回轉(zhuǎn)窯污泥焚燒煙氣凈化技術(shù)的應(yīng)用

孫錦華，王 晶

（1.上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司，上海 201999；2.中環(huán)協(xié)（北京）認(rèn)證中心，北京 100037）

回轉(zhuǎn)窯污泥焚燒煙氣凈化技術(shù)的應(yīng)用

孫錦華1，王 晶2

（1.上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司，上海 201999；2.中環(huán)協(xié)（北京）認(rèn)證中心，北京 100037）

寶鋼公司的含油污泥回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)改造，在提高產(chǎn)能的同時(shí)對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化，以此為背景，介紹了“SNCR+袋式除塵+濕法脫酸+煙氣加熱”的煙氣凈化技術(shù)及運(yùn)行情況和指標(biāo)影響因素，為危險(xiǎn)廢物焚燒后的煙氣凈化技術(shù)發(fā)展提供參考與借鑒。

危險(xiǎn)廢物；焚燒；煙氣凈化

1 引言

隨著國(guó)家環(huán)保政策的日益嚴(yán)格及土地資源的緊缺，傳統(tǒng)的危險(xiǎn)廢物安全填埋的場(chǎng)地越來越少[1、2]，危險(xiǎn)廢物焚燒將成為危險(xiǎn)廢物最終處置的主流技術(shù)[3、4]。寶鋼股份有限公司作為國(guó)家鋼鐵行業(yè)的龍頭企業(yè)，在自行處置本行業(yè)產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物的同時(shí)，協(xié)同處置社會(huì)相關(guān)行業(yè)的其他危險(xiǎn)廢物。

寶鋼股份有限公司現(xiàn)有含油污泥回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)，已運(yùn)行三十多年，設(shè)備性能大大降低，焚燒后的煙氣凈化設(shè)施已不能滿足最新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，擬對(duì)其進(jìn)行適應(yīng)性改造，除了焚燒工藝，最關(guān)鍵的是改造煙氣凈化系統(tǒng)，保證其排放的煙氣能滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 工程概況

項(xiàng)目整體改造分為兩步：第一步將生產(chǎn)能力由現(xiàn)有的7000噸/年恢復(fù)至2萬噸/年，第二步再將生產(chǎn)能力提升至4萬噸/年，煙氣凈化系統(tǒng)，則是按照回轉(zhuǎn)窯的全生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)回轉(zhuǎn)窯4萬噸/年的全生產(chǎn)能力計(jì)算，焚燒產(chǎn)生的最大煙氣量為32,000Nm3/h，原有的靜電除塵器無法滿足改造后的污染物排放指標(biāo)要求，需新增布袋除塵器、脫酸系統(tǒng)、SNCR脫硝系統(tǒng)，以滿足上海市《危險(xiǎn)廢物焚燒大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB31-767-2013）要求。相關(guān)排放指標(biāo)詳見表1。

表1 污染物排放指標(biāo)表

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)原始煙氣成分及污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，污泥焚燒煙氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)脫硫率≥95%，脫硝效率＞60%，出口粉塵濃度≤20mg/m3，煙氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表2。

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)

4 工藝介紹

煙氣凈化采用“選擇性非催化還原脫硝SNCR+靜電除塵器（利舊）+袋式除塵+濕法脫酸+煙氣加熱”的集成工藝。原有靜電除塵器利舊，新增選擇性非催化還原脫硝SNCR、活性硅噴射裝置、濕法脫酸塔、煙氣加熱器等主體設(shè)備，重點(diǎn)解決粉塵、NOx、SO2等參數(shù)的達(dá)標(biāo)問題。工藝流程如下圖。

煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程圖

4.1 煙氣脫硝

SNCR脫硝：尿素顆粒加入除鹽水制備成濃度為50%的尿素濃溶液，濃溶液由尿素輸送泵送入管道混合器內(nèi)，繼續(xù)加水制成濃度為10%的尿素稀釋溶液。SNCR尿素噴射裝置設(shè)置在余熱鍋爐850℃～1050℃的溫度段，尿素稀釋溶液與煙氣中的NOx反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，從而將NOx濃度降至400mg/Nm3以下。

