各種焚燒爐在市政下水污泥焚燒中的應(yīng)用

摘要：污水處理廠剩余活性污泥中含有99%以上的水分，其余的1%中含有機物（60%～70%）、營養(yǎng)物、病原體、重金屬離子和毒性有機物，處置不當(dāng)容易產(chǎn)生二次污染。文章介紹了各種污泥焚燒爐爐型，污泥焚燒設(shè)備主要有回轉(zhuǎn)焚燒爐、立式多段焚燒爐、流化床式焚燒爐等。以焚燒技術(shù)為核心的污泥處理方法是最徹底的處理方法，是發(fā)達(dá)國家普遍采用的處理方法。流化床污泥焚燒爐在國際上也得到了較好的應(yīng)用。文章旨在為國內(nèi)市政下水污泥焚燒工作提供參考。

關(guān)鍵詞：下水污泥；焚燒爐；污泥焚燒；污泥處理；流化床焚燒爐

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）15-0034-02

一、污泥焚燒技術(shù)的應(yīng)用背景

電廠鍋爐處置廢棄物屬于混燒范疇，實際使處置過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)被煤產(chǎn)生的煙氣稀釋，混燒污泥這一低成本的污泥處置方案在歐美很少被采用。污泥焚燒設(shè)備主要有回轉(zhuǎn)焚燒爐、立式多段焚燒爐、流化床式焚燒爐等。流化床污泥焚燒爐在國際上得到了較好的應(yīng)用。在過去的20年中污泥的焚燒量大幅增加，據(jù)不完全統(tǒng)計，在需要焚燒的污泥中約65%以上的污泥是通過流化床焚燒爐實施焚燒處理的。

污水處理廠剩余活性污泥中含有99%以上的水分，其余的1%中含有機物（60%～70%）、營養(yǎng)物、病原體、重金屬離子和毒性有機物，其中有機物成分復(fù)雜，易產(chǎn)生異臭。從數(shù)量和危害上分析，污泥處理處置重點在于水分、有機物、重金屬，如處置不當(dāng)容易產(chǎn)生二次污染。污泥中的大量水分是影響污泥處理經(jīng)濟性的重要因素，污泥含空隙水（70%）、毛細(xì)水（20%）、吸附水和內(nèi)部水（10%），污泥濃縮、脫水是比較經(jīng)濟的減少水分的方法，但目前采用的機械擠壓的脫水效果有限。如圖所示：

污泥完全烘干后便失去了所有水分，干態(tài)污泥除致密程度外與褐煤有許多相似之處，可充當(dāng)?shù)蜋n燃料使用。烘干污泥需要消耗大量的能源，需要專門的鍋爐產(chǎn)生0.8Mpa低壓蒸汽，在蒸汽與污泥進(jìn)行熱交換時，蒸汽變成未飽和水，而污泥中的水分則被蒸發(fā)，被空氣帶離干燥裝置進(jìn)一步處理。國外比較常用的烘干機為槳葉式干燥機。

污泥焚燒是利用焚燒爐高溫氧化污泥中的有機物，使污泥完全礦化為少量灰燼的處置方式。以焚燒技術(shù)為核心的污泥處理方法是最徹底的處理方法，是發(fā)達(dá)國家開始普遍采用的處理方法。

污泥焚燒主要可分為兩大類：一類是將脫水污泥直接送焚燒爐焚燒，另一類是將脫水污泥干化后再焚燒。

污泥焚燒設(shè)備主要有回轉(zhuǎn)焚燒爐、立式多段焚燒爐、流化床式焚燒爐等，早期國外常用立式多段爐，現(xiàn)階段基本采用鼓泡床焚燒爐。

焚燒處理污泥的優(yōu)點是占用場地小，處理快速、量大，減量明顯，灰渣中的重金屬不易浸出，也可用作建筑材料或鋪路等。

目前國內(nèi)的污泥焚燒處置方法均為一定程度的干化后，降低水分的含量，從而使熱值有一定程度的提高，但仍不能達(dá)到自持燃燒的程度，通常摻入循環(huán)流化床電廠中，利用燃煤放出的熱量一并焚燒，即混燒。

電廠鍋爐處置廢棄物屬于混燒范疇，在國外有專門的法律予以管轄，而我國尚沒有類似的立法，多沿用生活垃圾焚燒標(biāo)準(zhǔn)，這一引用很不科學(xué)。而歐美等發(fā)達(dá)國家為控制火電廠對環(huán)境的污染，均以熱量單位來衡量有害物質(zhì)的排放量。

