CN102716643B - 一种高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的装置，包括分料斗、一级加料斗、二级加料斗、三级加料斗、一级错流移动床反应器、二级错流移动床反应器、三级错流移动床反应器、一级可调式星形卸料器、二级可调式星形卸料器、三级可调式星形卸料器、烟气进口、烟气出口、回收仓、干燥器、补给仓、新鲜物料补给仓、垃圾焚烧炉烟气管道和空气预热器。本发明还公开了一种高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的方法。本发明采用多级错流移动床反应器，中高温的垃圾焚烧烟气依次通过错流移动床反应器，并在反应器中与吸附剂错向接触进行酸性气体的多级深度脱除，减少酸性气体对管路和设备的腐蚀和堵塞，实现垃圾焚烧烟气的净化排放。

Description

一种高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的装置及其方法
技术领域
本发明是一种在中高温条件下深度脱除垃圾焚烧过程中产生的酸性气体的装置和方法，属于城市生活垃圾焚烧处理技术领域。
背景技术
随着城市化进程的加快和物质消费的日趋现代化，城市生活垃圾的生产量急剧增加，垃圾无害化处理已经迫在眉睫。焚烧法能最大限度的实现城市生活垃圾的减量化、无害化、资源化，并且其产生的热能可以用来发电。但是垃圾焚烧会产生许多有害物质，特别是焚烧炉烟气中酸性气体（主要为HCl，SO2），如果得不到有效净化处理，那么随着垃圾焚烧处理在我国日益推广，必将对环境产生严重污染。
同时烟气中的酸性气体对设备的也有很大的危害。烟气中的酸性气体如SO2、HCl均为强酸性，会造成炉膛受热面的高温腐蚀损毁和尾部受热面的低温腐蚀，还会导致蒸汽参数的提高，引起受热交换器表面的腐蚀，会严重缩短设备的使用寿命。并且还会促进NOX的生成。特别是烟气中的HCl气体易与脱硫系统中的脱硫剂发生反应生成可挥发性的氯化物，使脱硫效果变差，并且阻塞管道系统。已有研究证明，HCl与PCDD/PCDF的生产过程直接相关，特别是在300～400℃的时候。因此，在中高温的时候除去酸性气体是焚烧炉尾气处理的核心任务之一。
目前对酸性气体的脱除大多采用固定床或流动床，但烟气中酸性气体脱除的各种工艺路线或多或少都存在问题，至今尚无得到国际公认的工艺技术路线。当前，国际上许多研究者正纷纷寻求新的思路，研发深度高效脱除酸性气体尤其是脱氯的新技术。
发明内容
本发明的目的是针对酸性气体对管道的腐蚀以及由于酸性气体的存在而造成的管道堵塞，特别是在中高温下HCl促进PCDD/PCDF生成等问题，提供一种高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的装置。
本发明的另一个目的是提供一种高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的方法。
本发明采用的技术方案是：一种高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的装置，包括分料斗、一级加料斗、二级加料斗、三级加料斗、一级错流移动床反应器、二级错流移动床反应器、三级错流移动床反应器、一级可调式星形卸料器、二级可调式星形卸料器、三级可调式星形卸料器、烟气进口、烟气出口、回收仓、干燥器、补给仓、新鲜物料补给仓、垃圾焚烧炉烟气管道和空气预热器；
所述新鲜物料补给仓下方设有补给仓，补给仓下端与分料斗连接，分料斗下端分别与一级加料斗、二级加料斗、三级加料斗连接，一级加料斗下端与一级错流移动床反应器连接，二级加料斗下端与二级错流移动床反应器连接，三级加料斗下端与三级错流移动床反应器连接；
