污泥焚烧技术

污泥干化及焚烧技术介绍

摘要：本文对污泥性质及燃烧可能性进行了分析，介绍了污泥的干化处理及焚烧技术。

关键词：污泥；循环流化床；焚烧；资源化处置

随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。未经适当处理的污泥进入环境后，直接会给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。

目前，污泥的处置方法主要是填埋、堆肥农用和焚烧三种。污泥填埋对土地资源浪费较大，且在运输过程及在填埋场里的渗滤液均易对环境造成二次污染；污泥堆肥或制复合微生物肥时，由于不能有效去除污泥中的重金属和有害物质，重金属离子易在土壤和植物体内积累，使土地利用受到限制。干燥后的污泥可产生16.65～20.93MJ/t的热能，是一种低热值的燃料，而且焚烧后的灰渣不会造成二次污染。因此，污泥焚烧是目前污泥无害化、减量化处置最有效的途径。

1我国污泥处置的现状

据估算，2003年我国城市污水处理厂每年排放的污泥量（干重）大约为130万吨，而且年增长率大于10%。如果国内的城市污水全部得到处理，则每年将会产生污泥（干重）约840万吨，约占我国固体废弃物总量的3.2%。在我国城市化水平较高的几个城市与地区，污泥处置问题已十分突出。

目前，在我国污泥处理处置的主要方法中，污泥农用约占44.8%、陆地填埋约占31.0%、其它处置约占10.5%、未经处置约占13.7%。据统计，我国用于污泥处理处置的投资约占污水处理总投资的20%～50%。从以上数据可以看出，我国目前污泥的处理处置处于严重滞后状态。

国内早期建设的污水处理厂，由于没有严格的污泥排放监管，普遍将污水和污泥处理单元剥离开来，为了追求简单的污水处理率，尽可能地简化、甚至忽略污泥处理处置单元；有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理设施长期闲置，甚至将未做任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多大城市出现了“污泥围城”现象，并已开始向中小城市蔓延，给生态环境带来了隐患。目前我国虽然开始关注污泥问题，但仍停留在技术层次。

2污泥性质及燃烧可能性

污泥的颗粒较细，密度较小，含水率高且不易脱水，并且有机物含量较高，容易腐化发臭。城市污水中还混有医院排水和工业废水，污泥中常常含有寄生虫卵、细菌和重金属等有

害物质。但污泥中还含有氮、磷、钾等植物营养素，可作为肥料。干燥污泥具有一定量的热值，可以燃烧。干化污泥作为燃料，开发潜力很大。

污泥的燃烧热值与污泥的性质有关，详见表1。

3污泥的干化处理及焚烧

3.1污泥的干化处理

干化和干燥是污泥深度脱水的一种形式，其应用的能量（推动力）主要是热能，即用热能将污泥中的水汽化。污泥干化形式有传统的自然干化和强化自然干化。干化、干燥技术主要有直接加热转鼓干化技术、间接加热转鼓干化技术、离心干化技术、间接式多盘干燥技术和流化床污泥干化技术。其特点见表2。

表1 不同污泥的燃烧热值

表2 各干化技术的特点

3.2污泥的焚烧

污泥减容的主要方法是浓缩、脱水以及焚烧。污泥焚烧在日本、德国、奥地利等国应用比例较高（日本污泥焚烧比例达55%），一般大型污水处理厂的污泥均通过焚烧达到无害化处理处置，污泥减容减量化程度高，而且产生的热能可回收利用，如利用热交换装置（如余热锅炉）将产生的蒸汽用作供热采暖或驱动汽轮机发电等。但由于污泥焚烧发电投资较大，操作管理较为复杂，能耗和运行费用均较高，我国几乎没有采用，少数发达国家尚在筹建之中。

3.3污泥焚烧处理的设备

污泥焚烧的核心设备是焚烧炉。目前国内使用的焚烧炉主要有立式多层炉、回转窑炉、流化床炉、喷射焚烧炉等。目前应用较广泛的是循环流化床焚烧炉，其主体设备为圆柱形塔体，底部装有多孔板，板上放置载热体砂作为燃烧床，塔内壁衬有耐火材料，气体从下部通入，并以一定速度通过分配板，使床内载体“沸腾”呈流化状态，污泥由塔侧或塔顶加入，在流化床层内与高温热载体及气流交换热量而被干燥、破碎并燃烧，废气从塔顶排出，夹带的载体粒子及灰渣经除尘器捕集后返回流化床内。

循环流化床焚烧炉采用分级送风技术，从不同角度向锅炉里流动送风，使气体与气体及气体与固体颗粒充分混合，在温度达到850℃～900℃时，只需3秒钟，就能使污泥彻底燃烧。污泥燃尽后通过水和气的形态达标挥发。该技术减少了污泥燃烧的氮氧化物排放量，而且加入一定量的石灰石，还可使污泥在炉内完成脱硫、脱氮。焚烧产生的酸性气体、二噁英和烟尘，可通过吸附塔和纤维滤袋收集器粘附。

循环流化床燃烧是介于鼓泡床燃烧和煤粉悬浮燃烧之间的一种燃烧方式，它具有这两种燃烧方式燃烧效率高、低污染的优点，且克服了鼓泡床燃烧难大型化和煤粉炉燃烧脱硫、脱硝费用高等缺点，近年来得到了快速发展。

