热电联产项目锅炉烟气及二噁英去除之探讨

吴苗良

（江苏国恒安全评价咨询服务有限公司 江苏南京 210000）

引言

笔者所在化工产业园周边近25km 范围内有4 家污水处理厂，每天产生数量较多的污泥，目前的处置去向是焚烧和填埋，为了解决污泥的出路，故考虑拟建公用热电联产项目在保证供热的基础上，对所用燃料煤中掺烧污泥。

根据“关于印发《浙江省地方燃煤热电联产行业综合改造升级行动计划》的通知”（浙经信电力[2015]371 号），要求新建及改建的热电联产项目执行烟气超低排放，即在基准氧含量6%条件下，烟尘排放浓度不大于5mg/m3；另项目污泥掺烧比例小于20%，所以二噁英类污染物应执行《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）中相关限值要求，排放限值应当低于0.1TEQ ng/m3。

要将项目烟尘排放浓度控制在<5mg/m3、二噁英类排放限值<0.1TEQ ng/m3，一级除尘技术难以达到要求。采用初步+深度的复合除尘工艺，方能实现达标排放。既要满足烟气等污染物达标排放，又要保证该工程锅炉运行及供热的稳定可靠，其关键在于对除尘器的正确选择，以及与SNCR+SCR+石灰石-石膏法脱硫等除硫脱硝工艺的组合运用。

1 初步除尘工艺的选择

当前热电联产项目使用的初步除尘技术通常有三种：五电场静电除尘器、电袋复合除尘器、脉冲布袋除尘器。

五电场静电除尘器使用范围广，其优点在于：净化效率相对较高，阻力损失小，处理气体范围量大，全过程实现操作自动控制。但考虑到本项目为热电联产，涉及到污泥焚烧服务，正常工况下，锅炉废气污染物排放有二噁英存在，需进行活性炭喷射以脱除烟气中的二噁英。而对活性炭来说，吸附二噁英需联合布袋除尘进行携流式脱除。因此五电场静电除尘器并不适合本项目的烟尘脱除。

再对电袋复合式除尘器和脉冲布袋除尘器进行比较：

（1）电袋复合式除尘器对锅炉尾部烟气先通过电除尘区后再进入后级布袋除尘区。其除尘效率能不受煤种、烟气特性、飞灰比电阻影响，排放质量浓度低于30mg/m3。（2）脉冲布袋除尘器其管道内预先喷入活性炭粉末，烟气携带飞灰、活性炭等颗粒物会在金属管道内混合，二噁英会被这些颗粒物吸附。烟气进入布袋除尘器后，所携带的颗粒物会不断在布袋上覆盖累积，形成由活性炭、烟灰等组成的布袋滤层，滤层会继续对烟气中的各种污染物进行吸附，形成叠层式的吸附效应。即二噁英的脱除可分解为两个步骤：烟气流中的活性炭颗粒吸附、布袋滤层的吸附。

而电袋复合式除尘器由于在布袋除尘前预先布置电场，烟气中的活性炭粉末大部分先被除去，少了布袋滤层吸附这一过程，不利于二噁英的去除。

经过分析，初步除尘工艺采用脉冲布袋除尘器更为合理。

2 深度除尘工艺选择

深度除尘常见工艺有管束式除尘除雾器和湿式静电除尘器两种。

管束式除尘除雾器技术目前已有不少项目采用并通过环保验收，积累了较成熟的技术经验，但管束式除尘除雾器对负荷运行稳定性要求较高。结合本项目来说，锅炉房运行过程中可能要掺烧20%以下含量的污泥，不同于传统的火电厂，负荷变量较大。这对于管束式除尘除雾器来说，有使用后运行不稳定，功效发挥不佳的可能性存在，所以并不适合。

湿式静电除尘器则是利用高压电场使颗粒和雾滴粒子在经过电场时荷电，在电场力的作用下趋向阳极，液雾和颗粒混合形成悬浮液体附着在阳极表面呈液膜，在重力作用下自流，设水清洗装置，定期清洗两极。水滴与粉尘结合后，使得高比电的粉尘比电阻下降，湿式静电除尘的工作状态会更加稳定；另由于湿式静电除尘器采用水流冲洗，无振打装置，也就不会产生二次扬尘。可在脱硫塔尾部设置湿式电除尘器进一步除尘，设计湿电除尘器除尘效率≥75%，出口烟尘浓度<5mg/m3，二噁英类排放限值<0.1TEQng/m3。

二噁英的有效脱除是因在布袋除尘器前增设活性炭颗粒喷射装置，选用优质污泥焚烧专用活性炭粉，其孔隙结构合理，对污泥焚烧产生的二噁英类污染物具有很好的吸附能力，能阻断其粘附能力，保护后端布袋除尘器。

3 工艺组合运用及保证措施

笔者以设置3 台锅炉及2 座脱硫塔的拟建热电联产项目为例，采用脉冲布袋除尘器（共设置3 台，布置在脱硫塔前）+湿式电除尘器处理锅炉烟气。其流程和注意要点如下：

3.1 脉冲布袋除尘器

每台锅炉配置一台脉冲布袋除尘器，其布袋滤料应当采用BWF（必达福）聚苯硫醚并加超细纤维滤料，经过PTFE 整体浸渗并采用防水、防油阻燃处理。

污泥焚烧烟气经脱硝设备后，进入除尘器进行初级收尘，除尘器的进口段设置活性炭喷粉设施。在高压风机的作用下，活性炭粉末由文氏喷嘴快速分散于烟道内，与烟气均匀混合，此时活性炭粉末与烟气中的二噁英等成分充分吸附粘合。吸附有二噁英的活性炭粉末再随烟气中灰尘落入存灰斗，最终由气力输灰系统排至灰仓。

