CN101254401A - 净化来自废物焚烧厂的废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在循环流化床内通过吸附法净化来自废物焚烧厂的废气的方法。根据本发明，供给的新鲜吸附剂的质量流量作为再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度的函数来进行调节。

Description

净化来自废物焚烧厂的废气的方法
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1所述的在循环流化床内通过吸附法净化来自废物焚烧厂的废气的方法，以及涉及一种如权利要求9所述的废气净化系统。
背景技术
在废物焚烧的情况下，在该过程中产生的废气通常通过在废气净化系统中分离其中所含污染物如HCl、HF、SO2、氮氧化物、二噁英及灰尘而被净化。
用于从废气中分离污染物如HCl、HF、SO2和二噁英的可能方法是通过吸附剂干燥吸附污染物。
为此，吸附剂通常被引入到流化床反应器中，其中在循环流化床内使其与废气接触。污染物由此被吸附至吸附剂。流化床反应器的下游是固体分离器。随废气携带的固体物质以及负载有污染物的吸附剂在其中被分离。分离出的固体物质或者被排放或者返回到流化床反应器中。
在文献EP-A-1 537 905中描述了相应的方法。其中，用作吸附剂的添加剂的第一次添加是在流化床或流化床后分离之前进行，第二次添加是在流化床前加入到通向流化床的废气管道。
下面的方法已被建议用于调节被供给的吸附剂的量：
JP-A-2000107562描述了通过测定袋式过滤器的回洗周期来调节待加入的吸附性粉末的量的方法。
EP-A-0 173 403描述了一种用于调节待引入到废气料流中的吸附剂的量的方法，其中，HCl值被用作参考变量，根据该参考变量，通过与测得的废气量和依从于温度的化学计量值结合，可以计算出设定值。在该方法中，可包括作为补充修正而也被测得的SO2含量。该文献未清楚指明HCl的浓度和SO2的浓度是否是在原料气或在净化气中测得。
仅在净化气中测定HCl浓度的控制方法(“反馈”控制)具有这样的缺点，即直到排出的净化气中增加的污染物含量已被发现时，才供给所需的吸附剂。为了解决这个缺点，建议的方法是，其中除了上述在净化气中的测量外，还在原料气中进行HCl和SO2浓度的测量，通过这种方法，可确定吸附剂的理论所需量(组合的“前馈/反馈”控制)。
然而，已显示出，所需吸附剂的有效量仅能通过测得的HCl和SO2浓度而勉强地确定。这涉及到这样的事实，循环固体物质，与实际的吸附剂一起，包括另外固体组分如飞灰或燃料颗粒，具有不可忽视的残余吸附容量。例如，有这样的可能，在吸附前，在相对低的污染物含量的情况下，尽管供给了大量的新鲜吸附剂，由于循环固体物质的残余吸附容量较低并且处理污染物峰值时所需吸附剂的量不能足够快地供给到系统，这些污染物并没有被完全分离。另一方面，有这样的可能，在循环固体物质残余吸附容量较高的情况下，当污染物含量在吸附前相对高时，新鲜吸附剂的供给甚至根本不需要。作为废气和裹入固体的组成的结果，所述组成根据所燃烧废物的组成而变化非常大，不能数字化测定残余吸附容量。如果熟石灰用作吸附剂，则吸附容量另外受碳酸化反应的影响，这使残余吸附容量的数字化测定完全不可能。
发现现有的净化来自废物燃烧的废气的方法的另外缺点是它们缺乏操作可靠性。其原因在于循环固体物质的氯化物含量强烈波动，并且对于其在固体物质中的特定含量，会导致粘连和结块，这在极端情况下能完全阻塞废气净化系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开始所提及的类型的方法，其中，最佳地使用吸附剂，同时其保证有高的操作可靠性。
该目的通过权利要求1的方法得以解决。在从属权利要求中定义了有利的实施方式。
依据本发明的方法的特征在于，供给的新鲜吸附剂的质量流量作为再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度的函数来进行调节。
因此在调节新鲜吸附剂的供给期间，考虑到再循环固体物质的残余吸附容量。这使得所需的有效新鲜吸附剂的质量流量比使用迄今已知方法得以明显更精确地测定。吸附剂由此得以最佳利用，这使得其消耗保持在最小。
此外，根据本发明的方法，新鲜吸附剂的供给可以以这样一种方式进行调节，其在废气净化过程中氯化物的比例恒定维持在低于固体颗粒粘连的临界阈值。这明显有利于该方法的操作可靠性。
