郑州市某市政污水处理厂污泥干化焚烧烟气处理工程实例

＊杜莉莉 谢佳 张涵仪

（中原环保股份有限公司 河南 450000）

随着城镇污水处理设施的完善和规模的增加，城镇污泥产量也随之增加，目前污泥处置方式主要包括卫生填埋、好氧堆肥、厌氧消化、污泥干化焚烧等。其中，污泥干化焚烧处理可实现污泥减容90%以上，可实现有机能量充分回收利用，焚烧后的少量灰分可据成分进行资源化利用，最大限度实现污泥减量化、稳定化、无害化和资源化。尤其在目前防疫形式下，污泥焚烧能够彻底杀死致病菌和病毒，阻断污泥传播病毒路径。

目前，郑州市污水处理厂每天产生污泥2000t左右（80%含水率），年产量超过70万吨，当下郑州市已禁止污泥填埋，其污泥处理途径分别为：八岗污泥堆肥场和双桥污泥堆肥场（每天可分别堆肥600t和300t）、马头岗污泥厂厌氧消化和高温干化法（每天可处理污泥500t）、低温干化法（每天处理污泥600t）。目前这三种污泥处置方法的最终处置方式均受到限制，需要更加彻底的污泥处置方式。2010年德国、日本的污泥焚烧占比已经达到53%和68%，整个欧洲污泥焚烧占比达41.5%。而我国污泥焚烧占比仅为3%左右，因此污泥干化焚烧处置方式将是我国污泥处置的重点发展方向。

本研究针对郑州市某污水处理厂污泥干化焚烧工程，采用“SNCR脱硝+沉降室+烟气急冷+活性炭喷射+布袋除尘器+次氯酸钠脱硝除臭+碱法脱硫、脱酸+脱白除雾”工艺进行烟气处理，以达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）要求，对我国大气污染防治及生态文明建设具有重要意义，并可为国内其他地区类似问题的解决提供借鉴方法。

1.项目概况

表1 烟气治理系统

郑州市某市政污水处理厂采用改良氧化沟+深度处理工艺，近期设计处理能力为3万t/d，服务面积约为14.32km2，厂区面积约为48.82亩，主要处理上街区生活污水和工业废水，污泥处理规模为30t/d（以含水率80%的污泥计算）。

污泥处置采用干化+焚烧，年处理污泥量为1万吨（以含水率80%的污泥计算），包括污泥调理系统、污泥深度脱水系统、污泥干化系统、污泥焚烧系统、烟气处理系统等。焚烧烟气采用“SNCR脱硝+沉降室+烟气急冷+活性炭喷射+布袋除尘器+次氯酸钠脱硝除臭+碱法脱硫、脱酸+脱白除雾”工艺，烟气治理系统主要生产设备如表1。

2.烟气治理方案和效果

本项目营运期废气主要包括：一体化设施逸散的恶臭气体、污泥焚烧产生的废气、活性炭仓进料时产生的粉尘废气。本项目采用湿除渣，呈现半湿状态，粉尘基本不产生，对环境影响较小，项目建设在密闭车间，恶臭气体收集后送入焚烧系统进行焚烧，产生的焚烧烟气采用“SNCR脱硝+沉降室+烟气急冷+活性炭喷射+布袋除尘器+次氯酸钠脱硝除臭+碱法脱硫、脱酸+脱白除雾”的组合工艺进行处理，设计除尘效率99%、脱硫效率95%、脱硝效率50%、脱酸效率90%、重金属、二噁英类吸附去除效率90%，焚烧炉烟气经过净化处理后通过25m烟囱（内径0.5m）排放。

(1)工艺流程

烟气处理工艺流程图见图1。

图1 烟气处理工艺流程图

(2)烟气净化系统

烟气治理排放指标参照《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）以及郑州市排放标准焚烧炉颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度（日均值）分别不高于20mg/m3、50mg/m3、250mg/m3。

烟气净化系统主要针对酸性气体（HC1、SO2）、氮氧化物、二噁英等进行控制，工艺设备主要由两部分组成：即酸性气体脱除和颗粒物捕集，工艺过程中同时对烟气中有机物等污染物加以捕集。

①酸性气体控制、脱硫脱酸脱硝

造成大气污染的氮氧化物主要指NO和NO2，根据文献[1-2]可知，燃烧过程中形成的NOx分为两类，一类由燃料中固定氮生成的NOx；燃烧中形成的另一类NOx由大气中氮生成。本项目采用炉内脱硝+炉外脱硫脱硝相结合的方式来进行脱硫脱硝。

A.炉内脱硝+SNCR脱硝

SNCR的全称为选择性非催化还原法（Selective Noncatalyticreduction），该方法是利用还原剂在不需要催化剂的情况下有选择性地与烟气中的氮氧化物（NOx）发生化学反应，生成氮气和水的方法，本项目拟采用尿素作为还原剂，主要化学反应如下：

B.炉外脱硫脱硝

本项目炉外脱硫脱硝采用氧化吸收工艺，NO本身不容易和碱液发生中和反应，需用氧化剂（次氯酸钠）将难溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物，氮氧化物通过洗涤器很容易与喷淋碱液发生反应生成硝酸，设计脱硫脱酸效率为95%，脱硝效率为90%，净化后的废气通过塔体顶部除雾器脱水后，烟气含水率＜75mg/m3；烟气含氧量控制在6%～12%。脱硫脱硝采用空塔喷淋结构，吸收塔中循环吸收液，主要成分为碱液（纯碱溶液+次氯酸钠溶液），废气下进上出与雾化喷淋药液逆向接触，废气与喷淋碱液发生吸收反应生成硫酸盐、氯化钠，从而被去除。

