介绍了污泥焚烧用炉排的设计

1. 炉排型污泥焚烧炉设计探讨
湖 南化 工设 计院 糜 留东 李 元端
化学污 泥 以往除少 量用 作肥料 外
,
多数
因含毒而作 为废 弃物加 以掩埋或堆放处置
,
这 样
,
必 将造成二次污 染
。
随着 我 国科 学技
术的发展
,
环境保护要 求 的 日趋 严 格 以及废
水处理工艺 水 平 的提 高
,
化学 污泥 的处 理
,
已经成 为化学 工业废水 处理 中的一 个重 要环
节
。
在诸如 机 械
、
吸附
、
化学 和生物处 理等
方法 中
,
又 以热处理法
,
即焚烧除毒处 理方
法
,
受到普遍重视 和广泛 实施
。
目前 国 内外对 于固体废 弃物采 用 的焚烧
炉 型不 外炉 排炉
、
多层炉
、
流 化床炉
、
回转
炉 和固 定床 炉等
。
对 于化 学污 泥
,
其 中 比较
适宜 的 炉型是 流化床 炉和 回转 炉 ;
其 它炉型
在一定条 件下
,
即当污泥 与其它可 燃物 混烧
时
,
也是可以 采用的
。
这 些炉 子 的热源
,
目
前 国 内外普遍 采用 的是油 和煤气
,
因此
,
在
油源 困难或者 难 以建立一套 煤气发生器 的情
况下
,
污泥的焚烧亦 无法 实现
。
针 对这 种情
况
,
化学工业 系统的有关单位
,
如 上海 助剂
厂
、
无 锡惠 山农药厂等 已 进行 了直接用 煤焚
烧 污泥 的试验 并取得 了 预 期 成 果
。
我 们 以
为
,
在 消除 污染
,
节 省油 源和 余热利 用等方
面
,
这 种直 接用煤作为热 源
,
与污 泥 混烧的
炉 排型 污泥焚烧炉
,
具有 一定前途和 现实意
义
。
所 以
,
在调查研 究 的基础 上
,
现从 下述
几个方 面
,
探讨炉排 型污 泥焚 烧 炉的设 计 问
题
,
以期获得抛砖 引玉 的效果
。
一
、
基 础资料
在进 行 污泥焚烧 炉设计 时
,
必须收 集和
分析作 为热源的煤种 和待 处理 的 污 泥 的 种
类
、
性质和组 成等
,
以便 为炉 体 负荷
、
余热
利用等的热 力计算 以及炉 子 的安 全性
、
经济
性和可 靠性 提供依据
。
煤 的 基础 资料
,
与锅
炉设 计无异
。
污 泥 的基 础资料
,
一 般可按下
表进 行调 查分析
。
化 学污泥特 性 调 查分 析表
化 学污 泥 的名称
污 泥 的 排 出 t ( 公 斤 /时 )
,
{ 色
含杂 质 的 种 类及其 比 例
含 水率
最 大尺 寸
其 它
理性质
主 要 成份及其 比例
有 害 物质 的成 份 及其 比 例
低 位发 热 值
烧 灼减盆
着 火 温度
腐 蚀 性
酸 喊 性
反 应 性
} 其 它
事实上
,
焚烧对象的种类和性质
,
随着
化学 工业生 产工 艺条件的变化而改 变
,
尤其
在考 虑经济性时
,
作 为一个工 厂 也不允许设
立一 系列 的炉子
,
因此
,
在设 计污 泥焚烧炉
时
,
宜 选择 数类污泥能够 同时 处理 的炉子
,
也就 是说这 种炉 子应具 有某种 程 度 的 通 用
性
。
在基础 资料 的收集 和分析 中
,
有两 点应
予 注意
。
一
,
化学污泥 中应不 含较多 的重 金
属
。
众所周 知
,
污泥 中的重金 属经 过 焚烧 是
无法 消除 的
,
只会 转移到 焚化灰或排 出 的尾
气 中
,
因而 会导致 二次污染
。
二
,
对 化学 污
泥 中 的有机 物