4结语

与填埋、堆肥相比，污泥干化焚烧可节省大量土地，减少二次污染，同时还充分利用了再生能源，达到了对污泥处理的减容化、无害化、资源化的目的，社会效益显著。

我国城市污泥焚烧技术日趋成熟，已实现了污泥焚烧设备全部国产化，并显示了其可靠性和稳定性。城市污泥焚烧发电供热属一项新兴产业，可解决城市污泥造成的污染。

城市污泥焚烧发电供热工程具有巨大的社会效益，属于综合利用高新技术产业项目。其发展需要各级政府及有关行业的支持配合，因此国家应加大力度研究落实扶持政策，促进该

项目的顺利实施。目前我国的污泥焚烧发电供热事业已初露端倪，并已纳入产业化轨道，发展势头迅猛。

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污泥焚烧工艺技术研究

摘要：目前焚烧工艺被世界各国认为是污泥处理中的最佳实用技术之一。在欧洲、美国、日本等国家，该工艺已日渐成熟，它以处理速度快，减量化程度高，能源再利用等突出特点而著称。并且由于近年来，世界各国的环境条件均对废弃物处理所花费的时问和所占的空间提出了更为严格的要求，因而污泥焚烧技术已逐步成为污泥处理的主流技术。

我国在废物焚烧的研究方面起步较晚，特别是在污水厂剩余污泥焚烧这一领域更是缺乏基础性的研究，因此对污泥处理中焚烧这一技术的研究就显得日益重要。

关键词：剩余污泥；污泥处理；焚烧技术

1、前言

1.1污泥处理与处置的方法

城市污水处理厂在净化污水的同时也产生了大量剩余污泥，其数量约占处理水量的0.3％～0.5％左右(以含水率为97％计)，而且不稳定、易腐败、有恶臭。城市污水处理厂产

生的大量污泥，经沉淀分离、浓缩、消化、脱水及最终处置等的常规污泥处理和处置工艺，需要大量的基建投资和高昂的运行费用，其运行费用约为污水处理厂总运行费用的40％(烘干)～65％(焚烧)左右。北京最大的高碑店污水实际运行处理规模70万t／d，产生污泥量约为500t／d(含水率86％)，每天有40辆卡车将这些污泥饼外运，污泥的处理非常困难，已成为直接影响污水处理能否正常运行的最关键因素。据北京市规划，2010年污水处理规模将达到340万t／d，处理率达到90％以上，其产生污泥量将达到1.36万t／d(含水率97.5％)。今后随着我国污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污泥的产生量还将有较大的增长，因此必须有效地处理、处置与利用污泥。

污泥处理与处置的目的以减量化、资源化、无害化为原则。污泥处置和综合利用方法有填埋、焚烧、土地利用、排海等途径。表1列出世界各发达国家污泥处置方式所占比例。由表1，农用和填埋是各发达国家的污泥处置的主要方式，而焚烧所占的比例相对较小。但人们逐渐考虑到填埋要占用大量的土地和花费大量的运输费用，而且填埋场周围的环境也会恶化，遭受渗沥液、臭气的困扰。在许多国家和地区，人们坚决反对新建填埋场，美国环保局估计今后20年内，美国6500个填埋场中将有5000个被关闭。瑞士政府宣布从2003年1月1日起将禁止污水厂的污泥用于农业，所有污水厂的污泥都要进行焚烧处理，因为若长期将剩余污泥用于农业堆肥，有可能会因为有害物质诸如重金属、呋喃等的积累而影响人们的身体健康。从90年代起许多国家诸如德国、丹麦、瑞典、瑞士等国以及日本就开始以焚烧工艺作为处理污水污泥的主要方法，而目前污泥焚烧以日本、奥地利、丹麦、法国、瑞士、德国等国占比例高。1992年，日本采用1892座焚烧炉处理75％的污水污泥，目前焚烧工艺在日本得到广泛的应用、是污泥处置的主要方法，日本在这一方面的研究很多，如将焚烧灰作为沥青填料、路床和路基材料、砖瓦材料、水泥原料、熔融填料等；在丹麦，每年约有25％的污泥在32座焚烧厂中处理；随着欧共体各国签订的停止向海洋投弃污泥的协议生效，EEC各成员国已逐步停止向海洋投弃，海岸国家受此协议的限制，已纷纷转用焚烧法。

表1世界各国污泥处置所占比例（％）

1.2污泥焚烧工艺的兴起与发展

污泥焚烧(热分解)是指在高温(500－1000℃)下，污泥固形物在无氧气或者低氧气氛中分

解成气体、焦油以及灰等残渣这3部分的过程。污泥焚烧的处理对象主要是脱水泥饼，脱水泥饼含水率仍达45％～86％，含水率高，体积大，可将其进行干燥处理或焚烧。干燥处理后，污泥含水率可降至20％～40％。焚烧处理，含水率可降至0，体积很小，便于运输与处置。

