鄭州市某市政污水處理廠污泥干化焚燒煙氣處理工程實例

＊杜莉莉 謝佳 張涵儀

（中原環保股份有限公司 河南 450000）

隨著城鎮污水處理設施的完善和規模的增加，城鎮污泥產量也隨之增加，目前污泥處置方式主要包括衛生填埋、好氧堆肥、厭氧消化、污泥干化焚燒等。其中，污泥干化焚燒處理可實現污泥減容90%以上，可實現有機能量充分回收利用，焚燒后的少量灰分可據成分進行資源化利用，最大限度實現污泥減量化、穩定化、無害化和資源化。尤其在目前防疫形式下，污泥焚燒能夠徹底殺死致病菌和病毒，阻斷污泥傳播病毒路徑。

目前，鄭州市污水處理廠每天產生污泥2000t左右（80%含水率），年產量超過70萬噸，當下鄭州市已禁止污泥填埋，其污泥處理途徑分別為：八崗污泥堆肥場和雙橋污泥堆肥場（每天可分別堆肥600t和300t）、馬頭崗污泥廠厭氧消化和高溫干化法（每天可處理污泥500t）、低溫干化法（每天處理污泥600t）。目前這三種污泥處置方法的最終處置方式均受到限制，需要更加徹底的污泥處置方式。2010年德國、日本的污泥焚燒占比已經達到53%和68%，整個歐洲污泥焚燒占比達41.5%。而我國污泥焚燒占比僅為3%左右，因此污泥干化焚燒處置方式將是我國污泥處置的重點發展方向。

本研究針對鄭州市某污水處理廠污泥干化焚燒工程，采用“SNCR脫硝+沉降室+煙氣急冷+活性炭噴射+布袋除塵器+次氯酸鈉脫硝除臭+堿法脫硫、脫酸+脫白除霧”工藝進行煙氣處理，以達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）要求，對我國大氣污染防治及生態文明建設具有重要意義，并可為國內其他地區類似問題的解決提供借鑒方法。

1.項目概況

表1 煙氣治理系統

鄭州市某市政污水處理廠采用改良氧化溝+深度處理工藝，近期設計處理能力為3萬t/d，服務面積約為14.32km2，廠區面積約為48.82畝，主要處理上街區生活污水和工業廢水，污泥處理規模為30t/d（以含水率80%的污泥計算）。

污泥處置采用干化+焚燒，年處理污泥量為1萬噸（以含水率80%的污泥計算），包括污泥調理系統、污泥深度脫水系統、污泥干化系統、污泥焚燒系統、煙氣處理系統等。焚燒煙氣采用“SNCR脫硝+沉降室+煙氣急冷+活性炭噴射+布袋除塵器+次氯酸鈉脫硝除臭+堿法脫硫、脫酸+脫白除霧”工藝，煙氣治理系統主要生產設備如表1。

2.煙氣治理方案和效果

本項目營運期廢氣主要包括：一體化設施逸散的惡臭氣體、污泥焚燒產生的廢氣、活性炭倉進料時產生的粉塵廢氣。本項目采用濕除渣，呈現半濕狀態，粉塵基本不產生，對環境影響較小，項目建設在密閉車間，惡臭氣體收集后送入焚燒系統進行焚燒，產生的焚燒煙氣采用“SNCR脫硝+沉降室+煙氣急冷+活性炭噴射+布袋除塵器+次氯酸鈉脫硝除臭+堿法脫硫、脫酸+脫白除霧”的組合工藝進行處理，設計除塵效率99%、脫硫效率95%、脫硝效率50%、脫酸效率90%、重金屬、二噁英類吸附去除效率90%，焚燒爐煙氣經過凈化處理后通過25m煙囪（內徑0.5m）排放。

(1)工藝流程

煙氣處理工藝流程圖見圖1。

圖1 煙氣處理工藝流程圖

(2)煙氣凈化系統

煙氣治理排放指標參照《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）以及鄭州市排放標準焚燒爐顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度（日均值）分別不高于20mg/m3、50mg/m3、250mg/m3。

煙氣凈化系統主要針對酸性氣體（HC1、SO2）、氮氧化物、二噁英等進行控制，工藝設備主要由兩部分組成：即酸性氣體脫除和顆粒物捕集，工藝過程中同時對煙氣中有機物等污染物加以捕集。

①酸性氣體控制、脫硫脫酸脫硝

造成大氣污染的氮氧化物主要指NO和NO2，根據文獻[1-2]可知，燃燒過程中形成的NOx分為兩類，一類由燃料中固定氮生成的NOx；燃燒中形成的另一類NOx由大氣中氮生成。本項目采用爐內脫硝+爐外脫硫脫硝相結合的方式來進行脫硫脫硝。

A.爐內脫硝+SNCR脫硝

SNCR的全稱為選擇性非催化還原法（Selective Noncatalyticreduction），該方法是利用還原劑在不需要催化劑的情況下有選擇性地與煙氣中的氮氧化物（NOx）發生化學反應，生成氮氣和水的方法，本項目擬采用尿素作為還原劑，主要化學反應如下：

B.爐外脫硫脫硝

本項目爐外脫硫脫硝采用氧化吸收工藝，NO本身不容易和堿液發生中和反應，需用氧化劑（次氯酸鈉）將難溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高價態氮氧化物，氮氧化物通過洗滌器很容易與噴淋堿液發生反應生成硝酸，設計脫硫脫酸效率為95%，脫硝效率為90%，凈化后的廢氣通過塔體頂部除霧器脫水后，煙氣含水率＜75mg/m3；煙氣含氧量控制在6%～12%。脫硫脫硝采用空塔噴淋結構，吸收塔中循環吸收液，主要成分為堿液（純堿溶液+次氯酸鈉溶液），廢氣下進上出與霧化噴淋藥液逆向接觸，廢氣與噴淋堿液發生吸收反應生成硫酸鹽、氯化鈉，從而被去除。