,
尤其是 那些 经过 焚化 可能 组
成 新 的化合物
,
如对 余热利 用设 备产 生强烈

2. 腐 蚀 的气体组 分
,
应 尽量 减少
。
二
、
炉体 的` 本构造
炉排型污 泥 焚烧炉 的基本 构造
,
见 简图
l
。
炉体 由一 次燃 烧室 ( 炉 膛 )
,
二次燃烧 室 和
余热 利用三部 分组 成
。
一 次燃 烧室 为炉子 主
体
,
与一般往 复锅 炉相 似
,
只是 炉膛 内不 设
辐射 受热面和 汽仓 ,
主要根 据污泥 焚 烧要求
来设计 推动炉排 的传 动机 构
、
供燃 烧 用的固
定 和 活动炉排 以 及设有 拱 的炉膛等
。
定 扒物拨 料的 作用
,
但这 种 推力不 能太大
,
因 为推力 和物料 向下 滑动 的分 力相 加 起来而
使 物料移 动 的速 度
,
必须与 燃烧 速 度 相 适
应
,
否 则就不 可能完 全燃 烧
。
所 以
,
这种 型
式 的炉排 片对物 料 的推压 力受 到限 制
,
其 扒
拨 搅拌作 用仍 不够 强 烈
,
对采 用结 焦性强 的
煤 作为热 源 的 焚 烧 炉
,
有可能结成 大块焦
渣
,
阻碍通 风
,
使 炉排 片 过热烧坏
。
嚼嚼曲户奋宜企户砂钟不不
纂纂纂不不不
简图 1 炉排型 污 泥 笑烧 炉刹 面
二次燃烧室 实际 上是 一次嫩烧 室炉膛 部
分的延 伸
,
其 内设 置了蓄 热 格子砖
。
余热 利用
,
即采 用辐 射受热面
、
对流 受
热面和省煤 器等设 备
,
以 吸 收烟气中 的大量
余热
,
产生 过热 蒸汽
,
供 废水处理 厂或其 它
生产车间用
。
三
、
姚 烧机构的 特点
嫩 烧机构主 要指 炉排 型 式 的选 择
,
炉膛
内拱的设置 和二 次燃 烧室 的采用
。
当然
,
一
个完整 的燃烧机 构
,
必须 与通 风供 氧和 引风
排 烟等 共同组成
,
这 些 与 锅 炉设 计大致相
同
。
1
。
炉排型 式 的 选择
炉排型式 的选择 对燃 烧 机构是 极其 重要
的
。
因为煤和 污泥在 炉 排 面上
,
是 否 能 够
充 分 混 合 搅拌
,
并经 过 千燥
、
着火
、
燃烧
和 烧尽四 个阶 段而完 全燃 烧
,
显然 与炉 排的
工 作情 况紧密 相关
。
目前 国 内用 于焚烧 炉的
炉 排型 式有两 种
。
一种是 倾斜式往 复炉 排
,
另 一种是水平式 逆推往 复炉 排
。
前者
,
见 简
图 2
。
由于炉 排面 向下倾 斜
,
炉排 片本 身也
向下倾斜放置
,
因此
,
活 动炉 排片在 往复运
动 中
,
对混合物料 虽有一 定的 推压力
,
起一
简图 2
水 平式逆 推往复 炉排
,
见 简图 3
。
这种
从倾斜 式往复 炉排基 础 上发展 起来 的 新型炉
排
,
炉 排面 呈水平状
,
而 炉排 片 向上倾斜
,
把物料 向上推压
,
所 以
,
物料 下滑 的方 向与
推 力方 向相 反
,
构成 了逆 推形 式
,
这就是水
平式比倾斜式 对物料的挤 压力大 得 多 的 缘
故
。
由于活 动炉排每 往 复运动一次
,
物料 就
要 经受挤 压
,
跌落
、
翻 动
、
再 受挤压
、
塌落
简图 3
琉松交 替周 期性 的运 动
,
因此
,
能不断破坏
“
灰衣
” ,
且 具有较强 的破 焦能 力
。
又 由于
物料层 表面 呈波浪式 蠕动
,
其展 开面 为 炉排
水 平面的 1
.
