工业污泥烟气余热利用及烟气高效处理工艺应用实例

郭鹏辉

（上海环境工程设计研究院有限公司，上海 200040）

工业污泥拥有污染物性和资源性双重属性，发达国家已逐渐不再把污泥视为废弃物[1]。工业污泥通常来料复杂，成分变化很大，工业污泥焚烧后产生的烟气有四大特点：（1）烟气携带粉尘多，主要由金属、金属氧化物或不完全燃烧物质等组成；（2）工业污泥含水量比较高，所以含尘烟气的含湿量较大，按体积比计算，水分含量多为30%～40%；（3）烟气中含有一定量的氯化氢、硫氧化物、氮氧化物和氟化氢等腐蚀性气体；（4）来料不稳定，导致烟气成分也不稳定，腐蚀性气体成分变化比较大[2]。

本文以江苏省某资源综合利用公司年处理8×104t工业污泥项目为例，介绍该公司的工艺路线、处理效果，以期为我国工业污泥的资源化利用路径提供参考。

1 工业污泥烟气处理系统概况

该项目采用富氧侧吹熔炼炉，熔炼反应风由工业氧气和普通空气混合形成60%富氧空气，从炉两侧的风口进入熔炼炉体内，在炉内形成剧烈湍动的高温熔池，为固体炉料、熔体与反应风三相之间的快速传热、传质创造了极为有利的条件，熔池温度1 200～1 400 ℃，熔炼出口烟气温度1 200～1 300 ℃。

熔炼炉烟气整体采用“余热利用→选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）脱硝→烟气急冷→干粉喷射+活性炭喷射吸附→布袋除尘→烟气-水换热系统（Gas Water Heater，GWH）→湿法脱酸（钠碱法）→湿电除雾→烟气-烟气换热系统（Gas Gas Heater，GGH）→蒸汽-烟气换热系统（Steam Gas Heater，SGH）→选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脱硝”工艺路线，环保效果非常理想。工业污泥烟气处理工艺流程如图1所示。

图1 工业污泥烟气处理工艺流程示意图

2 余热利用系统

余热锅炉主要用于对熔炼炉出口烟气进行余热回收，来自熔炼炉1 200～1 300 ℃的高温烟气进入余热锅炉，热量被膜式水冷器吸收，烟气温度也随之降低，达到500～550 ℃后进入后续的烟气净化系统。

余热锅炉的蒸汽产量约为14 t/h（折合每1 t工业污泥焚烧可回收热量933.48 kJ），SGH系统消耗量约为3.5 t/h，污泥干化消耗蒸汽约5 t/h，剩余蒸汽量可用于发电或厂区其他用汽点。

3 烟气净化系统

3.1 烟气急冷单元

烟气急冷单元主要作用是使烟气快速降温、避开二噁英再生温度区间，从而减少尾气二噁英再生。锅炉出口的烟气通过烟道顺流导入急冷塔入口，急冷介质经多支二流体雾化喷枪，在1 s内将烟气温度从500～550 ℃降低到200 ℃以下。在此过程中，除了降温，还有洗涤、除尘的作用。

3.2 干粉喷射单元

干粉喷射系统主要包括文丘里烟道和干粉配送系统，位于急冷塔与布袋除尘器之间，主要是通过喷入一定量的消石灰与烟气混合进入布袋除尘器，在布袋除尘器滤袋表面形成一层滤饼保护滤袋。

3.3 活性炭喷射单元

与干粉喷射类似，在文丘里烟道段设活性炭喷入口，主要是利用活性炭具有极大的比表面积和极强的吸附能力的特点，对烟气中的二噁英和重金属等污染物进行有效吸附。在文丘里烟道段设活性炭喷入口，活性炭粉一部分在反应器内悬浮与烟气进行接触，另一部分被烟气带到下游附着到布袋除尘器滤袋表面与干粉一起形成滤饼层，滤饼上吸附饱和后的活性炭经定期清灰，落入除尘器飞灰中。

3.4 布袋除尘单元

烟气进入布袋除尘器后，其中夹杂的粉尘会吸附在滤袋表层，形成滤饼层，其中含有来自上游的干粉和活性炭。干粉可以在滤袋表面形成保护滤饼层：一方面保护滤袋、防糊袋，另一方面作为活性炭粉的基床，便于均匀分布活性炭粉、延长烟气停留时间、便于发挥吸附效应[3]。活性炭粉过滤吸附烟气中的二噁英与重金属，最终经由定期清灰落入灰斗飞灰中。

