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污泥干燥与焚烧过程分析

文档作者：邱松华，郭宏伟，张黎明，宋金凤文档来源：东南大学		点击数：	更新时间： 2024年07月25日
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污泥干燥与焚烧过程分析
邱松华，郭宏伟，张黎明，宋金凤
（东南大学，南京210096）
摘要：污泥干燥能使污泥显著减容，干燥处理后的产品稳定、无臭且无病原生物，可以用作肥料、土壤改良剂、替
代能源等。随着污泥干燥技术的推广与成熟，其优点正逐步显现出来。污泥焚烧因其具有速度快、占地面积小、不需要
长期储存等显著优点，已成为污泥处理的主要发展方向。文中通过计算对比湿污泥直接焚烧和干燥焚烧技术的能源消
耗，为选择污泥处理技术提供参考。
关键词：污泥；干燥；焚烧
中图分类号：TK09 文献标志码：A
文章编号：1001-5523（2012）05-0037-03
填埋、堆肥、干燥热处理和焚烧是处理污泥的主要方法。
污泥干燥能使污泥显著减容，体积可以减少4~5 倍，产品稳
定、无臭且无病原生物，干燥处理后的污泥产品，可以用作肥
料、土壤改良剂、替代能源等[1]。与其他污泥处理技术相比，焚
烧具有很多优点。①焚烧可以大大减少污泥的体积，相对于
机械脱水的污泥来说，最终的焚烧产物体积只相当于最初产
物的10%。②焚烧可以杀死一切病原体，通过高温处理，燃烧
残渣内几乎没有病原体存在，同时还可以解决污泥的恶臭问
题。③污泥焚烧处理速度快，不需要长期储存，而且污泥可就
地焚烧，不需要长距离运输。④经过脱水的污泥的热值相当
于褐煤的水平，可以回收能量用于发电和供热，在一定程度
上减轻污泥焚烧的费用。同时，由于焚烧设备不断完善和有
关焚烧技术的突破，原来存在的烟气二次污染问题也得到了
妥善的解决，污泥焚烧已成污泥处理的主要发展方向，愈来
愈受到世界各国的青睐[2]。
我国在污泥处理方面，目前大部分的研究局限于污泥的
堆肥农用，对污泥的能量化利用很少，这造成很大的能源浪
费。尤其是对污泥的焚烧处理，由于耗资大、设备复杂、对操
作人员的素质和技术水平要求高，这方面开展的工作就更少
了。大规模市政污泥焚烧技术的应用始于2004 年建成运行
的上海石洞口污水处理厂污泥焚烧系统[3]，但对运营多年、处
理效果良好的其他工程实例，国内鲜有报道。
本文拟处理1 t/h 的湿污泥，污泥含水率为80%。分别采
用污泥干燥焚烧和直接焚烧工艺进行焚烧处理，计算相应的
能源消耗，为选择污泥干燥与焚烧技术提供一定理论依据。
1 污泥干燥
1.1污泥干燥机理
污泥干燥的过程其实就是水分蒸发的过程。干燥是为了
去除水分，水分的去除经历两个主要过程：
(1)蒸发过程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水
蒸气压低于介质(气体)中的水蒸气分压，水分从物料表面移
入介质。
(2)扩散过程：这是与汽化密切相关的传质过程。当物料
表面水分被蒸发掉， 物料表面的湿度低于物料内部湿度，此
时，需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。
上述两个过程的持续、交替进行，基本上反映了干燥的
机理[4]。
1.2污泥热干燥技术
热干燥技术通常按照要干燥的湿固体的传热方式进行
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·2012年第5期
分类。这些技术包括对流（直接干燥）、传导（间接干燥）和辐
射（红外干燥），或者是这些技术的整合。
在对流干燥（直接干燥）中，热传递通过湿污泥与热气体
的直接接触完成。进气的热量提供了污泥中液体蒸发需要的
潜热，蒸发的气体被热气体所携带。在一定流速的干燥平衡