所述一级错流移动床反应器底部下料段与一级可调式星形卸料器相连，一级可调式星形卸料器底部出口只有一路，直接连接回收仓，所述二级错流移动床反应器和三级错流移动床反应器底部下料段分别与由二级可调式星形卸料器和三级可调式星形卸料器相连，二级可调式星形卸料器和三级可调式星形卸料器底部出口均分两路，一路直接连接回收仓，另一路连接干燥器后连接到补给仓；
所述烟气进口、一级错流移动床反应器、二级错流移动床反应器、三级错流移动床反应器、烟气出口依次并排连接设置，它们两两之间依次采用第一层多孔板、第二层多孔板、第三层多孔板、第四层多孔板隔开；
所述烟气进口与垃圾焚烧炉烟气管道连接，所述烟气出口与空气预热器连接，所述一级错流移动床反应器、二级错流移动床反应器、三级错流移动床反应器内分别填充有一级吸附剂颗粒，二级吸附剂颗粒，三级吸附剂颗粒。
本发明采用多级错流移动床反应器，中高温的垃圾焚烧烟气依次通过错流移动床反应器，并在反应器中与吸附剂错向接触进行酸性气体的多级深度脱除，减少酸性气体对管路和设备的腐蚀和堵塞，实现垃圾焚烧烟气的净化排放。
作为优选，所述分料斗为封闭式分料斗，以防止烟气由分料斗溢出。
作为优选，所述一级错流移动床反应器、二级错流移动床反应器、三级错流移动床反应器的床层深度依次增加，一级错流移动床反应器床层深度为D，二级错流移动床反应器、三级错流移动床反应器、的床层深度分别为1.25D和1.5D；所述一级错流移动床反应器、二级错流移动床反应器、三级错流移动床反应器的床层高度和床层宽度相同；所述一级错流移动床反应器、二级错流移动床反应器、三级错流移动床反应器下料段的倾角分别为60°、45°、30°；采用不同的可调节星形卸料器控制三个错流移动床反应器的下料，可实现三个反应器的差速卸料，下料速率依次为U、0.75U、0.5U。
作为优选，所述第一层多孔板、第二层多孔板、第三层多孔板、第四层多孔板均为边长L的正方形且分别采用不同的孔布置方式和开孔率：
开孔率依次为第一层多孔板80%、第二层多孔板75%、第三层多孔板70%、第四层多孔板75%。
所述第一层多孔板、第二层多孔板、第三层多孔板均采用孔径比D1：D2=1.02-1.1两种孔；
其中第一层多孔板在距多孔板底部0.19L和距多孔板顶部0.19L范围内均采用孔径为D2的小孔，多孔板剩余部分采用孔径为D1的大孔，孔间距均为14.3mm；
第二层多孔板在分别距多孔板底部和距顶部0.2L的范围内采用孔径为D2的小孔，剩余部分采用孔径为D1的大孔布置方式，孔间距均为15mm；
第三层多孔板在距多孔板底部和顶部均为0.21L的范围内采用孔径为D2的小孔，剩余部分采用孔径为D1的大孔，孔间距均为15.7mm；
第四层多孔板采用单一孔径的布置方式，孔径D=（D1+D2）/2，孔间距为14.2mm。
一种使用上述装置的高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体方法：经垃圾焚烧炉排出的中高温烟气经水平的烟气进口依次进入三级错流移动床反应器与床内自上而下运动的固体吸附载体颗粒错向接触反应，烟气中的酸性气体经三级深度脱除吸附在固体吸附载体上，并随载体颗粒排出反应器，净化的烟气经由水平烟气出口流出进入空气预热器。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的特色及优点：
1.本发明采用多级错流移动床作为深度脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的主要装置，脱除效率高，构造简单，且采用了吸附剂的循环系统，吸附剂的利用更加充分。
2.在中高温下对酸性气体的深度脱除，减小了酸性气体设备的损害。并且由于在中高温下既已对HCl进行了脱除，减轻了HCl对后面吸附剂和催化剂的毒害作用，同时减少了PCDD/PCDF的生成，减少了环境污染。
3.在多级错流移动床反应器之间设置了多孔板，一方面实现了气固分离，减少了飞灰和烟尘，另一方面由于采用了不同的孔布置方式和开孔率，使烟气更好的分布以实现更高的脱除效率，并且由于多孔板的存在，多级错流移动床反应器与相同容积的错流移动床相比减少了颗粒层贴壁的压降。
