摘 要 污泥處理一直是環保領域的重要課題，焚燒是污泥處理的最終途徑。闡述了污泥間接干化設備和主要焚燒設備的結構和工作原理，以及干化機和焚燒爐的應用現狀，同時介紹了現有的污泥干化焚燒一體化工藝流程及成功案例。

關鍵詞 污泥 干化焚燒 一體化流程 環保

隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，工業廢水和城市污水的產量日益增多，污水在處理的過程中會產生大量的懸浮物質，這些物質統稱為污泥。污泥的成分較為復雜，若任意堆放將會對人類及動植物的健康造成較大影響。減量化、穩定化和無害化是污泥處理的基本原則。污泥焚燒技術具有處理速度快、減量化程度高、能源可再利用等優點，在國內外被廣泛應用。該技術是污泥處置最徹底的方式，當污泥中有毒有害物質含量很高且短期不可降低時尤為實用。

傳統污泥處置工藝是使用污泥干燥設備將污泥含水率（質量分數，下同）從 80% 降低到 20%~40%，然后投入焚燒爐內進行焚燒處理，該工藝存在系統結構復雜、占地面積大、熱利用率低等缺點。污泥干化焚燒一體化是將污泥干化系統與焚燒系統相結合，利用污泥焚燒產生的煙氣對污泥進行干化處理，并充分利用余熱，這是污泥處置的一個重要方向。

1 間接干燥設備

污泥干化可去除污泥中的間隙水、毛細水以及絕大部分的內部附著水。根據污泥與熱介質的接觸方式，污泥干化可以分為間接干化和直接干化。

間接干化因具有安全性高、粉塵產生量少、熱介質無污染等優點得到廣泛應用。目前，應用最多的間接干燥設備主要有旋轉圓盤干燥機和槳葉式干燥機。

1.1 旋轉圓盤干燥機

旋轉圓盤干燥機主要由轉子系統、傳動系統、熱介質、管路及排風除塵系統組成，如圖 1 所示。


蒸汽或導熱油作為介質從轉子空心軸的一端進入，通過旋轉金屬圓盤將熱量傳遞給污泥，污泥在金屬圓盤外吸熱增焓不斷蒸發濕份，凝結的冷凝水從轉子的另一端排出。轉子周邊通過固定角鋼架裝有帶一定傾角的刮板，隨著旋轉不斷將被干燥的物料刮起和攪拌，同時將物料從入口一側推向出口一側。

陳劍峰應用圓盤干燥機對含水率為 74.5% 的印染污泥進行了熱干化，并對干化后的污泥進行焚燒處置。結果表明，干化后的污泥焚燒處置效果較好。

張衛利等基于圓盤干燥機對城市污泥干燥過程中的操作參數進行了分析，包括進料濕含量、產品濕含量及蒸汽壓力。結果表明，干化后的污泥自身熱值較高，可以自持燃燒，不需要添加輔助燃料。

孫奇等采用嘉興市市政污泥，對圓盤干燥機干燥過程中的相關參數進行了分析。研究結果表明，干燥機轉速對干燥機傳熱影響最大，其次是加料機轉速，影響最小參數的是蒸汽壓力。

靖丹楓等應用造粒干化一體機對石化污泥進行了干化處置，干化設備為圓盤干燥機，干化后的污泥含水率由 85% 降低至 40%，并計算出了污泥處理的成本為 250.31 元 / 噸。

1.2 槳葉式干燥機

槳葉式干燥機主要由夾套、雙軸（或四軸）栔形葉片和傳動裝置組成，其結構如圖 2 所示。


污泥通過夾套、空心軸和軸上焊接的空心葉片的熱傳導被間接加熱干化。楔形葉片對污泥切割攪拌，并不斷更新干燥面，從而達到干燥的目的。楔形槳葉傳熱面與物料顆粒的相對運動產生洗刷作用，能夠自動清理掉楔形面上附著的物料。由于楔形槳葉不是等截面結構，也沒有刮泥刀，因此只適用于黏性不大的污泥，盤表面易磨損，維修不便利。熱介質可采用水蒸氣或者導熱油。

張立宏等應用槳葉式干燥機對含油污泥進行了實驗研究。結果表明，干燥機在最佳運行參數（即干化溫度為 180 ℃，干化時間為 25 min, 污泥供給量為 60 kg/h）時，油污泥含水率可由 77.6% 降低到30%，熱值達到 4 250 K/kg。陳海波等 = 對廣東某印染公司的印染污泥干燥工藝進行了分析。運行結果表明，經過槳葉式污泥干燥機處理后，污泥含水率可由85% 降低至 30% 以下，體積縮小 75%。申維真等 應用槳葉式干燥機，對北京市市政污泥進行了實驗研究。研究結果表明，干燥機最佳運行條件為蒸汽壓力為 0.5~0.8 MPa。當蒸發速率達到 14~21.8 kg/（㎡·h）時，污泥含水率小于 40%。

2 焚燒設備

2.1 流化床

流化床焚燒爐的燃燒室可分為下部的密相區和上部的稀相區兩部分，如圖 3 所示。固態或半固態廢物中的大部分有機物一般在密相區中完成分解，空氣從爐底吹入并通過床料的空洞進入爐膛，物料在爐膛內翻騰燃燒。


盧閃等對污泥流化床焚燒特性進行了數值模擬與分析。研究結果表明，在相同配風條件下，含水率為 50% 的污泥燃燒不充分，含水率為 60% 的污泥燃燒時，煙氣溫度較高，CO2、SO2、NO 含量也較高，而 SO3 含量較低。

