林 煒， 楊家軍

（1．浙江天暢環(huán)境科技有限公司，浙江 杭州 310012； 2．浙江德創(chuàng)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬?杭州 310012）

0 引言

為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)固廢的減量化、無害化、資源化，大部分采用了焚燒冶煉技術(shù)，提取有用物質(zhì)，如鐵、鎳、銅（Fe，Ni，Cu）等，達(dá)到最大價值化。 其中，熔煉爐是應(yīng)用較廣泛的一種爐型， 在熔煉焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣， 其污染物主要為粉塵、 酸性氣體（HCl，HF，SOx，NOx等）、重金屬（Hg，Pb，Cr 等）、有機(jī)劇毒性污染物（二噁英、呋喃、VOCs 等）等[1-2]。 為了防止對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，必須采取煙氣凈化措施。由于熔煉爐一般爐型較小，廠區(qū)分散，很難發(fā)展成區(qū)塊的聯(lián)合治理。而且工業(yè)爐窯由于燃燒固廢成分復(fù)雜，造成煙氣組分復(fù)雜，變化波動大，對煙氣治理造成了很大的困擾，2019 年7 月1 日四部委聯(lián)合發(fā)布了《工業(yè)爐窯大氣污染綜合治理方案》，對工業(yè)爐窯大氣污染治理2020 年形成完善治理體系，推進(jìn)工業(yè)爐窯全面達(dá)標(biāo)排放和實(shí)施污染深度治理。

特力再生資源有限公司現(xiàn)有的2 臺熔煉爐煙氣超低排放改造治理是對熔煉爐煙氣超低排放治理的一次初級探索， 在滿足超低排放要求的污染物排放指標(biāo)的同時可以協(xié)同脫除多種污染物。

1 煙氣超低排放治理工藝

1．1 設(shè)計(jì)參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)

本項(xiàng)目為2 臺熔煉爐的煙氣超低排放治理改造工程， 熔煉爐以冶煉廠的污泥、 除塵灰為原料摻燒煤，提取價值產(chǎn)物為Ni，Cu 等。 因原料均化裝置的均化程度有限且每批次的原料成分不穩(wěn)定， 故造成污染物的濃度波動較頻繁。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

本項(xiàng)目為立式燒結(jié)還原熔煉爐，根據(jù)GB 9078—1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》熔煉爐、Fe 礦燒結(jié)爐污染物排放濃度按實(shí)測濃度計(jì)， 不進(jìn)行過量空氣系統(tǒng)換算。 改造前已配套每爐1 套的布袋除塵器及2 爐1 塔的鈉堿濕法脫酸塔。

1．2 工藝路線

為了實(shí)現(xiàn)NOx，SO2， 粉塵等達(dá)到火電廠的超低排放標(biāo)準(zhǔn)（ρ（NOx）＜50 mg/m3，ρ（SO2）＜35 mg/m3，ρ（粉塵）＜5 mg/m3）并考慮同時脫除可揮發(fā)性有機(jī)物VOCs，CO，二噁英等污染物，煙氣凈化改造工藝路線為熔煉爐出口的原煙氣（110 ℃）經(jīng)布袋除塵器收集粉塵及重金屬后由引風(fēng)機(jī)送至換熱器的低溫側(cè)進(jìn)行升溫，升溫至250 ℃進(jìn)入RTO，消除VOCs 及CO；RTO 出口的煙氣溫度調(diào)節(jié)至滿足SCR 的反應(yīng)溫度（350 ℃）后進(jìn)入SCR 反應(yīng)器（4 層催化劑層）脫除NOx；高溫?zé)煔庠俳?jīng)換熱器降溫（150 ℃）后由增壓風(fēng)機(jī)引入濕法脫酸系統(tǒng)脫除煙氣中的酸性物質(zhì)， 如：SO2，HCl，HF 等； 濕電可以深度脫除細(xì)微顆粒物，最終達(dá)到粉塵小于5 mg/m3的排放質(zhì)量濃度。 工藝路線見圖1。

