CN103977701B

CN103977701B - 一种污泥烟气脱硝剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN103977701B
Application number: CN201410164222.7A
Authority: CN
Inventors: 岑超平; 方平; 陈雄波; 唐子君; 唐志雄
Original assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Current assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: CN103977701A

Abstract

本发明属于工业废气处理领域，公开了一种污泥烟气脱硝剂及其制备方法与应用。该污泥烟气脱硝剂由以下按质量百分比计的组分组成：49％～85％的污泥干物质，0～0.5％的尿素，0～0.5％的铵盐和15％～50％的水。所述污泥烟气脱硝剂是将城镇污水厂中的脱水污泥与适量含氨药剂进行混合，然后通过适当的工艺干燥得到。所述污泥烟气脱硝剂可用于工业烟气的脱硝处理，具有NOx去除效率高的优点，同时污泥被灼烧成为便于处理的灰渣，特别是将其用于水泥窑烟气处理时，所得灰渣还能作为水泥熟料的原料，具有经济、绿色环保的优点。

Description

一种污泥烟气脱硝剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于工业废气处理领域，具体涉及一种污泥烟气脱硝剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着我国生活污水排放量的逐年增加，城市污水处理厂的污泥产生量也日益增加。据2012年全国环境统计年报显示，截至2012年全国实际生活污水处理量达到361.8亿吨，按每处理万吨污水脱水污泥(含水率80％)产率7.5吨计，则2012年我国脱水污泥产量高达2700多万吨。污泥成分复杂，含重金属、有机物、病毒等对人体有毒有害物质，如不妥善处置，将对生态环境造成污染并严重威胁人类健康。目前，国内外常见的污泥处置方法主要有填埋、土地利用、焚烧等，其中焚烧处置目前在国内外越来越受到重视。污泥焚烧具有减量化、无害化程度高，处理速度快，占地面积小等优点，目前在欧、美、日等国家应用较多，我国也正在逐步推进污泥的焚烧处置。

在污泥焚烧处置技术中水泥窑协同处置技术目前研究和应用较多。由于污泥的矿物组成与水泥硅质原料接近，同时污泥含有大量有机物具有一定的发热量，因此对污泥进行水泥窑协同处置能在处理污泥的同时回收污泥中能量减少燃料用煤，同时燃烧后的污泥灰渣可替代部分水泥原料用于水泥生产，使得该技术在国内广受关注，并已开始应用。赵楠等在授权的专利“新型干法水泥窑处置城镇污泥的方法和设备”(ZL201010567073.0)中论述了一种利用水泥窑处置城镇污泥的方法和设备，其中污泥被送入水泥窑烟室；袁文献等在授权的专利“利用水泥生产废气烘干和处置污泥的方法”(ZL201110003077.0)中也论述了一种利用水泥生产废气烘干污泥及水泥窑处置污泥的方法，最终污泥被送入窑尾上升烟道和分解炉主燃烧室。虽然上述专利文献均报道了污泥干燥系统和利用水泥窑协同处置污泥的方法，但未对水泥窑协同处置污泥的烟气净化进行报道，更未对以污泥为烟气脱硝剂在水泥窑协同处置中控制窑尾烟气NOx排放的报道。事实上由于污泥中氮元素(N)含量高(质量分数为3％-8％)，如按照上述专利报道将污泥投入烟室和燃烧室，由于污泥的燃烧，污泥中氮元素会大量转化为NOx，导致窑尾出口烟气中NOx排放浓度明显高于未协同处置污泥时，如在专利CN101177331B、CN102173553B和CN102190413B中均公开了利用水泥窑协同处理污泥的技术，但其处理污泥的方式均为高温氧化焚烧处理，不但无法去除烟气中原有的NOx，而且还会额外生成NOx污染气体。而随着我国大气环境形势的日益严峻，国家对水泥等行业烟气排放进行了严格要求，明确提出了“十二五”期间水泥行业NOx减排12％的约束性指标，并颁布了最新的水泥行业烟气污染物排放标准，对NOx排放进行了严格限值。为了达到最新排放标准，水泥企业需投入大量资金开展烟气脱硝治理。因此，如投加污泥会导致水泥烟气中NOx排放浓度升高，则将严重打击水泥企业协同处置污泥积极性。但是如能以污泥为脱硝剂，在进行水泥窑协同处置的同时降低烟气中NOx的排放，则将大大降低水泥企业烟气脱硝治理成本，极大促进水泥企业协同处置污泥积极性，预期经济、环境、社会效益显著。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种污泥烟气脱硝剂。