本发明的方法既包括干燥吸附方法，又包括半干燥吸附方法。
在该方法中，可利用循环流化床形式的吸附剂，其是由于废气中包含的固体颗粒和供给的吸附剂一起被直接向上的废气流带入一种流化态而产生的。
对于本发明的方法，优选使用熟石灰(Ca(OH)2)作为吸附剂。其通常具有至少92％的纯度等级和至少15m2/g的比表面积。然而，多种其它的吸附剂，如碳酸氢钠(NaHCO3)、
Figure A20081008815600051
(Rheinkalk)或
Figure A20081008815600052
(
Figure A20081008815600053
Umwelttechnik GmbH)也是可以想到的。根据本发明，可使用单一吸附剂或不同吸附剂的混合物。
包含在废气中的污染物通过在循环流化床内与吸附剂进行化学反应而被分离。
如果熟石灰用作吸附剂，污染物SO2、HCl和HF根据下列反应方程式进行反应得到相应的盐：
Ca(OH)2+H2O+SO2→CaSO3(亚硫酸钙)+2H2O
Ca(OH)2+2HCl   →CaCl2(氯化钙)+2H2O
Ca(OH)2+2HF     →CaF2(氟化钙)+2H2O
在这些反应中，用于污染物分离的温度优选为约145℃。
活性炭(平炉焦炭)通常也存在于循环流化床中，污染物被另外吸附在其上并与废气分离。
除了吸附剂和活性炭以及吸附剂和活性炭上吸附的污染物之外，再循环固体物质通常还包含来自废物焚烧厂的燃烧部分的燃料颗粒和飞灰。根据本发明，供给的新鲜吸附剂的质量流量作为再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度的函数来进行调节。
在本发明方法的优选实施方案中，再循环固体物质中各个组分的浓度以基本连续的方式被测定。根据本发明，新鲜(未被负载)吸附剂特别是熟石灰和/或被吸附的污染物特别是氯化物、亚硫酸盐和/或氟化物的浓度，以此方式进行测定。基于测得的各组分的浓度，对新鲜吸附剂的供给进行调节。
通过基本上连续测定再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或被吸附的污染物的浓度，可以确保对系统变化作出最快的可能反应。
在特别优选的实施方案中，通过使用傅立叶变换近红外分光计(FT-NIR分光计)进行测定。这使得能够连续定量分析再循环固体物质。该分析可以通过置于废气净化系统内的探针来原位进行。
作为原位分析的替代方案，各组分浓度的测定使用通过小型旋风分离器从循环中抽出的固体物质样品来进行。在这种情况下，测定分批进行。如果样品的抽取发生在很短的时间间隔内，有可能用该实施方案进行半连续测定。
传统的旋风分离器，如本领域技术人员已知的，例如得知于Lueger，Lexikonder Technik，斯图加特(Stuttgart)1970，第16卷，第601页以及下列等等，可被用作旋风分离器。优选地，固体样品被收集在能自动清空的收集容器中。接下来，在根据本发明的测定之后，固体样品自动返回到循环中。
在进一步优选的实施方案中，除供给的新鲜吸附剂的质量流量外，从循环中排出的固体物质的质量流量也作为再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度的函数来进行调节。这样，可以避免具有衰竭吸附容量的固体物质被连续地循环。通常，循环中固体物质的排出通过使用为此目的而提供的排出设备来进行。
更优选的是，供给的新鲜吸附剂的质量流量和可选的从循环中排出的固体物质的质量流量，也作为原料气和净化气中的HCl和/或SO2的浓度的函数来进行调节。该实施方案具有的优点是：可以以此方式直接获得原料气和净化气中污染物含量的信息。该附加的信息使得能够进一步地对本发明供给的新鲜吸附剂的质量流量和可选的从循环中排出的固体物质的质量流量的调节进行细调。
另外，可具有另外的调节回路：
在第一个另外调节回路中，监测通过反应器内流化床的压力损失，并连续调节再循环到流化床反应器中的固体物质的质量流量，以便在流化床反应器中维持恒定的床材料存量。
在第二个另外调节回路中，流化床反应器内废气的温度通过注水来进行调节。
除上述方法之外，本发明也涉及一种如权利要求9所要求的废气净化系统，该系统用以在循环流化床内通过吸附法净化来自废物焚烧厂的废气。
本发明的废气净化系统包括干燥吸附废气净化系统或半干燥吸附废气净化系统。作为半干燥吸附废气净化系统的一个例子，可以提及反应器(奥地利能源与环境(Austrian Energy & Environment)/Von Roll UmwelttechnikAG)。
