摘 要：污泥是污水处理的副产品，含有许多的有害物质。污泥燃烧是将污泥中的有机物在高温条件下氧化分化为二氧化碳和水，一同收回热能，能完结污泥的无害化办理与资源化运用，是当时最首要的污泥热处理运用方法。本文对多膛式燃烧炉、流化床燃烧炉、反转窑式燃烧炉、炉排式燃烧炉等多种污泥燃烧设备的结构、运转方法及首要优缺陷进行介绍，以期为污泥燃烧设备的合理选型并拓宽污泥燃烧处理技能的运用规模供应辅导。

  城市污泥中含有许多的有机物和必定量的纤维素、木质素，具有必定的热值。燃烧法处理是在高温条件下，使污泥中的可燃组分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，将其间的有机物转化为水、二氧化碳等无害物质，一同开释能量，发生固体残渣。如将热量加以收回运用，可到达废物综合运用的意图。一同燃烧处理还具有有机物去除率高（99%以上）、适应性广等特色，所以在发达国家已得到广泛运用。

  在污泥燃烧设备中，流化床（FBC）和多膛燃烧炉（MIF）是运用最广泛的首要炉型，虽然其他炉型，如旋转炉窑、旋风炉和各种不同方法的熔炼炉也在运用，但所占比例不大。

  多膛式燃烧炉又称为立式多段燃烧炉，是一个笔直的圆柱形耐火面料钢制设备，内部有许多水平的由耐火材料构成的炉膛，自上而上安置有一系列水平的绝热炉膛，一层一层叠加。一段多膛燃烧炉可含有4—14个炉膛，从炉子底部到顶部有一个可旋转的中心轴，如图1所示。

  多膛式燃烧炉的横截面如图2所示，各层炉膛都有同轴的旋转齿耙，一般上层和基层的炉膛设有四个齿耙，中间层炉膛设有两个齿耙。经过脱水的泥饼从顶部炉膛的外侧进入炉内，依托齿耙翻意向中心运动并经过中心的孔进入基层，而进入基层的污泥向外侧运动并经过该层外侧的孔进入再下面的一层，如此重复，然后使得污泥呈螺旋形道路自上而下运动。铸铁轴内设套管，空气由轴心下端鼓入外套管，一方面使轴冷却，另一方面空气被预热，经过预热的部分或悉数空气从上部回流至内套管进入到最底层炉膛，再作为燃烧空气向上与污泥逆向运动燃烧污泥。

  从污泥的全体燃烧进程来看，多膛炉可分为三个部分。顶部几层为枯燥区，起污泥枯燥作用，温度约为425℃—760℃，可使污泥含水率降至40%以下。中部几层为污泥燃烧区，温度为760℃—925℃。其间上部为蒸腾分气体及部分固态物燃烧区，下部为固定碳燃烧区。多膛炉最底部几层为缓慢冷却区，首要起冷却并预热空气的作用，温度为260℃—350℃。

  该类设备以逆流方法运转，分为三个作业区，热效率很高。气体出口温度约为400℃，而上层的湿污泥仅为70℃或稍高。脱水污泥在上部可枯燥至含水50%左右，然后在旋转中心轴带动的刮泥器的推进下落入到燃烧床上。燃烧床上的温度为760℃—870℃，污泥可彻底着火燃烧。燃烧进程在最基层完结，并与冷空气触摸降温，再排入冲水的平息水箱。燃烧气含尘量很低，可用单一的湿式洗刷器把尾气含尘量降到200mg/m³以下。进空气量不用太高，一般为理论量的150%－200%。

