1、1污泥焚烧厂烟气处理工艺探讨摘要：参考国内外污泥焚烧的有关资料，针对国内典型的污泥成分，通过计算污泥焚烧烟气中的污染物初始浓度，并分析不同的烟气处理工艺，对适合中国污泥特点的污泥焚烧厂烟气处理工艺进行了探讨，为污泥焚烧厂建设单位、设计单位等提供参考。关键词：污泥、焚烧、烟气、处理Discussion on Flue Gas Treatment Process in Sludge Incineration PlantAbstract：Referring to the information about sludge incineration at home and abroad, differe
2、nt kind of flue gas treatment processes were discussed, in order to finding out a suitable treatment process which fit for Chinese sludge incineration. The treatment process had been proposed according to the typical domestic sludge composition and calculation results of initial concentration of pol
3、lutants in the sludge incineration flue gas. It provided reference for construction design units and so on.Key words：sludge, incineration, flue gas, treatment近年来，中国的污泥产量越来越多，至 2010 年底，全国污泥产生量将达到 3000 万吨（含水率 80%） ，从而成为我国城镇新的环境污染威胁源 1。焚烧被认为是污泥处理的有效方式之一，近些年的发展速度很快，国内拟建的污泥焚烧厂越来越多。目前国内尚无专门的污泥焚烧烟气排放标准，已建和
4、拟建的污泥焚烧厂均执行垃圾焚烧厂的烟气排放标准。由于污泥成分与垃圾成分不同，污泥焚烧所产生的烟气污染物浓度也与垃圾不同，从而带来烟气处理工艺也有所差异。本文通过参考国内外污泥焚烧的有关资料，针对国内典型的污泥成分，通过计算污泥焚烧烟气中的污染物初始浓度，并分析不同的烟气处理工艺，对适合中国特点的污泥焚烧厂烟气处理工艺进行了探讨。1、污泥焚烧工艺选择污泥焚烧主要可分为两大类：一类是将脱水污泥直接送焚烧炉焚烧，另一类是将脱水污泥干化后再焚烧。脱水污泥含水率较高（80%左右） ，直接焚烧需大量辅助燃料。近年来，国内外出现了火电厂将污泥与煤掺烧以及污泥与垃圾混烧的处置方式。污泥与煤掺烧会导致电厂烟气排
5、放量增大，热损失增加，锅炉效率降低。而高含水率的污泥与垃圾混烧会严重影响焚烧炉的燃烧工况，且需投加辅助燃料。为使污泥持续稳定焚烧，国内外采用较多的是先将污泥干化，降低污泥的含水率后再进行焚烧。污泥焚烧普遍采用流化床焚烧炉。这种炉型的燃料适应性强，能保证污泥这种高水分、低热值燃料稳定燃烧，炉内温度场均匀；燃烧温度可控制在 850950，易避免二恶英的产生；构造简单，造价低，且无机械传动件，不易产生故障。本文针对国内外采用较多的“干化+流化床”的污泥焚烧方式来进行烟气处理工艺的选择，干化后的进炉污泥含水率按 50%左右考虑。2、污泥焚烧烟气污染物分析国内某 W 污泥焚烧厂的污泥元素分析值和污泥工业
6、分析值见表 1、表 2。2表 1 国内 W 污泥焚烧厂的污泥元素分析元素（可燃基） 碳(C) 氢(H) 氧(O) 氮(N) 硫(S) 氯(Cl)含量（%） 25.54 4.19 15.08 4.12 0.94 0.018表 2 国内 W 污泥焚烧厂的污泥工业分析项目 全水分 挥发分 固定碳 灰分含量（%） 78.13 45.1 6.2 48.7SOx 的生成量与污泥本身的含硫量、运行条件、湍流强度、以及烟气停留时间等因素有关。NOx 的生成量，还与干化过程有关，污泥中的燃料氮是以氨的化合物形式存在的，污泥干化时，将释放出部分氨气。以表 2 和表 3 中的污泥成分为基础，结合大连理工大学对不同含
