[发明专利]在燃烧器中焚烧污泥的设备和方法

说明书

相关申请

本专利申请要求2007年2月2日提交的美国临时申请60/899617的 优先权。该在先临时申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在燃烧器中焚烧污泥的设备和方法，尤其涉及通过在流 化床燃烧器(FBC)中焚烧来有效处理从废水处理设备产生的污泥。

背景技术

人们越来越广泛地接受焚烧污泥作为处理从废水处理厂运行产生 的固体的可行处理策略。多种系统可从市场购得，并且已在全球范围内 多处安装。

如图1所示用于FBC系统的常规设计通常利用由直接位于上游的 脱水设备如离心式或带式压滤机产生的已脱水废水固体作为主要燃料 源。在一些情况下，将来自多个远处位置的已脱水废水固体就地运送至 中央FBC设备，并混合以产生用于FBC运行的匀质燃料源。

此外，常规的FBC设计利用间歇注入辅助燃料源例如燃油或天然 气，以使与污泥进料品质不均有关的偶发燃烧最小化，并且有助于将床 温控制在高于选定的辅助燃料和进料污泥着火温度的温度下。当使用燃 油作为辅助燃料源时，所得床温通常为1200°F至1300°F，而当使用天 然气时，对应的床温通常为1300°F至1400°F

在恒定的燃烧空气流速下，FBC系统的运行受多个可变工艺参数影 响，其中一些参数与污泥进料有关，包括其质量负荷和物理/化学特性， 例如固体含量、挥发物含量和产热值。

焚烧性能随废水固体燃料源的品质而变化。一般认为，废水固体进 料流的品质和稠度是确定FBC系统性能的主要因素。

具体而言，非常了解的是，稀相区(freeboard)温度和床温之间的 温差(在本文称为ΔT)随污泥的品质而变化。ΔT已知随污泥的固体含 量减少而增加。ΔT也是床上燃烧(over-bed burning)程度的指标，过 大的ΔT值表明床上燃烧的程度过高，因此，既限制了工厂的生产能力， 又增加了污染物例如CO、有机物和NO_x化合物的排放。

污泥品质或负载率的波动有规律地出现，导致工艺“打嗝”或性能 偏移，并且需要校正措施，例如添加辅助燃料和启动稀相区内的急冷水 喷淋。这类校正措施最终降低工艺能力，并且增加运行成本。

通常，FBC系统设置为保持1500至1600°F的稀相区温度。急冷水 喷淋一般在1600°F下的首次喷淋开始之后顺序启动，用于防止废气温 度偏移，从而保护下游设备如热交换器或废热锅炉。

为了解决污泥进料品质的规律波动，FBC通常设计为处理一定范围 内的废水固体特性，其经常导致FBC反应器对于典型操作而言尺寸过 大，并且需要使用辅助燃料源来达到最佳工作温度，由此增加投资和运 行成本。

有效运行的FBC系统采用一致的污泥进料供给来优化工艺性能。 因此，为了开发更为有效和节省成本的焚烧系统，需要调节供至FBC 的废水固体的质量负荷和热负荷。

发明内容

我们提出了在燃烧器内焚烧污泥的方法，所述方法包括：确定燃烧 器的至少一个目标性能特性；将污泥作为主要燃料引入所述燃烧器中； 监测所述燃烧器的至少一个性能参数；基于所述性能参数计算时间性能 特性；和响应所监测的性能特性来调节引入所述燃烧器中的燃料的量和 /或品质以基本上保持所述目标性能特性。

我们还提供一种用于焚烧污泥的设备，所述设备包括适于容纳污泥 作为燃料并焚烧所述污泥的燃烧器；监测所述燃烧器的至少一个性能特 性的传感器；和连接至所述燃烧器和所述传感器的控制器，所述控制器 1)确定所述燃烧器的至少一个目标性能特性，2)基于所述性能参数计 算实际的性能特性和3)响应所监测的性能特性来调节引入所述燃烧器 中的燃料的量和/或品质以基本上保持所述目标性能特性。

我们还提出一种控制送入通过调节聚合物量或污泥进料速度控制 的流化床燃烧器中的污泥进料的质量负荷和热负荷的方法，所述方法包 括：连续监测所述FBC的至少一个性能特性；产生输入信号特性；分 析所述输入信号并确定所述特性的第一变化率；基于所述第一变化率产 生输出信号以控制送至所述FBC的聚合物添加；产生第二输出信号以 控制送至所述FBC的污泥添加；和确定所述聚合物添加和所述污泥添 加之间的过渡点；所述过渡点是维持流动的第一变化率的上限，以使所 述特性的值保持为接近所述上限。