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随着人们生活水平的不断提高和生产规模的高速扩大，城市下水道系统的污泥量逐年增加，污泥这种污染物的危害性日益明显。因此，污泥的减容化、无害化及资源化处理成为了非常重要发展方向。
国内现有污水处理厂，对这些污泥多采用运至远郊区堆放的方法，既增加运费，又污染环境。同时，国内正在建设一批新的污水处理厂，这将使全国污水污泥总量仍会持续的大幅增加，预期未来污泥量会十分巨大。
因此，具体研究这些污泥的最经济可靠的处理方法，并提出适用的处理方案就成了必要而紧迫的任务。
解决污泥污染的问题并不是一个新课题，多年以前国内外的研究人员就开始对污泥的处理开展研究，并积累了很多处理污泥的经验。目前，污泥的处理方法主要有排海、填埋、农用、焚化等。
海洋具有一定的自净功能，而排海法处理污泥又方便易行，因此许多国家很早就开始使用该方法处理污泥。但是随着污泥投弃量的增大与其中有害成分的增加，使得污泥投放处海水中的含氧量远低于海洋生物群所需氧量，严重破坏了海洋生物的生活区。例如美国纽约在七、八十年代每年把382万立方米的污泥投至纽约港外指定的海域，使得该海区近10平方哩的区域内，几乎所有的海底生物群都没有了，而且海底污泥的重金属浓度比无污染地区高150—200倍[2]。陆上存放和简单填埋的处理方法的弊端很多：1）填埋需要大面积的土地作为投弃场所；2）填埋的污泥经过若干年后，在厌氧条件下由于微生物的降解作用，会产生气体，散发恶臭；3）如不能有效解决渗漏问题，长期堆积将导致重金属积蓄，污染地下水，不利于土地的利用。如果采用科学的卫生填埋，需要的技术条件比较严格，而且初投资极大。因此，排海和填埋这两种方法虽然简单易行，但也是最消极的处理方法。因为这样做，既没开发出污泥中可利用资源，而且从环保的意义上讲，污泥根本没处理。随着社会的发展、人口的增长以及环境法规的日益严格，这类处理方法已越来越不可行了。
工业废水产生的污泥一般都含有对植物有害的成分，在农业上几乎无法利用。但城市污水处理厂产生的污泥一般含有丰富的有机物及金属离子，吸水能力比耕种土地的吸水能力高，比砂土吸水能力更高，而且对植物有害成分较少，因此，可以用作农用土壤改良剂。日本在其国内部分地区实行下水污泥的农用，实现堆肥约8万m3/年，并向农田抛弃约6万m3/年[3]。国内也早已将污泥用作农肥，并在污泥农用资源化方面取得了一定的成果。但是由于污泥的成分复杂，长期施用也会带来一些不良影响。研究了天津经济技术开发区化学工业园区污泥的肥效、重金属铜锌复合污染的机理及防治，发现施用污泥能提高蔬菜的产量，但由于污泥含有重金属，用量过高则会导致减产[4]。曹仁林等通过研究园林绿地施用污泥堆肥也发现，污泥导致径流和渗滤水中硝酸盐的增加是最主要的污染问题[5]。此外，由于浓缩污泥含水率太高（一般为92%～96%），造成运输困难、运输量大，或因脱水泥饼分撒困难需借助机械设备支持田间操作等问题，使污泥农用技术在实际应用中存在较多的困难[6]。
与以上几种处理污泥的方法相比，焚烧法具有很多优点：1）在炉内超过800℃的高温环境下，污泥携带的大量病原体可彻底灭除，减少环境污染源；2）污泥焚化厂可设置在污水处理厂内，减少运输量，节省能源；3）焚烧后，污泥中的水分蒸发成水蒸气，有机物变成可燃气体燃尽，无机物则变成了少量的灰烬，大大减少了污泥的体积和重量；4）焚烧的产物还有利用价值，如灰渣可用于制砖或铺路等，焚烧产生的热量可用于发电或供热。因此，以目前的技术水平，焚烧法处理污泥是最有效的方法。
污泥的焚烧过程是其所含可燃质在有氧条件下燃烧。由于污泥并不是由单纯的碳和氢两种元素组成，它还含有大量的其它可燃物，如硫，卤素化合物，磷和无机盐等，使实际的焚烧要复杂得多。在有氧条件下，有害的污泥在高温氧化过程中转化成气体和不燃性固体残渣。研究表明，温度、时间、混合情况及空气量是支配有效焚烧的主要因素[7]。