污泥焚烧的初期研究是1959年美国的诺亚克(Noack)、1960年施莱辛格(Schlesinger)等人在彼得堡能源中心(Pittsburg Energy Center)开始的，其共同的特点是以回收能源为目的。脱水污泥(水分65％～85％，其固体热值为7500～15000kJ／kg)的热值低，因此，焚烧过程中必须添加辅助燃料，所以应该设计辅助燃料最少的流程。世界上第1台焚烧污泥的流化床锅炉在1962年建于美国Lynnword Washington，至今仍在运行。1970年以后，从日本研究者平冈等人1973年所进行的基础研究开始，美国的奥利克塞(Olexsey)于1974年、卡林斯克(Kalinske)于1975年都指出了焚烧工艺的优越性。1976年10月在悉尼举行的第8届国际水质污染研究会议上由马吉玛(Majima)等人发表了多段炉分解的应用性研究报告。1977年4月在日本东京举行的日美下水道技术会议上，由卡希娃亚(Kashiwaya)发表了大阪府川俣处理场的多段炉应用研究的成果报告，报告中证实了多段炉焚烧工艺的实用性，之后在川俣处理场及其他多处都建起了剩余污泥焚烧装置，至今运行良好。

韩国正在Kyungki省的Kwangdong-Li污水处理厂试运行由Samsung建筑公司最近开发的污泥焚烧新工艺。泰国的Samutprakam正在建设东南亚规模最大的污水处理厂，其污泥处理单元将采用焚烧工艺。在我国的城市污水厂中，只有深圳特区污水处理厂用于焚烧。对工业废水污泥的焚烧，国内应用的也很少，由化工部第三设计院设计的齐鲁20万t乙烯污水处理厂，污泥量为2100kg／h，采用二段串联的卧式灰砖焚烧炉焚烧。北京燕山石油化工总厂自行设计的活性污泥沸腾焚烧炉，热载体采用粉状砂针，污泥用压力式喷嘴喷入炉内，燃烧燃料要与空气混合造成热风。但此炉现未能连续运行。香港政府决定修建2组日处理量为6000t的焚烧炉和能源回收设备。预计将在2007年。第1组设备将投入使用。（来源：互联网）

焚烧炉型有回转型如回转式焚烧炉、多段型如立式多段炉(多段竖炉)及流化床型等。流化床焚烧炉有如下特点：①由于流化层内粒子处于激烈运动状态，粒子与气体之间的传质与传热速度很快，单位面积的处理能力很大；②由于流化床层内处于完全混合状态。所以加到流化床的固体废物，除特别粗大的块体之外，都可以瞬间分散均匀；③由于载体本身可以蓄存大量热量，并且处于流动状态，所以床层反应温度均匀，很少发生局部过热现象，床内温度容易控制。即使一次投入较多量的可燃性废弃物，也不会产生急冷或急热现象；④在处理

含有大量易挥发性物质时(如含油污泥)，也不会像多段炉那样有引起爆炸的危险；⑤流化床的结构简单，设有机械传动部件，故障少，建造费用低；⑥空气过剩系数可以较少；⑦特别是流化床焚烧炉还具有其本身独特的优点，如燃料适应性广、易于实现对有害气体SO2和NOx等的控制、还可获得较高的燃烧效率、污泥焚烧的灰份有多种用途等等。因此，流化床焚烧炉得到了较好的应用，其型式有道尔－奥利弗(Dorr-Oliver)流化床焚烧炉、考可兰(Copeland)式流化床焚烧炉、回旋型流化床焚烧炉、带干燥段的流化床焚烧炉等。

目前，污泥焚烧是日本、奥地利、丹麦、法国、瑞士、德国等国污泥处置的主要方法，近几年来污泥焚烧技术已经逐步成为处理污泥的主流，愈来愈受到世界各国的青睐。这是由于焚烧法与其它方法相比具有突出的优点：①焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化，它可以解决其他方法中污泥要占用大量空间的缺陷，这对于日益紧张的土地资源来说是很重要的；②焚烧后剩余污泥中的水分、有机物等都被分解，只剩下很少量的无机物成为焚烧灰，因而最终需要处置的物质很少，不存在重金属离子的问题，焚烧灰可制成建筑材料等有用的产品，是相对比较安全的一种污泥处置方式；③污泥处理速度快，不需要长期储存；④污泥可就地焚烧，不需要长距离运输；⑤可以回收能量用于发电和供热。

2、污泥焚烧工艺存在的问题和对策

虽然焚烧法与其它方法相比具有突出的优点，但是另一方面随着焚烧工艺的使用，它所存在的若干问题也日渐暴露出来。其一，焚烧需要消耗大量的能源。而能源价格又不断上涨，焚烧的成本和运行费均很高；其二，存在烟气污染、噪声、震动、热和辐射以及产生成为环境热点的二恶英污染问题。各发达国家都在制定更严格地固体焚烧炉烟气的排放标准，这也将给剩余污泥的焚烧提出更高的要求。所以，开发热效率高，并能把环境污染控制在最小限度的焚烧工艺成为当务之急。

众所周知，在污泥焚烧的过程中会产生一定量的有害气体，例如HCl，HF，SO2等等。这些有毒有害气体势必会对空气造成严重的危害。针对这一问题，欧洲各国都制定了严格的标准，如表2所示。