第一階段由于所燒物料性質(zhì)的原因，通過SNCR脫硝系統(tǒng)，基本可滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，但同時(shí)要預(yù)留好SCR脫硝系統(tǒng)接口，以備后續(xù)升級(jí)改造之需。SNCR脫硝系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)見表3。

表3 SNCR系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)表

4.2 除塵、半干法脫酸系統(tǒng)

因原有的靜電除塵器設(shè)備性能較好，保留使用，故設(shè)計(jì)為兩級(jí)除塵，煙氣經(jīng)靜電除塵器去除部分顆粒物后進(jìn)入布袋除塵器。

在袋式除塵器入口煙道中噴入消石灰、活性硅粉末，其隨煙氣進(jìn)入袋式除塵器，在濾袋表面與煙氣中的HCl、SO2/SO3等酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，并吸附二英等物質(zhì)，過濾后煙氣中的粉塵濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求，繼而進(jìn)入濕法脫酸系統(tǒng)。

袋式除塵器中的反應(yīng)產(chǎn)物（CaCl2、CaSO4、CaSO3、廢活性硅粉末等）及未完全反應(yīng)的顆粒在清灰時(shí)落到除塵器灰斗中除去。為盡可能脫除酸性物質(zhì)，增加消石灰、活性硅在濾袋表面的停留時(shí)間，除塵器過濾風(fēng)速控制在0.5m/min左右。

4.3 濕法脫酸系統(tǒng)

濕法脫酸系統(tǒng)由洗滌塔、脫硫劑制備及供應(yīng)系統(tǒng)（此處的脫酸主要是指脫除SO2及少量的HCl）、堿液循環(huán)系統(tǒng)、排污系統(tǒng)及煙氣加熱器等組成。

袋式除塵器出口煙氣溫度為180℃～190℃，為避免進(jìn)入洗滌塔的煙氣溫度過高，設(shè)置煙道冷卻，煙氣降溫后進(jìn)入濕式洗滌塔進(jìn)行煙氣脫硫。

從工藝短流程和占地面積的角度考慮，采取鈉基脫硫，脫硫劑選用NaOH溶液，由輸送泵送至洗滌塔，洗滌液經(jīng)循環(huán)泵循環(huán)使用。洗滌塔設(shè)置填料層，漿液經(jīng)噴嘴均勻噴淋到填料層上，增加煙氣停留和反應(yīng)時(shí)間，使之與脫硫劑充分接觸，脫除煙氣中的酸性物質(zhì)，使SO2≤100mg/Nm3。

洗滌塔出口煙氣溫度為60℃～70℃，經(jīng)煙氣加熱器加熱至120℃左右后經(jīng)引風(fēng)機(jī)、煙囪排放。濕法脫酸系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)見表4。

表4 濕法脫酸系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

5 運(yùn)行效果

該改造項(xiàng)目于2016年8月31日投產(chǎn)，第一階段改造完成投運(yùn)后，煙氣凈化效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并滿足上海市《危險(xiǎn)廢物焚燒大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB31-767-2013）要求。目前第一階段的煙氣量為17,000Nm3/h，根據(jù)煙囪上的在線監(jiān)測(cè)裝置顯示的實(shí)際運(yùn)行排放參數(shù)見表5。

表5 煙氣排放濃度

6 影響因素分析

根據(jù)設(shè)計(jì)和實(shí)踐共同驗(yàn)證，溫度的控制對(duì)煙氣凈化工藝的正常運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是布袋除塵器入口溫度、脫酸塔入口溫度、煙氣加熱器出口溫度等。本文將從溫度控制的角度分析討論其對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

