超詳細(xì)！7種污泥焚燒設(shè)備的選擇與比較！

水處理網(wǎng)訊:摘 要：污泥是污水處理的副產(chǎn)物，含有大量的有害物質(zhì)。污泥焚燒是將污泥中的有機物在高溫條件下氧化分解為二氧化碳和水，同時回收熱能，能實現(xiàn)污泥的無害化治理與資源化利用，是當(dāng)前最主要的污泥熱處理利用方法。本文對多膛式焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐、爐排式焚燒爐等多種污泥焚燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運行方式及主要優(yōu)缺點進行介紹，以期為污泥焚燒設(shè)備的合理選型并拓展污泥焚燒處理技術(shù)的應(yīng)用范圍提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：污泥 焚燒設(shè)備 結(jié)構(gòu) 運行方式 優(yōu)缺點

引言

城市污泥中含有大量的有機物和一定量的纖維素、木質(zhì)素，具有一定的熱值。焚燒法處理是在高溫條件下，使污泥中的可燃組分與空氣中的氧進行劇烈的化學(xué)反應(yīng)，將其中的有機物轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳等無害物質(zhì)，同時釋放能量，產(chǎn)生固體殘渣。如將熱量加以回收利用，可達到廢物綜合利用的目的。同時焚燒處理還具有有機物去除率高（99%以上）、適應(yīng)性廣等特點，所以在發(fā)達國家已得到廣泛應(yīng)用。

在污泥焚燒設(shè)備中，流化床（FBC）和多膛焚燒爐（MIF）是應(yīng)用最廣泛的主要爐型，盡管其他爐型，如旋轉(zhuǎn)爐窯、旋風(fēng)爐和各種不同形式的熔煉爐也在使用，但所占份額不大。

1 多膛式焚燒爐

多膛式焚燒爐又稱為立式多段焚燒爐，是一個垂直的圓柱形耐火襯里鋼制設(shè)備，內(nèi)部有許多水平的由耐火材料構(gòu)成的爐膛，自上而上布置有一系列水平的絕熱爐膛，一層一層疊加。一段多膛焚燒爐可含有4—14個爐膛，從爐子底部到頂部有一個可旋轉(zhuǎn)的中心軸，如圖1所示。

多膛式焚燒爐的橫截面如圖2所示，各層爐膛都有同軸的旋轉(zhuǎn)齒耙，一般上層和下層的爐膛設(shè)有四個齒耙，中間層爐膛設(shè)有兩個齒耙。經(jīng)過脫水的泥餅從頂部爐膛的外側(cè)進入爐內(nèi)，依靠齒耙翻動向中心運動并通過中心的孔進入下層，而進入下層的污泥向外側(cè)運動并通過該層外側(cè)的孔進入再下面的一層，如此反復(fù)，從而使得污泥呈螺旋形路線自上而下運動。鑄鐵軸內(nèi)設(shè)套管，空氣由軸心下端鼓入外套管，一方面使軸冷卻，另一方面空氣被預(yù)熱，經(jīng)過預(yù)熱的部分或全部空氣從上部回流至內(nèi)套管進入到最底層爐膛，再作為燃燒空氣向上與污泥逆向運動焚燒污泥。

從污泥的整體焚燒過程來看，多膛爐可分為三個部分。頂部幾層為干燥區(qū)，起污泥干燥作用，溫度約為425℃—760℃，可使污泥含水率降至40%以下。中部幾層為污泥焚燒區(qū)，溫度為760℃—925℃。其中上部為揮發(fā)分氣體及部分固態(tài)物燃燒區(qū)，下部為固定碳燃燒區(qū)。多膛爐最底部幾層為緩慢冷卻區(qū)，主要起冷卻并預(yù)熱空氣的作用，溫度為260℃—350℃。

該類設(shè)備以逆流方式運行，分為三個工作區(qū)，熱效率很高。氣體出口溫度約為400℃，而上層的濕污泥僅為70℃或稍高。脫水污泥在上部可干燥至含水50%左右，然后在旋轉(zhuǎn)中心軸帶動的刮泥器的推動下落入到燃燒床上。燃燒床上的溫度為760℃—870℃，污泥可完全著火燃燒。燃燒過程在最下層完成，并與冷空氣接觸降溫，再排入沖水的熄滅水箱。燃燒氣含塵量很低，可用單一的濕式洗滌器把尾氣含塵量降到200mg/m³以下。進空氣量不必太高，一般為理論量的150%－200%。

多膛爐的廢氣可通過文丘里洗滌器、吸收塔、濕式或干式旋風(fēng)噴射洗滌器進行凈化處理。當(dāng)對排放廢氣中顆粒物和重金屬的濃度限制嚴(yán)格時，可使用濕式靜電除塵器對廢氣進行處理。

