CN101648099B - 垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法，涉及一种烟气净化处理装置及方法。提供一种可同时脱除HF、HCl、SO₂、SO₃等酸性气体及重金属、二噁英的垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法。装置设循环流化床脱酸塔、活性炭仓、吸收剂仓、物料循环空气斜槽、仓泵、布袋除尘器、副产物仓和喷水装置。垃圾焚烧炉的烟气进入脱酸塔进料段，在文丘里管与吸收剂的循环灰和活性炭反应脱除HCl、HF；经文丘里管加速烟气进入床体，经喷水降温完成其他酸性气体的脱除及重金属、二噁英的吸附，从脱酸塔顶部排出，进入布袋除尘器除尘，清洁烟气经引风机排入烟囱；除尘器捕集的颗粒通过物料循环系统返回塔内，少量副产物送至副产物仓。

Description

垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种烟气净化处理装置及方法，尤其是涉及一种利用循环流化床，可同时脱除垃圾焚烧烟气中所含的HF、HCl、SO₂、SO₃等酸性组分及重金属、二噁英等污染物的垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法。

背景技术

垃圾焚烧是目前生活垃圾减容的主要处理手段，由于生活垃圾成分复杂，因此焚烧过程中产生的烟气中污染源比单纯的燃煤、燃油锅炉烟气更为复杂，包括HF、HCl、SO₂、SO₃等酸性气体及重金属、二噁英等。垃圾焚烧厂尾气净化技术，特别是二噁英等污染物的消除越来越受到重视。

中国专利200810064575.4、200810136801.5提出的垃圾焚烧烟气净化处理工艺与水泥生产工艺相结合虽然减少了净化处理步骤和运行能耗，但是该工艺需配套水泥生产线，局限性大，难以推广。中国专利200410101859.8将垃圾和石灰石在循环流化床锅炉底部混合进行炉内脱硫，虽然可以取得一定的脱硫效果，但是该工艺对其他酸性气体的脱除率较低，且无法处理烟气中的重金属和二噁英，不能满足环保排放要求。中国专利200810069384.7提出的烟气净化处理工艺采用Ca(OH)₂浆液作为吸收剂，利用喷雾干燥及活性炭吸附原理，虽然可脱除大部分酸性气体及二噁英，但是无法脱除以气溶胶形式存在的SO₃及烟气中存在的大量重金属；同时，该工艺配备的旋转喷雾头极易磨损，如配布袋除尘器，可能造成布袋糊袋；此外，该工艺采用消石灰制浆系统，将造成出口排放调节滞后。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有工艺存在的不足，提供一种可同时脱除HF、HCl、SO₂、SO₃等酸性气体及重金属、二噁英，普适性广、操作便捷、运行及维护成本低的垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法。

本发明所述垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置设有循环流化床脱酸塔、活性炭仓、吸收剂仓、物料循环空气斜槽、仓泵、布袋除尘器、副产物仓、雾化喷水装置、支架和连接管道。循环流化床脱酸塔从下至上依次设有进料段、文丘里管、文丘里管的出口扩管段和顶部方形段，设于循环流化床脱酸塔底部的进料段的烟道入口外接入口烟道，活性炭仓的出口接循环流化床脱酸塔底部的进料段的活性炭入口，雾化喷水装置设在文丘里管的出口扩管段，设于循环流化床脱酸塔顶部方形段的烟气出口经连接烟道与布袋除尘器的烟气进口连接，设于布袋除尘器底部的灰斗的出口经仓泵与副产物仓的进口连接，灰斗的出口通过物料循环空气斜槽与循环流化床脱酸塔的进料段连接，吸收剂仓的吸收剂出口经物料循环空气斜槽与循环流化床脱酸塔的进料段连接，设于布袋除尘器顶部的进气室的出口接清洁烟气排气管道。

本发明所述垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理方法包括以下步骤：

1)将垃圾焚烧炉空气预热器排出的烟气经入口烟道进入循环流化床脱酸塔底部的进料段的烟道入口，在文丘里管下部与从吸收剂仓加入的吸收剂的循环灰和从活性炭仓加入的活性炭反应完成HCl、HF的脱除，按摩尔比，Ca/S控制在1.1～1.3；

2)通过文丘里管的加速，锅炉出口烟气进入循环流化床床体，通过设在循环流化床脱酸塔文丘里管的出口扩管段的喷嘴喷水降温至110～120℃，控制床层压差1000～1500Pa，完成其他酸性气体的脱除及重金属、二噁英的吸附，得脱酸后的含尘烟气；