  多膛炉的废气可经过文丘里洗刷器、吸收塔、湿式或干式旋风喷发洗刷器进行净化处理。当对排放废气中颗粒物和重金属的浓度约束严厉时，可运用湿式静电除尘器对废气进行处理。

  多膛燃烧炉具有以下特色：加热外表和换热外表大，炉身直径可到达7m，层数可从4层到14层；在接连运转中，燃料耗费少，而在发动的头1—2天内耗费燃料较多；在有色金属冶金工业中运用较多，前史也长，并堆集了丰厚的运用经历。多膛燃烧炉存在的问题首要是机械设备较多，需求较多的修理与保养；耗能相对较多，热效率较低，为削减燃烧排放的烟气污染，需求增设二次燃烧设备。

  曾经，污水污泥燃烧炉多运用立式多段炉，但因为污泥本身热值的进步使炉温上升并发生拌和臂耗费，以及燃烧才能等原因，一同因为辅佐燃料本钱上升和愈加严厉的气体排放规范，多膛炉越来越失掉竞争力，促进流化床燃烧炉成为较受欢迎的污泥燃烧设备。

  流化床燃烧炉内衬耐火材料，下面由布风板构成燃烧室。燃烧室分为两个区域，即上部的稀相区（悬浮段）和下部的密相区。其作业原理是：流化床密相区床层中有许多的慵懒床料（如煤灰或砂子等），其热容量很大，能够满意污泥水分的蒸腾、蒸腾分的热解与燃烧所需许多热量的要求。由布风设备送到密相区的空气使床层处于杰出的流化状况，床层内传热工况杰出，床内温度均匀安稳，维持在800℃—900℃，有利于有机物的分化和燃尽。燃烧后发生的烟气夹带着少数固体颗粒及未燃尽的有机物进入流化床稀相区，由二次风送入的高速空气流在炉膛中心构成一旋转切圆，使扰动激烈，混合充沛，未燃烬成分在此可持续进行燃烧。

  依照流化风速及物料在炉膛内的运动状况，流化床燃烧炉可分为欢腾式流化床和循环流化环两大类，如图3所示。流化床燃烧炉的横断面如图4所示。高压空气（20kPa—30kPa）从炉底部耐火栅格中的鼓风口喷发而上，使耐火栅格上约0.75m厚的硅砂层与参加的污泥呈悬浮状况。枯燥破碎的污泥从炉下端参加炉中，与火热硅砂剧烈混合而燃烧，流化床的温度操控在725℃—950℃。污泥在循环流化床和欢腾流化床燃烧炉中的停留时间分别为数秒和数十秒。燃烧灰与气体一同从炉顶部排出，经旋风别离器进行气固别离后，热气体用于预热空气，热燃烧灰用于预热枯燥污泥，以便收回热量。流化床中的硅砂也会跟着气体丢失一部分，每运转300h，应弥补流化床中硅砂量的5%，以保证流化床中的硅砂有满意的量。污泥在流化床燃烧炉中的燃烧在两个区完结。第一个区为硅砂流化区，污泥中水分的蒸腾和污泥中有机物的分化简直一同发生在这一区中；第二区为硅砂层上部的自在空阔区，这一区适当于一个后燃室，污泥中的碳和可燃气体持续燃烧。

  污泥流化床燃烧炉的燃烧温度一般为660℃—830℃（辅佐燃料选用煤时，该温度区域可扩大为850℃），在该区域可有用消除污泥臭味。燃烧温度在730℃以上时，臭味的排放接近于零。此温度可由设在炉床处的辅佐烧嘴及热风予以调理操控。

  2.1 燃烧效率高。流化床燃烧炉因为燃烧安稳，炉内温度场均匀，加之选用二次风增加炉内的扰动，炉内的气体与固体混合激烈，污泥的蒸腾和燃烧在瞬间就能够完结。未彻底燃烧的可燃成分在悬浮段内持续燃烧，使得燃烧十分充沛。热容量大，中止运转后，每小时降温不到5℃，因而在2天内从头运转，可不用预热载体，可接连或间歇运转；操作可用主动外表操控并完结主动化。

  2.2 对各类污泥的适应性强。因为流化床层中有许多的高温慵懒床料，床层的热容量大，能供应低热量、高水分污泥蒸腾、热解和燃烧所需的许多热量，所以流化床燃烧炉适宜燃烧各种污泥。

