各種焚燒爐在市政下水污泥焚燒中的應(yīng)用

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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(jī)物（60%～70%）、營(yíng)養(yǎng)物、病原體、重金屬離子和毒性有機(jī)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(guó)家普遍采用的處理方法。流化床污泥焚燒爐在國(guó)際上也得到了較好的應(yīng)用。文章旨在為國(guó)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

　　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(shí)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(guó)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(jì)，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(shí)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(jī)物（60%～70%）、營(yíng)養(yǎng)物、病原體、重金屬離子和毒性有機(jī)物，其中有機(jī)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(diǎn)在于水分、有機(jī)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(jì)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(jì)的減少水分的方法，但目前采用的機(jī)械擠壓的脫水效果有限。

　　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(shí)，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(guó)外比較常用的烘干機(jī)為槳葉式干燥機(jī)。

　　污泥焚燒是利用焚燒爐高溫氧化污泥中的有機(jī)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(guó)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(guó)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(diǎn)是占用場(chǎng)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(guó)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(guó)外有專門的法律予以管轄，而我國(guó)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(guó)家為控制火電廠對(duì)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(guó)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(jì)算，焚燒時(shí)的實(shí)際汞捕集率要達(dá)到98%以上，這一減量率幾乎是不可能實(shí)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(shí)際利用的原因。

　　這里可以看到在政策上的一個(gè)誤區(qū)：一方面，我國(guó)由于燃煤占能源的極大比例，如果對(duì)燃煤做出減排規(guī)定，會(huì)導(dǎo)致能源成本上升，從而對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不利，因此盡管燃煤的污染已形成較大威脅，對(duì)燃煤的使用只能采取寬容態(tài)度；另一方面，在鼓勵(lì)廢棄物熱能利用的同時(shí)，卻未對(duì)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(shí)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(jì)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(jìng)爭(zhēng)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(guó)和日本。自1962年以來，已有125臺(tái)流化床焚燒爐在美國(guó)安裝，其中43臺(tái)是1988年以后安裝運(yùn)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(gè)爐膛，從爐子底部到頂部有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的中心軸。每個(gè)爐膛上都有攪拌裝置，可以耙動(dòng)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(shí)向下流動(dòng)，依次流過各個(gè)爐膛。爐內(nèi)溫度中間高兩頭低，頂部?jī)蓪悠鹞勰喔稍镒饔?，溫度?80℃～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(shí)，污泥可從頂部第二個(gè)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(duì)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(diǎn)而一度得到了廣泛的應(yīng)用，但在長(zhǎng)期的使用過程中發(fā)現(xiàn)其二次污染嚴(yán)重。

　?。ǘt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(diǎn)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(dòng)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(huì)阻塞爐排的透氣孔，影響燃料效果。針對(duì)污泥性狀來看，污泥焚燒會(huì)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(gè)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(shí)，可在筒體尾部增加一級(jí)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(dòng)地對(duì)物料連續(xù)翻動(dòng)，對(duì)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(yùn)行費(fèi)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(yùn)動(dòng)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(duì)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(diǎn)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（A_l2O₃）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(diǎn)：

　　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(duì)于這種廢料的焚燒，流化床具有優(yōu)勢(shì)。

　　3．燃燒強(qiáng)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(dòng)部件，運(yùn)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(guó)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(jì)，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(shí)施焚燒處理的。

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