表2焚烧炉有毒有害物质的释放限制（mg／m3）

美国纽约州能源研究和发展机构(NYSERDA)就增加氧气量的污泥焚烧技术进行了研究。研究结果表明：富氧气系统的焚烧炉运行更具灵活性且反应速度快，一方面可使产率提高(可提高约55％左右)，另一方面又可使燃气消耗量减少，并且在燃烧过程中所产生的氮氧化物(NOx)，一氧化碳(CO)或总碳氢化合物(THC)和异味不会增加；2001年意大利研究者lotito等人针对循环式流化床焚烧炉处理污泥的工艺进行了研究。多核芳香族碳氢化物(PAH)的产生量要比意大利10g／m3的标准限量低得多。并且发现，二恶英(PCDDs)以及PCDFs 这些有毒物质的浓度虽然超过0.1ng／m3(TE)的限量，但是在飞灰中的浓度却低得多，由此验证了在气化阶段被污染的可能性。并且PAHs和PCDD／PCDFs的浓度并不能依赖补燃器的操作控制；英国研究者Gillian Hand Smith论证了在污泥焚烧工艺中，氮氧化物NOx和炉燃烧温度的关系，并为运行参数的最优化设计提供了非常宝贵的建议；加拿大McGill大学和加拿大能源与矿物研究中心碳化燃烧实验室对污泥的鼓泡流化床和循环流化床焚烧都进行了能量回收和污染排放分析，结果表明采用流化床技术处理废弃物不仅回收了可用能，而且烟气排放可满足苛刻的环保要求，既提高了污泥处理厂的经济性又保护了环境；曾庭华在1997年就污泥的凝聚结团特性、燃烧过程、热解特性及流化床焚烧污泥时产生的二次污染进行了相关研究；奉华在2001年以高碑店污水厂的污泥为主要研究对象，分析了污泥的成分特点和燃烧特性，并在预防二次污染方面，通过分析重金属元素在污泥中的存在形式及对污泥焚烧前后重金属含量的变化进行检测，研究了重金属在焚烧过程中的迁移特性，并提出污泥灰渣处理的建议；台湾研究者Rong-Chi Wang和Wen Chih Un研究了用固体吸收物捕获流化焚烧炉内污泥中的残余金属(如Pb、Zn、Cd等)，他们采用了一个90mmI.D.的实验室规

模的流化焚烧炉，该流化床使用了不同种吸收物，例如石灰石、矾土、矽土和火山灰胶状粘土。在试验过程中，通过改变炉温、吸收物的种类、空气流速以及燃烧时间，来观察各种吸收物的性能。经过原子吸收光谱的测定结果表明，火山灰对于Zn的吸收效果最好，而矾土对于Pb又有极佳的效果，并且在流化焚烧炉内的污泥量能够减少约40％。

3、污泥焚烧工艺的主要影响因素

焚烧的目的侧重于减量(或减容)和燃烧后产物的安全化、稳定化方面，这一点与以获取燃烧热量为目的的燃烧是有差别的。因此，焚烧必然以良好的燃烧为基础，要使燃料完全燃烧。支配燃烧过程的有3个因素：时间、温度、废物和空气之间的混合程度。这3个因素有着相互依赖的关系，而每一个因素又可单独对燃烧产生影响。

3.1时间

燃烧反应所需的时间就是烧掉固体废物的时间。这就要求固体废物在燃烧层内有适当的停留时间。燃料在高温区的停留时间应超过燃料的燃烧所需的时间。一般认为，燃烧时间与固体废物粒度的1～2次方成正比，加热时间近似地与粒度的平方成比例。如燃烧速度在某一要求速度时，停留时间将取决于燃烧室的大小和形状。反应速度随温度的升高而加快，所以在较高的温度下燃烧时所需的时间较短。因此，燃烧室越小，在可利用的燃烧时间内氧化一定量的燃料的温度就必须愈高。

固体粒度愈细，与空气的接触面愈大，燃烧速度快，固体在燃烧室内的停留时间就短。因此，确定废物在燃烧室内的停留时间时，考虑固体粒度大小很重要。

3.2温度

燃料只有达到着火温度(又称起燃点)，才能与氧反应而燃烧。着火温度是在氧存在下可燃物开始燃烧所必须达到的最低温度，因此燃烧室温度必须保持在燃料起燃温度以上。若燃烧过程的放热速率高于向周围的散热速率，燃烧过程才能继续进行，并使燃烧温度不断提高。一般来说，温度高则燃烧速度快，废物在炉内停留的时间短，而且此时燃烧速度受扩散控制，温度的影响较小，即使温度上升40℃，燃烧时间只减少1％，但炉壁及管道等容易损坏。当温度较低时，燃烧速度受化学反应控制，温度影响大，温度上升40℃，燃烧时间减少50％。所以，控制合适的温度十分重要。

3.3废物和空气之间的混合程度

为了使固体废物燃烧完全，必须往燃烧室内鼓人过量的空气。氧浓度高，燃烧速度快，这是燃烧的最基本条件。对具体的废物燃烧过程，需要根据物料的特性和设备的类型等因素确定过剩气量。但除了空气供应充足，还要注意空气在燃烧室内的分布，燃料和空气中氧的

混合如湍流程度，混合不充分，将导致不完全燃烧产物的生成。对于废液的燃烧，混合可以加速液体的蒸发；对于固体废物的燃烧，湍流有助于破坏燃烧产物在颗粒表面形成的边界面，从而提高氧的利用率和传质速率，特别是扩散速率为控制速率时，燃烧时间随传质速率的增大而减少。