  2.3 环保性能好。流化床燃烧炉将枯燥与燃烧集成在一同，可除臭；选用低温燃烧和分级燃烧，所以燃烧进程中NOx的生成量很小，一同在床猜中参加适宜的增加剂能够消除和下降有害燃烧产品的排放，如在床猜中参加石灰石可中和燃烧进程中发生的SOx、HCl，使之到达环保要求。

  2.4 重金属排放量低。重金属归于有毒物质，升高燃烧温度将导致烟气中粉尘的重金属含量大大增加，这是因为重金属蒸腾后转移到粒径小于10μm的颗粒上，某些燃烧实例标明：铅、镉在粉尘中的含量随燃烧温度呈指数增加。因为流化床燃烧炉燃烧温度低于多膛式燃烧炉，因而重金属的排放量较少。

  2.5 结构紧凑，占地面积小。因为流化床燃烧强度高，单位面积的废弃物处理才能大，炉内传热激烈，还可完结余热收回设备与燃烧炉一体化，所以整个体系结构紧凑，占地面积小。

  2.6 事端率低，修理作业量小。因为流化床燃烧炉没有易损的活动零件，所以可削减事端率和修理作业量，然后进步燃烧设备运转的可靠性。流化床燃烧技能的优势还在于有十分大的燃烧触摸面积、激烈的湍流强度和较长的停留时间。如关于均匀粒径为0.13mm的床料，流化床全触摸面积可到达1420㎡。

  但是，在选用流化床燃烧炉处理含盐污泥时也存在必定的问题。当燃烧含有碱金属盐或碱土金属盐的污泥时，在床层内简略构成低熔点的共晶体（熔点在635℃—815℃之间），假如熔化盐在床内堆集，则会导致结焦、结渣，乃至流化失利。假如这些熔融盐被烟气带出，就会黏附在炉壁上固化成细颗粒，不简略用洗刷器去除。处理这个问题的方法是：向床内增加适宜的增加剂，它们能够将碱金属盐类包裹起来，构成像耐火材料相同的熔点在1065℃—1290℃之间的高熔点物质，然后处理了低熔点盐类的结构问题。增加剂不仅能操控碱金属盐类的结焦问题，而且还能有用操控废液或污泥中含磷物质的灰溶点。但关于具体情况，需进行深入研究

  （1）污泥组分的熔点；（2）共晶体的熔化温度；（3）加增加剂后的灰熔点。流化床污泥燃烧炉的运转温度一般为760℃—900℃

  流化床燃烧炉能够两种方法操作，即鼓泡床和循环床，这取决于空气在床内空截面的速度。跟着空气速度的进步，床层开端流化，并具有流体特性。进一步进步空气速度，床层胀大，过剩的空气以气泡的方法经过床层，这种气泡将床料彻底混合，敏捷树立烟气和颗粒的热平衡。以这种方法运转的燃烧炉称为鼓泡流化床燃烧炉，如图5所示。鼓泡流化床内空床截面烟气速度一般为1.0 m/s—3.0m/s。

  当空气速度更高时，颗粒被烟气带走，在旋风筒内别离后，回送至炉内进一步燃烧，完结物料的循环。以这种方法运转的称为循环流化床燃烧炉，如图6所示。其空床截面烟气速度一般为5.0 m/s—6.0m/s。