本发明的另一目的在于提供上述污泥烟气脱硝剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述污泥烟气脱硝剂在工业烟气脱硝中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种污泥烟气脱硝剂，所述污泥烟气脱硝剂由以下按质量百分比计的组分组成：49％～85％的污泥干物质，0～0.5％的尿素，0～0.5％的铵盐和15％～50％的水。

所述铵盐为氯化铵、碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种。

所述污泥烟气脱硝剂优选由以下按质量百分比计的组分组成：69％的污泥干物质，0.5％的尿素，0.5％的碳酸铵和30％的水组成。

上述的污泥烟气脱硝剂的制备方法，具体制备过程为：将尿素和铵盐溶于水，与来自污水厂的脱水污泥在搅拌的条件下混合均匀得到混合污泥，然后将混合污泥脱水干燥至所需含水率，得到污泥烟气脱硝剂。

所述脱水干燥是将混合污泥送入脱水干燥系统被经除尘预处理的热烟气干燥至所需含水率。

上述的污泥烟气脱硝剂在工业烟气脱硝领域中的应用，所述应用包括以下步骤：将污泥烟气脱硝剂在缺氧条件下与需要脱硝的高温工业烟气逆流接触进行脱硝，脱硝完成后污泥烟气脱硝剂被灼烧成为便于处理的灰渣。

所述缺氧条件是指氧含量体积分数为0.5％～3％的条件；所述高温工业烟气是指温度为800～1000℃的烟气。

所述高温工业烟气是指水泥窑烟气、陶瓷窑炉烟气、工业锅炉烟气或者固废焚烧炉烟气。优选的高温工业烟气为水泥窑烟气。

所述应用是将污泥烟气脱硝剂投加进工业窑炉或工业锅炉中上部的氧含量体积分数为0.5％～3％的缺氧段，使其在工业窑炉或工业锅炉内与800～1000℃高温烟气逆流接触进行脱硝，脱硝完成后，污泥脱硝剂灼烧成为灰渣并与水泥或陶瓷原料一起混合，最后生成水泥熟料或陶瓷，或与煤渣混合后作为建材原料或填埋处置。所述污泥烟气脱硝剂的投加量为水泥熟料或陶瓷原料或工业锅炉煤炭生产质量的0.5％-10％。

本发明的原理在于：污水厂污泥中含有大量的有机物和氮元素，当污泥在无氧或缺氧条件下热解时上述有机物和氮元素会发生热解反应生成NH3、HCN、CO、CmHn等小分子还原性物质，生成的还原性物质在合适的温度区间内会和NOx发生剧烈的氧化还原反应生成N2，从而有效的去除烟气中NOx。本发明就是根据污泥上述特性和脱硝原理，在工业窑炉或锅炉上选择合适的投加点位投加污泥脱硝剂，从而实现工业窑炉、锅炉烟气的脱硝。

具体脱硝反应方程式为：

干污泥→NH₃+CO+HCN+NCO+NH₂+NH+H₂O+CO₂

(NH₄)₂CO₃→2NH₃+H₂O+CO₂ NH₄HCO₃→NH₃+H₂O+CO₂

4NH₃+4NO+O₂→4N₂→6H₂O 4NH₃+2NO+2O₂→3N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O 4HCN+5O2→2N₂+4CO₂+3H₂O

CO+NO→N₂+CO₂ NCO+NO→N₂+CO₂

NH₂+NO→N₂+H₂O 4NH+2NO→3N₂+2H₂O

2CO(NH₂)₂+2NO+O₂→3N₂+2H₂O+2CO₂

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

(1)本发明的污泥脱硝剂原料主体为城市固体废物污泥，因此基本无原料成本，甚至于通过这种方式处理污泥可达到治污的效果并获得额外的产值；

(2)与现有的脱硝剂相比，本发明的污泥脱硝剂具有制备工艺简单，运输、存储和使用简单且安全的优点；

(3)本发明的污泥脱硝剂应用于工业烟气脱硝时，NOx去除效率可达到65％以上，明显高于现有主流的SNCR脱硝技术；

(4)本发明的污泥脱硝剂应用于工业窑炉、锅炉等烟气脱硝时，脱硝过程同时也是污泥处理过程，与现有技术中高温氧化处理污泥的方式不同，本发明的污泥脱硝剂是在缺氧或无氧的环境下完成脱硝并消耗掉脱硝剂中的还原性含氮物质，同时自身被高温灼烧成渣，整个过程不产生额外的污染气体，具有节能、绿色环保的优点；