应注意的是：设计时考虑余量，取消旁路，锅炉开停炉时可以联锁开启脉冲布袋除尘器。

3.2 湿式电除尘系统

（1）工作原理：湿式电除尘器是利用高压电场使颗粒和雾滴粒子在经过电场时荷电，在电场力的作用下趋向阳极，液雾和颗粒混合形成悬浮液体附着在阳极表面呈液膜，在重力作用下自流，设水清洗装置，定期清洗两极。

（2）除尘方案：本项目拟在2 座脱硫塔尾部设置2 座湿式电除尘器（1 备1 用）进一步除尘，设计湿电除尘器除尘效率≥75%，出口烟尘浓度＜5mg/m3。

在此基础上，提出以下保证措施作为建议：（1）保证采用高效的脉冲布袋除尘器，其除尘效率与五电场除尘器相当，高于三电场静电除尘器，因此更有利于保障烟气的稳定达标排放；（2）考虑到湿式电除尘器运行中可能产生故障，造成烟尘的事故排放，如现有场地条件允许，应当布置两台湿式电除尘器，以一用一备的模式布置；（3）考虑到湿电除尘器运行的可靠性，采购设备时，应要求厂家将湿电内部原有材料由316L 更换为防腐性能更优的2205，以确保湿电除尘器能够长时间稳定运行；（4）在湿电除尘器的启停操作中，注意湿式电除尘启停前对电场进行冲洗，日常保养重视对阴阳极冲洗水管道、阀门、水泵等部件及设备的运行维护，确保冲洗水系统可靠；（5）根据拟建项目自身情况完善湿式电除尘的DCS 或PLC 逻辑控制；（6）原料供应首先考虑采用优质低灰份燃煤，与燃煤供应商签订相关合同；（7）焚烧设计参数应满足污泥无害化停留时间（2 秒以上）、焚烧温度和湍流度要求。对温度、停留时间、活性炭加料等进行工艺连锁，DCS、SIS 自动控制；（8）采用喷入活性炭粉末吸附二噁英时应采用称重式等可靠的活性炭在线计量装置，并设置活性炭喷射备用装置。除尘器宜设置若干独立的过滤仓室，采用在线清灰方式，应有滤料损坏监测手段；（9）二噁英在线监测目前还没有公认的成熟技术与设备。企业可以考虑进行二噁英相关前驱物在线监测装置的试验性研究，长期跟踪监测项目周边土壤二噁英浓度，会同科研单位开展二噁英在土壤环境中迁移、累积研究，科学、客观反映项目焚烧炉烟气排放对周边土壤二噁英浓度的影响，同时对周边有代表性的农作物进行定期观测，积累数据。

4 工艺实际运用的效果对比

采用活性炭吸附+脉冲袋式除尘器+湿电除尘器相组合的除尘工艺，可在锅炉50%～110%运行负荷下稳定工作。为了解相似项目烟气处理达标排放情况，以嘉兴某热电公司采取的脱硫除尘工艺作为对比，该项目采用锅炉低氮燃烧+SNCR-SCR 联合脱硝+电袋除尘器+石灰石-石膏湿法脱硫+湿式静电除尘器。该项目对烟气除尘的处理方案与拟采取的烟气治理路线有相似之处。根据嘉兴某热电公司4# 炉的监测数据，该锅炉于2015 年2月完成超低排放技术改造并投入运行。浙江省环境监测中心于2015 年3 月14 日对其进行了监测，检测数据及结果如下：

表1 嘉兴某热电公司4#炉监测期间运行工况

表2 嘉兴某热电公司4#炉烟气监测结果

监测结果表明，嘉兴某热电公司4# 锅炉总排口烟气污染物浓度分别为烟尘2.32mg/m3，小于《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中以气体为燃料的燃气轮机组标准，湿式静电除尘器除尘效率为87.9%（总除尘效率99.98%）。

与嘉兴某热电公司采用电袋除尘器+湿式静电除尘器的工艺不同的是：本项目采用的是活性炭吸附+布袋除尘器+湿式电除尘器的工艺，在烟尘排放达标的前提下，可使焚烧烟气中二噁英排放控制0.1ng/Nm3以下。

据了解，与本项目采用相同烟气治理技术的浙江嘉兴某发电公司250t/d 污泥处置改造项目的竣工环境保护验收监测报告，1# 锅炉烟气二噁英排放浓度0.007～0.010 I-TEQng/m3，2# 锅炉烟气二噁英排放浓度0.005～0.009 I-TEQng/m3，符合《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）中相关限值要求。

因为烟气净化系统还必须具有除硫脱硝的功能要求，所以本项目最终采用SNCR+SCR+活性炭吸附+布袋除尘器+石灰石-石膏法脱硫的工艺进行烟气治理。

结语

焚烧处理是当前污水处理厂污泥处理的主要方向。要减少锅炉烟气及二噁英的排放，必须实现除尘器和工序的最优配置，才能使其功效最大化，同时加强燃烧过程管理，各项保证措施落实到位，方能保证烟尘及二噁英类污染物浓度与总量的双达标。