3 ~ 1
.
5倍
,
因而通风均匀
,
对燃

3. 烧 有 利
,
也不 易烧 坏炉排 片
,
并能 减少 飞灰
的带 出量
。
所 以
,
我们 以 为
,
这种 水平 式逆
推往复 炉排 片 比较 适合于 焚烧 物料含 水 高
,
物料混 合搅拌 要求 高和燃烧温 度 高
,
以 及煤
源广
,
煤种多 的炉排 型污 泥焚 烧炉
。
2
。
炉膛 内拱的 设呈
拱 的设 置 是炉膛设 计 中的主要 间题
。
它
是 含水 率可能 高达40 % 左右混 合物料 是 否能
够 即时干燥
、
迅速着 火燃烧 的关键 ;
由于混
合 物料 的热值 比较低
,
一 般在 3 0 0。 大卡 /公
斤 左右
,
因此 合理的布置拱
,
也是保证烟气
混 合燃烧
,
有 效利用烟 气热 量
,
减少飞 灰损
失 和灰渣 含炭 量与含 毒量 的必 备措施
。
我们
在 一次燃 烧室 内设 立 了前 中后三 拱
。
新投入
的混 合物料
,
由于 同时 吸收前
、
中拱
、
炉墙
和 高温烟气 四 种辐 射热
,
因而能 够迅速干燥
并着 火燃烧
。
当烟 气流 出前拱
,
与中拱 诱导
到前 的高温 烟气混 合时
,
烟气 中的可燃物产
生第 二次燃 烧
,
有 毒物 则在高 温 下开 始氧化
分 解
。
烟气 再流经 中拱 上面 的炉膛
,
增 长了
烟气在 炉 内的流程
,
使烟 气 中剩余 的可燃 物
第 三次燃 烧
,
有毒物 继续 氧化 分解
。
这时煤
中的可燃 成份 己基本燃 尽
,
而化学 污泥 中的
有害成份
,
则也在 高温下 被部 分或大 部分 氧
化 分解
。
3
.
二次燃 烧 室的 采 用
采用 二次燃 烧室 的 目的
,
是让一 次燃烧
室 焚烧排 出的大 量气体
,
继 续在 高温条件下
混 合燃烧
,
以达 到有毒 物 的完 全氧化分解无
毒 化排出
。
同时
,
由于在大 容量 的二次燃 烧
室 内
,
烟气 流速显 著减慢
,
还能 起到 净化烟
气的作用
,
以保护 后段 的余热 利用设备
。
目
前 国 内试验 或设计 的焚烧炉
,
有 的采用一段
式
,
有的采 用二段 式 ;
国外 主张对 于焚 烧排
出的气体
,
设置大 容量 的二 次燃烧 室
。
我们
以为
,
利用 蓄热格 子砖
,
在提 供烟 气继 续高
温燃 烧的条 件下
,
为确保 含 毒烟气 有足够 的
氧化分 解时 间
,
并 使这种 炉 子具有较 广 泛的
适应性
,
即有某种 程度 的通用性
,
设 置 造价
不 高
,
阻 力损失 不大 的二次 燃烧 室是 很必 要
的
。
四
、
主要设 计参数 的确 定
焚 烧炉 本体设 计 的主要 参数 是 焚 烧 温
度
,
混 烧 比
、
烟气 停 留时 间
、
空气 比以及 炉
排 面积热 强度 和炉膛容 积热强 度
。
有机物完
全 氧化分 解 的焚 烧 温度
,
目前 看 法 不 一
。
根据 有关 单位 的试验 结果 并参 照 国外资 料
,
我们 确 定化 学污泥 的 焚 烧 温 度 应 不 低 于
1 0 0 0 ℃
,
也就是 说
,
一 次燃烧室 和 二次燃烧
室的 温度都 在 1 0 0 0 ℃ 以 上
。
混烧 比
,
即污泥 与煤混合掺 烧 的 比例
,
应视 具体 情况确 定
。
这里提 供两 点
,
供 参考
。
一
、
混合 物料 的热值
。
为 了确保 一 定的焚 烧
温 度
,
混 合物料 的热值
,
最 好不 低于3 0 0 0 大
卡 / 公 斤
。
二
、
混 合物料 的含水率
。
通 过机械
脱 水 的污泥 饼
,
其含水率 应 不高 于 75 %
,
否