圖1 煙氣治理工藝路線

2 運(yùn)行情況分析

2．1 布袋除塵器（利舊）

現(xiàn)有的布袋除塵器采用PTFE + PTFE 覆膜濾料，除塵器入口溫度110 ℃，差壓：800 Pa，過濾風(fēng)速：1．0 m/min，粉塵排放質(zhì)量濃度指標(biāo)達(dá)＜50 mg/m3，實(shí)際排放質(zhì)量濃度＜15 mg/m3，此次改造布袋除塵器利舊，已運(yùn)行近3 a，性能良好，其中1 臺爐的布袋除塵器出現(xiàn)了漏灰現(xiàn)象，經(jīng)更換濾袋后恢復(fù)使用性能。整套煙氣處理工藝投運(yùn)后， 系統(tǒng)增加的阻力由增壓風(fēng)機(jī)克服，而且除塵器位于煙氣治理最前端，改造后對除塵器的運(yùn)行沒有影響。 為了增強(qiáng)對布袋性能的監(jiān)控， 本次改造增加了袋后粉塵儀及布袋各室的差壓來監(jiān)控濾袋破損情況。

2．2 RTO

RTO 的額定處理煙氣量為50 000 m3/h，進(jìn)口的CO 原始質(zhì)量濃度4 000 ～8 000 mg/m3；VOCs 質(zhì)量濃度為200 ～1 600 mg/m3。RTO 共5 個陶瓷蓄熱室，兩進(jìn)兩出一反吹。每個蓄熱室設(shè)置3 層蓄熱層，從下層至上層運(yùn)行溫度分別為：250 ～310 ℃，300 ～370 ℃，370 ～520 ℃。 為了滿足SCR 的反應(yīng)器溫度，RTO 出口煙氣是采用2 股煙氣的混合： 一股是陶瓷蓄熱室出來的煙氣（250 ～310 ℃），一股是焚燒室出來的煙氣（850 ～1 000 ℃），經(jīng)調(diào)試焚燒室煙氣擋板門開度40%～50%，混合后煙氣溫度達(dá)到360 ℃。 經(jīng)測試，RTO 的CO 脫除率約97%，VOCs 脫除效率達(dá)到95%，系統(tǒng)熱能回收率達(dá)到95%以上。

RTO 燃燒室出口風(fēng)門經(jīng)過試驗(yàn)，關(guān)閉風(fēng)門SCR入口溫度只有260 ～300 ℃，蓄熱室的最上層溫度可以升高到600 ℃以上，但最下層溫度變化不大260 ～300 ℃（因進(jìn)風(fēng)溫的影響）， 所以為了達(dá)到SCR 的反應(yīng)溫度（350 ～380 ℃），燃燒室的煙氣風(fēng)門不能完全關(guān)閉，經(jīng)調(diào)試優(yōu)化后開度40%～50%，天然氣每臺耗量50 m3/（h）， 比投運(yùn)初期的100 ～120 m3/h·臺大大節(jié)省， 滿足SCR 反應(yīng)溫度的同時節(jié)省天然氣耗量。旁路風(fēng)門開度與混合溫度及天然氣耗量關(guān)系和RTO 運(yùn)行數(shù)值見圖2 和 圖3。

圖2 旁路風(fēng)門開度與混合溫度及天然氣耗量關(guān)系

圖3 RTO 運(yùn)行數(shù)值

2．3 SCR

由于NOx原始質(zhì)量濃度波動大，峰值高，最大可超過4 000 mg/m3，SCR 反應(yīng)器設(shè)置了4 層催化劑，型式為板式，而且目前使用的是再生的催化劑。從目前運(yùn)行情況看， 效率可以達(dá)到98．6%以上，SCR 入口NOx濃度與噴氨量、脫硝效率曲線見圖4。 由圖4可以看出，SCR 反應(yīng)器阻力200 ～250 Pa，可以滿足NOx初始質(zhì)量濃度＜3 500 mg/m3，排放質(zhì)量濃度＜50 mg/m3，遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)目標(biāo)。

本項(xiàng)目還原劑采用20%的氨水， 未進(jìn)行氣化直接通過雙流體噴嘴霧化后噴射于SCR 進(jìn)口煙道里與高溫原煙氣混合。經(jīng)過計(jì)算，投加設(shè)計(jì)值100 L/h的20%氨水，煙氣濕度增加量為0．2%，煙氣溫降6．4 ℃，對濕度的增加量很小可以忽略，RTO 出口煙氣按360 ℃經(jīng)噴氨溫降后還有351．8 ℃（再考慮煙道常規(guī)的每10 m 溫降1 ℃）； 當(dāng)NOx初始質(zhì)量濃度達(dá)到了3 500 mg/m3， 投氨量210 L/h， 此時的煙氣溫度為342．9 ℃，濕度增加量0．5%。 因此，在極限工況下，噴氨量對煙氣溫度的影響均能滿足SCR 運(yùn)行溫度要求，噴氨量與SCR 進(jìn)口溫度及煙氣濕度增加量曲線見圖5。本項(xiàng)目的氨水噴射點(diǎn)離催化劑層有15．7 m，有1．08 s 的混合停留時間，可確保氨水完全汽化（常規(guī)氨水氣化時間0．5 s），經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，SCR 運(yùn)行從脫硝反應(yīng)速度及運(yùn)行狀態(tài)上均無影響。 氨水輸送泵的選型余量較大，可滿足NOx大范圍的波動。 故本項(xiàng)目采用直接噴射氨水是可行的。

