一、污泥焚燒原理解析

污泥焚燒是在一定溫度、氣相充分有氧的條件下，使污泥中的有機(jī)質(zhì)發(fā)生燃燒反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化為CO2、H2 O、N2等相應(yīng)的氣相物質(zhì)，包括蒸發(fā)、揮發(fā)、分解、燒結(jié)、熔融和氧化還原反應(yīng)，以及相應(yīng)的傳質(zhì)和傳熱的綜合物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。

污泥焚燒是對(duì)污泥中存在的所有有機(jī)質(zhì)的完全燃燒。污泥中的揮發(fā)性物質(zhì)（糖、脂肪和蛋白質(zhì)）的主要組成元素有碳( C) 、氧( O)氫( H ) 和氮( N)。

焚燒產(chǎn)物

焚燒處理的產(chǎn)物是爐渣（灰）和煙氣。

爐渣主要由污泥中不參與反應(yīng)的無(wú)機(jī)礦物物質(zhì)組成，同時(shí)也會(huì)含有一些未燃盡的殘余有機(jī)物（可燃物），爐渣無(wú)腐敗、發(fā)臭、含致病菌等產(chǎn)生衛(wèi)生學(xué)危害的因素；污泥中在焚燒時(shí)不揮發(fā)的重金屬是爐渣影響環(huán)境的主要來(lái)源。

污泥焚燒的另一部分固相產(chǎn)物是在燃燒過(guò)程中，被氣流挾帶存在于出爐的煙氣中的固體顆粒，即飛灰。

這些飛灰通過(guò)煙氣除塵設(shè)備（如旋風(fēng)分離器、靜電除塵器或袋式過(guò)濾器）被分離。飛灰中的無(wú)機(jī)物，除了污泥中的礦物質(zhì)外，還可能包括處理煙氣的藥劑（如干式、半干式除酸氣凈化工藝中使用的石灰粉、石灰乳等），其中的無(wú)機(jī)污染物以揮發(fā)性重金屬Hg、Cd、Zn 為主，這些揮發(fā)再沉積的重金屬一般比爐渣中的重金屬有更強(qiáng)的遷移性。

飛灰是浸出毒性超標(biāo)的有毒廢物，飛灰中的有機(jī)物多為耐熱化學(xué)降解的毒害性物質(zhì)，氣相再合成產(chǎn)生的二惡英類高毒性物質(zhì)也可吸附于飛灰之上，飛灰的安全處置是污泥焚燒環(huán)境安全性的重要組成環(huán)節(jié)。

污泥焚燒的煙氣，以對(duì)環(huán)境無(wú)害的N2、O2、CO2、H2O等為主要組成，所含常規(guī)污染物為懸浮顆粒物( TSP ) 、NO2、HCl、S02、CO等。

煙氣中的微量毒害性污染物包括重金屬(Hg、Cd、Zn及其化合物）和有機(jī)物（前述耐熱降解有機(jī)物和二惡英等），焚燒煙氣凈化是污泥焚燒工藝的必要組成部分。

污泥焚燒還產(chǎn)生能量流，表現(xiàn)為高溫?zé)煔獾臐駸?。煙氣熱回收系統(tǒng)也是污泥焚燒的組成部分。

二、污泥焚燒過(guò)程

從工程技術(shù)的觀點(diǎn)看，可將污泥的焚燒分為三個(gè)階段：干燥加熱階段、焚燒階段和燃盡 階段，即生成固體殘?jiān)碾A段。

1、干燥加熱階段

從污泥送入焚燒爐起到污泥開(kāi)始析出揮發(fā)分著火這一段，都認(rèn)為是干燥加熱階段。隨著污泥送入爐內(nèi)，污泥溫度逐步升高，其水分開(kāi)始逐步蒸發(fā)，此時(shí)，物料溫度基本穩(wěn)定。不斷加熱，水分開(kāi)始大量析出，污泥開(kāi)始變得干燥。當(dāng)水分基本析出完全后，溫度開(kāi)始迅速上升， 直到著火進(jìn)入真正的燃燒階段。在干燥加熱階段，污泥中的水分是以蒸汽形態(tài)析出的，因此  需要吸收大最的熱量一水的汽化熱。

