基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统及工艺，包括可燃气收集装置、过滤装置、主旋风分离器、主流化床、研磨器、鼓风机、副床旋风分离器、副流化床和灰斗，与现有技术相比，本发明专利技术以目前城市污泥和钢铁工业钢渣难处理的实际问题为出发点，基于基于“以废治废”的理念，开发了基于钢渣载氧体的污泥化学链气化技术，通过该研究有助于实现污泥和钢渣的减容减量，同时还可以回收污泥中的热值，实现污泥的能源化利用。本发明专利技术与现有污泥处理技术相比，可以显著降低运行成本，降低生产过程中的污染物排放，具有较好的社会、经济和环保效益。

Chemical chain gasification system and process of sludge based on steel slag oxygen carrier

【技术实现步骤摘要】
基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统及工艺
本专利技术涉及环保
，尤其涉及一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统及工艺。
技术介绍
污泥是污水处理过程中沉降下来的粘稠絮凝体，其中含有大量的重金属、虫卵、病原体和有机污染物，对环境具有严重的危害性。我国目前对污泥的处置手段以填埋为主，但随着我国经济的持续发展和城镇化建设的推进，污泥产量与日俱增，污泥的填埋处置面临着填埋地空间有限、填埋地利用困难以及渗滤液产生二次污染等诸多问题。污泥中由于含有大量的有机质和可燃组分，干基热值较高，具有被能源开发和利用的价值。国外一些发达国家已经将污泥定义为一种资源物，通过技术开发和政策扶持来鼓励对污泥进行能源化利用。近年来我国也出台了一系列污泥处理处置方面的相关政策，鼓励污泥的处理与处置遵循“减量化、稳定化、无害化、资源化”的原则。国家能源局在2017年提出“重点在直辖市、省会城市、计划单列市等36个重点城市和垃圾、污泥产生量大，土地利用较困难或空间有限，以填埋处置为主的地区，优先选取热电联产煤电机组，布局燃煤耦合垃圾及污泥发电技改项目”，并首批批准了42个污泥耦合发电示范项目。因此，对污泥开展能源化利用，不仅能解决污泥的出路问题，缓解环境压力，还能实现污泥中热值的回收利用，具有重大的现实意义。化学链气化(chemicalloopinggasification，CLG)作为一种新颖的气化方式，利用载氧体中的晶格氧代替常规气化反应中的气化介质，向燃料提供气化反应所需的氧元素，可以进一步降低污染，便于CO2分离和捕捉，提高能源的利用率。近年来有学者提出采用化学链气化的方法来实现污泥的能源化利用。污泥化学链气化技术主要表现出以下优势：可以在继承污泥传统气化优势的情况下，进一步降低有害物质的排放，有效减少气化产物焦油的含量，提高气化反应活性和碳转化率；化学链气化过程中采用载氧体的循环来提供污泥气化所需的氧，解决了工艺成本高的问题；载氧体氧化再生时放出的热量由载氧体携带为污泥气化提供热量，实现了化学能的梯级利用；污泥化学链气化可以较大规模的处理污泥，有效破坏病原体，减容效果显著，环境效益较明显。此外，通过对载氧体进行合适的修饰处理，可以实现气化产物选择性定向转化，并且有效控制气体污染物和重金属的排放。鉴于上述优势，污泥化学链气化技术作为污泥高效资源化利用的有效途径，具有非常广阔的应用前景。在化学链气化中，载氧体作为连接气化反应器和再生反应器的枢纽，具有传递热量和提供晶格氧的作用。因此，载氧体是化学链气化技术的核心和关键。国内外学者做出了许多有意义的研究，以筛选适用的载氧体。普遍认为可作为载氧体的活性成分主要有：CaSO4、BaSO4、SrSO4等硫酸盐，以及Ni、Fe、Cu和Mn的氧化物。总结现有文献发现，目前常用的载氧体普遍存在机械强度低、易磨损、易烧结、反应活性低、循环反应性差、制作成本高等问题，因此探索和开发机械强度高、反应性能强、价格低廉的载氧体是化学链气化技术亟待解决的问题。钢渣是冶金行业主要的固体废弃物，随着环保压力的日益加剧，钢渣的妥善处理和处置已成为该行业的重大难题。根据世界钢铁协会最新数据显示，2017年全球粗钢产量为16.89亿吨，中国粗钢产量为8.32亿吨，占全球粗钢总产量的50％左右。基于目前炼钢工艺，粗钢冶炼过程中会产生10％到15％的钢渣，这意味着我国每年产生约1亿吨钢渣，但其综合利用率不到30％。大量的钢渣堆放不仅占用大量农田，而且会影响空气质量、污染水资源，对生态环境造成严重的负面影响。这些钢渣如果不能得到综合利用，势必会占用越来越多的土地，对生态环境造成非常大的压力，也会严重阻碍我国钢铁工业的可持续发展，同时钢渣的弃置堆积也是一种资源的浪费。因此，如何对钢渣进行高效的资源化利用，是钢铁行业绿色健康发展面临的迫切问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统及工艺。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：钢渣的化学组分虽然随着炼钢设备、工艺、原料的不同有所差异，但其主要成分均由铁、锰、钙、硅、镁、铝、硅等的氧化物构成，并且具有硬度高、密度大、抗磨损能力强的特点。因此，钢渣的这些物理化学特性使其具备作为载氧体的潜力。