  循环流化床燃烧炉排放烟气中NOx的含量较低，其体积分数一般小于100×10-6。这是因为循环流化床燃烧炉可完结低温、分级燃烧，然后下降了NOx的排放

  流化床燃烧炉的缺陷是运转作用不及其他燃烧炉安稳；动力耗费较大；飞灰量很大，烟气处理要求高，选用湿式收尘的水要专门的沉淀池来处理。

  反转窑式燃烧炉是选用反转窑作为燃烧室的反转运转的燃烧炉，用于处理固态、液态和气态可燃性废物，对组分杂乱的废物，如沥青渣、有机蒸馏釜残渣、焦油渣、废溶剂、废橡胶、卤代芳烃、高聚物，特别是含PCB（印刷电路板）的废物等都很适用。美国大多数危险废物处置厂选用这种炉型。该炉型的长处是可处理废物的规模广，能够一同处理固体、液体和气体废物，操作安稳、燃烧安全，但办理杂乱，修理费用高，一般耐火面料每两年替换1次。反转窑选用卧式圆筒状，外壳一般用钢板卷制而成；内衬耐火材料（能够为砖结构，也可为高温耐火混凝土预制），窑体内壁是润滑的，也有安置内部构件结构的。窑体的一端以螺旋加料器或其他方法进行加料，另一端将燃尽的灰烬排出炉外。污泥在反转窑内可逆向与高温气流触摸，也可与气流一个方向活动。逆向活动时高温气流能够预热进入的污泥，热量运用充沛，传热效率高。排气中常带着污泥中蒸腾出来的有毒有害气体，因而有必要进行二次燃烧处理。顺向活动的反转窑，一般在窑的后部设置燃烧器，进行二次燃烧。假如选用旋流式反转窑，那么顺向活动的反转窑不用定有必要带二次燃烧室。

  污泥反转窑燃烧炉见图7。炉衬为混凝土结构和砖，混凝土部分设置内部构件结构，反转窑所装备的燃烧室做成带滚轮的结构，可移动而且便利修理。

  反转窑式燃烧炉的温度改变规模较大，为810℃－1650℃，温度操控由窑端头的燃烧器的燃料量加以调理，一般选用液体燃料或气体燃料，也可选用煤粉作为燃料或废油本身兼作燃料。

  典型的反转窑燃烧炉炉膛/燃尽室体系如图8所示，污泥和辅佐燃料由前段进入，在燃烧进程中，圆筒形炉膛旋转，使污泥和废物不断翻转，充沛燃烧。该炉膛外层为金属圆筒，内层一般为耐火材料面料。反转窑燃烧炉一般略微歪斜放置，并配以后置燃烧器。一般炉膛的长径比为2－10，转速为1r/min－5r/min，设备倾角为1°－3°，操作温度上限为1650℃。反转窑的翻滚将废物与燃气混合，经过预燃和蒸腾将污泥化为气态和残态，转化后气体经过后置燃烧器的高温（1100℃－1370℃）进行彻底燃烧。气体在后置燃烧器中的均匀停留时间为1.0s－3.0s，空气过剩系数为1.2－2.0。

  反转窑燃烧炉的均匀热容量约为63×106kJ/h。炉中燃烧温度（650℃－1260℃）的凹凸取决于两方面：一方面取决于废液的性质，关于含卤代有机物的废液，燃烧温度应在850℃以上，关于含氰化物的污泥，燃烧温度应高于900℃；另一方面取决于选用哪种除渣方法（湿式仍是干式）。

  反转窑燃烧炉内的燃烧温度由辅佐燃料燃烧器操控。在反转窑炉膛内不能有用地去除燃烧发生的有害气体，如二恶英、呋喃等，为了保证烟气中有害物质的彻底燃烧，一般设有燃尽室，当烟气在燃尽室内的停留时间大于2s、温度高于1100℃时，上述物质均能很好地消除。燃尽室出来的烟气到余热锅炉收回热量，用以发生蒸汽或发电。

  污泥送入炉排上进行燃烧的燃烧炉简称为炉排型燃烧炉。炉排燃烧炉因炉排结构不同，可分为阶梯往复式、链条式、栅动式、多段翻滚式和扇形炉排。可运用在污泥燃烧中的一般为阶梯往复式炉排燃烧炉。阶梯往复式炉排燃烧炉的结构如图9所示。

