煉化企業含油污泥焚燒煙氣治理

李廣生

(中國昆侖工程有限公司 北京 100037)

0 引言

煉化污水處理產生的含油污泥簡稱“煉化油泥”，含有高致病菌、重金屬和各種有害物質[1]。通過焚燒處理可將煉化油泥中的有機物碳化，消滅病原體，極大地減少污泥體積[2-3]?；剞D窯焚燒爐作為污泥干化焚燒處理的首選設備[4-5]，其優點是可處理的廢物范圍廣，入爐進料及排渣方便，操作穩定，焚燒安全。焚燒煙氣組成非常復雜，含有SO2、NOx和重金屬在燃燒溫度下的揮發物，如Hg、Cd、Cu、Pd、Ni、As、Zn和Cr等，如不對其進行處理而直接排放，會對大氣環境造成二次污染。

某煉化企業設置焚燒裝置對污水處理產生的油泥和生物污泥，以及煉油、化工裝置產生的有機固體廢棄物和廢液進行焚燒處理。隨著煉化企業焚燒煙氣排放要求的提高，焚燒煙氣排放指標按照《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB 18484—2014)和《危險廢物焚燒大氣污染物排放標準》(DB 31/767—2013)執行，因此需要對現有焚燒系統進行改造。

1 工藝方案

1.1 工藝概述

本項目主要針對焚燒煙氣中NOx、SO2、煙塵等指標進行升級改造。改造內容包括新增SNCR脫硝系統、急冷系統改造、除塵系統改造、新增濕法脫硫系統和煙氣換熱系統。焚燒裝置煙氣處理系統工藝流程如圖1所示，改造前煙氣量及組成如表1所示，改造后大氣污染物的排放限值如表2所示。

表2 危險廢物焚燒爐大氣污染物排放限值 mg/m3(二噁英類除外)

圖1 焚燒裝置煙氣處理系統工藝流程

表1 焚燒裝置改造前煙氣量及組成

1.2 煙氣脫硝系統

1.2.1 SNCR脫硝工藝及還原劑選擇

污泥焚燒過程產生的NOx平均質量濃度為471.6 mg/m3[6]。綜合考慮固體焚燒裝置的工藝特點、煙氣成分、反應溫度及對脫硝裝置的效率要求等，本項目選用SNCR法進行煙氣脫硝。

工程上有兩種基本的SNCR系統設計，一種是基于氨的系統，另一種是基于尿素的系統。注射氨經常被用來控制焚燒爐中氮氧化物的排放；氨作為還原劑時的NOx脫除效率最高，液氨的投資、運輸和使用成本最低，但液氨屬于易燃易爆物品，必須有嚴格的安全保證和防火措施，其運輸、存儲需嚴格執行相關法規和勞動衛生標準。尿素是顆粒狀固體，安全無害，運輸、儲存和使用比較簡單安全，但其制氨系統較為復雜，設備初期投資及運行費用較高。綜合考慮，SNCR脫硝工藝還原劑宜采用尿素溶液。根據現場條件，本項目采用尿素作為還原劑，將尿素溶液噴入高溫煙氣中，尿素熱解產生NH3，NH3在反應溫度850～1 100 ℃時，發生氣相還原反應，將NO還原成N2，反應式為

6NO+4NH3→NO2+6H2O

尿素品質應符合《尿素》(GB/T 2440—2017)中工業用尿素的要求。SNCR系統由還原劑配制及儲存系統、供給系統和噴射系統組成，主要工藝設備如表3所示，工藝流程如圖2所示。

表3 SNCR脫硝系統主要設備

圖2 煙氣脫硝系統工藝流程

1.2.2 還原劑配制、存儲系統

尿素溶液配制及存儲系統的主要設備包括：尿素溶液配制罐、尿素溶液儲存罐、尿素溶液輸送泵等。

尿素溶液儲存罐的容量應不少于焚燒裝置在額定工況下7 d的尿素溶液消耗量。尿素的溶解過程會吸收熱量，為了防止尿素溶液結晶，溶解過程需要加熱。尿素溶液配制罐設置加熱盤管，采用蒸汽加熱。配制的20%尿素溶液經尿素溶液輸送泵送入尿素溶液儲存罐中。配制罐和儲存罐材質選用S30408不銹鋼。罐體外部需要保溫。

