工业污泥焚烧烟气处理的脱酸系统分析
摘要：工业污泥回收价值高，具有显著的生态效益和经济效益，但是污泥焚烧后产生的烟气含有大量污染物，需要进行综合治理。本文首先探讨了多种脱酸工艺，然后重点对钠碱法和石灰石石膏法进行技术比较并开展运行经济分析，最后根据污泥焚烧烟气的特点，提出适合目前环保要求的烟气脱酸处理工艺。研究表明，干法脱酸 + 湿法脱酸复合工艺具有诸多优点，值得广泛推广和应用。
部分工业污泥有较高的回收价值，若回收其中有效成分，不仅可以缓解环境污染，实现清洁生产，而且具有显著的生态效益和经济效益。目前，国内已经有多项火法危废处置项目。污泥焚烧后产生的烟气含有大量污染物，需要进行综合治理。为切实改善空气质量，各地都响应国家号召，陆续制定了大气污染防治行动计划，大幅度削减二氧化硫、氮氧化物、粉尘等的排放量，确保空气质量全面改善。因此，本文重点分析了工业污泥焚烧烟气的脱酸工艺。
一、脱酸工艺类型
工业污泥焚烧后产生的烟气含有一定量的氯化氢（HCl）、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和氟化氢（HF）等，为了满足环保要求，其需要设置脱酸系统。酸性气体净化工艺分为干法、半干法和湿法三种，每种工艺有多种组合形式，也各有优缺点。
1、干法脱酸
干法脱酸是将石灰粉或小苏打喷入烟道或干法脱酸塔中，使其与酸性气体接触并发生反应。生成的产物一部分经烟道或干法脱酸塔底部排出，一部分与粉尘一起由除尘器捕集下来，经排灰收集系统收集后再进行深化处理。净化的烟气经引风机从烟囱排至大气。干法脱酸具有操作方便、投资成本低等特点，但干法工艺原理是干粉与烟气接触反应，反应接触面小，干粉的用量比较高。
2、半干法脱酸
半干法工艺是将一定浓度的石灰浆喷入吸收塔中与酸性气体反应，确保石灰浆液雾滴与烟气充分混合，反应后生成的部分副产物沉降到吸收塔底部排出，而另外一部分的细微颗粒与粉尘一起经除尘器捕集下来，收集后进行处理。净化的烟气经引风机从烟囱排入大气。半干法工艺技术成熟，在垃圾焚烧中运用比较多。
3、湿法脱酸
在工业垃圾处理中，湿法脱酸用得比较多的是石灰石石膏法和钠碱法。湿法工艺对烟气污染物的去除效果好，炉后烟气经除尘后进入湿式脱酸塔，烟气与碱液反应，以去除烟气污染物，净化后的烟气经引风机从烟囱排出。脱酸塔排出的废水经处理后方可排放。湿式脱酸塔的型式很多，其共同点都是尽可能增加气-液两相接触的面积和时间，以提高效率。实际运行经验证明，湿式工艺对酸性污染物的去除效率高，能够适应各种工况的运行要求。
从目前来看，在烟气脱酸净化工艺中，湿法工艺效果最好，其次为半干法工艺。湿法工艺对污染物的脱除率高，但会产生废水，系统复杂。干法工艺二次产物很少，易于处理，但其酸性气体脱除率比较低。
二、脱酸工艺选择
工业污泥来料复杂，变化很大，工业污泥焚烧后产生的烟气有四大特点。一是烟气携带粉尘多。粉尘主要由金属、金属氧化物或不完全燃烧物质等组成。二是含湿量大。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，水分含量介于30%-40%。三是含有腐蚀性气体。烟气中含有一定量的氯化氢（HCl）、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和氟化氢（HF）等。四是来料不稳定，导致烟气成分也不稳定，腐蚀性气体成分变化比较大。
脱酸工艺选择需要满足以下要求：一是烟气中的水不冷凝，否则会导致水处理规模变大；二是布袋收尘器入口烟气温度足够高却不糊袋；三是脱酸副产物易处置；四是烟气达标排放。