圖5 噴氨量與SCR 進(jìn)口溫度及煙氣濕度增加量曲線

2．4 換熱器

為了綜合利用熱能， 項(xiàng)目設(shè)置了換熱器， 利用SCR 出口的高溫?zé)煔饧訜酭TO 的進(jìn)口煙氣， 同時SCR 出口的煙氣得到了降溫， 節(jié)省了后續(xù)濕法脫酸系統(tǒng)的水耗，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。根據(jù)目前的運(yùn)行效果，換熱效果達(dá)到了設(shè)計(jì)值，實(shí)際運(yùn)行值：凈煙氣管線：進(jìn)口350 ℃，出口170 ℃；原煙氣管線：進(jìn)口99 ℃，出口316 ℃。 設(shè)計(jì)值：凈煙氣（進(jìn)）：330 ℃，凈煙氣（出）：149．2 ℃；原煙氣（進(jìn)）：98 ℃，原煙氣（出）：280 ℃。

根據(jù)除塵之后原煙氣冷凝液成分的分析結(jié)果，見表2。 換熱器的高低溫段材質(zhì)為高溫段304，低溫段2 205，GGH 的結(jié)構(gòu)形式見圖6。 高溫段煙氣水平進(jìn)出， 低溫段煙氣垂直進(jìn)出并有彎頭。 從實(shí)際運(yùn)行情況，在高溫度有積灰現(xiàn)象，可能在煙氣溫降的過程中有部分物質(zhì)凝結(jié)析出比如硫酸氫銨等附著在換熱板上。 GGH 設(shè)計(jì)選型考慮的污垢系數(shù)：凈煙氣為4×10-5（m2·k）/W，原煙氣為4×10-5（m2·k）/W；GGH 無設(shè)置清灰措施，導(dǎo)致積灰后清理困難，這是今后需要改進(jìn)之處。

表2 冷凝液分析結(jié)果

圖6 GGH 結(jié)構(gòu)形式

2．5 濕法脫酸

本項(xiàng)目濕法脫酸利用現(xiàn)有系統(tǒng)， 采用鈉堿法脫酸工藝，2 爐1 塔配置，脫硫塔采用3 層噴淋，一般運(yùn)行2 層噴淋層，上部采用折板式除霧器。目前的運(yùn)行效果良好，SO2初始質(zhì)量濃度160 ～450 mg/m3，排放質(zhì)量濃度：3 ～15 mg/m3，脫除率達(dá)到95%以上。 脫硫塔出口溫度60 ℃。

2．6 濕式電除塵器

濕式電除塵器為臥式濕電，處理煙氣量為120 000 m3/h，2 爐合用并留有一定的余量。 目前已投運(yùn)8 個月，煙囪CEMS 監(jiān)測粉塵排放質(zhì)量濃度：＜5 mg/m3。 2臺爐投運(yùn)實(shí)際煙氣量約60 000 ～100 000 m3/h，濕式電除塵器的額定電流為400 mA， 額定二次電壓65 kV。 RTO 運(yùn)行時，濕電二次電流下降至160 mA，投氨運(yùn)行后二次電流下降至120 mA， 粉塵有超標(biāo)現(xiàn)象，提升二次電流和電壓后，粉塵可以達(dá)標(biāo)， 濕電二次電流與粉塵排放濃度曲線見圖7。 說明濕電系統(tǒng)可調(diào)性比較強(qiáng)，滿足設(shè)計(jì)運(yùn)行要求。

綜上所述，從運(yùn)行上看，煙氣超低工藝的各系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)到達(dá)了設(shè)計(jì)值， 整條煙氣治理工藝路線不僅可以滿足超低排放要求的3 個指標(biāo)：粉塵、NOx和SO2，還可以把HCl，HF 等酸性物，CO，VOCs，二噁英等多污染物協(xié)同脫除。 根據(jù)項(xiàng)目的運(yùn)行情況看此熔煉爐的煙氣超低排放工藝是可行的。