  一般该燃烧炉炉排由9—13块组成，固定和活动炉排替换放置。前几块为枯燥预热炉排，后为燃烧炉排，最下部为出渣炉排。活动炉排的往复运动由液压缸或由机械方法推进。往复的频率依据生产才能可在较大规模内进行调理，操作操控适当便利。

  用炉排炉燃烧污水污泥，固定段和可动段交互装备，油压设备使可动段前后往复运动，一边拌和污泥层，一边运送污泥层。污泥燃烧的枯燥带较长，燃烧带较短。含水率在50%以下的污泥能够高温自燃。上部设置余热锅炉，收回蒸汽能够用于污泥枯燥等。脱水污泥饼（含水率为75%－80%）经过枯燥成枯燥污泥饼（含水率为40%－50%）进入燃烧炉排炉，终究构成燃烧灰。

  电加热红外燃烧炉如图10所示，其本体为水平绝热炉膛，污泥输送带沿着炉膛长度方向安置，红外电加热元件安置在燃烧炉输送带的顶部，由燃烧炉尾端烟气预热的空气从燃烧炉排渣端送入，供燃烧用。电加热红外燃烧炉一般由一系列预制件组合而成，能够满意不同燃烧长度的要求。脱水污泥经过输送带一端送入燃烧炉内，进口端安置有翻滚组织，使污泥以近12.5mm的厚度布满输送带。

  在燃烧炉中，污泥先化，然后在红外加热段燃烧。燃烧灰排入到设在另一端的灰斗中，空气从灰斗上方经过燃烧灰层的预热后从后端进入燃烧炉，与污泥逆向而行。废气从污泥的进料端排出。电加热红外燃烧炉的空气过剩系数为20%－70%。

  电加热红外燃烧炉的特色是出资小，适宜于小型的污泥燃烧体系。缺陷是运转耗电量大，能耗高，而且金属输送带的寿命短，每隔3—5年就要替换一次。

  电加热红外燃烧炉排放废气的净化处理可选用文丘里洗刷器和/或吸收塔等湿式净化器进行。

  许多炉型的运转温度低于污泥中灰分的熔点，灰渣中含有许多高浓度的污染环境的重金属，要处理处置这种污染物，费用很高，而且需求特别的填埋地址。

  污泥熔融处理的意图首要是操控污水污泥中含有的有害重金属排放。预先枯燥的污泥在超越灰的熔点温度下进行燃烧（一般在1300℃－1500℃），构成比其他燃烧方法密度大2－3倍的消融灰，将污泥灰转化成玻璃体或水晶体物质，重金属以安稳的状况存在于SiO2等玻璃体或水晶体中，不会溶出（被过滤）而危害环境，炉渣可用作建筑材料。向污泥中参加石灰和硅石可下降熔融温度，使运转简略、炉膛损耗削减。

  6.1.1 枯燥进程：将含有70%—80%水分的脱水污泥饼降至含水10%—20%的枯燥污泥饼。

  6.1.2 调整进程：依据各熔炉的适用方法，进行造粒、破坏、热分化、炭化等。

  6.1.3 燃烧、熔融进程：有机分燃烧，无机分首要变成灰，然后再熔融成为炉渣。

  6.1.4 冷却、炉渣粒化进程：运用水冷得到粒状炉渣，空冷得到渐渐冷却的炉渣，然后将结晶炉渣渣粒化后完结资源化运用。

  6.2 用于污泥处理的熔融炉有许多种，如外表熔融炉（膜熔融炉）、焦炭床式熔融炉、电弧式电熔融炉、旋流式熔融炉。

  外表熔融炉的结构有方形固定式和圆形反转式两种。熔融污泥时，有机成分首要热分化燃烧，燃烧灰在炉外表以膜状熔流滴下，构成粒状炉渣。假如污泥的发热量在14654kJ/kg（3500kcal/kg）以上，能够天然熔融。因为主燃烧室温度为1300℃—1500℃，炉膛出口的烟气温度为1100℃—1200℃，能够进行热量收回，用来加热燃烧用空气和在余热锅炉中发生用于枯燥污泥的蒸汽。