4.所述的多级错流移动床反应器的底部分别采用了不同的倾斜角和采用不同的排料开口宽度，对反应器的下料速度的控制起到了协助作用。
5.所述的多级错流移动床反应器均采用了可调式星形卸料器，使吸附载体排料速率均可根据不同反应器的自身工况需要而进行调节，并且实现了多级错流移动床之间差速卸料。可以使烟气在二级和三级反应器中与吸附载体颗粒接触时间变长，使吸附剂的利用更充分，对酸性气体的脱除效率更好。
附图说明
图1是本发明高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的装置示意图；
图2是本发明中第一层多孔板的开孔布置；
图3是本发明中第二层多孔板的开孔布置；
图4是本发明中第三层多孔板的开孔布置；
图5是本发明中第四层多孔板的开孔布置。
其中有：分料斗1、一级加料斗2、二级加料斗3、三级加料斗4、一级错流移动床反应器5、二级错流移动床反应器6、三级错流移动床反应器7、一级可调式星形卸料器8、二级可调式星形卸料器9、三级可调式星形卸料器10、烟气进口11、烟气出口12、第一层多孔板13、第二层多孔板14、第三层多孔板15、第四层多孔板16、一级吸附剂颗粒17、二级吸附剂颗粒18、三级吸附剂颗粒19、回收仓20、干燥器21、补给仓22、新鲜物料补给仓23、垃圾焚烧炉烟气管道24、空气预热器25。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1所示，首先选用平均粒径为10mm的CaO为固体吸附剂，新鲜的CaO由补给仓22进入封闭的分料斗1，然后分别经过一级加料斗2、二级加料斗3、三级加料斗4进入一级错流移动床反应器5、二级错流移动床反应器6和三级错流移动床反应器7。选用的一级错流移动床反应器床层深度为1m，二级反应器为1.25m，三级反应器为1.5m，三个反应器的高度和宽度均为3m。多级错流移动床反应器底部下料段的出口的宽度分别为400mm，320mm，240mm，卸料速度分别选为0.9kg/s,0.675kg/s和0.45kg/s。
中高温的垃圾焚烧烟气24由水平烟气进口11经过开孔率为80%的第一层多孔板13，如图2所示，进入一级错流移动床反应器5，与自上而下运动的一级吸附剂颗粒（CaO）17错向接触后发生吸附反应，由于烟气中SO2浓度远高于其它酸性气体，因此，SO2先与CaO以及氧气（O2）反应生成CaSO4，也会有少量的HCl会与CaO反应生成CaCl2和H2O。在一级错流移动床反应器中进行了垃圾焚烧烟气的一级脱除。
经过一级脱除的烟气经由第二层多孔板14，开孔率为75%，如图3所示，进入二级错流移动床。由于此时烟气中酸性气体的浓度降低，为保证低浓度的酸性气体能被充分吸附，二级错流移动床反应器6的床层深度有了一定的增加，卸料速度也减慢，从而使烟气与二级吸附剂颗粒18（CaO）有更长的接触时间，反应更充分，使酸性气体得到了进一步的净化。经过二级净化的烟气经由开孔率为70%的第三层多孔板15，如图4所示，进入三级错流移动床反应器7中，此时烟气中酸性气体的浓度已非常低，为保证酸性气体被彻底脱除，三级反应器的床层宽度进一步增加，卸料速度为仅为一级反应器的一半。经过三级净化的烟气中，酸性气体几乎为0，达到净化要求。
一级错流移动床中的一级吸附剂颗粒（CaO）17由一级可调式星形卸料器8控制直接排入回收仓20中，二级和三级错流移动床反应器中的吸附剂CaO均分为两路排出：一条路直接排入回收仓20，另一条路经过干燥器21进入补给仓22，与新鲜物料补给仓23中的新鲜吸附剂相混合，循环使用；经过三级净化的烟气经开孔率为75%的多孔板，如图5所示，由水平烟气出口12流入空气预热器25中。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种高温脱除垃圾焚烧烟气中酸性气体的装置，其特征在于：包括分料斗（1）、一级加料斗（2）、二级加料斗（3）、三级加料斗（4）、一级错流移动床反应器（5）、二级错流移动床反应器（6）、三级错流移动床反应器（7）、一级可调式星形卸料器（8）、二级可调式星形卸料器（9）、三级可调式星形卸料器（10）、烟气进口（11）、烟气出口（12）、回收仓（20）、干燥器（21）、补给仓（22）、新鲜物料补给仓（23）、垃圾焚烧炉烟气管道（24）和空气预热器（25）； 
