生活污泥焚燒煙氣凈化工藝探討

王亮

摘要：國內(nèi)投運較早的污泥焚燒廠，參照GB18485-2001標準選擇焚燒煙氣凈化工藝，但隨著我國環(huán)保要求的日益嚴格，GB18485-2014提高了排放控制要求，因此，應結合焚燒煙氣污染特點，分析探討出一套滿足現(xiàn)行的GB18485-2014排放標準的煙氣凈化組合工藝。

關鍵詞：污泥；焚燒；煙氣；凈化

1、污泥的焚燒處理

用于固體廢物焚燒的爐型主要有：1、多級階梯式鏈條爐排；2傾斜往復式爐排和反送式馬丁爐排等爐排爐；2、流化床焚燒爐；3、旋轉式燃燒回轉爐。但是，由于污泥的含水率高、組分復雜、顆粒黏稠性高，如采用鏈條式或爐排式焚燒爐，易造成鏈條、爐排的堵塞，造成機械運轉設備故障、物料燃盡度低、二次污染嚴重等問題。流化床爐內(nèi)無轉動的機械設備，通過爐膛下部布風板，使爐膛內(nèi)可燃物料在流化狀態(tài)下，與載熱的惰性顆粒、與空氣充分接觸，高強度的進行傳熱和傳質，物料在床層內(nèi)幾乎呈完全混合狀態(tài)，具有燃燒效率高、負荷調節(jié)范圍寬、污染物排放低、爐內(nèi)燃燒強度高、單位爐床面積單位時間焚燒處理物料量大等優(yōu)點。流化床采用惰性顆粒做載熱體，熱容量大，適合焚燒污泥、紙漿廢液等低熱值燃料，是污泥焚燒的最佳選擇。

從污水處理廠的污泥濃縮池底排出的剩余污泥含水率約97%，焚燒處理前，首先要降低污泥含水率，進行脫水、干化的預處理，一方面濃縮污泥體量，減小焚燒設備運轉負荷，另一方面通過降低污泥含水率，提高熱值。經(jīng)脫水處理后的剩余污泥含水率可下降至65%，體積可縮減90%，但熱值僅600kcal/kg左右，須再經(jīng)過干化處理，污泥含水率可下降至45%，體積可再縮減30%，熱值可達到1200-1500kcal/kg。理論上，通過干化處理污泥含水率可進一步降低，但會大幅增加干化處理費用，考慮到保證焚燒爐穩(wěn)定燃燒的燃料熱值至少要達到1500kcal/kg，因此，干化到含水率45%的污泥可入爐焚燒，但為保證焚燒爐的穩(wěn)定運行，一般情況下需通過摻燒煤，提高混合物料的熱值，可緩沖污泥熱值波動變化造成爐內(nèi)熄火、燃燒不徹底的影響，摻燒比例一般控制在5%-20%。

2、污泥焚燒煙氣中污染物分析

污泥由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質體，含有大量的病原菌、寄生蟲、致病微生物，以及砷、銅、鉻、汞等重金屬和有毒有害物質。焚燒后煙氣中污染物成分也極為復雜，主要特征污染物有：煙塵、SO2、HCI、NOx、重金屬和二嗯英等，以及少量的重金屬揮發(fā)物。

1）酸性氣體

污泥中的硫、氯、氟過焚燒后都會轉化為SO2、HCl、HF等酸性氣體隨煙氣排出。

可通過污泥的元素分析計算酸性氣體的理論產(chǎn)生量和初始濃度，城鎮(zhèn)污水產(chǎn)生的污泥中測得的硫元素含量與一般的低硫煤相當，在1%以下，據(jù)此計算，煙氣中S02初始濃度在800-1500mg/Nm3左右，氯元素含量一般較低，不到0.02%，煙氣中HCl初始濃度在200-500mg/Nm3左右。

2）NOx

焚燒煙氣中NOx的主要來源有兩個，一是燃料中的含氮成份在爐內(nèi)高溫環(huán)境與空氣中的氧化合而成，稱為燃料型NOx，生成量主要依賴于燃燒溫度；另一個是燃燒時空氣中的氮在高溫下與氧反應生成，稱為熱力型NOx，生成量主要與燃燒溫度、氧氣濃度、氣體在高溫區(qū)的停留時間有關；采用流化床焚燒爐污泥，爐內(nèi)料層溫度一般控制在850-950%之間，燃燒溫度較低，幾乎沒有熱力型NOx產(chǎn)生，燃料中的氮也只有10%～20%轉化成燃料型NOx?？赏ㄟ^污泥的元素硫氮分析計算NOx理論產(chǎn)生量和初始濃度，也可通過類比同類爐型、處理能力相同或相近的煙氣數(shù)據(jù)，大致估計NOx的初始濃度，一般在200～400mg/Nm3（按N02計）。