基于此，本技术基于“以废治废”的理念，利用钢渣作为污泥化学链气化过程中的载氧体，可以实现污泥和钢渣这两种废弃物的减容减量，与污泥直接焚烧相比可以显著降低污染物的排放，并且气化产物为可燃气，可以获得较好地经济效益。本专利技术一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统，包括可燃气收集装置、过滤装置、主旋风分离器、主流化床、研磨器、鼓风机、副床旋风分离器、副流化床和灰斗，所述主流化床的钢渣进料口、污泥进料口和水蒸气进口均通过鼓风机进入，所述钢渣进料口和所述污泥进料口均设置有研磨器，所述主流化床的上端出口与所述主旋风分离器的入口连接，所述主流化床的中部入口与所述副床旋风分离器的下端出口连接，所述主旋风分离器的上端出口与所述过滤装置的入口连接，所述过滤装置的出口与所述可燃气收集装置连接，所述主旋风分离器的下端出口与所述副流化床的下端入口连接，所述副床旋风分离器的入口与所述副流化床的上端出口连接，所述主流化床的下端和所述副流化床的下端均设置有灰斗。本专利技术一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化工艺，包括以下步骤：(1)干污泥与钢渣分别在研磨器中研磨至适当的粒径，分别送入流化床中，水蒸气按相应比例送入主流化床中，在主流化床中，污泥中的有机质和可燃组分与水蒸气以及钢渣金属氧化物中的晶格氧发生氧化反应，产生CO、H2和CH4等可燃气体，以及少量的CO2；(2)反应后的气固混合物经过主床旋风分离器分离后，产生的可燃气经过过滤装置过滤后由可燃气收集装置进行收集；被还原的钢渣进入副流化床中与空气发生氧化反应再次被激活，然后由副床旋风分离器分离后再次进入燃料反应器中循环利用，失活的钢渣和污泥灰由灰斗收集；(3)由于钢渣中含有CaO组分，气化过程中产生的少量硫化物和CO2还可以被吸收，降低对环境的污染。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统及工艺，与现有技术相比，本专利技术以目前城市污泥和钢铁工业钢渣难处理的实际问题为出发点，基于基于“以废治废”的理念，开发了基于钢渣载氧体的污泥化学链气化技术，通过该研究有助于实现污泥和钢渣的减容减量，同时还可以回收污泥中的热值，实现污泥的能源化利用。本专利技术与现有污泥处理技术相比，可以显著降低运行成本，降低生产过程中的污染物排放，具有较好的社会、经济和环保效益。附图说明图1是基于钢渣载氧体的污泥化学链气化设备工艺图；图2是本专利技术的主流化床工艺图；图3是本专利技术的副流化床工艺图；图4是本专利技术的钢渣的SEM图；图5是本专利技术的钢渣的磨损特性曲线图；图6是本专利技术的钢渣释氧量随循环次数的变化关系曲线图。图1中：1-可燃气收集装置、2-过滤装置、3-主旋风分离器、4-主流化床、5-研磨器、6-鼓风机、7-副床旋风分离器、8-副流化床、9-灰斗。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示：本专利技术一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统，包括可燃气收集装置1、过滤装置2、主旋风分离器3、主流化床4、研磨器5、鼓风机6、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统，其特征在于：包括可燃气收集装置、过滤装置、主旋风分离器、主流化床、研磨器、鼓风机、副床旋风分离器、副流化床和灰斗，所述主流化床的钢渣进料口、污泥进料口和水蒸气进口均通过鼓风机进入，所述钢渣进料口和所述污泥进料口均设置有研磨器，所述主流化床的上端出口与所述主旋风分离器的入口连接，所述主流化床的中部入口与所述副床旋风分离器的下端出口连接，所述主旋风分离器的上端出口与所述过滤装置的入口连接，所述过滤装置的出口与所述可燃气收集装置连接，所述主旋风分离器的下端出口与所述副流化床的下端入口连接，所述副床旋风分离器的入口与所述副流化床的上端出口连接，所述主流化床的下端和所述副流化床的下端均设置有灰斗。

【技术特征摘要】
1.一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化系统，其特征在于：包括可燃气收集装置、过滤装置、主旋风分离器、主流化床、研磨器、鼓风机、副床旋风分离器、副流化床和灰斗，所述主流化床的钢渣进料口、污泥进料口和水蒸气进口均通过鼓风机进入，所述钢渣进料口和所述污泥进料口均设置有研磨器，所述主流化床的上端出口与所述主旋风分离器的入口连接，所述主流化床的中部入口与所述副床旋风分离器的下端出口连接，所述主旋风分离器的上端出口与所述过滤装置的入口连接，所述过滤装置的出口与所述可燃气收集装置连接，所述主旋风分离器的下端出口与所述副流化床的下端入口连接，所述副床旋风分离器的入口与所述副流化床的上端出口连接，所述主流化床的下端和所述副流化床的下端均设置有灰斗。2.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志远，张力琳，张旭东，饶培军，朱焕光，蒋建飞，周恒涛，胡明江，周前，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：河南,41