根据本发明的废气净化系统具有流化床反应器和用于将固体物质返回到流化床反应器的装置。后者通常以本领域技术人员已知的传统的固体分离器的形式存在。
废气净化系统的特征在于，它也具有用于以再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度的函数来调节新鲜吸附剂的供给的装置。
通常，为此目的，废气净化系统包括用于测定再循环固体物质中一种或多种组分浓度的分析装置。特别优选地，该装置是FT-NIR分光计。
此外，本发明的废气净化系统可包括用于抽取再循环固体物质样品的旋风分离器，以用于测定新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度。在该实施方案中，旋风分离器优选布置在从流化床反应器通向固体分离器的连接管道上。由于连接管道没有固体物质结块这样的事实，确保了抽取的固体样品是均匀的。在该实施方案中，分析设备优选与旋风分离器连接。
为了使流化床反应器中的温度维持恒定在特定的值，可附加提供水注入装置。取决于使用的吸附剂并且取决于污染物组成，可改变温度以使吸附最佳。废气净化系统中的温度优选维持在约145℃的值。
根据本发明的废气净化系统允许高达200,000mn 3/hfeucht(mn 3＝标准立方米，其中标准条件理解为意指温度为273.15K(0℃)和压力为101.3kPa)的体积流量。废气净化系统通常被设计用于具有170℃-300℃、尤其是180℃-250℃的入口温度的废气。工业用水通常被用作调节介质。废气净化系统的流化床反应器内的平均流速通常为约4m/s。废气净化系统内的压降通常为20-25mbar。
通常，废气净化系统被设计用于前述燃烧系统的60-110％荷载来工作。
表1示出了能用废气净化系统进行净化的示例性原料气的污染物含量。在该表中，污染物含量以名义上的日平均值和以最大半小时平均值给出。根据表1的示例性原料气具有11vol.％的O2含量和30vol.％的水分含量。
表1
  污染物组分   名义上的日平均值   最大半小时平均值
  灰尘   ≤4000mg/mn 3   ≤10000mg/mn 3
  HCl   ≤3500mg/mn 3   ≤4500mg/mn 3
  HF   ≤10mg/mn 3   ≤25mg/mn 3
  SO2   ≤600mg/mn 3   ≤1000mg/mn 3
  Hg   ≤0.25mg/mn 3   ≤0.5mg/mn 3
  Cd和Tl   ≤1mg/mn 3   ≤2.5mg/mn 3
  二噁英   ≤5mg/mn 3TEQ*   ≤12.5mg/mn 3TEQ*
*TEQ＝毒性当量
通过在根据本发明的废气净化系统中净化原料气，净化气的污染物含量可以减少到表2显示的值。
表2
  污染物组分   名义上的日平均值
  灰尘   ≤5mg/mn 3
  HCl   ≤10mg/mn 3
  HF   ≤1mg/mn 3
  SO2   ≤10mg/mn 3
  Hg   ≤0.03mg/mn 3
  Cd和Tl   ≤0.05mg/mn 3
  Sb、As、Pb、Cr、Co、Cu、Mn、Ni、V、Sn、Se、Te   ≤0.5mg/mn 3
  二噁英   ≤0.1mg/mn 3
在最佳的工作情况下，HCl含量可被显著减少到低于10mg/mn 3，且灰尘含量可被减少到2-3mg/mn 3。
熟石灰的平均消耗取决于原料气的污染物载量和遵循的极限值。
附图说明
将参照附图对本发明进行更加详细的说明，其中以纯示意图形式：
图1示出了用于实施本发明方法的废气净化系统，该系统包括流化床反应器和布置在其下游的固体分离器，和
图2示出了根据图1的废气净化系统，其中用于抽取固体样品的旋风分离器(其以放大的插图显示)被布置在流化床反应器和固体分离器之间。
具体实施方式