条件下，物质传递与以下因素有关：①暴露的湿固体表面积；
②干空气的水分含量和污泥空气接触温度下饱和湿度的差
值；③其他因素，诸如速度和干空气的湍流度。直接干燥是污
泥热干燥最常用的类型，闪蒸式干燥器、直接转筒式干燥器、
流化床干燥器使用的都是这种方法。
在传导干燥（间接干燥）中，热传递由湿污泥与热表面的
接触来完成。金属壁将污泥和加热媒介（通常是蒸汽或者油）
隔开，蒸发的液体从加热媒介中被去除。城市污泥干燥的间
接干燥技术包括水平桨板式，中空螺旋式或者圆盘式和垂直
间接热干燥技术。
在辐射干燥（红外或辐射的热干燥）中，热传递由电阻元
件，如燃气的耐火白炽灯或者红外灯，提供辐射能来完成红外热
干燥。
在污泥干燥前，通常使用机械方法脱水。机械脱水是一
个重要的预处理过程，能减少干燥过程中必须要去除的水的
含量。脱水污泥中的水在干燥器中蒸发，但是污泥中的有机
物不能被破坏，干燥过程中固体温度需保持在60~93 ℃。一
部分干污泥和未处理的脱水污泥混合在一起进入干燥器，能
减少结块，增大污泥与干燥介质的接触面积，使得干燥操作
效率更高。
2污泥焚烧
2.1污泥焚烧原理
污泥焚烧是在一定温度、气相充分有氧的条件下，使污
泥中的有机质发生燃烧反应，并转化为CO2、H2O、N2等相应
的气相物质，它包括蒸发、挥发、分解、烧结、熔解和氧化还原反
应，以及相应的传质和传热的综合物理变化和化学反应过程[5]。
根据质量守恒定律，输入的物料质量应等于输出的物料
质量，即：
Ma+Mf-Mg-Mr=0
其中，Ma为进入焚烧系统助燃空气的质量；Mf为进入焚烧系
统污泥的质量；Mg为排出焚烧系统烟气的质量；Mr为排出焚
烧系统飞灰的质量。
从能量转换的观点来看， 焚烧系统是一个能量转换设
备，它将污泥燃料的化学能，通过燃烧过程，转化成烟气的热
能，烟气在通过辐射、对流、导热等基本传热方式，将热能分
配交换给工质或排放到大气中。在稳定工况条件下，焚烧系
统输入输出的热量是平衡的[6]，即：
Qf+Mah a-Mgh g-Mrh r=0
其中，Qf为污泥燃烧放出的热量；h a为废气冷却质量流率；h g
为烟气的质量流率；h r为飞灰的质量流率。
2.2污泥焚烧的影响因素
影响污泥焚烧过程的因素很多， 主要因素有污泥的性
质、停留时间、燃烧温度、焚烧传递条件、空气过量系数等[7]。
2.2.1 污泥的性质
污泥的性质主要包括污泥的含水率和污泥中挥发分的
含量。污泥的含水率直接影响污泥焚烧设备的运行和处理费
用，因此应降低污泥的水分。通常情况下，污泥含水率与挥发
分含量之比小于3.5，则污泥能够维持自燃，节约燃料，如果
挥发分提供的热量不足以维持燃烧，则需补充热能。
2.2.2 焚烧温度
污泥的焚烧温度越高，燃烧速度越快，污泥焚烧的就越
完全，焚烧效果也越好。
一般来说， 提高焚烧温度不仅有利于污泥的燃烧和干
燥，还有利于分解和破坏污泥中的有机物。但过高的焚烧温
度不仅增加了燃料消耗量，而且会增加污泥中金属的挥发量
及烟气中氮氧化物的数量，引起二次污染。因此，不宜随意确
定较高的焚烧温度。
2.2.3 污泥焚烧的停留时间
污泥在焚烧炉内停留时间的长短直接影响焚烧的完善
程度，停留时间也是决定炉体容积尺寸的重要依据。为了使
污泥在炉内完全燃烧，污泥需要在炉内停留足够的时间。停
留时间意味着燃烧烟气在炉内所停留的时间，燃烧烟气在炉
内停留时间的长短决定气态可燃物的完全燃烧程度。
污泥焚烧的气相温度达到800~850 ℃，高温区的气相停
留时间达到2 S，可分解污泥中绝大部分的有机物，但污泥中
一些来自工业源的耐热分解有机物需在温度为1 100 ℃时，
停留时间为2 S 的条件下才能完全分解。
污泥固相中有机物充分分解的温度和停留时间则与焚
烧时的传递条件有极大的关系。污泥颗粒越小，有机物完全
分解所需的停留时间越短，如当污泥粒径为毫米级时（如在