在整個SNCR脫硝工藝中，尿素溶液總是處于被加熱狀態。為了防止脫硝系統的管路結垢、堵塞，SNCR系統采用除鹽水作為工藝水。

1.2.3 還原劑供給系統

尿素溶液儲存罐中的尿素溶液通過尿素溶液供給泵輸送到混合器中，并與工藝水混合稀釋至10%后送至噴槍。脫硝控制系統控制尿素溶液進入噴槍的流量，使其滿足焚燒系統脫除NOx的需求量?？刂葡到y通過實測SNCR出口NOx數值，并將計算結果反饋給尿素流量調節閥以控制尿素溶液的供給量。

1.2.4 還原劑噴射系統

尿素噴射系統采用槍式噴射器，用于在脫硝反應區內擴散尿素溶液，使其與煙氣充分混合。噴槍設置在余熱鍋爐入口煙道處(煙溫850～950 ℃)。

噴槍的設計參數及布置方式依據數值模擬結果和焚燒裝置結構確定，既要保證尿素溶液與煙氣的充分混合，同時避免噴入反應區的還原劑與壁面接觸。

噴槍采用壓縮空氣霧化方式將尿素溶液噴入反應區，尿素進入爐膛后被迅速加熱、分解，形成氨氣，與煙氣中的NOx發生反應。

噴槍處于高溫和高塵的環境中，易磨損和腐蝕，其材質選用S31603不銹鋼。噴嘴采用適于噴射尿素溶液的二流體噴嘴，構造簡單，易于維護。

SNCR系統出口煙氣中氨逃逸質量濃度<8 mg/m3，NOx質量濃度≤250 mg/m3，脫硝效率不低于30%。

1.3 煙氣急冷系統

為了避免二噁英的大量生成，污泥焚燒可采用急冷技術[7]。美歐國家已發布的技術報告中顯示，污泥焚燒產生的二噁英不經處理直接排放便已在0.1 ng-TEQ/m3以下[8]。焚燒過程中產生的二噁英主要是焚燒煙氣離開高溫燃燒段后的重新合成，包括余熱鍋爐、熱交換器等溫度在500 ℃至200 ℃的區域，因此在區域內防止二噁英的產生是較為關鍵的控制生成技術。為此，需在余熱鍋爐后設置煙氣急冷系統。

本焚燒裝置余熱回收系統在長期運行后，由于受熱面結垢、積灰等原因，造成換熱效率下降，排煙溫度上升。在焚燒裝置滿負荷時，急冷系統無法將余熱鍋爐排出的煙氣自600 ℃降至200 ℃以下?，F有急冷塔冷卻水供水泵額定流量為5 m3/h，揚程為50 m。但依據目前運行工況計算的急冷水量為7 m3/h，現有冷卻水供給系統及噴槍不能滿足使用要求，需更換冷卻水供水泵和急冷塔噴槍，設備清單如表4所示。

表4 煙氣急冷系統改造設備

1.4 煙氣除塵系統

焚燒系統設置袋式除塵器，經過急冷塔降溫后的煙氣進入袋式除塵器，煙氣溫度為200 ℃，可以保證濾袋不致結露產生酸性腐蝕。含塵煙氣由袋式除塵器下部進風口進入后，在擋風板的作用下，氣流向上流動，流速降低，部分大顆粒粉塵由于慣性力的作用被分離出來落入灰斗。含塵煙氣進入箱體經濾袋的過濾凈化，粉塵被阻留在濾袋的外表面，凈化后的氣體經濾袋口進入上箱體，由出風口排出。低壓脈沖袋式除塵器具有較高的除塵效率，可達99.99%以上，通過更換100%PTFE材質濾袋，滿足焚燒煙氣處理工況要求。濾袋尺寸為φ160 mm×5 000 mm，數量為400條。濾袋打折角度為2.5°～3°，打折濾袋增加了通風面積，可以提高粉塵過濾效率。煙氣出口含塵質量濃度可以達到30 mg/m3的排放標準。

1.5 煙氣脫硫系統

1.5.1 煙氣脫硫工藝及脫硫劑選擇

焚燒裝置濕法煙氣脫硫系統工藝流程如圖3所示，主要設備如表5所示。脫硫劑選用20%NaOH溶液，其品質符合《工業用氫氧化鈉》(GB/T 209—2018)的要求。NaOH是強堿，與SO2反應速度快，吸收能力強，生成的Na2SO3、Na2SO4都有較大的溶解度，不易結垢堵塞，脫硫液氣比為3～4，Na與S物質的量之比可取為2.0～2.4。