7、水率的污泥在焚烧过程中 SOx 和 NOx 的转化率的试验测试数据（SOx 的转化率为55.53%，NOx 的转化率为 4.49%） 2，对烟气中的主要污染物初始浓度的计算结果见表 3。表 3 污泥焚烧烟气的主要污染物初始浓度计算值序号 污染物名称 单 位 初始浓度1 烟尘 (mg/Nm3) 250002 HCl (mg/Nm3) 653 SOX (mg/Nm3) 11004 NOX (mg/Nm3) 300国内 W 污泥焚烧厂采用干化+流化床的焚烧方式，烟气处理工艺为“半干法+活性炭喷射+ 布袋除尘器 ”，其烟气中的主要污染物排放监测值见表 4。表 4 国内 W 污泥焚烧厂烟气主要污染物排放
8、监测值序号 污染物名称 单 位 排放浓度1 烟尘 (mg/Nm3) 1072 HCl (mg/Nm3) 25.53 SOX (mg/Nm3) 3044 NOX (mg/Nm3) 2043、烟气排放标准选择污泥焚烧厂目前尚无专门的烟气排放标准，已建或拟建的污泥焚烧厂均执行垃圾焚烧厂的三种烟气排放标准：EU2000/76/EC 3、GB18485-2001、欧盟 1992。国内已运营的垃圾焚烧厂烟气排放均执行 GB18485-2001 或欧盟 1992 标准。随着环保标准的逐步提高，国内拟建的多座垃圾焚烧厂的烟气排放执行 EU2000 标准，国家目前也正超着更严格的方向对 GB18485-2001
9、 进行修订，污泥焚烧的烟气污染物排放标准必然也将提高，国内拟建的几座污泥焚烧厂的烟气污染物排放也拟采用欧盟 2000 标准。因此，本文将按照欧盟 2000 标准来进行污泥焚烧的烟气处理工艺选择。4、烟气处理工艺分析污泥焚烧厂烟气处理主要是对氮氧化物（NOx） 、酸性气体（ HCl，HF，SOx） 、颗粒物、有机物（包括二恶英）及重金属等进行控制。4.1 NOx 去除工艺污泥焚烧产生的 NOx 以燃烧型 NOx 为主，在燃烧过程中采用降低 O2 浓度可抑制其生成 5。表 3 中 NOx 初始浓度计算值为 300mg/Nm3，4 表中 NOx 排放浓度监测值为3204mg/Nm3，均达不到 EU2
10、000 标准中 200mg/Nm3 的要求，必须设置专门的脱氮设施。NOx 去除工艺主要有选择性非催化还原法（SNCR）和选择性催化还原法（SCR） 。SNCR 可将 NOx 控制在 200mg/Nm3 以下，SCR 可控制在 50mg/Nm3 以下 4。与 SNCR 相比，SCR 的脱氮效果更好，但需消耗昂贵的催化剂和大量的热能，处理成本远大于 SNCR。推荐 SNCR 脱氮工艺。但由于 NOx 对温室效应的影响很大，随着人们对环境保护意识的增强，环保标准也将越来越严格，建议污泥焚烧厂设计时预留 SCR 的安装空间，以便将来标准提高时增设。4.2 颗粒物去除工艺表 3 表明，采用流化床焚烧工
11、艺处理污泥，烟气中颗粒物的初始浓度达到25000mg/Nm3 左右，远高于垃圾焚烧厂。按照目前各类除尘器的除尘效率，设置单一的除尘器均无法满足欧盟 2000 标准规定的 10mg/Nm3 的要求（表 4，采用布袋除尘器的颗粒物排放浓度为 107 mg/Nm3），必须考虑设置两级除尘设备。另外，采用两级除尘的好处还有：第一级除尘所收集的飞灰的粒径较大，所含的重金属很少（未喷射活性炭），属于非危险废物，可减少二级除尘所收集到的属于危险废物的飞灰量，大大降低了飞灰的处理成本。目前，常用的除尘器类型有静电除尘器、旋风除尘器和布袋除尘器等，表 4 列出了常用的几种除尘器的综合性能比较。表 4 各种除尘器
12、的综合性能比较种类 适用的粒径 m 除尘效率% 设备费 运行费旋风除尘器 510 8094 低 适中静电除尘器 0.51 9098 高 较高布袋除尘器 0.51 9599.9 较高 高旋风除尘器对粒径较大的颗粒物的去除效率较高，且结构简单，运行维护方便，可适应多种操作条件，耐高温、耐磨、耐酸，设备投资小，运行费用适中，可作为烟气除尘的预处理。二级除尘采用布袋除尘器，其除尘效率高，净化效率不受颗粒物比电阻的影响，同时对有机污染物和重金属均有良好的处理效果。经过两级除尘，颗粒物能够达到欧盟2000 标准。推荐的除尘工艺为“旋风除尘器+布袋除尘器”。4.3 脱酸工艺选择脱酸的基本工艺主要有干法、半干