曹通等基于 Fluent 軟件，對 1 036 t/h 的循環流化床鍋爐內不同污泥及不同摻混比例下的煤粉、城市污泥、工業污泥燃燒過程進行了數值模擬。結果表明，小比例的摻燒對鍋爐運行影響不大。

2.2 回轉窯

回轉窯主要由筒體、轉動裝置、支撐裝置、擋輪裝置、窯頭密封裝置組成。筒體在轉動裝置的帶動下轉動，物料從進料口進入筒體，在回轉窯筒體的轉動和傾斜裝置作用下，物料作圓周運動與由高到低的復合運動。

按照窯內煙氣與物料流動的相對方向，回轉窯可以分為順流回轉窯和逆流回轉窯，如圖 4 所示。


順流回轉窯外形結構上呈現“長細”特點，逆流回轉窯呈現“短粗”特點。順流回轉窯窯內工作溫度約為 1 000 ℃，逆流回轉窯工作溫度約為 850 ℃。兩種窯型在使用時各有優劣。

俞剛等對江蘇某順流回轉窯處置市政污泥的技術工藝進行了探究。研究結果表明，投加市政污泥后，回轉窯工作參數正常，排放的煙氣對環境無影響。

汪喜生等通過工程實例介紹了回轉窯在處理污泥方面的優勢?；剞D窯對物料的適應性較廣，設備運行平穩程度高，焚燒污泥時固相停留時間長，窯尾的二燃室可保證廢物燃盡率達到 99.99%。

2.3 爐排爐

物料通過進料斗進入傾斜向下的爐排，爐排之間的交錯運動將物料向下方推動，使物料依次通過爐排上的各個區域，直至燃盡排出爐膛。

鄭雪艷等及劉海等對基于爐排式焚燒爐的生活垃圾與污泥混燒技術進行了研究。結果表明 ：含水率超過 80% 和重金屬含量過高的污泥不適合直接焚燒，污泥摻燒比例最佳范圍為 10%~15%。

3 干化焚燒一體化

國內企業對污泥干化焚燒處理更多的是將污泥干化與污泥焚燒分成兩個相互獨立的系統，但是這種模式下的系統干化能耗高，工藝控制也很復雜。

污泥干化焚燒一體化是利用焚燒爐內產生的煙氣余熱對污泥進行干化，實現熱量利用的最大化，同時簡化了焚燒工藝，應用前景廣闊。

3.1 干化+循環流化床

東南大學與某公司合作研發的 250 t/d 污泥干化焚燒系統主要由污泥深度脫水、熱干化、流化床焚燒、汽機組成，采用“旋轉圓盤干燥機 + 循環流化床”的組合工藝，其簡要流程如圖 5 所示。


深度脫水包括加藥工藝與壓濾脫水工藝。脫水污泥被送入旋轉導熱干化機與汽輪機中間抽汽進行換熱，干化后的污泥由螺旋給料器送入流化床中焚燒處理。低溫煙氣經過除塵后，部分通過循環風機以一次再循環煙氣和二次再循環煙氣的形式進入爐膛以實現低 NOx 燃燒。

侯鳳云等以 0.15 MW 循環流化床為焚燒爐，利用循環流化床焚燒產生的熱煙氣在外置流化床干化器內對濕污泥進行干化處理，干化后的污泥被送回爐膛進行焚燒。通過調節濕污泥給料速率、輔助給煤量、循環熱灰分配閥的開度實現爐內溫度的平穩運行。試驗中干化污泥顆粒粒徑分布均勻，含水率約為20%，煙氣排放在允許范圍內，其流程如圖 6 所示。


3.2 干化+回轉窯

王超玉等用“槳葉式干燥機 + 回轉窯”的工藝組合，對污泥進行了干化焚燒處理，主要流程如圖7 所示。


系統中用于干燥污泥的熱媒介質來自于導熱油爐，經過槳葉干燥機干化后的污泥被送到順流回轉窯內燃燒，窯內產生的煙氣一部分由二燃室進入導熱油爐加熱導熱油，另一部分直接進入急冷塔和尾氣處理系統。

王平等對紹興市“噴霧干燥＋回轉窯”焚燒城市污泥處理工程進行了研究。系統采用下向流并流干燥，即將噴嘴安裝在塔的頂部，污泥和熱空氣均從塔頂進入，焚燒設備采用順流式回轉窯，其主要工藝流程如圖 8 所示。


北京水泥廠有限公司利用干化設備和回轉窯結合的工藝對污泥進行處理，回轉窯內溫度為 1 350~1650 ℃。利用回轉窯作為熱源鍋爐、焚燒爐和尾氣凈化裝置，與單獨建設污泥干化 + 焚燒裝置相比節省了投資。圖 9 為該裝置的工藝流程簡圖。


4 結論

（1）圓盤干燥機與槳葉式干燥機工作原理相似，但由于圓盤干燥機操作安全性高，設備磨損小，污泥處理量大，因此其應用越來越廣泛。

（2）循環流化床是污泥焚燒的主要爐型，但其具有對物料尺寸要求高、物料流化耗電大等缺點。而相較于順流回轉窯，逆流回轉窯系統具有占地小，污泥燃燒不需添加輔助燃料等優點。

（3）污泥熱干化與焚燒相結合是污泥處置的新方法，其具有占地少、熱利用率高等特點。

來源:《化工裝備技術》  作者:張天琦等