和/或分解为小分子有机物和/或无机物。6.根据权利要求1或5所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的湿式氧化反应系统(7)中，为提高反应速率和强化处理效果选择加入催化剂。7.根据权利要求1所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的混合蒸汽加热器(6)和湿式氧化反应系统(7)形成至少一路的平行加热反应流程，并采用间歇运行，以此保证污泥进出料和换热环节的连续运行。8.根据权利要求1所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的混合蒸汽加热器(6)和湿式氧化反应系统(7)选择合并设为一个罐，或分开设为两个独立系统，采用边进边出连续运行方式。9.根据权利要求1所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的污泥浓缩系统(8)的脱出热水端与污泥均质罐(3)连通，污泥浓缩系统(8)与反应后出泥端(9)连通。10.根据权利要求1或9所述的多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，其特征在于：所述的污泥浓缩系统(8)对污泥进行固液分离，污泥浓缩过程脱出的热水输送到污泥均质罐(3)用于泥水混合物的配制。

技术总结
本实用新型公开了一种多级换热耦合的污泥湿式氧化处理系统，包括污泥料仓，污泥料仓与污泥均质罐连通，污泥均质罐与多级强制湍流换热站的冷端流道连通，多级强制湍流换热站的冷端流道与混合蒸汽加热器连通，混合蒸汽加热器与湿式氧化反应系统连通，湿式氧化反应系统与多级强制湍流换热站的热端流道连通，多级强制湍流换热站的热端流道与污泥浓缩系统连通。本实用新型的有益效果：可实现较高的余热回收率，且连续稳定运行效果良好。且连续稳定运行效果良好。且连续稳定运行效果良好。


技术研发人员：万志刚 廖勇 王智勇 陈婷 庞晓怡 范争元 周春兰 宋宇
受保护的技术使用者：东方电气集团东方电机有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/10/20