反应原理如下：

②除尘

本项目采用沉降室+布袋除尘器，除尘技术已非常成熟，沉降室除尘效率一般为50%，袋式除尘效率为99.5%，则本项目综合除尘效率为99.75%。

A.沉降室：沉降室内烟气沿水平方向流动，沉降室烟气流速控制在0.6～2m/s。本项目拟设计沉降室的尺寸为宽、高、长分别是880mm、1464mm、4000mm，烟气速度1.2m/s。沉降室对粒径＞50μm的灰粒子具有捕捉效果，根据飞灰特性（参照《电厂燃煤飞灰粒度特征研究》），本项目沉降室飞灰捕捉效率可达50%。

B.布袋除尘器含尘气体进入布袋除尘器的进风均流管后进入各室灰斗，并在灰斗导流装置的引导下，大颗粒粉尘被分离，直接落入灰斗，而较细粉尘均匀的进入中部箱体而吸附在滤袋的外表面上，干净气体透过滤袋进入上箱体，随后进入到脱硝塔中。布袋除尘器的除尘效率普遍较高，可达99.9%。

③二噁英控制

本项目采取的控制二噁英的措施[3-5]主要有：

燃烧控制：合理控制助燃空气的风量、温度和注入位置，将炉温控制在850℃～950℃之间，并通过炉型设计和风量控制使烟气停留时间不小于2s。焚烧炉高温废气通过烟气急冷装置急冷降温，同时采用热交换器进行二次风热交换，使烟气快速从500℃降到250℃，可以控制二噁英在最小程度上的再生成。

烟气急冷装置及热交换器：烟气急冷装置是利用低温冷源将高温烟气急速冷却至要求温度，针对垃圾焚烧及污泥焚烧系统，烟气急冷装置要求是将烟温由500℃降至230℃，急冷速度为500～1000m/s。由于系统工艺的不同，冷源可以采用蒸汽、水、空气或低温烟气。本项目烟气急冷装置的冷却介质采用空气，设计燃烧温度880℃，经过急冷装置的烟气量4594m3/h（湿基，6%氧），烟温由880℃降低到230℃，烟气流通截面积0.116m2，烟气流速11m/s。烟气行程2.83m，烟气流经急冷装置的时间为0.26s。冷却介质为空气，空气量45007m3/h，空气温度由95℃升至129℃。烟气放热443kW，空气吸热440kW，传热温差443℃，传热面积62.3m2，换热系数14kcal/（m·h·℃），换热器换热量448kW，误差均在2%之内。烟气放热量、空气吸热量、换热器换热量三者基本持平，误差在2%以内，换热器设计合理，烟气降温速度为2500℃/s。而要求的急冷速度为500～1000℃/s。本项目急冷装置的设计符合要求，有效规避了二噁英再生成的温度及停留时间。

活性炭吸附及布袋除尘器过滤：根据清华大学金宜英等[6]所著“布袋除尘器和活性炭滤布对烟气中二噁英类的去除效果”，布袋除尘器、活性炭滤布和二者的组合对二噁英的去除效率分别为39.7%、61.9%、93.4%。

④烟气脱白装置

烟气经过脱硫脱硝系统后，洁净烟气首先通过除雾器，去除烟气中携带的部分小液滴，除雾器之后烟气接近水蒸气饱和状态，若直接排放到大气，由于周围气温的降低，易凝结成小液滴，形成较大的白雾，本项目增加了脱白工艺，脱白装置主要是一套气气换热器，除雾器后的洁净烟气输送至气气换热器前进行加热，使洁净烟气升温，烟气处于不饱和状态，然后再通过烟囱排入大气。

(3)运行效果

排放烟气中污染物浓度能够满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）以及郑州市排放标准限值要求。恶臭气体排放满足《恶臭污染物排放标准》（GB1455493）中恶臭污染物厂界标准值中新改扩建项目二级标准。项目无组织排放H2S和NH3在厂界监控点的预测值均满足《恶臭污染物排放标准》（GB1455493）限值要求（NH3无组织排放监控浓度限值1.5mg/m3，H2S无组织排放监控浓度限值0.06mg/m3）。

3.结论

（1）烟气作为污泥干化焚烧工艺的主要排放物之一，其精华处理达标排放对实现污泥彻底的稳定化、减量化和无害化至关重要，结合理论分析和实际运行数据，“SNCR脱硝+沉降室+烟气急冷+活性炭喷射+布袋除尘器+次氯酸钠脱硝除臭+碱法脱硫、脱酸+脱白除雾”工艺技术可行，可有效去除污泥干化焚烧烟气中的污染物。除尘效率99.75%、脱硫效率95%、脱硝效率75%、脱酸效率90%、重金属、二噁英类吸附去除效率90%，完全满足设计要求，且满足郑州市排放标准。

（2）此套组合式烟气处理工艺适用于市政污泥焚烧及烟气处理，达到郑州市排放标准，但距离国内电力行业的超低排放限制仍有一定差距，后续具备提标改进的空间，可通过更高效率的烟气脱硫工艺，提高硫氧化物的高效去除率，使烟气排放满足超低排放限值要求。