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能源研究与利用 38
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流化床中），则其停留时间在0.5~2 min 即可。
2.2.4 污泥焚烧的传递条件
污泥焚烧的传递条件包括污泥颗粒度和气相的湍流混
合程度，湍流越充分，传递条件越有利。一般采用50%~100%
的过量空气作为焚烧的动力。
2.2.5 过剩空气系数
过剩空气系数（ ，%） 为实际空气与理论空气的比值。
即，
式中， 为理论空气量； 为实际供应空气量。
过剩空气系数对污泥的燃烧状况有很大的影响，供应适
量的过剩空气是有机可燃物完全燃烧的必要条件。合适的过
剩空气系数有利于污水污泥与氧气的接触混合，强化污泥的
干燥、燃烧。但过剩空气系数过大又有一定的副作用，既会降
低炉内燃烧温度，增大燃烧烟气的排放量。
3 直接焚烧与干燥焚烧
污泥焚烧主要分为两类：一类是将脱水污泥直接送入焚
烧炉焚烧，即直接焚烧；另一类是先将污泥脱水至较低含水
率水平后，再送焚烧炉焚烧，即干燥焚烧。
本文设计焚烧1 t/h 的污泥，含水率为80%，分别采用直
接焚烧和干燥焚烧两种方案，对比其能耗情况。表1 为污泥
直接焚烧能量计
算数据， 表2 为
污泥干燥过程能
量计算数据，表3
为直接焚烧与干
燥焚烧能源消耗
产出对比。
由表3 可以
看出， 污泥直接
焚烧所需辅助燃
料量较大， 不建
议过高含水率污
泥直接焚烧。污
泥干燥焚烧虽然
干燥过程能量消
耗较大， 但由于
干燥后污泥的热
值较高，能量
利用价值较
高，从而在一
定程度上降
低污泥焚烧
费用。
K.Okazawa 和M.Hiraoka 指出， 干燥焚烧和直接焚烧的
处理成本分别为250 美元/t 和300 美元/t 干污泥。虽然由
于国情不同直接引用这些数据并不能说明问题，但从费用结
构分析，干燥焚烧系统虽然增加了一套干燥设备，约占总投
资的15%，但却因此省去了直接焚烧所耗的约占总投资35%
的辅助燃料费用，故处理成本至少降低20%左右[8]。从以上的
能量产耗情况及处理成本的比较分析看， 采用干燥焚烧技
术，处理成本较脱水泥饼直接焚烧有明显的下降。
4 结论
(1)污泥焚烧优势明显，发展潜力巨大，可以达到污泥减
量化、稳定化、无害化和资源化的要求，有望成为污泥处置的
主流技术；
(2)污泥直接焚烧是可行的，相比污泥干燥焚烧，所需的
辅助燃料量和烟气排放量要大很多，因此污泥焚烧的湿污泥
含水率不宜过高；
(3)污泥干燥焚烧由于干燥处理后的低含水率污泥热值
较高，能够自持燃烧，能源利用价值较高，能耗也较低，是一
种节能型污泥处理方式。
参考文献：
[1] 马学文.城市污泥干燥特性及工艺研究[D].杭州：浙江大学,2008.
[2] 周旭红，郑卫星，祝坚，等.污泥焚烧技术的研究进展[J].能源环境保护，
2008，22(4)：5-9.
[3] 王凯军，俞金海，俞其林.新型污泥干化/ 焚烧技术的试验研究[J].中国给水
排水，2008，24(11)：43-46.
[4] 肖文平.城市污泥干化与焚烧技术研究[D].南京：南京大学，2009.
[5] 马侠.污泥干燥焚烧工艺的实验室研究[D].杭州：浙江大学，2006.
[6] 俞珏瑾.污泥干化焚烧处理工艺和设计要点[J].中国市政工程,2009，(3)：
64-68.
[7] 王罗春，李雄，赵由才.污泥干化与焚烧技术[M].北京：冶金工业出版社，
2010.
[8] 胡龙，何品晶，邵立明.城市污水厂污泥热干燥处理技术及其应用分析[J].
重庆环境科学， 1999， 21 (1)： 51-53.
收稿日期：2012-08-20
表1 污泥直接焚烧能量计算数据
表2 污泥干燥能量计算数据
表3 污泥焚烧能源消耗产出对比
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