  将细粉化的枯燥污泥旋转吹入圆筒形熔融炉内，污泥中的有机成分瞬时热分化、燃烧，这时构成1400℃左右的高温，污泥中的灰分开端熔融，在炉内壁上一边构成薄层一边流下，从炉渣口排出。

  旋流式熔融炉有纵型（如图11所示）、歪斜型和水平型三种炉型，原理都相同，具有旋风炉的特性，但污泥送入熔融炉的前处理进程或许不同，有蒸汽枯燥、活动枯燥、活动热分化等。

  如图12所示，填充焦炭为固定层，由风口吹入一次空气，床内构成1600℃左右的火热层。这儿，含水率为35%－40%的枯燥粒状污泥和焦炭、石灰或碎石交互被投入。灰分和碱度调整剂一同在焦炭床内边熔融边移动，生成的炉渣在焦炭粒子间流下。炉膛出口烟气温度为900℃左右，在500℃左右加热空气，然后进一步进行热收回发生锅炉蒸汽，蒸汽被送入桨式污泥枯燥机。焦炭的耗费量受投入污泥的含水率、发热量及投入量影响较大，填充的焦炭有必要保证必定的量。炉内简略坚持较高的温度，相同适用于发热量较低的污泥或熔点较高的污泥。关于发热量较高的污泥，不会节约焦炭，因而有必要进行活跃的热收回。

  这种方法需先将污泥枯燥到含水率为20%左右。电炉的电弧热使枯燥污泥饼中的有机物分化，变成可燃气体，无机物作为熔融炉渣被排出。用高压水喷发流下来的炉渣，使其破坏后构成人工砂状物。粒状炉渣经沉降别离后由泵送到料斗中储存。熔融炉中发生的热分化气体在脱臭炉中直接燃烧，枯燥机排气在750℃左右脱臭，然后经过除尘设备以及排气洗刷塔处理后排放到大气中。这种方法因为运用电能，本钱较高，运用剩下能量不如城市废物燃烧炉那样长处杰出。

  空气被带进燃烧器的切线部位。燃烧炉是由耐火材料线性摆放的圆顶圆柱形结构，以即时燃料弥补的方法加热空气，构成了一个供应污泥和空气混合杰出的强漩涡方法。空气和烟气在螺旋气流中顺着圆顶中心方位排出的烟气回旋笔直上升。污泥由螺旋给料机供应，在反转炉膛的外围堆积，并被耙向炉膛中心排出，正如飞灰相同。螺杆抽油泵用来供应污泥。燃烧炉内的温度为815℃—870℃。这些燃烧炉相对较小，在操作温度下，可在1h内发动。

  旋风燃烧炉的一个改型如图14所示，这是一种卧式燃烧炉。飞灰经过烟气排出。污泥从炉壁沿切线方向由泵打进燃烧炉，空气被带进燃烧器的切线部位构成旋风作用。这种燃烧炉没有炉膛，只要炉壳和耐火材料。在这种炉中污泥的停留时间不超越10s。燃烧产品在815℃下从涡流中排出，保证彻底燃烧。

  旋风燃烧炉适用于污水日处理量小于9000t/d的污水处理厂的污泥的燃烧。这种处理方法相对廉价，机组结构简略。卧式燃烧炉能够作为一个彻底独立的设备以独自设备，适用于现场燃烧污泥，运转时仅需装备进料体系和烟囱。

  第四届固危废峰会暨污泥油泥处置与资源化运用研讨会将于2023年1月12-13 日在姑苏举行。本届会议将以“低碳驱动立异，绿色引领开展”为主 题，约请全国水务公司，污水厂，市政污泥环保单位，工业污泥/油泥 处置单位，产废单位，规划单位，设备技能供应商，高校科研单位，政 府主管单位等一起评论职业开展。