4污泥焚烧污染物控制的研究现状

焚烧过程包括分解、氧化、聚合等反应。燃烧所产生的废气中还含有悬浮的未燃或部分燃烧的废物、灰分等少量颗粒物。未完全燃烧产物有CO、H2、醛、酮和稠环碳氢化合物，还有氮氧化物、硫氧化物等。因废物组成不同，燃烧方式不一样，燃烧产物也有一定差异，以下就几种主要污染物进行讨论。

4.1氮氧化物的形成与控制

燃烧时氮氧化物是由空气中的氮及废物中的氮生成。燃烧时主要生成NO，NO2只占总氮氧化物的很小部分。NO和NO2总称为“NOx”。因燃烧中生成的NO稍后在烟道和大气中被转化成NO2，所以NOx排放以NO2表示。

燃烧过程中产生的NOx分为两类。一类是废物中含氮的化合物由于燃烧被氧化生成的NOx，称为燃烧型NOx。另一类是炉内空气中的氮在高温状态下氧化生成的NOx，称为热力型NOx。这两类NOx在焚烧过程中以燃烧型NOx为主。降低NOx的方法主要有①在燃烧过程中降低O2浓度的生成抑制法；②将发生的NOx用还原剂还原减少排出量的排烟脱氮法两大类。

4.2HC1的形成与控制

HC1是由废物中含的氯乙烯及其它含氯塑料，厨余中的氯化钠而产生。HC1去除的方法大体分为干法和湿法。干法是反应生成物以干燥状态排出，湿法是以水溶液排出。干法又进一步分为全干和半干法(或称半湿法)，全干法使用干燥固体作反应剂，半干法用水溶液或浆料作反应剂。

4.3硫氧化物的形成与控制

废物中的硫元素在燃烧过程中与氧化合物生成SO2和SO3，总称SOx。其中SO3仅是很小的一部分，因SO3不能由硫和氧直接反应产生，SO3需在催化剂(V、Si、Fe2O3等)的作用下才能生成。烟气中SOx取决于废物的成分，烟气中SOx的控制一般采用烟气在排放之前通过气体净化或在燃烧过程中除硫。在燃烧过程中的除硫，是采用让烟气中的SOx在炉膛里与某些固硫剂发生反应使之固定下来。如加入石灰或白云石等使硫固定在灰渣中。4.4烟尘的形成与控制

废物燃烧时不可避免的会产生烟尘，它包括黑烟和飞灰两部分。由于废物中含有重金属，因此它们在燃烧过程中常以金属化合物或金属盐的形式被部分混到烟气中被排放，造成污染；或沉积在管道、室壁的表面，加速了设备的腐蚀，影响传热。

防止烟尘的方法有：①增加氧浓度，使其燃烧完全。常采用通人二次空气的办法；②提高炉温，利用辅助燃料；③采用恰当的炉膛尺寸和形状，使焚烧条件合适；④对烟气进行洗涤、除尘等处理。

4.5二恶英的形成与控制

二恶英是多氯二苯并二恶英PCDB(poly chlorinated dibenzo-P-dioxins)和多氯二苯呋喃PCDF(polv chlorinated dibenzofurans)两类化合物的总称。二恶英的形成机理比较复杂，它发生的前提可概括为：①要有有机和无机氯；②存在氧；③存在过渡金属阳离子作催化剂(如焚烧飞灰等)。抑制二恶英的生成可从3方面进行：①改善燃烧条件，减少不完全燃烧大分子有机产物和碳的残量；②阻止氯化过程(包括喷氨、加硫等方法)；③阻止联芳基合成(用喷氨等方法毒化催化剂)。（

二恶英的控制主要从抑制发生和发生后有效去除两个途径来努力。抑制燃烧时二恶英的生成量，首先是改善焚烧炉内的燃烧状况，采用“3T”技术，即提高炉温(>850℃)；在高温区送入二次空气，燃烧，减少CO、不完全燃烧产物和前躯体的生成量，从而抑制二恶英的生成量。未燃烧的碳粒或多环芳烃等在一定条件下会合成二恶英，这种合成在300℃附近最显著，因此为防止这种合成，让除尘器低温化，即将除尘器人口气体温度降至200℃以下；延长气体在高温区的停留时间(>2s)等，改善燃烧状况，使废物完全充分搅拌混合提高湍流程度。另外还可通过选用合适的焚烧炉炉型(如流化床焚烧)开发改进自动焚烧炉控制系统等更先进的系统，达到抑制二恶英的生成。

5结论与建议

目前有关污泥焚烧工艺的研究大多集中在燃烧时重金属和一些有毒有害气体的去除效果方面，而有关污泥焚烧工艺操作条件对处理效果的影响以及操作条件的优化方面(缺乏确切的数学模型)尚未见有系统的研究报道。

我国在废物焚烧的研究方面起步较晚，特别是在污水厂剩余污泥焚烧这一领域更是缺乏基础性的研究，应以流化床焚烧炉工艺为对象，较全面地考察运行条件对流化床焚烧炉运行特性的影响，分析影响系统运行的关键因素，为该工艺的优化设计和稳定操作运行提供科学依据，并针对污泥焚烧过程中所产生的污染物之控制提供切实可行的解决方案。