以汞污染為例，目前我國用于火力發(fā)電的循環(huán)流化床汞捕集率為10%左右。由于燃煤熱值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于污泥，而排放污染物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污泥，將少量比例的污泥加入煤中混燒，憑借燃煤產(chǎn)生大量煙氣的稀釋作用，如果單以煙氣中的汞濃度來衡量，其排放是“達(dá)標(biāo)”的。但如以歐洲的混燒排放減量規(guī)定計算，焚燒時的實際汞捕集率要達(dá)到98%以上，這一減量率幾乎是不可能實現(xiàn)的，這就是電廠混燒污泥這一低成本的污泥處置方案在歐美很少被實際利用的原因。

這里可以看到在政策上的一個誤區(qū)：一方面，我國由于燃煤占能源的極大比例，如果對燃煤做出減排規(guī)定，會導(dǎo)致能源成本上升，從而對經(jīng)濟發(fā)展不利，因此盡管燃煤的污染已形成較大威脅，對燃煤的使用只能采取寬容態(tài)度；另一方面，在鼓勵廢棄物熱能利用的同時，卻未對被焚燒的廢物條件做出適當(dāng)規(guī)定（如污染物濃度、熱值、煙氣含氧量等），導(dǎo)致熱值貢獻(xiàn)率極低甚至是負(fù)值的污泥也能在電廠鍋爐上焚燒，同時污泥以數(shù)倍于燃煤的速率向大氣中排放污染物，這一政策缺失，無論從經(jīng)濟上還是環(huán)境上都令人擔(dān)憂。

二、各種污泥焚燒爐爐型

20世紀(jì)60年代以前，用作污泥焚燒的主要是多膛式焚燒爐，但由于輔助燃料成本上升和更加嚴(yán)格的氣體排放標(biāo)準(zhǔn)，多膛爐逐漸失去競爭力，促使流化床焚燒爐成為較受歡迎的污泥焚燒裝置。

流化床焚燒爐于20世紀(jì)60年代開始于歐洲，70年代出現(xiàn)于美國和日本。自1962年以來，已有125臺流化床焚燒爐在美國安裝，其中43臺是1988年以后安裝運行的。此外，回轉(zhuǎn)式焚燒爐在焚燒工業(yè)污泥方面也有大量的工程應(yīng)用。

（一）多膛式焚燒爐

該種焚燒爐由若干用耐火磚砌成的上下串聯(lián)爐膛和圓柱形鋼殼體組成，一般可含有4～14個爐膛，從爐子底部到頂部有一個可旋轉(zhuǎn)的中心軸。每個爐膛上都有攪拌裝置，可以耙動污泥，使之以螺旋型軌道通過爐膛。

脫水污泥從爐子頂部注入爐膛，在焚燒的同時向下流動，依次流過各個爐膛。爐內(nèi)溫度中間高兩頭低，頂部兩層起污泥干燥作用，溫度為480℃～680℃，可使污泥含水率降至40%以下；中部幾層為污泥焚燒層，溫度可達(dá)760℃～980℃，污泥在此與上升的高溫氣體和側(cè)壁加入的輔助燃料一并燃燒；下部幾層為緩慢冷卻層，主要起冷卻并預(yù)熱空氣的作用，溫度為260℃～350℃，爐渣在此冷卻后從底部排灰口排出，而熱煙氣流到爐子頂部后一部分回流到爐底，一部分經(jīng)除塵凈化后排空。有時，污泥可從頂部第二個爐膛注入，將頂部爐膛作為后燃室，以便燃盡煙氣中剩余的碳?xì)浠衔铩?/p>

多膛式焚燒爐由于具有對各種不同含水率的污泥都有較好的適應(yīng)性、燃燒效率高、燃燒溫度易于控制等優(yōu)點而一度得到了廣泛的應(yīng)用，但在長期的使用過程中發(fā)現(xiàn)其二次污染嚴(yán)重。

（二）爐排型焚燒爐

爐排型焚燒爐是使用最普遍的一種連續(xù)式焚燒爐，常在處理量較大的城市生活垃圾焚燒廠中使用。爐排型焚燒爐的特點是垃圾在大面積的爐排上分布，厚薄較均勻，空氣沿排片上升，供氧均勻。爐排爐的關(guān)鍵技術(shù)是爐排，一般可采用往復(fù)式、滾筒式、振動式等型式。由于爐排型焚燒爐的空氣是通過爐排的縫隙穿越與垃圾混合助燃，所以，小顆粒的渣土、塑料（粒徑＜5mm）等廢物會阻塞爐排的透氣孔，影響燃料效果。針對污泥性狀來看，污泥焚燒會阻塞爐排的透氣孔，因此爐排爐不適于焚燒污泥。