干法脱酸效率不高，一般保持在30%-60%。半干法工艺成熟，在垃圾焚烧中运用比较多，但因污泥来料不稳定，烟气成分变化很大且烟气量比较小，人们需要保证布袋除尘器进口温度，而半干法脱酸系统效率难以保证。湿法脱酸效率高，满足烟气成分变化大的处置要求，系统稳定，比较适用于工业污泥焚烧烟气处理系统。因此，本文推荐工业污泥焚烧烟气处理采用干法脱酸 + 湿法脱酸复合工艺。
三、石灰石石膏法和钠碱法的技术比较
1、石灰石石膏法
除尘处理后，锅炉排出的烟气经引风机进入脱酸装置。烟气与脱酸塔内喷淋出的石膏浆液充分接触，发生化学反应，烟气中的SO2被去除。净化后的烟气经脱酸塔顶部的除雾器除去雾滴，然后通过烟囱排入大气。其他有害物质（如飞灰、SO3、HCl 和 HF）大部分也得到去除。脱硫副产品石膏通过石膏排出泵从脱酸塔抽出，输送至脱水系统进行过滤脱水，石膏脱水后含水量降到小于10%。
一套完整的石灰石-石膏湿法全烟气脱硫装置由烟气系统、吸收氧化系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、工艺水系统、浆液排放及事故浆液系统等构成。吸收塔SO2的脱除原理如下：
2、钠碱法
钠碱法以氢氧化钠作为脱硫剂，通过泵将其打入脱酸塔内，使其与烟气中的 SO2反应生成亚硫酸钠和硫酸钠，并通过加入新鲜脱硫剂来调节溶液pH，使溶液保持较高的脱硫率，废液排入废水系统进行处理。钠碱法技术成熟，脱硫率高，吸收过程中无堵塞等现象，可以有效对烟气进行脱酸处理，不会产生二次污染。一套完整的钠碱法脱酸系统由烟气系统、吸收系统、碱液制备系统和工艺水系统等构成，其涉及的主要反应如下：
3、两种工艺比较
石灰石石膏法和钠碱法两种工艺的综合比较结果如表1所示。从表1可以看出，石灰石石膏法比钠碱法多一套石膏脱水系统，其系统复杂，投资成本高，但运行成本低，废水产生量小。
四、运行经济性分析
1、概述
下面以某工业污泥处置项目为例，分析和比较其运行经济性。本项目拟选用“SNCR+急冷塔+干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘器+湿法洗涤塔”复合工艺，拟选工艺主要包括五部分。
一是 SNCR。在高温（800-1000℃）条件下，利用还原剂将 NOx 还原成 N2，喷氨接口设置在余热锅炉合适位置，脱硝效率为45%-60%。二是急冷塔。将烟气温度从 500℃迅速降温至低于200℃，避开二噁英的二次合成温度区间，抑制二噁英的二次生成。三是干法脱酸。脱除烟气中，部分酸性物质含硫量高，而小苏打成本高，脱硫剂采用消石灰粉。四是布袋除尘器。其可以去除烟尘，去除率通常超过 99.9%。五是湿法脱酸塔。湿法脱酸塔是烟气达标排放的重要手段，脱酸工艺采用 NaOH或石灰石作为脱酸药剂，即使烟气中SO2、HCl等酸性气体浓度偏高，也能保证烟气达标排放。
2、运行成本计算说明
有关成本费用数据均以设备100%负荷运行为基准进行计算；年利用小时数确定为 7500h；废水排放执行纳管标准；干法脱酸按照30%脱酸效率考虑；仅对湿法进行运行成本分析；钠碱法按照30%氢氧化钠溶液的基准计算成本。
3、运行成本的综合经济性分析
本项目的运行成本主要包括原料费、电费、水费及废水处理设施运行费等，如表2所示。
从表2可以看出，钠碱法的总运行成本比石灰石石膏法高985.84元/h，若厂区有集中废水处理系统，不考虑废水处理设施运行成本，则前者的总运行成本比后者高535.84元/h。
五、结论
污泥焚烧项目烟气脱酸推荐采用干法+湿法脱酸复合工艺。如工业污泥含硫量高，考虑运行成本，干法脱酸脱硫剂推荐采用消石灰粉；对于烟气量比较小且含酸量不高的项目，湿法推荐采用钠碱法脱酸，设备不易堵塞，运行维护简单；对于含酸量高的项目，湿法推荐采用石灰石石膏法，废水量少，运行成本低。
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