3)脱酸后的含尘烟气从循环流化床脱酸塔顶部方形段的烟气出口侧向排出，然后转向向下进入布袋除尘器除尘，除尘后的清洁烟气经引风机排入烟囱；

4)经布袋除尘器捕集下来的固体颗粒，大部分通过物料循环系统，返回循环流化床脱酸塔继续参加反应，如此循环，多余的少量副产物则通过气力输送系统输送至副产物仓。

在步骤1)中，所述垃圾焚烧炉空气预热器排出的烟气的温度为130～200℃，所述吸收剂可选用生石灰(CaO)或消石灰(Ca(OH)₂)，活性炭的加入量按质量比，活性炭∶垃圾为0.25∶1000；所述吸收剂可添加吸附剂，所述吸附剂最好选用活性炭等。

在步骤2)中，所述降温最好控制降低烟气温度至露点以上13～16℃。

在步骤4)中，所述循环的量通过床层压差控制，所述气力输送系统可采用仓泵。

本发明所提供的适合垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置和方法，其在循环流化床脱酸塔内的反应机制是：物料在循环流化床脱酸塔内，气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触，在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍。循环流化床脱酸塔顶部结构的惯性分离进一步强化了絮状物的返回，进一步提高了塔内颗粒的床层密度及Ca/S。这样的一种气固两相流机制，通过气固间的混合，极大地强化了气固间的传质与传热，形成了具有巨大比表面积的料层。

设在文丘里管的出口扩管段的雾化喷水装置，一是使SO₂等酸性气体与Ca(OH)₂的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应；二是降低烟气温度至露点以上15℃左右，二噁英在降温后凝聚为较大颗粒，便于捕捉。具有巨大比表面积的床体及雾化喷水装置的设置为酸性气体高脱除率、重金属和二噁英的高吸附率提供了根本的保证。

本发明所提供的垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置及方法所涉及的主要反应方程式如下：

CaO+H₂O＝Ca(OH)₂

Ca(OH)₂+SO₂＝CaSO₃·1/2H₂O+1/2H₂O             吸收过程

CaSO₃·1/2H₂O+1/2O₂＝CaSO₄·1/2H₂O            氧化过程

Ca(OH)₂+SO₃＝CaSO₄·1/2H₂O+1/2H₂O             吸收过程

Ca(OH)₂+CO₂＝CaCO₃+H₂O                        吸收过程

Ca(OH)₂+2HCl＝CaCl₂·2H₂O(～75℃)             吸收过程(强吸潮性物料)

2Ca(OH)₂+2HCl＝CaCl₂·Ca(OH)₂·2H₂O(＞120℃)  吸收过程

Ca(OH)₂+2HF＝CaF₂+2H₂O                        吸收过程

附图说明

图1为本发明所述垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明所述垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置设有循环流化床脱酸塔2、活性炭仓6、吸收剂仓7、物料循环空气斜槽8、仓泵9、布袋除尘器10、副产物仓11、雾化喷水装置14、支架和连接管道。循环流化床脱酸塔2从下至上依次设有进料段21、文丘里管22、文丘里管的出口扩管段23和顶部方形段24，设于循环流化床脱酸塔2底部的进料段21的烟道入口外接入口烟道1，活性炭仓6的出口接循环流化床脱酸塔2底部的进料段21的活性炭入口，雾化喷水装置14设在文丘里管22的出口扩管段23，设于循环流化床脱酸塔2顶部的烟气出口24经连接烟道3与布袋除尘器10的烟气进口连接，设于布袋除尘器10底部的灰斗4的出口经仓泵9与副产物仓11的进口连接，灰斗4的出口还通过物料循环空气斜槽8与循环流化床脱酸塔2的进料段21连接，吸收剂仓7的吸收剂出口经物料循环空气斜槽8与循环流化床脱酸塔2的进料段21连接，设于布袋除尘器10顶部的进气室5的出口接清洁烟气排气管道。

以下给出所述垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理方法的具体实施例：

垃圾焚烧炉烟气参数：垃圾焚烧炉处理量：100t/d，粉尘浓度：13.36mg/Nm³，SO₂浓度1450mg/Nm³，SO₃浓度80mg/Nm³，干标烟气量：15860Nm³/h，温度：140～180℃。

垃圾焚烧炉出口烟气(140～180℃)由入口烟道1进入循环流化床脱酸塔2底部的进料段21，在循环流化床脱酸塔2内从下往上，垃圾焚烧炉烟气先与由活性炭仓6加入循环流化床脱酸塔2的活性炭及由物料循环空气斜槽8加入循环流化床脱酸塔2内的带有新鲜吸收剂的循环灰进行二噁英的吸附及HCl和HF的脱除反应，Ca/S摩尔比控制在1.1～1.3，消石灰加入量为37kg/h，活性炭的加入量为1kg/h。然后通过循环流化床脱酸塔2的文丘里管22后在循环流化床脱酸塔2锥形段(即文丘里管的出口扩管段)23处与由物料循环空气斜槽8加入循环流化床脱酸塔2的含吸收剂的脱硫灰料床发生脱酸反应和重金属的吸附捕捉，床层压降控制在1000～1500Pa，在锥形段(即文丘里管的出口扩管段)23处，由雾化喷水装置14喷入雾化水，调节烟气温度至110～120℃(垃圾成分不同，露点温度不同，原则上控制降低烟气温度至露点以上13～16℃)。