污泥在焚烧过程中可能会产生形成二次污染的有害物质，包括有害气体、颗粒物、有害废渣、噪声及热污染等。所以焚烧系统中必须有消除二次污染的防护装置。如用干式吸收器喷撒石灰粉吸收烟气中的HCL、HF、SO2，注氨法同时控制烟气中的酸性气体及二恶英（PCDDs/PCDFs）的含量。此外，焚烧后的残渣和冷却水也应作进一步的妥善处理和处置[8]。
用于焚烧污泥的设备主要有多段炉、回转窑焚烧炉、多室焚烧炉、流化床焚烧炉。
大型煤粉炉的技术尽管比较成熟，却并不适合处理污泥。一方面，污泥的含水率高，一般为70～80%，因此污泥在焚烧前一般都需要用干燥设备进行一定的干燥。而污泥干燥过程中所释放的水蒸气、臭味、灰尘和CO气体是不能随便排放掉的，也就需要相应的设备来处理。根据Lowe[9]在研究污泥干燥时的发现，可以知道污泥在干燥时要经过三个阶段：流态、固态、粉末状。在流态阶段，污泥可以自由流动；在固态阶段，污泥变得坚硬，无法流动；在粉末状时，污泥变成细固体小颗粒且可以任意混合。所以当污泥并没有完全干燥时，污泥呈坚硬的固态。为了将污泥投入煤粉锅炉的炉膛，就需要相应的设备将污泥磨碎。当污泥被干燥成粉状时，由于污泥中一般都含有大量的挥发分，因此容易自燃，这还需要特殊的设备进行处理。另一方面，污泥中的氮、硫和重金属一般比较多，这样导致烟气中的NOx、SOx和重金属的含量提高，也就需要提高尾部烟气处理装置的处理性能，来确保排放控制。
目前流化床焚烧炉和多室焚烧炉应用比较广泛，而流化床焚烧炉由于具有燃料适应性广、燃烧效率高及易于实现对有害气体SO2和NOx的控制等特点，在焚烧污泥方面有很大的优势[10]。
1） 操作方便，运行稳定。由于流化床蓄热量大，能保证送入床内 的低热值燃料稳定燃烧。燃料的干燥、着火、燃烧几乎同时进行，无需复杂的调整，燃烧控制较容易。
2） 炉内燃烧强度和传热强度高，因而炉体尺寸相对较小，适于向大型化方向发展。
3） 耐久性好，使用寿命长，炉内只有沸腾床和布风板，没有机械运动部件，故使用寿命长。由于燃烧均匀，不会产生局部过热现象，加之炉子为箱式结构，与耐火材料的热膨胀相适应，因此在一定程度上避免了耐火材料的损害。
由于具有以上优点，流化床焚烧法处理污泥得到了越来越广泛的应用。
工程规模：污水处理规模：2000m3/d(改造)。
综合以上各章节的讨论，本文对城市污水污泥流化床焚烧炉的设计提出了设计方案。
1．污泥流化床焚烧系统主要包括绝热炉膛、高温分离器、高温空气预热器等、连接烟道及各种附件（采用多项清华大学专利技术）。
2．焚烧炉各主要部件采用下部支撑结构，设计有钢架支撑，均为向上膨胀。
2．由于不添加辅助燃料，且污水污泥的热值不高，为维持炉温保证污泥的正常燃烧，炉膛不布置受热面，炉膛及分离器全部采用绝热结构，使污泥燃烧产生的热量和热风的热量全部积聚于炉内，提高了炉内燃烧工况的稳定性。
炉内及分离器内采用刚玉耐火浇注料和硅酸铝纤维毡等优质保温材料，保证焚烧炉在高温工况下的耐用性，减少了焚烧炉的散热损失。
3．流化床燃烧系统采用水冷等压风室结构，风室膜式壁上布置有风帽，实现均用布风和密相区充分流化。
风帽设计为：帽头与帽管分体结构，使更换帽头时方便简单，且连接螺纹为铸造形成，保证了风帽在经过高温燃烧后拆卸时不粘结。
风帽材质：ZG30Cr24Ni7Si2N或ZG30Cr26Ni5Re，此材质均具有非常良好的耐热耐磨效果，保证风帽的使用寿命。
4．污泥的挥发份高达50%，污泥在进入炉内后，在密相区的高温作用下，燃料发生强烈热解，挥发份快速析出。大量的挥发份等可燃成分在炉内动力场的作用下很快由密相区升腾至稀相区，在高温烟气中使其充分燃烧需要大量的氧气，且氧气与之能够达到充分混合。本公司专门开发设计了一套二次风系统，此系统具有穿透力强、绕动力强的等特点。烟气中的可燃成分在得到充足的氧气且充分混合，使整个燃烧过程能够达到一个良好的状态，提高了燃烧效率和热效率。根据污泥水分、挥发分的析出规律，应在炉内过渡段设置二次风口、三次风口，比例约50%，为其配备独立风机。实现分级燃烧，保证污泥和挥发分燃尽，并降低NOX排放。