多膛焚燒爐具有以下特點：加熱表面和換熱表面大，爐身直徑可達到7m，層數(shù)可從4層到14層；在連續(xù)運行中，燃料消耗少，而在啟動的頭1—2天內(nèi)消耗燃料較多；在有色金屬冶金工業(yè)中使用較多，歷史也長，并積累了豐富的使用經(jīng)驗。多膛焚燒爐存在的問題主要是機械設(shè)備較多，需要較多的維修與保養(yǎng)；耗能相對較多，熱效率較低，為減少燃燒排放的煙氣污染，需要增設(shè)二次燃燒設(shè)備。

以前，污水污泥焚燒爐多使用立式多段爐，但由于污泥自身熱值的提高使?fàn)t溫上升并產(chǎn)生攪拌臂消耗，以及焚燒能力等原因，同時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)，多膛爐越來越失去競爭力，促使流化床焚燒爐成為較受歡迎的污泥焚燒裝置。

2 流化床焚燒爐

流化床焚燒爐內(nèi)襯耐火材料，下面由布風(fēng)板構(gòu)成燃燒室。燃燒室分為兩個區(qū)域，即上部的稀相區(qū)（懸浮段）和下部的密相區(qū)。其工作原理是：流化床密相區(qū)床層中有大量的惰性床料（如煤灰或砂子等），其熱容量很大，能夠滿足污泥水分的蒸發(fā)、揮發(fā)分的熱解與燃燒所需大量熱量的要求。由布風(fēng)裝置送到密相區(qū)的空氣使床層處于良好的流化狀態(tài)，床層內(nèi)傳熱工況良好，床內(nèi)溫度均勻穩(wěn)定，維持在800℃—900℃，有利于有機物的分解和燃盡。焚燒后產(chǎn)生的煙氣夾帶著少量固體顆粒及未燃盡的有機物進入流化床稀相區(qū)，由二次風(fēng)送入的高速空氣流在爐膛中心形成一旋轉(zhuǎn)切圓，使擾動強烈，混合充分，未燃燼成分在此可繼續(xù)進行燃燒。

按照流化風(fēng)速及物料在爐膛內(nèi)的運動狀態(tài)，流化床焚燒爐可分為沸騰式流化床和循環(huán)流化環(huán)兩大類，如圖3所示。流化床焚燒爐的橫斷面如圖4所示。高壓空氣（20kPa—30kPa）從爐底部耐火柵格中的鼓風(fēng)口噴射而上，使耐火柵格上約0.75m厚的硅砂層與加入的污泥呈懸浮狀態(tài)。干燥破碎的污泥從爐下端加入爐中，與灼熱硅砂劇烈混合而焚燒，流化床的溫度控制在725℃—950℃。污泥在循環(huán)流化床和沸騰流化床焚燒爐中的停留時間分別為數(shù)秒和數(shù)十秒。焚燒灰與氣體一起從爐頂部排出，經(jīng)旋風(fēng)分離器進行氣固分離后，熱氣體用于預(yù)熱空氣，熱焚燒灰用于預(yù)熱干燥污泥，以便回收熱量。流化床中的硅砂也會隨著氣體流失一部分，每運行300h，應(yīng)補充流化床中硅砂量的5%，以保證流化床中的硅砂有足夠的量。污泥在流化床焚燒爐中的焚燒在兩個區(qū)完成。第一個區(qū)為硅砂流化區(qū)，污泥中水分的蒸發(fā)和污泥中有機物的分解幾乎同時發(fā)生在這一區(qū)中；第二區(qū)為硅砂層上部的自由空曠區(qū)，這一區(qū)相當(dāng)于一個后燃室，污泥中的碳和可燃?xì)怏w繼續(xù)燃燒。

流化床焚燒爐排放廢氣的凈化處理可以采用文丘里洗滌器和/或吸收塔。

污泥流化床焚燒爐的焚燒溫度一般為660℃—830℃（輔助燃料采用煤時，該溫度區(qū)域可擴大為850℃），在該區(qū)域可有效消除污泥臭味。焚燒溫度在730℃以上時，臭味的排放接近于零。此溫度可由設(shè)在爐床處的輔助燒嘴及熱風(fēng)予以調(diào)節(jié)控制。

與多膛式焚燒爐相比，流化床焚燒爐具有以下優(yōu)點：

2.1 焚燒效率高。流化床焚燒爐由于燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)溫度場均勻，加之采用二次風(fēng)增加爐內(nèi)的擾動，爐內(nèi)的氣體與固體混合強烈，污泥的蒸發(fā)和燃燒在瞬間就可以完成。未完全燃燒的可燃成分在懸浮段內(nèi)繼續(xù)燃燒，使得燃燒非常充分。熱容量大，停止運行后，每小時降溫不到5℃，因此在2天內(nèi)重新運行，可不必預(yù)熱載體，可連續(xù)或間歇運行；操作可用自動儀表控制并實現(xiàn)自動化。