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天通控股股份有限公司

主要技术工艺：污泥干化焚烧处置技术

天通控股股份有限公司（简称天通控股,TDG）位于浙江省海宁市，始建于1984年，是拥有近30亿资产和多家分子公司的国内首家自然人控股的上市公司。公司遵循“市场导向、技术领先、品牌制胜”的经营理念，创导“为客户创造价值、筑员工成长平台，让股东得

到回报、对社会承担责任”的核心价值观、弘扬“诚信、创新”的企业精神，将以人为本的思想融入到企业管理的所有环节，实现健康、长期的企业目标。

TDG历来非常重视环境保护工作。近年来更加大投入进行二次创业，力争把环保产业做大做强，与日本三菱、日立等公司有十多年的合作关系，有多家合资工厂。主要产品有圆盘式污泥干燥机，这是国家三部委重点推荐的污泥干燥技术，也是发达国家污泥处置的主流干燥设备，处于世界领先水平。TDG从三菱、日立等公司全套引进了适合中国国情的污泥“干化＋焚烧”处置技术，高起点、大投入。该技术具备成熟先进、规范环保、自动化程度高、投资适中、运行维护成本较低、处理量大、持久耐用、工艺简洁、电耗省、工作环境好、运行稳定等特点。

TDG污泥处置集成技术大致可以分为两大模块：污泥圆盘干化模块和污泥焚烧模块。根据各地污泥处置现状以及当地要求，这两个模块可以单独建设也可以组合使用。

污泥圆盘干化模块

焚烧、建材利用等处置方式要求污泥含水率30%～40%，这时必须对污泥进行热干化。国内一些污泥处置项目之所以失败，主要原因之一就是污泥干燥机不过关。TDG采用圆盘干燥机，该技术在日、韩以及欧洲成功使用20多年并经不断改进提高，性能卓越。该技术污泥适应性广、稳定性高、效率高、能耗低，是国家环保部重点推荐的污泥干燥技术。圆盘干燥机的热源可采用低品位蒸汽、导热油等。干燥过程全封闭并采取负压等措置，保证优秀的环保性能。圆盘干燥机可直接干燥含水率80%的污泥，为降低运行成本，也可干燥上一模块处理后的污泥。干燥后的污泥呈0~5mm的小颗粒状，热值约1000 ~2000大卡，具备一定的经济价值，非常方便进一步处置。

圆盘式干燥机主体由一个圆筒形的外壳和一组中心贯穿的圆盘组成。圆盘组是中空的，热介质从这里流过，把热量通过圆盘间接传输给污泥。污泥在圆盘与外壳之间通过，接受圆盘传递的热，蒸发水分。污泥水分蒸发形成的水蒸气聚集在圆盘上方的穹顶里，被少量的通风带出干化机。圆盘有两个作用：一是它给污泥提供足够大的换热面积；二是它缓慢转动，它上面的小推进器推动污泥向指定的方向流动并起到很好的搅拌作用。圆盘干化机利用每个

圆盘的双面传热，可以在小空间里提供很大的换热面积，这使得圆盘干化机体型紧凑。圆盘的转动变频可调，转速约为5r/min，因此磨损很小。圆盘盘面与轴是垂直的，所以它本身的转动不影响污泥的流向，圆盘边缘有一些小桨叶，这些小桨叶有一定的倾角，既帮助污泥定向流动，又起到搅拌的作用。外壳是不动的，它容纳污泥和污泥蒸发产生的水蒸气。外壳内壁有固定的刮刀。刮刀很长，伸到圆盘之间的空隙，防止有大块污泥固结在盘片上。与圆盘上的桨叶类似，固定刮刀也起到搅拌的作用。

圆盘式干燥机具有以下特点：（1）运行时氧含量、温度和粉尘量低，安全性好；（2）圆盘干化机每个竖立圆盘的左右两面传热，传热面积大，结构紧凑，外形尺寸很小，辅助设备少，系统简单；（3）干化机内部污泥为湿污泥，为防止污泥粘结在圆盘上，在外壳内壁有固定的较长刮刀，伸到圆盘之间的空隙，起到搅拌污泥、清洁盘面的作用；（4）采用低温热源（≤180℃）加热，圆盘上的污泥在停车时不会过热；（5）所需辅助空气少，尾气处理设备小；（6）圆盘干化机可应用于半干化工艺，也可应用于全干化工艺；（7）可采用蒸汽，导热油等多种传热介质；（8）现场环境非常好。

污泥焚烧模块

TDG焚烧技术采用当今国际最流行的流化床焚烧技术，该技术在国际上污泥焚烧行业占有率约为60~70%。TDG污泥焚烧技术，具备以下特点：焚烧彻底、效率高、污染物排放低、燃料适应性好、安全。焚烧后的烟气经规范处置，排放可以严格达到城市生活垃圾焚烧处理的国家标准。TDG经多年对国内各地、各行业污泥的分析，认为焚烧处置二恶英的风险基本不存在。