表5 濕法煙氣脫硫系統主要設備

圖3 濕法煙氣脫硫系統工藝流程

1.5.2 煙氣換熱系統

煙氣換熱系統選用的板式換熱器具有傳熱高效、結構緊湊、尺寸小、重量輕、不易結垢、可自清洗、安裝維護方便、可靠性高、投資維護費用低等特點。脫硫塔前、后煙氣進行換熱，有效避免了脫硫后煙氣溫度較低、濕度較大而形成“白煙”的現象。

1.5.3 脫硫劑供給系統

利用堿液供給泵輸送堿液，堿液自儲罐直接送入吸收塔底部。脫硫劑供給系統可對堿液補充量與煙氣量、進出口SO2濃度和循環液pH值等進行聯鎖控制。

1.5.4 脫硫塔系統

脫硫塔系統由漿液循環系統和除霧系統組成。脫硫塔底部吸收液由漿液循環泵送至噴淋層，再由噴淋層上部的噴嘴噴出。煙氣進入脫硫塔后，與含有脫硫吸收劑的循環漿液逆向接觸，煙氣中的SO2被漿液中的堿性成分吸收，煙氣得到充分凈化。通過噴淋層后，煙氣中的SO2、HCl和HF等污染物得到有效去除。

循環噴淋系統配置3臺循環泵和3層噴淋層，1臺循環泵對應1層噴淋層。正常運行時開啟2層噴淋層，煙氣中SO2濃度較高時，開啟3層噴淋層。

脫硫后的凈煙氣通過噴淋層上方設置的雙層平板式除霧器，分離凈煙氣中夾帶的液滴，使凈煙氣的霧滴質量濃度不超過75 mg/m3。

1.5.5 副產物處理

脫硫后產生的廢水從塔底排到吸收塔區地下罐，之后由廢水泵通過排水管線排至污水處理廠。煙氣濕法脫硫系統廢水排放量及組成如表6所示。

表6 煙氣脫硫系統廢水排放量及組成

2 運行效果

本項目自建成投用以來，煙氣排放穩定達標。煙氣中SO2質量濃度≤50 mg/m3、NOx質量濃度≤250 mg/m3、煙塵質量濃度≤20 mg/m3，滿足相關環保指標要求。

急冷塔在焚燒裝置滿負荷狀態下，出口煙氣溫度<190 ℃，滿足工藝要求，急冷系統運行穩定。

煙氣換熱器出口煙氣溫度>90 ℃，運行參數均滿足設計指標要求。經過1年的運行，在檢修過程中發現，板式換熱器表面積灰不嚴重，未出現明顯腐蝕，如圖4所示。經過煙氣換熱后，“白煙”現象得到有效改善，裝置運行狀況如圖5所示，主要技術經濟指標如表7所示。

圖4 煙氣換熱器檢修情況

圖5 煙氣脫硫裝置運行狀況

表7 主要技術經濟指標

3 結論

本文結合某煉化企業含油污泥焚燒裝置改造，對焚燒裝置煙氣治理工藝方案進行了詳細論述。該裝置采用回轉窯+二燃室+SNCR+余熱鍋爐+急冷塔+布袋除塵+濕法脫硫+煙氣換熱工藝，裝置投用后，煙氣中NOx質量濃度為170 mg/m3，SO2質量濃度為17 mg/m3，煙塵質量濃度為1 mg/m3，排放指標達到相關環保要求，裝置性能良好、運行平穩，已通過竣工驗收。通過該焚燒裝置改造的成功運行得出以下結論：

(1)SNCR法用于含油污泥焚燒煙氣處理，在氨逃逸質量濃度<8 mg/m3時，脫硝效率可以達到40%以上。

(2)采用100%PTFE材質的袋式除塵器能適應含油污泥焚燒煙氣處理工況要求，并能保證長期穩定運行，除塵效率達到99%。

(3)濕法煙氣脫硫應用于含油污泥焚燒煙氣處理，在Na與S物質的量之比為2.04、液氣比為7(運行值)時，其脫硫效率可以達到97%以上。

(4)采用濕法脫硫前后煙氣換熱工藝，可以有效提高外排煙氣溫度，在冬季焚燒裝置額定負荷工況下，排煙溫度>90 ℃，煙氣“消白”效果顯著，并且換熱器運行1年后未出現明顯的腐蝕現象。

綜上所述，回轉窯+二燃室+SNCR+余熱鍋爐+急冷塔+布袋除塵+濕法脫硫+煙氣換熱工藝適用于煉化企業含油污泥處理，且煙氣排放滿足GB 18484—2014和DB 31/767—2013的要求。該焚燒裝置的成功改造可為類似裝置的改造提供良好的借鑒。