反應原理如下：

②除塵

本項目采用沉降室+布袋除塵器，除塵技術已非常成熟，沉降室除塵效率一般為50%，袋式除塵效率為99.5%，則本項目綜合除塵效率為99.75%。

A.沉降室：沉降室內煙氣沿水平方向流動，沉降室煙氣流速控制在0.6～2m/s。本項目擬設計沉降室的尺寸為寬、高、長分別是880mm、1464mm、4000mm，煙氣速度1.2m/s。沉降室對粒徑＞50μm的灰粒子具有捕捉效果，根據飛灰特性（參照《電廠燃煤飛灰粒度特征研究》），本項目沉降室飛灰捕捉效率可達50%。

B.布袋除塵器含塵氣體進入布袋除塵器的進風均流管后進入各室灰斗，并在灰斗導流裝置的引導下，大顆粒粉塵被分離，直接落入灰斗，而較細粉塵均勻的進入中部箱體而吸附在濾袋的外表面上，干凈氣體透過濾袋進入上箱體，隨后進入到脫硝塔中。布袋除塵器的除塵效率普遍較高，可達99.9%。

③二噁英控制

本項目采取的控制二噁英的措施[3-5]主要有：

燃燒控制：合理控制助燃空氣的風量、溫度和注入位置，將爐溫控制在850℃～950℃之間，并通過爐型設計和風量控制使煙氣停留時間不小于2s。焚燒爐高溫廢氣通過煙氣急冷裝置急冷降溫，同時采用熱交換器進行二次風熱交換，使煙氣快速從500℃降到250℃，可以控制二噁英在最小程度上的再生成。

煙氣急冷裝置及熱交換器：煙氣急冷裝置是利用低溫冷源將高溫煙氣急速冷卻至要求溫度，針對垃圾焚燒及污泥焚燒系統，煙氣急冷裝置要求是將煙溫由500℃降至230℃，急冷速度為500～1000m/s。由于系統工藝的不同，冷源可以采用蒸汽、水、空氣或低溫煙氣。本項目煙氣急冷裝置的冷卻介質采用空氣，設計燃燒溫度880℃，經過急冷裝置的煙氣量4594m3/h（濕基，6%氧），煙溫由880℃降低到230℃，煙氣流通截面積0.116m2，煙氣流速11m/s。煙氣行程2.83m，煙氣流經急冷裝置的時間為0.26s。冷卻介質為空氣，空氣量45007m3/h，空氣溫度由95℃升至129℃。煙氣放熱443kW，空氣吸熱440kW，傳熱溫差443℃，傳熱面積62.3m2，換熱系數14kcal/（m·h·℃），換熱器換熱量448kW，誤差均在2%之內。煙氣放熱量、空氣吸熱量、換熱器換熱量三者基本持平，誤差在2%以內，換熱器設計合理，煙氣降溫速度為2500℃/s。而要求的急冷速度為500～1000℃/s。本項目急冷裝置的設計符合要求，有效規避了二噁英再生成的溫度及停留時間。

活性炭吸附及布袋除塵器過濾：根據清華大學金宜英等[6]所著“布袋除塵器和活性炭濾布對煙氣中二噁英類的去除效果”，布袋除塵器、活性炭濾布和二者的組合對二噁英的去除效率分別為39.7%、61.9%、93.4%。

④煙氣脫白裝置

煙氣經過脫硫脫硝系統后，潔凈煙氣首先通過除霧器，去除煙氣中攜帶的部分小液滴，除霧器之后煙氣接近水蒸氣飽和狀態，若直接排放到大氣，由于周圍氣溫的降低，易凝結成小液滴，形成較大的白霧，本項目增加了脫白工藝，脫白裝置主要是一套氣氣換熱器，除霧器后的潔凈煙氣輸送至氣氣換熱器前進行加熱，使潔凈煙氣升溫，煙氣處于不飽和狀態，然后再通過煙囪排入大氣。

(3)運行效果

排放煙氣中污染物濃度能夠滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）以及鄭州市排放標準限值要求。惡臭氣體排放滿足《惡臭污染物排放標準》（GB1455493）中惡臭污染物廠界標準值中新改擴建項目二級標準。項目無組織排放H2S和NH3在廠界監控點的預測值均滿足《惡臭污染物排放標準》（GB1455493）限值要求（NH3無組織排放監控濃度限值1.5mg/m3，H2S無組織排放監控濃度限值0.06mg/m3）。

3.結論

（1）煙氣作為污泥干化焚燒工藝的主要排放物之一，其精華處理達標排放對實現污泥徹底的穩定化、減量化和無害化至關重要，結合理論分析和實際運行數據，“SNCR脫硝+沉降室+煙氣急冷+活性炭噴射+布袋除塵器+次氯酸鈉脫硝除臭+堿法脫硫、脫酸+脫白除霧”工藝技術可行，可有效去除污泥干化焚燒煙氣中的污染物。除塵效率99.75%、脫硫效率95%、脫硝效率75%、脫酸效率90%、重金屬、二噁英類吸附去除效率90%，完全滿足設計要求，且滿足鄭州市排放標準。

（2）此套組合式煙氣處理工藝適用于市政污泥焚燒及煙氣處理，達到鄭州市排放標準，但距離國內電力行業的超低排放限制仍有一定差距，后續具備提標改進的空間，可通過更高效率的煙氣脫硫工藝，提高硫氧化物的高效去除率，使煙氣排放滿足超低排放限值要求。