6.1 布袋除塵器入口溫度

高溫?zé)煔饨?jīng)急冷塔冷卻后進(jìn)入布袋除塵器，溫度為180℃～190℃，同時(shí)煙氣中的SO3在高含水率（31%）條件下對(duì)設(shè)備具有一定的腐蝕性。鑒于此，除塵器的濾料選擇為PTFE和PTFE覆膜，這種材質(zhì)具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，并且耐高溫，連續(xù)運(yùn)行時(shí)可達(dá)250℃，瞬時(shí)溫度可達(dá)280℃，要求急冷塔必須將煙氣溫度降至250℃以下。該系統(tǒng)目前通過噴淋量的調(diào)節(jié)控制急冷塔出口煙氣溫度在200℃以下，布袋除塵器入口溫度通?？刂圃?50℃以下（跟所燒物料的熱值相關(guān)，若熱值較高，控制溫度也可適當(dāng)提高），并設(shè)有溫度報(bào)警，若溫度高于180℃，則高溫報(bào)警，采取緊急措施，防止煙氣溫度過高損傷濾料。布袋除塵器入口溫度見表6。

表6 布袋除塵器入口溫度表

6.2 脫酸塔入口溫度

脫酸塔所用材質(zhì)為碳鋼，內(nèi)襯玻璃鱗片，最高耐受溫度150℃，溫度過高會(huì)破壞脫酸塔的內(nèi)襯防腐層，直接影響脫酸塔的安全運(yùn)行，因此必須采取降溫措施，嚴(yán)格控制入塔溫度。在入口垂直煙道處設(shè)置了冷卻裝置，冷卻前的煙氣溫度不超過150℃，經(jīng)冷卻后的煙氣溫度基本控制在130℃以下，詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)見表7、表8。

6.3 煙氣加熱器出口煙氣溫度

從脫酸塔出來的煙氣溫度在70℃以下，低于SO3的露點(diǎn)溫度。煙氣中殘留的SO3會(huì)以硫酸的形式存在，腐蝕風(fēng)機(jī)葉片和煙囪，通過煙氣加熱器將脫酸塔出來的煙氣加熱至露點(diǎn)溫度以上后排放。

第一階段根據(jù)所燒物料的成分，其煙氣中的SO2濃度約為550mg/m3，煙氣出口溫度為65℃，取65℃時(shí)的飽和空氣含水量參數(shù)207.6，計(jì)算得知，酸露點(diǎn)溫度為115℃。煙氣加熱器出口煙氣溫度如表9。

除以上幾個(gè)溫度參數(shù)外，還有脫酸塔pH值及各點(diǎn)的壓力值等，這些跟實(shí)際運(yùn)行工況都緊密相關(guān)，各參數(shù)之間相互影響、相互制約，需要在運(yùn)行中不斷地積累數(shù)據(jù)，尋找最佳的運(yùn)行區(qū)間。

表7 垂直煙道冷卻前煙氣溫度

表8 垂直煙道冷卻后（脫酸塔入口前）煙氣溫度

表9 煙氣加熱器出口煙氣溫度

7 探討與建議

7.1 余熱回收與利用

回轉(zhuǎn)窯物料焚燒后產(chǎn)生大量熱量，設(shè)置了余熱鍋爐進(jìn)行回收與利用，主要用于項(xiàng)目中煙氣的加熱及保溫等，該項(xiàng)目由于所燒物料熱值不高，所以產(chǎn)生的熱量有限，后續(xù)工藝流程中還需要再設(shè)置煙氣加熱器來升溫?zé)煔猓辉谄渌麩嶂递^高的危險(xiǎn)廢物焚燒項(xiàng)目中，其蒸氣可用做整個(gè)工藝流程的熱源，多余蒸氣還可并網(wǎng)利用，既回收利用了多余蒸氣，又節(jié)省了能源。

7.2 脫酸塔pH值

未處理的煙氣中含有SO2及HCl等少量的酸性氣體，通過NaOH溶液的洗滌，將煙氣中的酸性氣體中和掉，導(dǎo)致塔內(nèi)液體的pH值不斷降低，同時(shí)塔內(nèi)液體中的Na2SO3濃度不斷升高，當(dāng)濃度達(dá)到飽和時(shí)，會(huì)有晶體析出影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，所以需將pH值和Na2SO3濃度控制在一定范圍，既能脫除酸性氣體又能防止晶體析出。該項(xiàng)目第一階段運(yùn)行期間，脫酸塔內(nèi)溫度為65℃，控制Na2SO3濃度為24%以下，pH值控制在5.6～5.8，由于前端所燒物料成分和配伍方式不斷變化，需要在生產(chǎn)運(yùn)行中不斷摸索，選擇適合當(dāng)前工況條件的pH值和Na2SO3濃度范圍。