4．由于污泥干燥后体积急剧减小，且飞灰粒径也较小，因此应注意保证高温气固分离器的分离效率。同样，污泥燃尽后飞灰的粒径也非常小，为保证排烟粉尘含量符合环保标准，应采用两级除尘设备，第一级旋风分离器，第二级布袋除尘器。
5．烟气中水分含量非常高，污泥干燥器之后的烟道及设备应注意水蒸气凝结的问题。
焚烧炉型号：RFX5.0-YQ-WN
额定功率：5.0MW
设计燃料：湿污泥、生物质、各种煤炭
污泥耗量：5011kg/h (污泥湿度40%)
120.27吨/天(污泥湿度40%)
污泥入炉湿度：40% (20～80℃)
一次风、二次风、三次风预热空气温度：550℃(550～100℃)
设计排烟温度：650℃(700～200℃)
超负荷能力：50%
综合各种形式的干燥机性能特点，在污泥干燥焚烧系统项目中，我们选择了“回转滚筒污泥干燥机”，结合工程项目经验和干燥基本理论的不断探索，我们在这一传统干燥设备中作出了一些卓有价值的革新和改进，使这一传统稳定耐用的干燥机的性能得到了大幅的提高。
湿污泥从干燥机一端投入后，在内筒均布的抄板器翻动下，物料在干燥器内部空间均匀分布与分散，且与并流的热烟气充分接触，加快了干燥传热、传质推动力。在干燥过程中，污泥在带有倾斜的抄板和热烟气流的作用下，可调控地运��至干燥机另一端星形卸料阀排出干燥后的污泥。
（1） 回转滚筒干燥机机械化程度高，生产能力大；
（2） 流体通过筒体阻力小，功能消耗低；
（3） 对物料特性的适应性比较强；
（4） 操作稳定，操作费用较低，产品干燥的均匀性好；
（1） 筒体当量直径：800mm；
（2） 筒体当量长度：7000～8000mm；
（3） 处理污泥量：200吨/天；
（4） 污泥原始含水率：80%；
（5） 污泥干燥后含水率：40%；
（6） 污泥干燥可达到的最低含水率：20%；
（7） 烟气与污泥流动方向：并流；
（8） 干燥机入口烟气温度：800～220℃；
（9） 干燥机出口烟气温度：低于200℃；
（10）干燥后污泥温度：约80℃；
（11）干燥机出口烟气所需处理设备：旋风除尘器、布袋除尘器、洗涤塔；
循环流化床污泥焚烧炉通过纯燃烧污泥（干燥后）产生热量，经高温空预器换热后，此时烟气所具有的热量可满足将燃烧所需污泥含水率由80%烘干至40%所需的热量，即：可实现系统纯燃烧污泥，不需辅助燃料参与。
系统主要参数：
（1） 炉温：900～1100℃；
（2） 回料温度：900℃；
（3） 一次风预热温度：550℃；
（4） 二次风三次风预热温度：550℃；
（5） 回料风温度：20℃；
（6） 滚筒烘干机入口烟温：650℃；
（7） 滚筒烘干机出口烟温：200～150℃；
（8） 污泥干燥后温度：80～90℃；
（9） 污泥原始含水率：80%；
（10）污泥干燥后（入炉）含水率：40%；
（11）烟气排空温度：80℃；
（12）系统处理污泥量：120吨/天（污泥含水率40%）；
（13）副产品（蒸汽或热水）：--t/h（如果厂区需要热能，可根据系统热平衡设计）；
利用表4.1的计算方法，假设空气过量系数为1.3、污泥完全燃尽、且一次风温为550℃，则污泥含水率为40%时，其理论燃烧温度为1180.6℃。假设炉膛内未布置受热面，且炉膛出口烟温为932℃，分别利用表4.2和表4.3进行空气预热器和污泥干燥器的热平衡计算。由计算求得空气预热器的出口烟温为650℃。可见，该流化床系统完全能够实现污泥的自主燃烧。并且，污泥干燥器的出口烟气仍然具有较高温度，其热量还可以通过换热器进一步利用。
综合污泥热值和厂区的用热情况，可在污泥干燥和焚烧系统中合理增加受热面，以便于产生所需的蒸汽和热水，为厂区生产提供必要地服务。