[发明专利]一种市政污泥加压气化燃气轮机发电的系统及方法

说明书

本发明公开了一种市政污泥加压气化燃气轮机发电的系统及方法，本发明系统包括顺次相连的热干化装置、加压气化装置、净化装置、燃气轮机和热交换装置，燃气轮机还与发电机相连，热交换装置还与热干化装置和尾气处理装置相连。本发明方法包括将机械脱水污泥经热干化装置得到热干化污泥；热干化污泥输送到加压气化装置得到合成气，合成气经过净化装置得到净化合成气；净化合成气送入燃气轮机燃烧作功，燃气轮机的高温排气送入热交换装置，高温排气与冷凝水进行热交换，得到低温烟气和饱和蒸汽；饱和蒸汽送入热干化装置，饱和蒸汽与机械脱水污泥进行间接换热，得到热干化污泥和冷凝水，该冷凝水输送到热交换装置；低温烟气经过尾气处理后达标排放。

技术领域

本发明涉及一种市政污泥加压气化燃气轮机发电的系统及方法，属于污泥气化发电技术领域。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和生活水平的提高，公众对环境问题越来越关注，对环境质量的要求也日渐提高。城市生活污水的排放量日益增多，为了防止水域污染，改善生态环境，污水处理量迅速增加，污水处理过程中产生的污泥量也随之增多。我国的城市干污泥的排放量每年有600万吨左右，折合湿污泥(含水率80％)达3000万吨，其中80％没有得到无害化、稳定化处理。污泥的安全合理处理问题是我国水污染控制领域的薄弱环节，己成为制约我国城市可持续发展的重大问题。

我国目前的污泥处置方式中，土地填埋占63％、污泥耗氧发酵+农用占13.5％、污泥自然干化综合利用占5.4％、污泥焚烧占1.8％、污泥露天堆放占1.8％、污泥外运占14.4％。土地填埋成本较低，易于操作，但会占用大量的土地且污泥产生的渗滤液会威胁地下水资源。污泥焚烧对技术和经济要求比较高，其运行、维护等费用高，同时焚烧造成重金属在飞灰中富集，且会生成二恶英等剧毒物质。目前，国内真正实现安全处置的污泥比例不超过20％。

污泥气化发电是一种具有广阔应用前景的污泥无害化、减量化、稳定化和资源化处理技术。污泥气化反应能有效破坏和杀死病原体，污泥中的有机成分转化为可燃气体，剩余部分转化为残渣，减容效果明显。污泥气化产生的燃气直接用于燃气轮机发电，余热回收利用，用来干化污泥，实现了能量的梯级利用，有效提高了能量利用的品位和效率。与焚烧相比，污泥气化工艺的有害气体的排放明显减少，中低温气化还可有效降低飞灰中重金属的含量。因此，污泥气化发电技术是一种高效、清洁、环保的污泥处理工艺。

本领域的现有技术也提供了一些污泥气化发电的方法，如发明专利CN105198182A中公开了一种污泥制气发电方法及装置，其步骤：利用燃气发电机排放的尾气直接干化污泥，将干化后的污泥破碎成型，送入煤气发生炉与气化剂反应生成煤气，将煤气降温后净化，将净化后的煤气送入燃气发电机发电。该方法利用燃气轮机高温尾气直接与污泥接触来干化污泥，污泥中的有害成分被带入尾气中造成尾气的二次污染，因此后续尾气需要经过洗涤、脱硫后才能排放，成本大。另外，由于该方法选用较高的气化温度，气化产生的煤气需要降温后除尘净化，损失了煤气部分热量，使系统的能量利用效率降低。该发明中煤气发生炉的燃料层温度为600℃-1200℃，研究表明，自维持的气化炉中，气化温度较高时，合成气中的有效成分CO、CH4、H2等的体积分数明显减少，冷煤气效率也明显降低。有外部热源的气化炉中，较高的气化炉温度需要输入更多的外部能量，经济性差。并且高温气化时，有害气体排放明显增多，飞灰中重金属含量高。因此，最佳的气化温度不宜超过700℃。此外，该发明采用常压气化，所产生的合成气处于常压状态，热流密度小。由于燃气发电机对进口气体的压力和热流密度有较高要求，所以常压下的合成气进入燃气发电机发电需要先压缩到一定压力，发电效率较低。