工業(yè)污泥煙氣余熱利用及煙氣高效處理工藝應用實例

郭鵬輝

（上海環(huán)境工程設計研究院有限公司，上海 200040）

工業(yè)污泥擁有污染物性和資源性雙重屬性，發(fā)達國家已逐漸不再把污泥視為廢棄物[1]。工業(yè)污泥通常來料復雜，成分變化很大，工業(yè)污泥焚燒后產生的煙氣有四大特點：（1）煙氣攜帶粉塵多，主要由金屬、金屬氧化物或不完全燃燒物質等組成；（2）工業(yè)污泥含水量比較高，所以含塵煙氣的含濕量較大，按體積比計算，水分含量多為30%～40%；（3）煙氣中含有一定量的氯化氫、硫氧化物、氮氧化物和氟化氫等腐蝕性氣體；（4）來料不穩(wěn)定，導致煙氣成分也不穩(wěn)定，腐蝕性氣體成分變化比較大[2]。

本文以江蘇省某資源綜合利用公司年處理8×104t工業(yè)污泥項目為例，介紹該公司的工藝路線、處理效果，以期為我國工業(yè)污泥的資源化利用路徑提供參考。

1 工業(yè)污泥煙氣處理系統(tǒng)概況

該項目采用富氧側吹熔煉爐，熔煉反應風由工業(yè)氧氣和普通空氣混合形成60%富氧空氣，從爐兩側的風口進入熔煉爐體內，在爐內形成劇烈湍動的高溫熔池，為固體爐料、熔體與反應風三相之間的快速傳熱、傳質創(chuàng)造了極為有利的條件，熔池溫度1 200～1 400 ℃，熔煉出口煙氣溫度1 200～1 300 ℃。

熔煉爐煙氣整體采用“余熱利用→選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）脫硝→煙氣急冷→干粉噴射+活性炭噴射吸附→布袋除塵→煙氣-水換熱系統(tǒng)（Gas Water Heater，GWH）→濕法脫酸（鈉堿法）→濕電除霧→煙氣-煙氣換熱系統(tǒng)（Gas Gas Heater，GGH）→蒸汽-煙氣換熱系統(tǒng)（Steam Gas Heater，SGH）→選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝”工藝路線，環(huán)保效果非常理想。工業(yè)污泥煙氣處理工藝流程如圖1所示。

圖1 工業(yè)污泥煙氣處理工藝流程示意圖

2 余熱利用系統(tǒng)

余熱鍋爐主要用于對熔煉爐出口煙氣進行余熱回收，來自熔煉爐1 200～1 300 ℃的高溫煙氣進入余熱鍋爐，熱量被膜式水冷器吸收，煙氣溫度也隨之降低，達到500～550 ℃后進入后續(xù)的煙氣凈化系統(tǒng)。

余熱鍋爐的蒸汽產量約為14 t/h（折合每1 t工業(yè)污泥焚燒可回收熱量933.48 kJ），SGH系統(tǒng)消耗量約為3.5 t/h，污泥干化消耗蒸汽約5 t/h，剩余蒸汽量可用于發(fā)電或廠區(qū)其他用汽點。

3 煙氣凈化系統(tǒng)

3.1 煙氣急冷單元

煙氣急冷單元主要作用是使煙氣快速降溫、避開二噁英再生溫度區(qū)間，從而減少尾氣二噁英再生。鍋爐出口的煙氣通過煙道順流導入急冷塔入口，急冷介質經(jīng)多支二流體霧化噴槍，在1 s內將煙氣溫度從500～550 ℃降低到200 ℃以下。在此過程中，除了降溫，還有洗滌、除塵的作用。

3.2 干粉噴射單元

干粉噴射系統(tǒng)主要包括文丘里煙道和干粉配送系統(tǒng)，位于急冷塔與布袋除塵器之間，主要是通過噴入一定量的消石灰與煙氣混合進入布袋除塵器，在布袋除塵器濾袋表面形成一層濾餅保護濾袋。

3.3 活性炭噴射單元

與干粉噴射類似，在文丘里煙道段設活性炭噴入口，主要是利用活性炭具有極大的比表面積和極強的吸附能力的特點，對煙氣中的二噁英和重金屬等污染物進行有效吸附。在文丘里煙道段設活性炭噴入口，活性炭粉一部分在反應器內懸浮與煙氣進行接觸，另一部分被煙氣帶到下游附著到布袋除塵器濾袋表面與干粉一起形成濾餅層，濾餅上吸附飽和后的活性炭經(jīng)定期清灰，落入除塵器飛灰中。

3.4 布袋除塵單元

煙氣進入布袋除塵器后，其中夾雜的粉塵會吸附在濾袋表層，形成濾餅層，其中含有來自上游的干粉和活性炭。干粉可以在濾袋表面形成保護濾餅層：一方面保護濾袋、防糊袋，另一方面作為活性炭粉的基床，便于均勻分布活性炭粉、延長煙氣停留時間、便于發(fā)揮吸附效應[3]?；钚蕴糠圻^濾吸附煙氣中的二噁英與重金屬，最終經(jīng)由定期清灰落入灰斗飛灰中。