2.2 對各類污泥的適應(yīng)性強。由于流化床層中有大量的高溫惰性床料，床層的熱容量大，能提供低熱量、高水分污泥蒸發(fā)、熱解和燃燒所需的大量熱量，所以流化床焚燒爐適合焚燒各種污泥。

2.3 環(huán)保性能好。流化床焚燒爐將干燥與焚燒集成在一起，可除臭；采用低溫燃燒和分級燃燒，所以焚燒過程中NOx的生成量很小，同時在床料中加入合適的添加劑可以消除和降低有害焚燒產(chǎn)物的排放，如在床料中加入石灰石可中和焚燒過程中產(chǎn)生的SOx、HCl，使之達到環(huán)保要求。

2.4 重金屬排放量低。重金屬屬于有毒物質(zhì)，升高焚燒溫度將導(dǎo)致煙氣中粉塵的重金屬含量大大增加，這是因為重金屬揮發(fā)后轉(zhuǎn)移到粒徑小于10μm的顆粒上，某些焚燒實例表明：鉛、鎘在粉塵中的含量隨焚燒溫度呈指數(shù)增加。由于流化床焚燒爐焚燒溫度低于多膛式焚燒爐，因此重金屬的排放量較少。

2.5 結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。由于流化床燃燒強度高，單位面積的廢棄物處理能力大，爐內(nèi)傳熱強烈，還可實現(xiàn)余熱回收裝置與焚燒爐一體化，所以整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

2.6 事故率低，維修工作量小。由于流化床焚燒爐沒有易損的活動零件，所以可減少事故率和維修工作量，進而提高焚燒裝置運行的可靠性。流化床焚燒技術(shù)的優(yōu)勢還在于有非常大的燃燒接觸面積、強烈的湍流強度和較長的停留時間。如對于平均粒徑為0.13mm的床料，流化床全接觸面積可達到1420㎡。

然而，在采用流化床焚燒爐處理含鹽污泥時也存在一定的問題。當(dāng)焚燒含有堿金屬鹽或堿土金屬鹽的污泥時，在床層內(nèi)容易形成低熔點的共晶體（熔點在635℃—815℃之間），如果熔化鹽在床內(nèi)積累，則會導(dǎo)致結(jié)焦、結(jié)渣，甚至流化失敗。如果這些熔融鹽被煙氣帶出，就會黏附在爐壁上固化成細(xì)顆粒，不容易用洗滌器去除。解決這個問題的辦法是：向床內(nèi)添加合適的添加劑，它們能夠?qū)A金屬鹽類包裹起來，形成像耐火材料一樣的熔點在1065℃—1290℃之間的高熔點物質(zhì)，從而解決了低熔點鹽類的結(jié)構(gòu)問題。添加劑不僅能控制堿金屬鹽類的結(jié)焦問題，而且還能有效控制廢液或污泥中含磷物質(zhì)的灰溶點。但對于具體情況，需進行深入研究

流化床焚燒爐運行的最高溫度通常決定于：

（1）污泥組分的熔點；（2）共晶體的熔化溫度；（3）加添加劑后的灰熔點。流化床污泥焚燒爐的運行溫度通常為760℃—900℃

流化床焚燒爐可以兩種方式操作，即鼓泡床和循環(huán)床，這取決于空氣在床內(nèi)空截面的速度。隨著空氣速度的提高，床層開始流化，并具有流體特性。進一步提高空氣速度，床層膨脹，過剩的空氣以氣泡的形式通過床層，這種氣泡將床料徹底混合，迅速建立煙氣和顆粒的熱平衡。以這種方式運行的焚燒爐稱為鼓泡流化床焚燒爐，如圖5所示。鼓泡流化床內(nèi)空床截面煙氣速度一般為1.0 m/s—3.0m/s。

當(dāng)空氣速度更高時，顆粒被煙氣帶走，在旋風(fēng)筒內(nèi)分離后，回送至爐內(nèi)進一步燃燒，實現(xiàn)物料的循環(huán)。以這種方式運行的稱為循環(huán)流化床焚燒爐，如圖6所示。其空床截面煙氣速度一般為5.0 m/s—6.0m/s。

循環(huán)流化床焚燒爐排放煙氣中NOx的含量較低，其體積分?jǐn)?shù)通常小于100×10-6。這是由于循環(huán)流化床焚燒爐可實現(xiàn)低溫、分級燃燒，從而降低了NOx的排放

流化床焚燒爐的缺點是運行效果不及其他焚燒爐穩(wěn)定；動力消耗較大；飛灰量很大，煙氣處理要求高，采用濕式收塵的水要專門的沉淀池來處理。