3）煙塵

由一般污水處理廠污泥的組分分析可知，污泥干基灰分含量達到了30-50%，可參照《火力發(fā)電廠除灰設計規(guī)程DL/T5142-2002》中的灰渣量計算公式，依據(jù)混合燃料的低位發(fā)熱量、未完全燃燒的熱損失、煙氣帶出的飛灰份額，計算得出煙塵產(chǎn)生量和初始濃度，一般在30～50g/Nm3。

4）二嗯英類

焚燒垃圾、污泥最受大眾關注的污染物就是二嗯英，二嗯英類是多氯代二苯并對二嗯英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的總稱。二嗯英主要由物質的不完全燃燒所導致，主要是以氣態(tài)形式或吸附在煙塵上存在于煙氣中的。當煙氣溫度達到850%，停留時間2s以上且O2濃度大于6%時，既可分解成CO2和水等物質。

5）重金屬

污泥中含有的金屬及含金屬物質在燃燒過程中被熔化、揮發(fā)，而隨煙氣帶出，但高溫煙氣在經(jīng)過熱交換等設施后，煙氣溫度逐漸降低，使煙氣中的金屬成份附著在煙塵、脫酸劑、循環(huán)灰上而被除塵器除下，只有少部分隨煙氣排入大氣。

6）CO

污泥中的有機物不完全燃燒形成的，燃燒越完全，煙氣中的CO濃度越低。

從以上分析可以看出，煙氣中各類污染物濃度依據(jù)污泥元素量、燃燒工況等，存在波動變化，但能從理論上掌握大致規(guī)律性，在選擇污泥焚燒煙氣凈化技術時，就需要運用理論規(guī)律，選擇滿足排放標準、經(jīng)濟合理的組合工藝。

3、污泥焚燒煙氣的排放標準

污泥焚燒處理應執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014），詳見表1。

注：本表規(guī)定的各項標準限值，均以標準狀態(tài)下含11%O₂的干煙氣為參考值換算；GB18485-2001中限值標有①代表為測定均值。

GB18485首次發(fā)布于2000年，2001年第一次修訂，GB18485-2014是第二次修訂，與GB18485-2001相比，本次修訂將生活污水處理設施產(chǎn)生的污泥納入到本標準中，并提高了各類型污染物的排放控制要求。但與EU2000/76/EC（歐盟2000）標準相比，考慮到經(jīng)濟技術條件，顆粒物、氮氧化物、氯化氫的排放限值還是略高，重金屬和二惡英限值一致。

國內(nèi)投運較早的生活垃圾或污泥焚燒廠，按照GB18485-2001選擇煙氣凈化技術，控制污染物排放，多采用的煙氣處理工藝為半干法（干法）+活性炭噴射+袋式除塵器，從運營情況看，能使煙氣主要污染物排放達到GB18485-2001。但是難以滿足現(xiàn)行的GB18485-2014的排放控制要求，因此，須探討出一套能滿足GB18485-2014、EU2000/76/EC（歐盟2000）排放標準的煙氣凈化處理組合工藝。

4、焚燒煙氣的凈化技術

4.1脫酸技術

干式脫酸有2種方式。一種是干性藥劑（一般采用消石灰）和酸性氣體在反應塔內(nèi)進行反應；另一種是在進入除塵器前的煙氣管道中噴入干性藥劑，在此與酸性氣體反應。消石灰與酸性氣體發(fā)生中和反應要有合適溫度（140-170℃），而余熱鍋爐出口的煙氣溫度往往高于這個溫度，為提高脫酸效率，一般需通過噴水降低煙溫。

半干法脫酸一般采用氧化鈣或氫氧化鈣為原料，制備成氫氧化鈣溶液。利用噴嘴或旋轉噴霧器將氫氧化鈣溶液噴入反應器中，形成粒徑極小的液滴，與酸性氣體進行反應。反應過程中水分被完全蒸發(fā)，故無廢水產(chǎn)生。

濕法脫酸的藥劑一般采用燒堿，以提高除酸效率，配置好的燒堿溶液噴人濕式洗滌塔，與煙氣中的酸性氣體進行反應。洗滌塔產(chǎn)生的廢水需經(jīng)專門處理后排放，處理后的煙氣需再加熱。

