污泥的焚烧具体过程

污泥焚烧的过程比较复杂，通常包括干燥、热分解、蒸发和化学反应等传热、传质过程。根据不同可燃物质的种类，一般可分为分解燃烧（即挥发分燃烧）和固定碳燃烧两种。而从工程技术的观点看，污泥焚烧过程可分为三个阶段，分别为干燥加热阶段、焚烧阶段、燃尽阶段即生成固体残渣阶段。而从炉内实际过程看，这三个阶段的划分却没有一个严格的界限，炉内污泥中有的物质还在预热干燥，有的物质已开始燃烧，甚至已经到达燃尽阶段。从微观角度看也是如此，同一污泥颗粒的表面已经进入了焚烧阶段，而内部可能还处于干燥加热阶段。这就是说上述三个阶段只不过是焚烧过程的必由之路，其焚烧过程的实际工况将更为复杂。

（1）干燥加热阶段

污泥是有机物和无机物的综合，含水率较高，因此为了使焚烧阶段稳定进行，焚烧时的预热干燥任务很重。干燥加热阶段从污泥送入焚烧炉开始，随着污泥温度的逐步升高，其水分开始逐步蒸发，此时，物料温度基本稳定。随着加热的不断进行，水分大量析出，污泥开始干燥。当水分基本析出完毕后，温度开始迅速上升，直到着火，从而进入真正的燃烧阶段。

在干燥加热阶段，使污泥中的水分以蒸汽形态析出，这就需要吸收大量热量——水的汽化热，因此污泥含水率越高，干燥阶段持续时间也就越长，炉内温度也就下降得越低。而污泥水分过高，炉内温度将会大大降低，污泥燃烧就难以开始并进行，此时需投入辅助燃料燃烧，以提高炉温，改善干燥着火条件。有时也可采用干燥段与焚烧段分开设计，一方面使干燥段大量的水蒸气不与燃烧的高温烟气混合，以维持燃烧段烟气和炉墙的高温水平，保证燃烧段有良好的燃烧条件。另一方面干燥吸热是取自完全燃烧后产生的烟气，燃烧已经在高温下完成，再取其燃烧产物作为热源，就不致影响燃烧段本身了。

（2）焚烧阶段

干燥加热阶段基本完成后，如果焚烧炉内温度足够高，且又有足够的氧化剂，就会很顺利地进入真正的污泥焚烧阶段。焚烧阶段包括三个同时发生的化学反应模式。

1）强氧化反应

燃烧包括产热和发光二者的快速氧化过程。如果以空气做氧化剂，则可燃元素碳（C）、氢（H）、硫（S）的燃烧反应为：

2）热解

热解是在无氧或近乎无氧条件下，利用热能破坏含碳高分子化合物元素间的化学键，使含碳化合物被破坏或者进行化学重组。为了使焚烧炉内的污泥能够与足够的氧气进行有效的接触，焚烧过程要求过剩空气量要在50%～150%内，但尽管如此，实际焚烧过程中仍有部分污泥没有机会与氧接触，这部分污泥就会在高温条件下发生热解，以常见的纤维素分子为例。

被热解后的组分常是简单的物质，如气态的CO、H2O、CH4，而C则以固态出现。

在焚烧阶段，大分子含碳化合物受热后，一般都是先进行热解反应，随即析出大量的气态可燃气体成分，诸如CO、CH4、H2或者分子量较小的挥发分。挥发分析出的温度区间在200～800℃内。但要注意热解过程也会产生某些有害的成分，这些成分如果没有充分被氧化（燃烧掉），则必然成为不完全燃烧物。

3）原子基团碰撞

焚烧过程出现的火焰，实质上是高温下富有原子基团的气流的电子能量跃进以及分子的旋转和振动产生的量子辐射，它包括红外线的热辐射、可见光以及波长更短的紫外线。火焰的形状取决于温度和气流组成。通常温度在1000℃左右就能形成火焰。气流包括原子态的H、O、Cl等元素，双原子的CH、CN、OH、C2等以及多原子的基团HCO、NH2、CH3等极其复杂的原子基团气流。

（3）燃尽阶段

由于物料在主焚烧阶段发生了强烈的发热、发光氧化反应，而随后参与反应的物质浓度就会减少，反应生成的惰性物质，气态的CO2、H2O和固态的灰渣增加。由于灰层的形成和惰性气体比例的增加，剩余氧化剂要穿透灰层进入可燃物的深部与可燃成分反应也越困难。整个反应处于不利状况。因此，要使污泥中未燃的可燃成分反应燃尽，就必须保证足够的燃尽时间，从而使整个焚烧过程延长。该过程与焚烧炉的集合尺寸等因素直接相关。综上分析，燃尽阶段的特点可归纳为可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量相对较大，反应区温度降低。要改善燃尽阶段的工况，常采用翻动、拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层，或控制稍多一点的过剩空气量，增加物料在炉内的停留时间等。

在整个焚烧过程中，燃烧结果至少有以下3种可能情况：a.污泥有机物中的主要部分在燃烧室内被氧化或被全部破坏，或者一部分在一级燃烧室被热解，而第二燃烧室或后燃室完全焚毁；b.很少一部分污泥由于某种原因，在焚烧过程中热解析出气体，挥发分气体逃逸而未被销毁或只有部分销毁，在此情况下有害组分就达不到销毁要求；c.可能会产生一些中间产物，这些中间产物可能更有害，在此情况下不完全燃烧产物很可能超标排放。

污泥焚烧过程的内容和进行方式如图所示。