则会 使 混烧 比加大 或者使 预 混合 搅拌 发生 困
难
,
也 会 给炉 内的干燥着 火 带来 问题
。
烟气 的停 留时 间
。
烟 气在一次 燃烧 室 的
停 留时 间一般 不到 1 秒钟
。
参 照 国外资 料 和
国 内经验
,
我们 以 为
,
总 停 留时 间 以 2 ~ 3
秒 为宜
。
空气 比
。
为 了给混合 物料 的燃烧提 供 足
够 的氧量
,
选取 适 当的空气 比是 很重要 的
。
对 于焚 烧 炉
,
国外介 绍一般是 1
.
1一 1
.
了
,
我
们 根 据国 内试验 选择 1
.
5。
炉排 面积热 强度和 炉膛容积 热强度
,
分
别是 控制 炉排和 炉膛工 作能 力 的指标
。
对 于
污 泥焚 烧
,
控 制 炉膛的焚 烧 温度并 保证 烟 气
有 足够 的停 留时 间是最重 要 的
。
因 此
,
与往
复 炉相 比炉膛容 积热强度 要小 一 些
。
对于 炉
排
,
因为混合 物料 含水 高
,
炉 排上预干 区 要
延 长
,
相 对往 复炉 来说
,
炉排 面积热强 度也
要小 一些
。
设 计 中我们 取 炉排 面积热强 度为
35
x
10
4
大 卡 / 米
2 ·
时
,
取 炉膛 容 积 热强 度为
3 5 x 1 04
大 卡/ 米
3 ·
时
。
五
、
设计 计算 问题
因无 现成的焚烧炉设计计算 方 法
,
我们
4 ,

4. 在计 算 中
,
参 照 小型锅 炉 设计计算 的 步骤和
方法
,
少卜根据 污泥焚 烧炉 结 构型式的 设计需
要加 以 简化和 补 充
。
计算 分热 力计算 和阻 力
计算 两 部分
。
热力计 算 中
,
我 们 以 为 出入 较
大 的是 经验公式 的选 用
,
因 为 仁! 前 国 内对往
复炉 的 计算 多采 用经验 式
,
这需 要根 据不 同
的煤 种 和本地 的运 行经 验米 确定
。
在 进行所
需 空气 量 和燃 烧产 物计 算时
,
煤 和污 泥所需
的 空气 量应分 别进 行计 算
,
这样 比 较 准确
。
在烟 烩计 算 中
,
由于混 合物料 的含 水 高
,
因
此对 烟 气的 比热要进 行 修正
,
也就 是说对 烟
气量 要 进行修正
。
余 热 利用部 分 的热力计 算
与锅 炉设 计计算 相 同
,
为 了充 分利 用 高温 下
的辐 射热
,
我们 认 为在二 次燃 烧室后 段布置
部分 辐 射受热 面是合 理的
。
整 个炉子 的通 引
风 阻力计 算和风 机
、
水泵
、
除 尘器
、
烟 囱等
的选 型都 同于锅 炉设计 计 算
。
六
、
护子的 经济 性及 其存在的 问题
在讨论炉排 型 污泥 焚 烧炉 的经济 性时
,
我们 从实际出发
,
把 一 台产汽 2 吨 / 时 的往复
炉和 一 台处理 30 0公斤 / 时 化学 污泥 的炉排型
焚烧 炉 进行 比较
,
以简 扼 描述 其经济 意义
。
首 先从炉子 造价看
,
焚烧 炉 大 于 往 复
炉
。
一 台 2吨 / 时 的往复 炉造 价 约 3 一 4 万元
,
而焚 烧炉 由于 自控水 平较 高
,
炉体较 长
,
通
引风 设备较大 和需 混合 搅拌及 运输 设备等
,
一 次投资需增 加 2 一 3 万 元
。
在 运行费 用方
面
,
一 台生产 13 公斤 / 厘米
“
2 吨 / 时蒸汽 的往
复 炉
,
若用 Q
孟
二 5” ” ” 大卡 / 公斤 的烟煤
,
锅
炉 效率为 75 %
,
则 需耗煤 3 45 公斤 / 时
,
耗 电
15 千瓦 / 时 ,
一 台处理 30 0 公 斤 / 时化学 污泥
的 炉排型污泥 焚烧 炉