2009年，天通控股股份有限公司承接了嘉兴新嘉爱斯热电有限公司污泥综合利用热电联产技改工程项目的设备供应，项目总投资25000万元。该技改项目污泥主要来自嘉兴市联合污水处理厂、洪合污水处理厂、民丰集团秀洲纸业有限公司自备污水处理站、王江泾镇纺织企业自备污水处理站，合计污泥量2050吨/天。据了解这些单位的污泥大部分含水量在80%左右；有少部分污泥经自然晒干成为含水量65%左右的半干污泥。

技改项目总的生产工艺流程如下：污泥通过密闭汽车运输到厂区后，先进行干燥处理，然后通过输送装置送至炉前燃料仓，经锅炉炉前给料管，进入炉膛进行燃烧。在送入污泥的同时，焚烧炉内也给入一部分辅助燃料煤以保证炉膛内温度维持在850℃以上。焚烧后污泥和煤释放出来的热能被蒸汽吸收，转化为蒸汽的热能，部分供应热用户，部分用于污泥干燥。污泥干燥过程产生的废气经冷凝处理后作为二次风抽入焚烧炉进行焚烧。污泥和煤焚烧留下的渣通过冷渣器排出，焚烧后的烟气经过烟气净化系统处理后通过一座高150 m烟囱达标排放。目前已有三台圆盘式污泥干燥处理设备已交货，预计2010年年初试运行。

TDG污泥处置集成技术完全符合了污泥处置政策所倡导的减量化、稳定化、无害化甚至资源化的发展方向，为中国解决污泥处置难题提供了切实可行的思路。

流化床污泥焚烧炉Pyrofluid○R技术及应用（图）

文章来源：威立雅水务北京公司

1Pyrofluid R污泥焚烧系统

1.1系统的构成和特点

一套完整的焚烧系统包括Pyrofluid R流化床焚烧炉，以及后续作为能量回收的热交换系统和废气处理系统(包括静电除尘器ESP、化学处理装置和袋式除尘器)。Pyrofluid R焚烧炉采用流化工艺，借助上向空气流，将尺寸分级为0.5～2mm的惰性物质(一般为砂)保持在悬浮状态。流化床的优势在于能够保证助燃气体在水平截面上的均匀分布、砂层的良好混合、污泥和燃烧气体的最佳接触。Pyrofluid R流化床技术非常适用于污泥焚烧，它可以保证污泥的良好分布，固气充分接触和温度均衡，也可以保证在较低过剩燃烧气体状况下的完全燃烧和炉内的自燃热平衡。

3T原则(即时间、温度和湍流)是燃烧效率的关键因素，这些运行条件在Pyrofluid R污泥焚烧炉中可以得到充分满足，以保证污泥挥发物质完全燃烧。

1.2焚烧炉的结构

Pyrofluid R污泥焚烧装置包括2个不同尺寸的垂直放置的同轴圆柱，由一个渐变圆台结构连接。焚烧炉结构见图1。

图1焚烧炉的结构示意

污泥焚烧装置自下而上，包括风室、带喷嘴的拱顶、砂床、燃烧室以及炉顶和烟气管。风室类似于一个加压室，可以在流化床的整个水平面上分布燃烧气体。在空气入口相对的一面设有启动燃烧器，可以在安装调试期、启动期和长期关闭后对焚烧炉进行预热。风室设有观测孔、温度和压力等必要的监控和操作设备。由耐热砖建造的拱顶用于隔开风室和流化床。拱顶上分布着安装喷头的规则开口。这些喷头由中空的耐火钢铸成，在其外壁上有小孔。喷头可以保证燃烧气体在流化床均匀分布而避免砂子落入风室。砂层在静止状态下高为1m，流化态时为1.5m。污泥和燃料通过均匀的沿焚烧炉外周分布的投加口进入砂床，流化床上部设有栅渣投加装置。污泥投加到温度为720℃的砂床，在高温和砂床流动下，污泥中的水分蒸发，干物质沿砂床整个表面分布，以达到更好的燃烧效果。

此外，大量砂子提供的热惯量可以平衡被焚烧污泥质量变化以及间断操作带来的潜在问题。燃烧始于流化床，在燃烧室(超高室)结束。燃烧室中烟气温度>850℃，停留时间>2s。这些条件保证了有机物的充分燃烧，使其在灰分中的含量<3%。如果燃烧室中的温度<850℃，则通过燃烧室的燃料(气体/汽油)投加口投加辅助燃料。废气(包括燃烧气体、剩余空气、水蒸气)和矿物渣则通过焚烧炉顶部的烟气管道排出。

1.3能量回收

烟气从耐热炉顶和废气管道进入空气热交换器。通过热交换器可以实现以下功能：燃烧空气(即流化空气)的预热，回收热量供预干化部分使用或发电。这部分包括两个主要部件:一个烟气/流化空气热交换器，为助燃气体提供预热；一个冷却器，即烟气/热媒流体热交换器，冷却废气，回收热量。

第一级热交换器称为气体预热型热交换器，在助燃空气/流化空气进入风室前，用部分烟气的热量对其进行加热。由此污泥焚化系统运行时，使需要注入的补充燃料量达到最小化。在Pyrofluid R设计中，在给定的污泥热值和挥发性物质含量下，可以根据湿污泥量和热负荷设计出不需要添加任何辅助燃料或不需要喷淋降温水的运行工况，最大限度地减少能耗和降低运行成本。