(5)与SNCR脱硝技术等纯粹投入消耗式的污染治理技术相比，本发明污泥脱硝剂应用于工业窑炉、锅炉等烟气脱硝时还可作为二次燃料降低生产过程中煤炭消耗量，同时最终的污泥灰渣还可作为生产原料，因此经济、环保、社会效益显著。

附图说明

图1为本发明污泥烟气脱硝剂在工业窑炉、锅炉烟气脱硝中的应用工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

脱水污泥经污泥混合系统搅拌均匀后进入污泥干燥系统，由经除尘预处理的水泥窑热烟气干燥至含水率(质量百分数)为15％，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为85％。

某水泥生产企业窑尾烟气NOx浓度为550-650mg/m³，平均浓度为600mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将水泥熟料生产量(质量)5％的污泥烟气脱硝剂投加进水泥分解炉中上部温度为800℃、氧含量体积百分数为1％的区域对水泥窑高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口窑尾烟气中NOx浓度为182mg/m³，去除率达到70％，出口NOx浓度达到水泥行业最新排放标准。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与水泥生料一起混合，最后进入水泥回转窑中煅烧成水泥熟料。最终经脱硝之后的烟气进入水泥厂烟气净化系统处理达标排放。

实施例2

将尿素、碳酸铵溶于水，与脱水污泥在污泥混合系统中搅拌均匀后送入污泥干燥系统，由经除尘预处理的水泥窑热烟气干燥至含水率为30％(质量百分数)，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为69％、尿素质量含量0.5％、碳酸铵质量含量0.5％。

某水泥生产企业窑尾烟气NOx浓度为550-650mg/m³，平均浓度为600mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将水泥熟料生产量(质量)0.5％的污泥烟气脱硝剂投加进水泥分解炉中上部温度为900℃、氧含量体积百分数为0.5％的区域对水泥窑高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口窑尾烟气中NOx浓度为204mg/m³，去除率达到66％，出口NOx浓度达到水泥行业最新排放标准。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与水泥生料一起混合，最后进入水泥回转窑中煅烧成水泥熟料。最终经脱硝之后的烟气进入水泥厂烟气净化系统处理达标排放。

实施例3

将尿素、碳酸氢铵溶于水，与脱水污泥在污泥混合系统中搅拌均匀后送入污泥干燥系统，由经除尘预处理的水泥窑热烟气干燥至含水率为50％(质量百分数)，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为49％、尿素质量含量0.5％、碳酸氢铵质量含量0.5％。

某水泥生产企业窑尾烟气NOx浓度为550-650mg/m³，平均浓度为600mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将水泥熟料生产量(质量)10％的污泥烟气脱硝剂投加进水泥分解炉中上部温度为900℃、氧含量体积百分数为2％的区域对水泥窑高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口窑尾烟气中NOx浓度为177mg/m³，去除率达到70.5％，出口NOx浓度达到水泥行业最新排放标准。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与水泥生料一起混合，最后进入水泥回转窑中煅烧成水泥熟料。最终经脱硝之后的烟气进入水泥厂烟气净化系统处理达标排放。

实施例4

将尿素、氯化铵溶于水，与脱水污泥在污泥混合系统中搅拌均匀后送入污泥干燥系统，由经除尘预处理的水泥窑热烟气干燥至含水率为30％(质量百分数)，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为69.3％、尿素质量含量0.5％、碳酸氢铵质量含量0.2％。