3.5 GWH低溫省煤器單元

布袋除塵器出口煙氣溫度較高，在進入濕法脫酸前需要進行降溫以滿足工藝所需的溫度要求。該項目采用“低溫省煤器+預冷噴淋”兩級降溫，煙氣先進入低溫省煤器，與鍋爐給水換熱，之后進入濕法預冷單元。

低溫省煤器冷側為來自蒸汽發(fā)電的乏汽冷凝水和SGH疏水排出的冷凝水，兩股冷凝水匯合后進入GWH與除塵器出口煙氣進行換熱，加熱后的熱水用于鍋爐上水。GWH的使用一方面充分回收煙氣余熱、實現(xiàn)能源利用最大化，另一方面通過換熱降低進入濕法脫酸工序的煙氣溫度、減少了預冷蒸發(fā)水的消耗。

3.6 濕法脫酸單元

濕法脫酸單元位于袋式除塵器下游，主要包括一級預冷塔、二級堿洗塔、脫酸劑供應單元、泵與閥組及管路系統(tǒng)等。濕法脫酸工藝流程如下。（1）煙氣經(jīng)煙道自上而下進入一級預冷塔，在預冷塔上部設置循環(huán)水自上而下噴淋，通過足量的循環(huán)洗滌，將煙氣溫度調節(jié)到約70 ℃。（2）二級堿洗塔主要工藝功能為深度脫硫，采用“鈉堿”法。煙氣自下而上進入堿洗塔，煙氣流向與塔內噴淋方向形成逆流，使煙氣與噴淋的脫硫劑接觸更加充分。塔內設有多層循環(huán)噴淋，設定足夠的循環(huán)噴淋量，塔體通過高度設計和內置填料保證煙氣足夠的停留時間，最終可確保煙氣脫酸效果，實現(xiàn)尾氣較好的排放指標。

3.7 濕電除霧單元

濕法脫酸出口設置濕式電除霧器，主要是為了脫除濕法脫酸出口煙氣夾帶的飛灰、含鹽與含堿液滴，減少下游設備結鹽、腐蝕的同時確保尾氣含塵達標排放。

3.8 煙氣預熱單元

該項目尾氣處理設有SCR脫硝，為減少硫氧化物、灰塵等對催化劑的不利影響，SCR脫硝設置在濕法脫酸下游，但此處煙氣溫度相對較低（60～70 ℃），為達到催化劑催化溫度，采用“GGH+SGH”兩級加熱工藝[4]。

3.8.1 GGH煙氣預熱

GGH作為第一階段預熱，采用金屬煙氣換熱器的形式，利用SCR反應器出口相對高溫煙氣的余熱對濕電除霧器出口煙氣進行換熱升溫，將煙氣溫度加熱到125 ℃左右。

3.8.2 SGH蒸汽加熱

SGH作為進入SCR前的第二階段煙氣加熱，主要是利用余熱蒸汽對GGH冷側出口煙氣進行加熱升溫，將出口煙氣溫度加熱到200 ℃以上。

3.9 脫硝單元

該工程采用“SNCR+SCR”兩級脫硝加強對氮氧化物的控制，確保尾氣達標。第一階段脫硝采用SNCR工藝，在余熱鍋爐850～1 100 ℃區(qū)域設置SNCR脫硝裝置，即通過向鍋爐內噴入一定濃度的脫硝還原劑脫除煙氣中大部分氮氧化物[5]。

在濕法脫酸下游設置SCR脫硝系統(tǒng)以進一步去除煙氣中的NOx。煙氣來自上游SGH出口，在SCR反應器入口煙道上噴入脫硝劑，與熱煙氣混合后進入SCR反應器，通過催化劑層時，煙氣中的NOx與還原劑在催化劑層表面進行選擇性催化還原反應，進一步脫除NOx。

4 煙氣處理效果

表1為系統(tǒng)處理前后各指標的變化情況，可以看出，經(jīng)上述煙氣治理工藝環(huán)節(jié)處理后，排放尾氣中各污染因子排放濃度完全滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2020）及《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》（DB 32/3728—2019）要求。

表1 處理前后煙氣指標參數(shù)

5 結語

隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的不斷落實貫徹，社會發(fā)展對環(huán)境質量提出了更高的要求，企業(yè)在實現(xiàn)工業(yè)污泥資源化綜合利用的同時，需實現(xiàn)污泥中污染物的無害化以及煙氣中污染物的高效去除。本文所述的煙氣治理工藝技術經(jīng)過了充分的理論研究分析及應用檢驗，具有很好的指導意義，為污泥焚燒行業(yè)解決煙氣環(huán)保問題提供了新思路。