污泥是有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的混合物，含水率較高，因此，焚燒時(shí)的預(yù)熱干燥任務(wù)很重要。 污泥的含水率愈大，干燥階段也就愈長(zhǎng)，從而使?fàn)t內(nèi)溫度降低。水分過(guò)高，爐溫將大大降低， 著火燃燒就困難，此時(shí)需投入輔助燃料燃燒，以提高爐溫，改善干燥著火條件。有時(shí)也可采 用干燥段與焚燒段分開(kāi)設(shè)計(jì)的辦法，一方面使干燥段的大量水蒸氣不與燃燒的高溫?zé)煔饣旌?，以維持燃燒段煙氣和爐墻的高溫水平，保證燃燒段有良好的燃燒條件；另一方面干燥吸  熱是取自完全燃燒后產(chǎn)生的煙氣，燃燒已經(jīng)在高溫下完成，再取其燃燒產(chǎn)物作為熱源，就不  致影響燃燒段本身了。

 

2、焚燒階段

物料基本上完成了干燥過(guò)程后，如果爐內(nèi)溫度足夠高，且又有足夠的氧化劑，物料就會(huì) 順利地進(jìn)入真正的焚燒階段。焚燒階段包括強(qiáng)氧化反應(yīng)、熱解和原子基團(tuán)碰撞三類同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

A強(qiáng)氧化反應(yīng)

燃燒是包括產(chǎn)熱和發(fā)光的快速氧 化過(guò)程。如果用空氣作為氧化劑，則可燃元素碳 ( C ) 、

氫( H) 、硫( S) 的燃燒反應(yīng)分別為：

C +O2=CO2  

2H2 + O2=2H2O 

S+O2=SO2

在這些反應(yīng)中，還包括若干中間反應(yīng)，如：

2C +O2=2CO

2CO + O2=2C02

C + H2O= CO + H2

C +2H2O=C02 +2H2 CO+ H20= CO2+ H2

B熱解

熱解是在無(wú)氧或近乎無(wú)氧的條件下，利用熱能破壞含碳高分子化合物元素間的化學(xué)鍵，使含碳化合物破壞或者進(jìn)行化學(xué)重組。盡管焚燒時(shí)有50% - 150%的過(guò)?？諝饬?，可提供足夠的氧氣與爐中待焚燒的污泥有效地接觸，但仍有部分污泥沒(méi)有機(jī)會(huì)與氧接觸。這部分污泥在高溫條件下就要進(jìn)行熱解。

被熱解后的組分常是簡(jiǎn)單的物質(zhì)，如氣態(tài)的CO、H2O、CH4 , 而C則以固態(tài)形式出現(xiàn)。

在焚燒階段，對(duì)于大分子的含碳化合物而言，其受熱后，總是先進(jìn)行熱解，隨即析出大量的氣態(tài)可燃?xì)怏w成分，諸如CO、CH4、H2或者分子量較小的揮發(fā)分成分。揮發(fā)分析出的溫度區(qū)間在 200 - 800屯范圍內(nèi)。

C原子基團(tuán)碰撞

焚燒過(guò)程出現(xiàn)的火焰，實(shí)質(zhì)上是在高溫下，富有原子基團(tuán)的氣流的電子能量躍遷，以及分子的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)產(chǎn)生的扯子輻射，它包括紅外線、可見(jiàn)光以及波長(zhǎng)更短的紫外線的熱輻射。火焰的形狀取決千溫度和氣流組成。通常溫度在1000度左右就能形成火焰。氣流包括原子態(tài)的H、O、Cl 等元素，雙原子的 CH、CN、OH、C2等，以及多原子的基團(tuán)HCO、NH2、CH3等極其復(fù)雜的原子基團(tuán)氣流。

3、燃盡階段

燃盡階段的特點(diǎn)可歸納為：可燃物濃度減少，惰性物增加，氧化劑量相對(duì)較大，反應(yīng)區(qū)溫度降低。要改善燃盡階段的工況，常采用翻動(dòng)、撥火等辦法來(lái)有效地減少物料外表面的灰塵，或控制稍多一點(diǎn)的過(guò)?？諝猓黾游锪显跔t內(nèi)的停留時(shí)間等。該過(guò)程與焚燒爐的幾何尺寸等因素直接相關(guān)。

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