某水泥生产企业窑尾烟气NOx浓度为550-650mg/m³，平均浓度为600mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将水泥熟料生产量(质量)10％的污泥烟气脱硝剂投加进水泥分解炉中上部温度为1000℃、氧含量体积百分数为3％的区域对水泥窑高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口窑尾烟气中NOx浓度为166mg/m³，去除率达到72.3％，出口NOx浓度达到水泥行业最新排放标准。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与水泥生料一起混合，最后进入水泥回转窑中煅烧成水泥熟料。最终经脱硝之后的烟气进入水泥厂烟气净化系统处理达标排放。

实施例5

将尿素溶于水，与脱水污泥在污泥混合系统中搅拌均匀后送入污泥干燥系统，由经除尘预处理的水泥窑热烟气干燥至含水率为20％(质量百分数)，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为79.7％、尿素质量含量0.3％。

某水泥生产企业窑尾烟气NOx浓度为550-650mg/m³，平均浓度为600mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将水泥熟料生产量(质量)6％的污泥烟气脱硝剂投加进水泥分解炉中上部温度为900℃、氧含量体积百分数为1％的区域对水泥窑高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口窑尾烟气中NOx浓度为164mg/m³，去除率达到73％，出口NOx浓度达到水泥行业最新排放标准。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与水泥生料一起混合，最后进入水泥回转窑中煅烧成水泥熟料。最终经脱硝之后的烟气进入水泥厂烟气净化系统处理达标排放。

实施例6

将尿素溶于水，与脱水污泥在污泥混合系统中搅拌均匀后送入污泥干燥系统，由经除尘预处理的水泥窑热烟气干燥至含水率为20％(质量百分数)，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为79.5％、尿素质量含量0.5％。

某水泥生产企业窑尾烟气NOx浓度为550-650mg/m³，平均浓度为600mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将水泥熟料生产量(质量)0.5％的污泥烟气脱硝剂投加进水泥分解炉中上部温度为900℃、氧含量体积百分数为0.5％的区域对水泥窑高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口窑尾烟气中NOx浓度为212mg/m³，去除率达到65％，出口NOx浓度达到水泥行业最新排放标准。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与水泥生料一起混合，最后进入水泥回转窑中煅烧成水泥熟料。最终经脱硝之后的烟气进入水泥厂烟气净化系统处理达标排放。

实施例7

将尿素、碳酸铵溶于水，与脱水污泥在污泥混合系统中搅拌均匀后送入污泥干燥系统，由经除尘预处理的水泥窑热烟气干燥至含水率为30％(质量百分数)，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为69％、尿素质量含量0.5％、碳酸铵含量0.5％。

某水泥生产企业窑尾烟气NOx浓度为550-650mg/m³，平均浓度为600mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将水泥熟料生产量(质量)10％的污泥烟气脱硝剂投加进水泥分解炉中上部温度为900℃、氧含量体积百分数为0.5％的区域对水泥窑高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口窑尾烟气中NOx浓度为121mg/m³，去除率达到80％，出口NOx浓度达到水泥行业最新排放标准。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与水泥生料一起混合，最后进入水泥回转窑中煅烧成水泥熟料。最终经脱硝之后的烟气进入水泥厂烟气净化系统处理达标排放。

实施例8

将尿素、碳酸铵、碳酸氢铵溶于水，与脱水污泥在污泥混合系统中搅拌均匀后送入污泥干燥系统，由经除尘预处理的水泥窑热烟气干燥至含水率为30％(质量百分数)，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为69％、尿素质量含量0.5％、碳酸铵质量含量0.3％、碳酸氢铵质量含量0.2％。

某水泥生产企业窑尾烟气NOx浓度为550-650mg/m³，平均浓度为600mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将水泥熟料生产量(质量)10％的污泥烟气脱硝剂投加进水泥分解炉中上部温度为900℃、氧含量体积百分数为0.5％的区域对水泥窑高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口窑尾烟气中NOx浓度为134mg/m³，去除率达到77.7％，出口NOx浓度达到水泥行业最新排放标准。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与水泥生料一起混合，最后进入水泥回转窑中煅烧成水泥熟料。最终经脱硝之后的烟气进入水泥厂烟气净化系统处理达标排放。

实施例9

将尿素、碳酸铵、氯化铵溶于水，与脱水污泥在污泥混合系统中搅拌均匀后加热烘干至含水率为20％(质量百分数)，制得污泥烟气脱硝剂，脱硝剂中污泥干物质质量含量为79％、尿素质量含量0.5％、碳酸铵质量含量0.2％、氯化铵质量含量0.3％。