所述新鲜物料补给仓（23）下方设有补给仓（22），补给仓（22）下端与分料斗（1）连接，分料斗（1）下端分别与一级加料斗（2）、二级加料斗（3）、三级加料斗（4）连接，一级加料斗（2）下端与一级错流移动床反应器（5）连接，二级加料斗（3）下端与二级错流移动床反应器（6）连接，三级加料斗（4）下端与三级错流移动床反应器（7）连接； 
所述一级错流移动床反应器（5）底部下料段与一级可调式星形卸料器（8）相连，一级可调式星形卸料器（8）底部出口只有一路，直接连接回收仓（20），所述二级错流移动床反应器（6）和三级错流移动床反应器（7）底部下料段分别与由二级可调式星形卸料器（9）和三级可调式星形卸料器（10）相连，二级可调式星形卸料器（9）和三级可调式星形卸料器（10）底部出口均分两路，一路直接连接回收仓（20），另一路连接干燥器（21）后连接到补给仓（22）； 
所述烟气进口（11）、一级错流移动床反应器（5）、二级错流移动床反应器（6）、三级错流移动床反应器（7）、烟气出口（12）依次并排连接设置，它们两两之间依次采用第一层多孔板（13）、第二层多孔板（14）、第三层多孔板（15）、第四层多孔板（16）隔开； 
所述烟气进口（11）与垃圾焚烧炉烟气管道（24）连接，所述烟气出口（12）与空气预热器（25）连接，所述一级错流移动床反应器（5）、二级错流移动床反应器（6）、三级错流移动床反应器（7）内分别填充有一级吸附剂颗粒（17），二级吸附剂颗粒（18），三级吸附剂颗粒（19）； 
所述分料斗（1）为封闭式分料斗的，以防止烟气由分料斗溢出； 
所述一级错流移动床反应器（5）、二级错流移动床反应器（6）、三级错流移动床反应器（7）的床层深度依次增加，一级错流移动床反应器（5）床层深度为D，二级错流移动床反应器（6）、三级错流移动床反应器（7）的床层深度分别为1.25D和1.5D；所述一级错流移动床反应器（5）、二级错流移动床反应器（6）、三级错流移动床反应器（7） 的床层高度和床层宽度相同；所述一级错流移动床反应器（5）、二级错流移动床反应器（6）、三级错流移动床反应器（7）下料段的倾角分别为60°、45°、30°；采用不同的可调节星形卸料器控制三个错流移动床反应器的下料，可实现三个反应器的差速卸料，下料速率依次为U、0.75U、0.5U； 
所述第一层多孔板（13）、第二层多孔板（14）、第三层多孔板（15）、第四层多孔板（16）均为边长L的正方形且分别采用不同的孔布置方式和开孔率： 
开孔率依次为第一层多孔板（13）80%、第二层多孔板（14）75%、第三层多孔板（15）70%、第四层多孔板（16）75%； 
所述各多孔板的孔布置方式为： 
第一层多孔板（13）、第二层多孔板（14）、第三层多孔板（15）均采用孔径比D1：D2=1.02-1.1两种孔； 
其中第一层多孔板（13）在距多孔板底部0.19L和距多孔板顶部0.19L范围内均采用孔径为D2的小孔，多孔板剩余部分采用孔径为D1的大孔，孔间距均为14.3mm； 
第二层多孔板（14）在分别距多孔板底部和距顶部0.2L的范围内采用孔径为D2的小孔，剩余部分采用孔径为D1的大孔布置方式，孔间距均为15mm； 
第三层多孔板（15）在距多孔板底部和顶部均为0.21L的范围内采用孔径为D2的小孔，剩余部分采用孔径为D1的大孔，孔间距均为15.7mm； 
第四层多孔板（16）采用单一孔径的布置方式，孔径D=（D1+D2）/2，孔间距为14.2mm。 
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