（三）旋轉(zhuǎn)窯式焚燒爐

旋轉(zhuǎn)窯式焚燒爐也稱為回轉(zhuǎn)爐、回轉(zhuǎn)窯等，主要用于處理有毒有害的醫(yī)療垃圾、化工廢料、工業(yè)污泥等廢物。

回轉(zhuǎn)式焚燒爐的燃燒設(shè)備主要是一個緩慢旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯，其內(nèi)壁可采用耐火磚砌筑或用管式水冷壁，以保護(hù)外筒，回轉(zhuǎn)窯直徑一般為4～6m，長度約10～20m，由擋輪、托輪支撐，傾斜放置。

根據(jù)污泥含水量的高低，一般選擇順流式焚燒系統(tǒng)，被焚燒的固體流向與煙氣流動方向相同，回轉(zhuǎn)爐以每分鐘幾轉(zhuǎn)左右的轉(zhuǎn)速緩慢轉(zhuǎn)動本體，利用內(nèi)壁耐高溫抄板將污泥由下部帶到上部，然后靠污泥自重落下。污泥在筒內(nèi)翻滾，可與空氣充分接觸，進(jìn)行較完全的燃燒。污泥由滾筒一端送入，利用熱煙氣對其進(jìn)行干燥，在達(dá)到著火溫度后燃燒，一直到筒體出口排出灰渣。當(dāng)污泥含水率過高時，可在筒體尾部增加一級爐排，來滿足燃盡要求，滾筒中排出的煙氣通過一垂直的燃盡室，煙氣中的可燃成分可在此得到充分燃燒。燃盡室溫度一般控制在1000℃～1200℃?；剞D(zhuǎn)式焚燒爐因其能自動地對物料連續(xù)翻動，對于低熱值的污泥或生活垃圾的焚燒比較有效、徹底。但回轉(zhuǎn)式焚燒爐設(shè)備投資和運行費用稍高。

（三）流化床焚燒爐（鼓泡流化床焚燒爐）

流化床焚燒技術(shù)是近40年來迅速發(fā)展起來的一種新型清潔高效焚燒技術(shù)。流化床污泥焚燒爐采用一定粒度范圍的石英砂作為床料，空氣經(jīng)風(fēng)帽或風(fēng)管進(jìn)入焚燒爐，促使?fàn)t內(nèi)的砂床流化。污泥由給料裝置輸入焚燒爐后，立即被大量運動著的高溫惰性物料沖散并與熾熱的砂粒迅速混合，由于床料的蓄熱量極大，污泥在流化床中迅速干燥、著火和燃燒，焚燒條件優(yōu)于其它焚燒設(shè)備，能夠取得較好的燃燒效率；為了避免污泥中的灰分熔化，一般須將焚燒爐的溫度控制在850℃，這對于流化床焚燒爐是可以并容易做到的。

流化床床料材質(zhì)組成的選用應(yīng)考慮到不被高溫融化，且不得含有氯化鈉（鉀）或硫酸鈉（鉀）等低熔點化合物，其粒徑應(yīng)盡可能均勻。一般常用的流化床床料多以二氧化硅（SiO2）為主，其中含有微量的三氧化二鋁（Al2O3）及三氧化二鐵（Fe2O3）等物。與其它焚燒方式相比，流化床焚燒技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點：

1．廢物適應(yīng)性好，可焚燒低熱值、高水分、在其他燃燒裝置中難以穩(wěn)定燃燒的廢棄物。

2．焚燒效率高，市政污泥屬高水分、低熱值廢料，對于這種廢料的焚燒，流化床具有優(yōu)勢。

3．燃燒強度高，單位截面的廢物處理量大，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

4．爐內(nèi)無活動部件，運行故障少。

5．能夠滿足苛刻的環(huán)保要求。

因此，流化床污泥焚燒爐在國際上得到了較好的應(yīng)用。在過去的20年中污泥的焚燒量大幅增加，據(jù)不完全統(tǒng)計，在需要焚燒的污泥中約65%以上的污泥是通過流化床焚燒爐實施焚燒處理的。

作者簡介：劉滬濱（1970－），男，供職于深圳夏日環(huán)保工程有限公司，中級職稱，研究方向：下水污泥焚燒。