,
若 用 Q
表
· ” 00 0大卡
/ 公 斤 的烟煤
,
则焚 烧需 煤量 为 3 00 公 斤 / 时
( 混烧 比 = 1 :
1 )
,
这时
,
余 热 利用锅 炉可
广
:
生 13 公 斤 / :i)lI 米
`
的 族汽 2 吨 / 时
,
锅炉效
率 为 7 0 %
,
耗 l
匕r代为 2 5 千 瓦 / l一」
·
,
所 以
,
几者
J寸I比 之
`
l.’ ,
焚烧 炉在 处尹l!污 泥的 !
,
d ll」
,
L匕幸宝三
复 炉 还能 竹煤 3 50 1卜
住/ 年
,
一(,
r达 行费 JH方 伯i
,
比往 复 炉也低 0
.
7 8 元 / 时
,
( 煤 按 35 元 / 吨
,
电按 0
.
0 5元 / 度 计 )
。
炉排 型 污泥焚 烧炉 虽然有 不少 优 点
,
尤
其 是在 当前 油源 困难和能 源紧 张的情 况下
,
是 一 条焚 烧 污泥
,
化 害 为利的 途径
,
然 而
,
由于 还 处于 试验 和最 初运行 阶段
,
其 中无论
从 设计 或 运行都 还存 在着不 少 问题
,
比 如高
温 烟气对 炉体和 余热 利用设 备的 腐蚀 问题
,
虽 然 国外 资料介 绍
,
在 物料 中可 添加 白里或
苏打
,
有助 于减 少气体 中 5 0
2 、
5 0
3 、
N
:
0
3 、
P
Z
O
。 、
H C I
、
H F 等 的 浓度
,
但 具体如 何实
施
,
效 果如 何都 有待试 验来确 定
。
此外
,
水
平逆 推 往复 炉排 也存在着 漏煤
,
有 时掉 炉排
片等 问题
,
所 以
,
这些都 需要我 们在不 断实
践 中去摸 索 总结
,
逐步 解决
,
使 之 趋 于 完
善
。
参 考 文 献
1
。 “
化 学工 厂 ”
( 口 ) 1 98 0
。
8
。
“
废 弃 物 焚 烧炉 的 选 择
方 法和 进展
”
2
。 “
化 学工 厂 ”
( 日 ) 1 9 80
。
8 “
废弃 物 的高 温 分 解 和能
量 与有 价值物的 回收 ”
3
。
化 工给 排水 19 8 1
。
1
“
污 泥处 理 的 设 计 与 计 算 ”
4
。
上海 助荆厂 焚 烧炉生产 试 验小 结
5
.
P认
b lic he
al t h e n
g in e e r
三n
g de s
i g n
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6
。
B r
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cal
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g & p r o e e s s 1 9 72 .
2
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7
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高分 子 废 弃物 的 热 分 解技术 ”
8
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废 弃 物的 焚 烧 处理 ,,
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B E C fl A M H T H O B A 著
1 9 7 5版
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