圖7 濕式電除塵器的二次電流與粉塵排放濃度曲線

3 系統(tǒng)改進(jìn)

由于本項(xiàng)目的除塵器、脫酸系統(tǒng)利舊，限制了工藝的選取及設(shè)備布置， 比如原有的2 爐1 塔脫酸系統(tǒng)利舊導(dǎo)致了濕式電除塵器只能是2 爐合用， 存在一定的運(yùn)行風(fēng)險。 為了使超低工藝系統(tǒng)更完善更經(jīng)濟(jì)，本項(xiàng)目在目前的工藝基礎(chǔ)上可進(jìn)行改進(jìn)。

3．1 采用低溫催化劑并結(jié)合二噁英催化劑

目前，項(xiàng)目采用的催化劑為常規(guī)催化劑，反應(yīng)溫度區(qū)間為310 ～420 ℃（最佳350 ～380 ℃）[3-4]； 若采用低溫催化劑可降低煙氣溫度至180 ～280 ℃[5-6]。可以降低系統(tǒng)的換熱需求，減小換熱器的體積；減小燃燒室的旁路風(fēng)門開度甚至取消旁路，降低RTO 天然氣耗量。

復(fù)合催化劑具有脫硝和除二噁英的雙重效果，除二噁英催化劑一般反應(yīng)溫度：160 ～210 ℃[7-8]，并同時具有一定的脫硝效果。 因除二噁英催化劑的反應(yīng)溫度略低于脫硝低溫催化劑， 在布置上可采用組合方式：3 層低溫催化劑+1 層（底層）除二噁英催化劑。 如此，在脫硝的同時除二噁英，給本系統(tǒng)對二噁英的控制可控性增強(qiáng)。

3．2 活性炭吸附系統(tǒng)

目前系統(tǒng)尚無二噁英的脫除措施， 根據(jù)長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)粉塵質(zhì)量濃度＜7 mg/m3，二噁英可滿足排放指標(biāo)，這種模糊控制存在著一定的安全隱患，可在當(dāng)前系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加活性炭吸附備用系統(tǒng)。 在布袋除塵器前煙道設(shè)置活性炭添加系統(tǒng)[9-11]，活性炭隨煙氣進(jìn)入布袋，附著在濾袋表面對二噁英、重金屬等進(jìn)行吸附脫除[12]。 投運(yùn)活性炭吸附系統(tǒng)，可增強(qiáng)污染物脫除率， 系統(tǒng)可控性增強(qiáng)。 并且對后續(xù)的SCR催化劑有保護(hù)作用，防止催化劑中毒。

3．3 消除白煙

濕法脫硫和濕電后的煙氣溫度較低50 ～60 ℃，通過煙囪排放會產(chǎn)生凝結(jié)水產(chǎn)生白煙現(xiàn)象[13-14]，參照目前火電廠煙氣排放要求，電廠已步入脫白時代。本項(xiàng)目可以適當(dāng)考慮后期增加脫白措施， 采用煙氣再熱裝置或者先冷凝后再熱等工藝措施提高煙氣排放溫度，消除白煙[15-16]。

4 結(jié)論

熔煉爐的煙氣治理工藝是為了達(dá)到超低排放要求而進(jìn)行的改造，不但粉塵、NOx和SO2這3 項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了超低的要求， 同時也控制了VOCs，CO 及酸性物質(zhì)等多項(xiàng)污染物的排放。 項(xiàng)目改造后從運(yùn)行上可以看出， 污染物的運(yùn)行數(shù)據(jù)達(dá)到了設(shè)計(jì)值并優(yōu)于設(shè)計(jì)值，說明此工藝的可行性。系統(tǒng)的脫硝效率大于98．6%， 脫硫效率大于95%，CO 脫除率約97%，VOCs 脫除效率大于95%。

本工藝SCR 采用氨水直噴方式，省略了氨水蒸發(fā)系統(tǒng)，停留時間滿足氨水蒸發(fā)要求，對煙氣濕度、溫度沒有較大的影響，滿足SCR 運(yùn)行要求，是可行、節(jié)能、省投資的一種模式。GGH 滿足換熱需求，但結(jié)構(gòu)型式需完善，解決積灰問題。超低工藝仍有一些待改進(jìn)的地方， 比如多種污染物協(xié)同脫除上考慮復(fù)合催化劑的選?。?簡化工藝及降低能耗上可考慮低溫催化劑； 后續(xù)的脫白措施及活性炭除二噁英備用系統(tǒng)等可待進(jìn)一步研究、論證及試用。