图1所示的废气净化系统2包括原料气入口4和净化气出口6，废物燃烧期间产生的废气通过该入口被引入，来自废气净化系统2的经净化的废气通过该出口被排出。原料气入口4包括入口槽10和连接到其下游的入口管道12，其开口通入流化床反应器14中。流化床反应器14具有基本上为中空圆筒的形状，其在入口侧成圆锥形渐缩。用于注入吸附剂的吸附剂供给管线18布置在成圆锥形渐缩的区域16。吸附剂被流入流化床反应器14的废气裹入，并与来自废物燃烧的废气流中一道携带的飞灰和燃料颗粒形成循环流化床(未示出)。在上部区域，流化床反应器14开口通入通向固体分离器20的连接管道22。固体分离器20在其上部区域具有过滤系统24，用以分离随废气流携带的固体颗粒。过滤系统24包括多个织物袋式过滤器24’。在通过过滤系统24之后，获得的净化气通过净化气出口6排出。分离的固体颗粒在固体分离器20的倾斜底部26沉积，并沿底部26流入固体再循环通道28。固体再循环通道28具有计量元件29，通过该计量元件，可调节返回到流化床反应器14的固体物质的体积流量。用于排出固体物质的包括输送装置32的排出管道30从返回管道28分支出来。用于测定再循环固体物质中至少一种组分的浓度的分析装置34布置在固体分离器20上。每单位时间供给的吸附剂的增加、减少或保持恒定，取决于测定期间获得的值。
为确保废气净化系统2中的温度不超过预定值，可将水注入流化床反应器用以冷却目的。为此，在吸附剂供给管线18的下面，流化床反应器14具有包括喷嘴头38的水供给管线36，其通入到流化床反应器14中。
在图2示出的废气净化系统2中，布置在流化床反应器14和固体分离器20之间的连接管道22上设置有旋风分离器40，用以抽取再循环固体物质的样品。在抽取期间，样品通过抽取导管42和与其邻接的切向入口喷嘴44被注入旋风分离器40的中空圆柱体上部46中。由于它们的质量，作为离心力的结果，固体颗粒以螺旋型路径被导入成圆锥形渐缩的下部48，该下部开口通入收集容器50。从收集容器50中得到的固体样品51，通过使用相应的分析装置(未示出)可确定至少一种组分的浓度。在图2示出的实施方案中，该分析装置通常与旋风分离器40的收集容器50相连。收集容器具有一个底部52，其可以这样的方法转换，使得在收集容器50和连接管道22之间产生通道，收集容器50中的固体物质可通过该通道返回到连接管道22，并由此再次进入循环。在旋风分离器40中，从固体中释放出来的气相组分被中央上升流捕获，并通过浸没管56进入旋风分离器排出管道58，通过该管道，由阀60控制，将其返回到连接管道22。

Claims (12)

1.一种在循环流化床中通过吸附法净化来自废物焚烧厂的废气的方法，其中供给的新鲜吸附剂的质量流量作为再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度的函数来进行调节。
2.如权利要求1所要求的方法，其中以基本连续的方式测定再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度。
3.如权利要求2所要求的方法，其中通过傅立叶变换近红外分光计进行测定。
4.如权利要求2或3所要求的方法，其中测定再循环固体物质中氯化物和可选的新鲜吸附剂的浓度。
5.如权利要求2至4中任一项所要求方法，其中所述测定是使用通过旋风分离器从循环中抽取的固体物质样品来进行的。
6.如前述权利要求中任一项所要求的方法，其中从循环中排出的固体物质的质量流量也作为再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度的函数来进行调节。
7.如前述权利要求中任一项所要求的方法，其中使用熟石灰作为吸附剂。
8.如前述权利要求中任一项所要求的方法，其中提供的新鲜吸附剂的质量流量和可选的从循环中排出的固体物质的质量流量也作为原料气和净化气中HCl和/或SO2的浓度的函数来进行调节。
9.一种用于在循环流化床中通过吸附法净化来自废物焚烧厂的废气的废气净化系统，该系统使用流化床反应器(14)和用于将固体物质返回到流化床反应器的装置(20)，其另外包括用以将新鲜吸附剂的供给作为再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度的函数来进行调节的装置。
10.如权利要求9所要求的废气净化系统，其包括分析装置(34)，该装置用于测定再循环固体物质中新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度。
11.如权利要求9或10所要求的废气净化系统，其中，分析装置(34)是傅立叶变换近红外分光计。
12.如权利要求9至11中任一项所要求的废气净化系统，其包括旋风分离器(40)，该分离器用于抽取再循环固体物质的样品，用以测定新鲜吸附剂和/或至少一种被吸附的污染物的浓度。
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