7.3 廢水處理

脫酸塔為防止鈉鹽結(jié)晶，需進(jìn)行廢水外排，并補(bǔ)充新鮮工業(yè)水，此時(shí)的廢水中含有大量的Na2SO3、Na2SO4，含大量Na+的廢水利用程度有限，目前行業(yè)內(nèi)此類廢水的去向有：1）噴進(jìn)除塵器之前的急冷塔，用于降溫，但經(jīng)過一定時(shí)間的富集之后，易在塔壁產(chǎn)生結(jié)晶，影響冷卻效果，從而對(duì)后續(xù)工藝溫度的控制產(chǎn)生直接影響，此利用去向不予推薦；2）可用于廠區(qū)小范圍的沖洗；3）直接送至污水處理廠進(jìn)行處理。第三種去向是最理想的處理方式。該項(xiàng)目定期通過泵車將地坑廢水外運(yùn)至廢水處理中心進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放。其他企業(yè)可根據(jù)自身的實(shí)際情況酌情選擇。

8 結(jié)語(yǔ)

危險(xiǎn)廢物焚燒后的煙氣成分及含量根據(jù)所燒物料及其配伍方式的不同而不同，煙氣量也隨之發(fā)生變化[5]，對(duì)系統(tǒng)的適應(yīng)性要求較高，所以設(shè)計(jì)時(shí)要注意在保證設(shè)備能力的基礎(chǔ)上，還要適當(dāng)兼顧各種工況。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，溫度是比較關(guān)鍵的控制參數(shù)，將每個(gè)單系統(tǒng)的溫度控制在各自合理的區(qū)間內(nèi)，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

經(jīng)實(shí)踐證明，寶鋼采用的選擇性非催化還原脫硝SNCR+靜電除塵+袋式除塵+濕法脫酸+煙氣加熱系統(tǒng)的集成工藝，適用于危險(xiǎn)廢物焚燒行業(yè)的煙氣凈化處理，并且行之有效，能夠達(dá)到國(guó)家和地方的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。此技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，能夠滿足不同物料焚燒后的煙氣凈化處理，顆粒物、NOx、SO2、HCl等參數(shù)均能達(dá)標(biāo)排放。目前，此系統(tǒng)已運(yùn)行數(shù)月，運(yùn)行情況良好。危險(xiǎn)廢物行業(yè)的煙氣凈化技術(shù)在不斷創(chuàng)新發(fā)展，但仍需進(jìn)行大量的探索和優(yōu)化，不斷提高危險(xiǎn)廢物煙氣凈化處理技術(shù)水平。該適應(yīng)性改造項(xiàng)目的成功運(yùn)行為危險(xiǎn)廢物行業(yè)煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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Application of Flue Gas Purifying Technology of Sludge Incineration from Rotary Kiln

SUN Jin-hua1, WANG Jing2
(1.Shanghai Baosteel Energy Saving and Environmental Protection Technology Co., Ltd, Shanghai 201999; 2.Certification Center (Beijing) of China Association of Environmental Protection Industry, Beijing100037, China)

Based on the reform of the oil-containing sludge incineration system of rotary kiln in Baosteel Company, the paper presents the enhancement of the flue gas purifying system while increasing the production capacity. Based on this background, the paper introduces the flue gas purifying technologies such as “SNCR + bag filter + wet de-acidification + flue gas heating” and the practical operation situation and the influencing factors of target, so as to provide the references for the development of the flue gas purifying technology after incineration of hazardous wastes.

hazardous waste; incineration; flue gas purification

X701

A

1006-5377（2017）06-0040-04