煙氣脫酸除塵工藝有袋式除塵器+濕式反應塔、半干式反應塔+袋式除塵器、干式反應塔+袋式除塵器3種組合形式，其酸性氣體去除率及優(yōu)缺點見表2。

煙氣中SO₂初始濃度在800-1500mg/Nm³左右，HCl初始濃度200-500mg/Nm³，要達到GBl8485-2014標準的SO₂小時均濃度100mg/Nm³，HCl小時均濃度60mg/Nm³，除去率分別要達到93%和88%12上，須選擇半干法或濕法工藝。如要達到EU2000H6/EC（歐盟2000）標準，則必須選擇濕法脫酸工藝。

4.2脫硝技術

NOx的控制主要采用低NOx燃燒技術，相對簡單，經(jīng)濟有效，通過控制過量空氣系數(shù)、爐內(nèi)料層溫度等，NOx初始濃度一般可控制在200～400mg/Nm³，如按GBl8485-2001標準，一般不需進行單獨的煙氣脫硝處理，但標準提高后，GBl8485-2014標準中NOx小時濃度300mg/Nm³，日均濃度250mg/Nm³，須設置專門的脫硝裝置。

脫硝工藝主要有選擇性非催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR）。

選擇性非催化還原法（SNCR）以NH40H（氨水）或（NH₂）₂CO（尿素）作為還原劑，將其噴入焚燒爐內(nèi)。NOx在850℃～1100℃下被還原為N₂和H₂O。SNCR法可將NOx排放濃度控制在200mg/m³以下，可達到GBl8485-2014標準和EU2000/76/EC（歐盟2000）標準。

選擇性催化還原法（SCR）則是在催化劑的作用下，將NOx還原為Nz，SCR法發(fā)生還原反應所需要的溫度為280℃～420℃，為達到這一溫度，要對煙氣進行升溫。SCR法可將NOx的排放濃度降低到50mg/m³。

與SNCR法相比，SCR法脫氮效果更好，但需要消耗昂貴的催化劑，加熱還需耗用大量熱能，處理成本遠大于SNCR法。因此，在滿足現(xiàn)行標準的情況下，更適合應用SNCR工藝。

4.3顆粒物去除技術

GBl8485-2001明確規(guī)定生活垃圾焚燒爐除塵裝置必須采用袋式除塵器，濾布應選擇PTFE（聚四氟乙烯）覆膜，除塵效率可達99.99%。

煙氣顆粒物初始濃度可達到50g/m³，如要達到GB18485-2014標準30mg/m³和EU2000H6/EC（歐盟2000）標準10mg/m³的排放限值，須設置旋風除塵器做預除塵。

4.4重金屬及二嗯英去除技術

“活性炭吸附+袋式除塵器”的組合工藝可以滿足重金屬和二嗯英去除，完全可達到GB18485-2014標準和EU2000H6/EC（歐盟2000）標準。

焚燒煙氣從鍋爐出來時溫度極高，重金屬多為液態(tài)或者氣態(tài)，當溫度下降后會，氣態(tài)重金屬會轉化成適合捕集的固態(tài)和液態(tài)微粒，二嗯英在高溫條件下被分解去除，但溫度降低會二次合成，二次合成的二嗯英可以被活性炭吸附和布袋除塵器捕集。

5、滿足標準的煙氣凈化處理工藝組合

使用一種工藝并不能做到污染物的全部去除，煙氣凈化應采用組合式工藝，有以下幾種：

工藝1為：SNCR+旋風除塵+減溫塔+活性炭噴射+袋式除塵器+濕式洗滌塔+煙氣再加熱器。

工藝2為：SNCR+旋風除塵+半干法+活性炭噴射+袋式除塵器+煙氣再加熱器。

工藝3為：SNCR+旋風除塵+減溫塔+干法+活性炭噴射+袋式除塵器+濕式洗滌塔+煙氣再加熱器。

工藝1為純濕法脫酸，但由于脫酸完全在濕式洗滌塔內(nèi)進行，造成洗滌塔的負荷過大，且廢水的產(chǎn)生量也大。工藝2為半干法工藝脫酸，當煙氣酸性氣體濃度波動時，難以保證出口酸性氣體的達標排放。工藝3為干法+濕法的組合脫酸，可不專設干式反應塔，結合活性炭噴射，采用在煙氣管道中噴入干性藥劑的方式，大大降低了系統(tǒng)的復雜性，還可降低后續(xù)濕式洗滌塔的負荷，減少廢水產(chǎn)生量。

6、結語

結合排放標準的要求，綜合分析各處理工藝的優(yōu)缺點，能滿足GBl8485-2014標準和EU2000H6/EC（歐盟2000）標準，并較適合我國當前階段污泥焚燒的煙氣處理工藝組合為：工藝3，即干法+濕法的組合脫酸工藝。

（作者身份證號碼：130528198308300050）