某陶瓷窑炉烟气NOx浓度为350-450mg/m³，平均浓度为400mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将相当于陶瓷原料(质量)10％的污泥烟气脱硝剂投加进陶瓷窑炉中后部温度为900℃、氧含量体积百分数为3％的区域对高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口炉尾烟气中NOx浓度为120mg/m³，去除率达到70.0％。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与陶瓷原料一起混合用作烧制陶瓷。最终经脱硝之后的烟气进入后部烟气净化系统处理达标排放。

实施例10

某工业锅炉烟气NOx浓度为650-850mg/m³，平均浓度为750mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将相当于燃煤(质量)10％的污泥烟气脱硝剂投加进工业锅炉中上部温度为900℃、氧含量体积百分数为3％的区域对高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口炉尾烟气中NOx浓度为262.5mg/m³，去除率达到65.0％。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与燃煤灰渣混合一起填埋处理。最终经脱硝之后的烟气进入后部烟气净化系统处理达标排放。

实施例11

某垃圾发电企业焚烧炉尾烟气NOx浓度为650-750mg/m³，平均浓度为700mg/m³。首先将污泥烟气脱硝剂由提升机运送至脱硝剂储存投加系统，随后由定量投加装置将垃圾焚烧量(质量)10％的污泥烟气脱硝剂投加进垃圾焚烧炉中上部温度为1000℃、氧含量体积百分数为3％的区域对高温烟气进行脱硝，脱硝完成后检测出口炉尾烟气中NOx浓度为200mg/m³，去除率达到72.4％。脱硝后的污泥烟气脱硝剂灰渣与垃圾焚烧后的灰渣一起填埋处理。最终经脱硝之后的烟气进入后部烟气净化系统处理达标排放。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种污泥烟气脱硝剂的应用，其特征在于：所述的污泥烟气脱硝剂应用于工业锅炉烟气脱硝或窑炉烟气脱硝领域，所述的应用包括以下步骤：将污泥烟气脱硝剂在缺氧条件下与需要脱硝的高温工业烟气逆流接触进行脱硝，脱硝完成后污泥烟气脱硝剂被灼烧成为便于处理的灰渣；所述污泥烟气脱硝剂的制备原料由以下按质量百分比计的组分组成：49％～85％的污泥干物质，0～0.5％的尿素，0～0.5％的铵盐和15％～50％的水，以上各组分质量百分比之和为100％，其中尿素和铵盐的含量不同时为0。

2.根据权利要求1所述的一种污泥烟气脱硝剂的应用，其特征在于：所述铵盐为氯化铵、碳酸铵或碳酸氢铵中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的一种污泥烟气脱硝剂的应用，其特征在于：所述污泥烟气脱硝剂的制备原料由以下按质量百分比计的组分组成：69％的污泥干物质，0.5％的尿素，0.5％的碳酸铵和30％的水组成。

4.根据权利要求1所述的一种污泥烟气脱硝剂的应用，其特征在于：所述缺氧条件是指氧含量体积分数为0.5％～3％的条件；所述高温工业烟气是指温度为800～1000℃的烟气；所述高温工业烟气是指水泥窑烟气、陶瓷窑炉烟气、工业锅炉烟气或者固废焚烧炉烟气。

5.根据权利要求4所述的一种污泥烟气脱硝剂的应用，其特征在于：所述高温工业烟气是指水泥窑烟气。

6.根据权利要求1所述的一种污泥烟气脱硝剂的应用，其特征在于：所述应用是将污泥烟气脱硝剂投加进工业窑炉或工业锅炉中上部的氧含量体积分数为0.5％～3％的缺氧段，使其在工业窑炉或工业锅炉内与800～1000℃高温烟气逆流接触进行脱硝，脱硝完成后，污泥脱硝剂灼烧成为灰渣，所述灰渣与水泥或陶瓷原料一起混合，最后生成水泥熟料或陶瓷；或所述灰渣与煤渣混合后，作为建材原料或填埋处置。

7.根据权利要求6所述的一种污泥烟气脱硝剂的应用，其特征在于：所述污泥烟气脱硝剂的投加量为水泥熟料、陶瓷原料或工业锅炉煤炭生产质量的0.5％-10％。