第二级热交换器称为冷却型热交换器，能冷却废气达到适宜温度。冷却液可为过热水或导热油。回收的热量将用于预干化部分，由此干化设备的能耗将得到最大限度的节约。

1.4烟气处理

烟气处理需要考虑的污染物包括：灰分、酸性气体(HCl、SO x和HF)以及重金属。通常包括以下步骤：干式静电除尘器(ESP)去除固体状态的灰分和重金属。袋式除尘器去除粉尘和由于投加化学药剂产生的副产物。Pyrofluid R烟气处理后的排放限值充分满足并严于EEC4/12/2000颁布的废弃物焚烧2000/76/EC指令，部分指标优于目前《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)。处理后的烟气通过工业用风扇排出，保持焚烧炉内零压力，使热交换器和烟气处理的压力总是低于大气压，以防止灰尘和气体泄漏，保持焚烧厂的清洁环境。被排放的烟气温度控制在210℃，避免湿度和温度较高时烟羽生成。

3技术应用

Pyrofluid R流化床焚烧炉最初为处理市政污泥而设计，同时也兼顾其他废物的焚烧，包括污水处理预处理阶段产生的油脂、栅渣以及其他污水处理过程中可能产生的固废。

1968年OTV设计和建造的第一座污泥焚烧Pyrofluid R流化床在法国的Le Havre(勒阿弗尔市)投入运行。之后，OTV在法国和世界各地共设计、建造和运行了近百座污泥焚烧流化床用于工业和市政污泥处理。

2.1满足最严格的排放要求

OTV公司在法国巴黎哥伦布Colombes污水处理厂的Pyrofluid R污泥焚烧系统是当今最先进的污泥焚烧及废气处理工艺的应用范例。这座投产于1998年的焚烧厂建于全覆盖的污水处理厂内，已经运行10年，建有4座Pyrofluid R流化床污泥焚烧炉，每台焚烧炉的处理能力为2tDS/h。焚烧系统的先进性突出地体现在后续废气的处理上，可达到欧洲最严格的排放要求，特别是在去除氧化氮(NO x)和二恶英(Dioxins)上。排放烟囱上还安装有连续测定CO、各种酸和粉尘等的测定仪。

2001年-2002年中3个工作周期排放的废气值见表1。

表1烟气排放标准及实测值

这些工作周期内焚化炉排放的废气均满足严格的排放要求。使用探测器对NO x、HCl、SO2、CO和灰尘进行连续监测，同时检测H2O和O2。这些参数每隔0.5h统计一次。

2.2能量回收

1997年俄罗斯的首座Pyrofluid R流化床焚烧厂建造在处理能力为2.5×106人口当量的圣彼得堡中心区污水处理厂内。混合污泥在浓缩到35g/L后经过离心脱水至26%，然后进入4台设计能力为2.5tDS/h的Pyrofluid R流化床焚烧炉。部分焚烧热能回收转换为低压蒸汽(0.5MPa，158℃)用于厂区供热采暖和生产工艺。湿式烟气处理可保证烟气排放符合当地的排放标准(烟尘<30mg/m3)。

在2004年，俄罗斯圣彼得堡北部污水处理厂再次选用Pyrofluid R焚烧系统。污水处理厂污泥处理线包括传统重力浓缩和离心脱水。焚烧系统包括3台Pyrofluid R流化床焚烧炉，设计能力为焚烧150t干泥/d(包括122t混合干污泥、4t油脂、24t栅渣)。OTV公司的设计使得该系统在处理量只有50%时，只要一条焚烧线运行，而另外一座焚烧装置可以进行维护。当处理量增至150%时，3条焚烧线同时运行并将产生的高压蒸汽进行发电。烟气排放符合

EU2000/76/EC指令，烟气处理包括有ESP、干式碳酸氢钠和活性炭投加以及布袋式除尘。

烟气回收的热量除了预热空气外，还通过超高温锅炉产生高压蒸汽(20t/h，3.2MPa、450℃) ，再通过冷凝式涡轮机发电(3MW)。两个处理厂从ESP收集的粉尘灰分在圣彼得堡被广泛回用到混凝土骨料预制和改善级配。

4结语

在全球范围内成功运行的业绩充分证明了Pyrofluid R焚烧系统所保证的对污泥的热分解，对病原菌和有机微污染物的彻底分解，可用于热能和发电的能量回收，粉尘灰分的循环利用。实践证明，卓越的设计和运行保证了Pyrofluid是一种简单、清洁和环保的污泥处理工艺。

城市污水污泥新型干化－焚烧示范工程研究

更新时间：09-8-29 12:40 作者: 王凯军俞金海俞其林

摘要：本文首次探讨了将新型喷雾干燥与回转式焚烧炉相集成的污泥干化焚烧技术路线，并对开发出的新型集成装备进行了示范工程研究。研究结果表明，新型干化焚烧技术及其装备具有热能综合利用效率高（>80％）、安全性好、投资和运行成本省（单位投资成本为10.8万元/t(80％WS)，单位运行成本为94.64元/t(80％WS)）等特点，而且，经合适的烟气净化技术处理，大气污染物排放远低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)设定的排放限值要求。

关键词：干化焚烧，雾化干燥，回转式焚烧炉，烟气净化，二恶英和呋喃

1、国内外研究和应用现状