工業(yè)污泥煙氣余熱利用及煙氣高效處理工藝應(yīng)用實(shí)例

郭鵬輝

（上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)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(dá)國(guó)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(fù)雜，成分變化很大，工業(yè)污泥焚燒后產(chǎn)生的煙氣有四大特點(diǎn)：（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(zhì)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(jì)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(dǎo)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(xiàng)目為例，介紹該公司的工藝路線、處理效果，以期為我國(guó)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(xiàng)目采用富氧側(cè)吹熔煉爐，熔煉反應(yīng)風(fēng)由工業(yè)氧氣和普通空氣混合形成60%富氧空氣，從爐兩側(cè)的風(fēng)口進(jìn)入熔煉爐體內(nèi)，在爐內(nèi)形成劇烈湍動(dòng)的高溫熔池，為固體爐料、熔體與反應(yīng)風(fēng)三相之間的快速傳熱、傳質(zhì)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(duì)熔煉爐出口煙氣進(jìn)行余熱回收，來自熔煉爐1 200～1 300 ℃的高溫?zé)煔膺M(jìn)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(dá)到500～550 ℃后進(jìn)入后續(xù)的煙氣凈化系統(tǒng)。

余熱鍋爐的蒸汽產(chǎn)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(diǎn)。

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(dǎo)入急冷塔入口，急冷介質(zhì)經(jīng)多支二流體霧化噴槍，在1 s內(nèi)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(jìn)入布袋除塵器，在布袋除塵器濾袋表面形成一層濾餅保護(hù)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(shè)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(qiáng)的吸附能力的特點(diǎn)，對(duì)煙氣中的二噁英和重金屬等污染物進(jìn)行有效吸附。在文丘里煙道段設(shè)活性炭噴入口，活性炭粉一部分在反應(yīng)器內(nèi)懸浮與煙氣進(jìn)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(jìn)入布袋除塵器后，其中夾雜的粉塵會(huì)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(hù)濾餅層：一方面保護(hù)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(zhǎng)煙氣停留時(shí)間、便于發(fā)揮吸附效應(yīng)[3]。活性炭粉過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(jìn)入濕法脫酸前需要進(jìn)行降溫以滿足工藝所需的溫度要求。該項(xiàng)目采用“低溫省煤器+預(yù)冷噴淋”兩級(jí)降溫，煙氣先進(jìn)入低溫省煤器，與鍋爐給水換熱，之后進(jìn)入濕法預(yù)冷單元。

低溫省煤器冷側(cè)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(jìn)入GWH與除塵器出口煙氣進(jìn)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(shí)現(xiàn)能源利用最大化，另一方面通過換熱降低進(jìn)入濕法脫酸工序的煙氣溫度、減少了預(yù)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(jí)預(yù)冷塔、二級(jí)堿洗塔、脫酸劑供應(yīng)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(jìn)入一級(jí)預(yù)冷塔，在預(yù)冷塔上部設(shè)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(diào)節(jié)到約70 ℃。（2）二級(jí)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(jìn)入堿洗塔，煙氣流向與塔內(nèi)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(nèi)設(shè)有多層循環(huán)噴淋，設(shè)定足夠的循環(huán)噴淋量，塔體通過高度設(shè)計(jì)和內(nèi)置填料保證煙氣足夠的停留時(shí)間，最終可確保煙氣脫酸效果，實(shí)現(xiàn)尾氣較好的排放指標(biāo)。

3.7 濕電除霧單元

濕法脫酸出口設(shè)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(shè)備結(jié)鹽、腐蝕的同時(shí)確保尾氣含塵達(dá)標(biāo)排放。

3.8 煙氣預(yù)熱單元

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

3.8.1 GGH煙氣預(yù)熱

GGH作為第一階段預(yù)熱，采用金屬煙氣換熱器的形式，利用SCR反應(yīng)器出口相對(duì)高溫?zé)煔獾挠酂釋?duì)濕電除霧器出口煙氣進(jìn)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(jìn)入SCR前的第二階段煙氣加熱，主要是利用余熱蒸汽對(duì)GGH冷側(cè)出口煙氣進(jìn)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(jí)脫硝加強(qiáng)對(duì)氮氧化物的控制，確保尾氣達(dá)標(biāo)。第一階段脫硝采用SNCR工藝，在余熱鍋爐850～1 100 ℃區(qū)域設(shè)置SNCR脫硝裝置，即通過向鍋爐內(nèi)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(shè)置SCR脫硝系統(tǒng)以進(jìn)一步去除煙氣中的NOx。煙氣來自上游SGH出口，在SCR反應(yīng)器入口煙道上噴入脫硝劑，與熱煙氣混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，通過催化劑層時(shí)，煙氣中的NOx與還原劑在催化劑層表面進(jìn)行選擇性催化還原反應(yīng)，進(jìn)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(biāo)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(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2020）及《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 32/3728—2019）要求。

表1 處理前后煙氣指標(biāo)參數(shù)

5 結(jié)語

隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的不斷落實(shí)貫徹，社會(huì)發(fā)展對(duì)環(huán)境質(zhì)量提出了更高的要求，企業(yè)在實(shí)現(xiàn)工業(yè)污泥資源化綜合利用的同時(shí)，需實(shí)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(shù)經(jīng)過了充分的理論研究分析及應(yīng)用檢驗(yàn)，具有很好的指導(dǎo)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。