污泥焚烧技术研究概述

污泥焚烧技术研究概述

杜闰萍 张飞祥

北京航天石化技术装备工程有限公司 北京 100000

摘要：同比其他污泥处理方法，污泥焚烧技术的显著优点是最终残余是少量的无机物，这些无机物对环境几乎没有污染。这些焚烧会还可以作为建筑材料。另外，污泥焚烧技术能够实现污泥体积最小化、原地处理免运输、处理速度快、产生热能可以用于发电和供热等等。本文首先分析了污泥焚烧技术的基本原理和发展趋势，重点讨论了影响污泥焚烧技术的诸多因素，以期为提高污泥焚烧技术提供参考。

关键词：污泥；焚烧；焚烧技术

1. 污泥焚烧技术的原理及发展趋势

1.污泥焚烧技术的原理

污泥焚烧技术的本质是将污泥中的有机物燃烧，使其转化为无机物。部分污泥来源于城市生活污水处理后的固体悬浮物，其常见的有机物是糖类、脂肪和蛋白质。通过燃烧，这些物质可转变成为水、二氧化碳、少量的氮氧化物,有的有机物还会产生少量的硫氧化物等等。产生的蒸汽和气体都排放到空气中，留下少量灰烬可以用于建筑材料。经过处理，庞大的污泥就消失了，达到了污泥处理目的。焚烧技术是一种化学处理方式，燃烧是化学反应条件，本质是各类有机物与空气中的氧气反应，生成水和二氧化碳等气体。由于污泥中有机物种类非常多，所以常常用下面的方程式来表示污泥焚烧技术的基本原理。

C_aO_bH_cN_d+(a+0.25c-0.5b)O₂=aCO₂+0.5cH₂O+0.5dN₂。

空气中氧气含量约21%，所以反应中实际需要的空气量是氧气量的5倍。为了使得燃烧充分，还需要适当增加空气量。

污泥焚烧技术中需要关注燃烧灰烬和烟气，两个方面处理不当则会影响环境。灰烬的主要成分是无机盐，如果燃烧不完全则会含有一定量的有机物。通常情况灰烬作为建筑材料使用，如果含有有机物则会在一定程度上影响建筑材料的性能，同时也将有害物质再次带入到环境当中。烟气的主要成分是固体颗粒，固体颗粒上还可能负载重金属无机盐或者未参与燃烧的有机物，如果没有经过严格处理，则会增加空气中PM2.5的含量，同时这些固体小颗粒还具有不同程度的毒性，比如二噁英。因此，该技术运用中，要考虑残渣灰烬和烟气排放释放符合国家环保标准。

2.污泥焚烧技术的发展趋势

污泥焚烧具有很多优点，在国内外有广泛的应用。随着国民生活质量的提升，产生的生活污水量增加，污水处理中的悬浮颗粒就是污泥，所以污泥处理量是与日俱增的趋势。因此，未来污泥焚烧技术的应用也会越来越广泛。水泥窑处置污泥技术、污泥喷雾干燥+回转窑焚烧技术等都在污泥处理中发挥着一定的作用（如下图所示）。虽然，污泥焚烧技术前景良好，但是其成本、运行、操作还有很大提升空间，烟气处理不当，依然会对环境造成污染。因此，污泥焚烧技术自身在降本、降耗、环保方面还需要持续优化和改进。

图1 水泥窑处置污泥工艺流程

图2 污泥喷雾干噪 + 回转窑焚烧工艺流程

2. 污泥焚烧技术的因素

1.停留时间

停留时间是影响污泥焚烧技术的因素之一。停留时间决定了污泥中可燃物燃烧的充分性，停留时间越长，物质燃烧越充分，停留时间越短，物质燃烧越不充分。燃烧不充分的后果是灰烬中残存的有机物多，并且无法直接用于建筑材料中。虽然停留时间长有利于充分燃烧，但是时间也不可以过长，否则会影响污泥的处理效率。因此，在污泥焚烧技术中，要根据实际需要处理的污泥的总量和设备处理能力，确定最佳的停留时间。