3.5 GWH低温省煤器单元

布袋除尘器出口烟气温度较高，在进入湿法脱酸前需要进行降温以满足工艺所需的温度要求。该项目采用“低温省煤器+预冷喷淋”两级降温，烟气先进入低温省煤器，与锅炉给水换热，之后进入湿法预冷单元。

低温省煤器冷侧为来自蒸汽发电的乏汽冷凝水和SGH疏水排出的冷凝水，两股冷凝水汇合后进入GWH与除尘器出口烟气进行换热，加热后的热水用于锅炉上水。GWH的使用一方面充分回收烟气余热、实现能源利用最大化，另一方面通过换热降低进入湿法脱酸工序的烟气温度、减少了预冷蒸发水的消耗。

3.6 湿法脱酸单元

湿法脱酸单元位于袋式除尘器下游，主要包括一级预冷塔、二级碱洗塔、脱酸剂供应单元、泵与阀组及管路系统等。湿法脱酸工艺流程如下。（1）烟气经烟道自上而下进入一级预冷塔，在预冷塔上部设置循环水自上而下喷淋，通过足量的循环洗涤，将烟气温度调节到约70 ℃。（2）二级碱洗塔主要工艺功能为深度脱硫，采用“钠碱”法。烟气自下而上进入碱洗塔，烟气流向与塔内喷淋方向形成逆流，使烟气与喷淋的脱硫剂接触更加充分。塔内设有多层循环喷淋，设定足够的循环喷淋量，塔体通过高度设计和内置填料保证烟气足够的停留时间，最终可确保烟气脱酸效果，实现尾气较好的排放指标。

3.7 湿电除雾单元

湿法脱酸出口设置湿式电除雾器，主要是为了脱除湿法脱酸出口烟气夹带的飞灰、含盐与含碱液滴，减少下游设备结盐、腐蚀的同时确保尾气含尘达标排放。

3.8 烟气预热单元

该项目尾气处理设有SCR脱硝，为减少硫氧化物、灰尘等对催化剂的不利影响，SCR脱硝设置在湿法脱酸下游，但此处烟气温度相对较低（60～70 ℃），为达到催化剂催化温度，采用“GGH+SGH”两级加热工艺[4]。

3.8.1 GGH烟气预热

GGH作为第一阶段预热，采用金属烟气换热器的形式，利用SCR反应器出口相对高温烟气的余热对湿电除雾器出口烟气进行换热升温，将烟气温度加热到125 ℃左右。

3.8.2 SGH蒸汽加热

SGH作为进入SCR前的第二阶段烟气加热，主要是利用余热蒸汽对GGH冷侧出口烟气进行加热升温，将出口烟气温度加热到200 ℃以上。

3.9 脱硝单元

该工程采用“SNCR+SCR”两级脱硝加强对氮氧化物的控制，确保尾气达标。第一阶段脱硝采用SNCR工艺，在余热锅炉850～1 100 ℃区域设置SNCR脱硝装置，即通过向锅炉内喷入一定浓度的脱硝还原剂脱除烟气中大部分氮氧化物[5]。

在湿法脱酸下游设置SCR脱硝系统以进一步去除烟气中的NOx。烟气来自上游SGH出口，在SCR反应器入口烟道上喷入脱硝剂，与热烟气混合后进入SCR反应器，通过催化剂层时，烟气中的NOx与还原剂在催化剂层表面进行选择性催化还原反应，进一步脱除NOx。

4 烟气处理效果

表1为系统处理前后各指标的变化情况，可以看出，经上述烟气治理工艺环节处理后，排放尾气中各污染因子排放浓度完全满足《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484—2020）及《工业炉窑大气污染物排放标准》（DB 32/3728—2019）要求。

表1 处理前后烟气指标参数

5 结语

随着“绿水青山就是金山银山”理念的不断落实贯彻，社会发展对环境质量提出了更高的要求，企业在实现工业污泥资源化综合利用的同时，需实现污泥中污染物的无害化以及烟气中污染物的高效去除。本文所述的烟气治理工艺技术经过了充分的理论研究分析及应用检验，具有很好的指导意义，为污泥焚烧行业解决烟气环保问题提供了新思路。