13、法和湿法 6。表 3 污泥焚烧 SOx 的初始浓度高达1100 mg/Nm3，远高于垃圾焚烧厂。表 4 采用半干法处理后的 SOx 排放浓度为 304 mg/Nm3，达不到欧盟 2000 标准规定的 50 mg/Nm3，必须考虑采用湿法工艺。另外，由于污泥成分波动较大，焚烧产生的烟气污染物浓度变化也大，而湿法对污染物浓度波动的适应性最强，可确保酸性气体时刻达标。 湿法脱酸的药剂主要有氢氧化钙（Ca(OH) 2） 、碳酸钙（CaCO 3）和烧碱（NaOH） ，火电厂采用碳酸钙和氢氧化钙较多，焚烧厂多采用烧碱以提高除酸效率。湿式洗涤塔有单一的洗涤塔（单塔）和两个洗涤塔（双塔）两种形式。双塔形式的第
14、一个塔喷水以去除 HCl，第二个塔喷入碱液以去除 SOx 和进一步去除 HCl。双塔对 HCl 的去除效率更高，且适合于烟气处理量较大的场合（烟气流量一般大于 15104m3/h） 。对一般污泥焚烧厂来讲，烟气量远达不到 15104m3/h，且表 3 中 HCl 的初始浓度仅 65 mg/Nm3。建议采用单塔形式，在满足排放要求的基础上，还可减少设备的占地面积，节省投资。若仅采用湿法脱酸工艺，易造成洗涤塔的负荷过大。有两种方法可以选择：一是在焚烧炉内喷入石灰石，二是在布袋除尘器前的烟道中喷入石灰粉或碳酸氢钠。前者不仅可以4达到预脱酸目的，还可降低锅炉尾部受热面的腐蚀，且可随污泥一起喷入，系统简
15、单，运营和维修成本低，适合流化床焚烧炉；后者较适合机械炉排垃圾焚烧炉。推荐的脱酸工艺为：炉内喷石灰石+湿式洗涤塔（单塔，NaOH）4.4 烟气再加热方式选择从洗涤塔出来的烟气温度只有 70左右，为防止低温腐蚀及烟囱出口冒“白烟” ，需将烟气加热后才能排放。目前电力行业广泛应用的有汽-气、气 -水-气和气-气再加热方式。汽-气热交换式是利用锅炉产生的蒸汽加热烟气，耗能多，对全厂的经济效益影响较大，同时蒸汽系统的设计也较繁琐，运行维护工作量大。气-水-气热交换式利用脱氧水或脱盐水作热媒，热媒水通过高温烟气侧的换热器吸热，再通过低温烟气侧的换热器放热。该技术具有可靠、调节性好、设备使用寿命长等优点。
16、但其可操作性较差，易泄漏，传热效率随着使用年限不断下降。气-气换热式类似于管式空预器。原烟气与洁净烟气逆流换热，利用原烟气的热量通过换热器加热洁净烟气。该方式可降低布袋除尘器的入口烟温，以保护布袋。虽然其投资成本较高，但运行可靠，维护成本较低，综合经济性较好。推荐采用气-气换热式再加热器。4.5 重金属及二恶英去除工艺选择重金属以固态、液态和气态的形式进入除尘器，当烟气冷却时，气态部分转化为可捕集的固态或液态微粒。目前常用的重金属及二恶英去除工艺是“活性炭吸附布袋除尘器” 。另外，若采用湿法脱酸工艺，湿式洗涤塔还可进一步去除重金属。4.6 推荐的污泥焚烧烟气处理工艺组合由前述分析，推荐的污泥焚
17、烧烟气处理工艺组合为：SNCR+炉内喷石灰石+旋风除尘器+活性炭喷射+布袋除尘器+湿式洗涤塔（氢氧化钠） +烟气再加热（气-气换热式） ，见图 1。图 1 推荐的污泥焚烧烟气处理工艺流程图5、结论污泥焚烧烟气中的主要污染物具有颗粒物和硫氧化物含量高的特点，污泥焚烧厂烟气排放若执行欧盟 2000 标准，可选用“SNCR+炉内喷石灰石 +旋风除尘器+ +活性炭喷射+布袋除尘器+湿式洗涤塔（氢氧化钠）+烟气再加热（气- 气换热式） ”的烟气处理工艺。主要参考文献：1、俞金海， “中国城市污泥处理处置技术发展现状与建议” ， 环境界2010 年第三期2、刘淑静， “污泥燃烧与污染排放特性研究” ，大连理工大学，2007 年 3、EU2000/76/EC，The European Parliament And The Council Of European Union，4 December 20004、孙向军等， “满足 EU2000/76/EC 排放标准的垃圾焚烧厂烟气处理工艺探讨” ， 环境卫生工程 ，2007 年第 5 期5、许革， “城镇污水处理厂污泥处理处置技术应用研究与前景展望” ， 环境界2010 年第三期6、张益、赵由才， 城市生活垃圾焚烧技术 ，化学工业出版社，2000 年焚烧炉 锅炉 旋风除尘器 布袋除尘器 洗涤塔SNCR活性炭加热器 引风机 烟囱NaOH石灰石