2.焚烧温度

焚烧温度是影响污泥焚烧技术的因素之一。焚烧温度决定了焚烧是否彻底，温度要达到或高于污泥中所有可燃物的着火点。温度高，不仅可以让燃烧更加彻底，还可以加速燃烧过程中产生的水汽挥发，从而提高燃烧效果。虽然焚烧温度高有利于提高焚烧效果，但是也并非越高越好，温度过高对焚烧炉的承受能力有更高的要求，因此在污泥焚烧技术中，要根据污泥中物质的着火点来确定最佳的焚烧温度。由于污泥的来源不同，所以其中物质的种类不同，最高着火点也有差异，这就需要经验积累。

3.污泥的性质

对焚烧技术影响最大的因素是污泥的性质。污泥的成分、含水量、热值对焚烧有直接影响。成分决定了污泥中各种物质是否可燃、燃点是多少、产物是否有害环境等等；含水量决定了污泥燃烧的温度和停留时间，如果含水量较高则需要焚烧温度相对较高以促进水分蒸发，并且停留时间相对较长，既给出足够的水分蒸发时间又保证物质全面燃烧彻底；热值决定了燃烧效果以及焚烧后的能量再利用，如果热值较高则可以维持炉内的正常燃烧，并且可以产生更多的热量用于发电或者供热，相反则难以发挥污泥焚烧后能量再利用功能。

4.污泥的含水量

污泥中的含水量对焚烧技术的影响比较大。含水量直接影响了污泥的热值，间接决定了焚烧炉内的温度。污泥的组成主要有有机物、无机盐、水分三大类。污泥中的水分又分为四种，即间隙水、毛细结合水、表面粘附水、内部水，四种水分的百分比依次是70%、20%、7%、3%。污泥的含水量越高，在炉内干燥就要消耗越多的热量，相应的炉温就会降低，如果温度降低到部分有机物的燃点以下，则污泥中的物质就会燃烧不充分，污泥燃烧所产生的热能也会降低。因此，在焚烧之前要对明确水含量，如果水含量相对较高，则要适当提高炉温以保证污泥中所有物质都可以燃尽。

5.过量空气系数

过量空气系数是影响污泥燃烧是否充分的另一个原因。燃烧的三要素是物质可燃、温度达到可燃物的着火点、有充分的氧气。在污泥燃烧过程中，氧气来源于空气，空气中氧气的含量约21%。为了保证污泥充分燃烧，提供的空气的量相对较大，这样可以保证实际提供的氧气量超过理论需求量。虽然，过量空气系数略大与理论需要可以提高炉内物质燃烧的充分性，但是空气量过多也会带走炉内的热量，导致炉内温度降低，进而影响燃烧效率和热能的回收。因此，要根据实际情况，确定恰当的过量空气系数。

6.焚烧设备

在焚烧污泥过程中，回转窑焚烧炉是使用得比较多的设备。在使用回转窑焚烧炉进行焚烧污泥时，污泥需要从窑尾筒体进入到回转窑内进行焚烧。燃烧机一般从窑头伸入，烟气方向与污泥逆向流动，热烟气通过与污泥换热，降温后从窑尾罩排出。由于筒体有一定倾斜度，随着筒体转动，污泥沿着筒体倾斜方向向窑头的出料口逐渐移动，同时不断升温。污泥在炉内首先进入烘干段，水分烘干后继续升温直至点燃，彻底焚烧后炉渣从窑头罩排出，进入到下一个阶段进行冷却。污泥焚烧过程本身会释放一定的热量，从而节省燃料。焚烧设备的质量对影响焚烧技术的其他因素有一定影响，尤其对焚烧温度影响较大，所以在使用过程中要注意温度对设备的影响。

3. 结语

综上所述，污泥焚烧技术是当今处理污泥的主要方法，影响该技术的主要因素有停留时间、焚烧温度、污泥性质、污泥含水量和过量空气系数以及设备。为了提高污泥焚烧技术水平，要从这五个因素着手，优化各个因素，提高焚烧效率。另外，随着材料学的发展，要对焚烧炉等设备进行升级，从而减少设备对焚烧温度的限制。因此，污泥焚烧技术的相关研究人员，既要对技术本身进行研究，又要关注影响技术的相关设备。

参考文献

[1]袁言言,黄瑛,张冬,董岳,杨凯,肖军.污泥焚烧能量利用与污染物排放特性研究[J].动力工程学报,2016,36(11):934-940.

[2]周玲,廖传华.污泥混合焚烧处理工艺的现状[J].中国化工装备,2018,0(1):4-10.