循环流化床脱酸塔2的出口烟气粉尘浓度约600～800g/Nm³，经过连接烟道进入布袋除尘器10，烟气中的脱硫灰含有未反应完成的吸收剂被布袋除尘器10捕捉后落入设于布袋除尘器10下部的灰斗4，大部分通过物料循环空气斜槽8与由吸收剂仓7加入的吸收剂一起进入循环流化床脱酸塔2底部的进料段21循环利用，循环量通过床层压降控制。少量脱硫灰采用仓泵9输送至副产物仓11储存外运。清洁烟气通过设于布袋除尘器10顶部的净气室5排出。

处理后的烟气参数：

净化后粉尘排放浓度    ≤50mg/Nm³；

净化后SO₂排放浓度     ≤200mg/Nm³；

二恶英排放浓度        ≤0.5ng/Nm³。

Claims (9)

1.垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置，其特征在于设有循环流化床脱酸塔、活性炭仓、吸收剂仓、物料循环空气斜槽、仓泵、布袋除尘器、副产物仓、雾化喷水装置、支架和连接管道；循环流化床脱酸塔从下至上依次设有进料段、文丘里管、文丘里管的出口扩管段和顶部方形段，设于循环流化床脱酸塔底部的进料段的烟道入口外接入口烟道，活性炭仓的出口接循环流化床脱酸塔底部的进料段的活性炭入口，雾化喷水装置设在文丘里管的出口扩管段，设于循环流化床脱酸塔顶部方形段的烟气出口经连接烟道与布袋除尘器的烟气进口连接，设于布袋除尘器底部的灰斗的出口经仓泵与副产物仓的进口连接，灰斗的出口通过物料循环空气斜槽与循环流化床脱酸塔的进料段连接，吸收剂仓的吸收剂出口经物料循环空气斜槽与循环流化床脱酸塔的进料段连接，设于布袋除尘器顶部的进气室的出口接清洁烟气排气管道。

2.垃圾焚烧烟气多组分污染物的净化处理方法，采用如权利要求1所述的垃圾焚烧烟气多组分污染物净化处理装置，其特征在于包括以下步骤：

1)将垃圾焚烧炉空气预热器排出的烟气经入口烟道进入循环流化床脱酸塔底部的进料段的烟道入口，在文丘里管下部与从吸收剂仓加入的吸收剂的循环灰和从活性炭仓加入的活性炭反应完成HCl、HF的脱除，按摩尔比，Ca/S控制在1.1～1.3；

2)通过文丘里管的加速，锅炉出口烟气进入循环流化床床体，通过设在循环流化床脱酸塔文丘里管的出口扩管段的雾化喷水装置喷水降温至110～120℃，控制床层压差1000～1500Pa，完成其他酸性气体的脱除及重金属、二噁英的吸附，得脱酸后的含尘烟气；

3)脱酸后的含尘烟气从循环流化床脱酸塔顶部方形段的烟气出口侧向排出，然后转向向下进入布袋除尘器除尘，除尘后的清洁烟气经引风机排入烟囱；

4)经布袋除尘器捕集下来的固体颗粒，大部分通过物料循环空气斜槽，返回循环流化床脱酸塔继续参加反应，如此循环，多余的少量副产物则通过仓泵输送至副产物仓。

3.如权利要求2所述的垃圾焚烧烟气多组分污染物的净化处理方法，其特征在于在步骤1)中，所述垃圾焚烧炉空气预热器排出的烟气的温度为130～200℃。

4.如权利要求2所述的垃圾焚烧烟气多组分污染物的净化处理方法，其特征在于在步骤1)中，所述吸收剂为生石灰或消石灰。

5.如权利要求2所述的垃圾焚烧烟气多组分污染物的净化处理方法，其特征在于在步骤1)中，活性炭的加入量按质量比，活性炭∶垃圾为0.25∶1000。

6.如权利要求2或5所述的垃圾焚烧烟气多组分污染物的净化处理方法，其特征在于在步骤1)中，所述吸收剂添加吸附剂，所述吸附剂为活性炭。

7.如权利要求2所述的垃圾焚烧烟气多组分污染物的净化处理方法，其特征在于在步骤2)中，所述降温控制降低烟气温度至露点以上13～16℃。

8.如权利要求2所述的垃圾焚烧烟气多组分污染物的净化处理方法，其特征在于在步骤4)中，所述循环的量通过床层压差控制。

9.如权利要求2所述的垃圾焚烧烟气多组分污染物的净化处理方法，其特征在于在步骤4)中，所述气力输送系统为仓泵。

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