CN102772980B - 垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置，该装置利用价格低廉的半焦分子筛作为二恶英的吸附剂。能够解决现有技术中活性炭分子筛价格昂贵并且对二恶英的吸附效率能力不强的技术问题。本发明所述的脱出装置对二恶英的净化效果优异。

Description

垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置
技术领域
本发明涉及一种废气处理装置，更具体地说本发明涉及一种垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置。
背景技术
随着中国城市化的飞速发展，每年上亿吨的垃圾产出和无法忍受的垃圾恶臭，成为城市发展的屏障。由于垃圾富含烃类、有机氯化物及铜等重金属，在垃圾焚烧过程中，烃类物与有机氯化物会在280～450°时经化学反应生成二恶英。在上述二恶英的生成反应中，垃圾所含的铜类物质(金属铜、氧化铜及铜离子)则起到了催化剂的作用。二恶英对人类有发癌性、催畸形性和免疫毒性等，是一种毒性极强的有害物质，因此必须予以彻底治理。垃圾焚烧后会产生有害人类健康的二恶英。
二恶英有强烈的致癌和致畸作用，动物实验表明，二恶英首先诱发肝脏和呼吸系统癌症，其次还导致免疫系统疾病，增加机体受感染的机会，属于最危险的环境污染物，国际癌症研究中心将二恶英列为人类一级致癌物。
目前国内居民对垃圾焚烧电厂的排斥心理日益加剧，归根结底是由于谈之色变的二恶英排放问题，欧盟各国也正在加紧制定更加严格的二恶英排放新标准。现有技术中的垃圾焚烧系统中，为了减少二恶英的排放，通常采取如附图1所示的垃圾焚烧的工艺流程：垃圾焚烧过程中焚烧温度应控制在850℃左右，试验表明，炉内温度在800℃时，99.95％的PCDDs得以分解，温度越高，二恶英的分解速率越快；垃圾焚烧炉出来的烟气，从余热锅炉中排出，此时的温度为500℃左右；为跃过二恶英形成的温度区(250-450℃)，必须采用急冷技术，在很短时间内冷却至200℃以下，再进入除尘器进行除尘；然后再经活性炭吸附净化而排入大气。
活性炭是一种优良的吸附剂，但其价格昂贵并且消耗日益增多，为此寻求较为廉价的其它炭基材料代替活性炭进行脱除垃圾焚烧尾气中的二恶英，成为一种迫切的需求。
发明内容
为了解决现有技术中活性炭分子筛价格昂贵并且对二恶英的吸附效率能力不强的技术问题，本发明提供了一种垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置，该装置利用价格低廉的半焦分子筛作为二恶英的吸附剂。
为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置，包括烟气净化塔，所述烟气净化塔顶部具有半焦分子筛入口、底部具有半焦分子筛出口、位于烟气净化塔侧面下部的烟气入口和位于烟气净化塔侧面上部的烟气出口，其特征在于烟气净化塔的中下部设置有可开合的基板，基板上设置有半焦分子筛吸附剂，用于吸附垃圾焚烧烟气中的二恶英。
所述的半焦分子筛是指以粉状的半焦和粘结剂为原料，通过挤压成型并在550-680℃焙烧2-4h制备得到。
所述的半焦优选为褐煤半焦；所述的粘结剂优选为高岭土；半焦与粘结剂的添加的质量比优选为5-10∶1。
所述的粉状的半焦的粒径优选为200-300目。
优选地，焙烧温度为620℃，焙烧时间为3h。
优选地，所述半焦分子筛为改性半焦分子筛，所述改性半焦分子筛通过以下操作步骤得到：首先将半焦分子筛置于1.5mol/L的NaOH溶液中于90℃晶化3h，经过水洗至pH＝8，然后在将其置于90℃、0.5mol/L的CaCl2溶液中交换2h，交换后的样品，水洗烘干后，再置于80℃、1mol/L的草酸溶液中交换2h，水洗烘干后，于500℃活化2h。
所述的半焦分子筛或改性半焦分子筛可以制成球形或圆柱形。优选地，所述的球形分子筛直径为3-10mm；所述的圆柱形分子筛的规格为φ3×6mm、φ4×8mm、φ5×10mm、φ6×12mm、φ7×14mm、φ8×16mm、φ9×18mm或φ10×20mm。
本发明的另一方面，还涉及一种垃圾焚烧系统中二恶英的脱除方法，通过本发明的上述装置，对垃圾焚烧系统中烟气中所含的二恶英进行吸附并脱除。
吸附有二恶英的半焦分子筛可以通过在800-850℃焙烧，对吸附的二恶英进行彻底分解，并恢复所述半焦分子筛的吸附活性。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明所述的半焦分子筛来源广，价格比碳分子筛极其低廉，寿命长比碳分子筛高，而且还有更大的孔容，更小的孔隙，更大的比表面积，对二恶英具有良好的吸附吸收能力，因此净化效果好，能大量、能够有效地吸附烟气中的二恶英，吸附净化效率比碳分子筛高。
附图说明
图1为目前国内垃圾焚烧电厂普遍采用的垃圾焚烧的工艺流程示意图；
图2为本发明的垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置的示意图。
图1中：1-空气；2-垃圾焚烧炉；3-烟气；4-急冷炉；5-除尘室；6-净化室；7-烟囱。图2中：100-烟气净化塔；101-半焦分子筛入口；102-半焦分子筛出口；103-烟气入口；104-烟气出口；105-基板；106-半焦分子筛。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面将结合附图以及具体实施例对本发明做进一步的说明。
在本发明中，二恶英采用美国SGS公司的TCR TECORA系统采样，利用高分辨气相色谱/高分辨质谱进行痕量分析。
在以下实施例中，半焦原料使用褐煤半焦，所述褐煤半焦中C的含量为92.83wt％、H的含量为1.07wt％，而N的含量为1.04wt％。当然采用现有技术中的半焦也可以取得类似的净化效果。
实施例1
烟气流量：82500m3/h，二恶英浓度：5ng/m3
半焦分子筛是指以粒径为200目以下的上述褐煤半焦和高岭土为原料，褐煤半焦与高岭土的质量比为10∶1，通过挤压制备直径为5mm的球形分子筛，并在620℃焙烧3h制备得到。
首先通过烟气净化塔顶部的半焦分子筛入口在基板上均匀布设30kg的上述半焦分子筛，烟气通过垃圾焚烧烟气入口穿过上述半焦分子筛对垃圾焚烧烟气中的二恶英进行吸附和脱除，在垃圾焚烧烟气出口部位，烟气中的二恶英含量降低至0.05ng/m3，然后经烟囱5排出。吸附后的半焦分子筛通过打开基板并经过半焦分子筛出口分离出来，然后通过在850℃焙烧，对吸附的二恶英进行彻底分解，并恢复所述半焦分子筛的吸附活性。
实施例2
与实施例1相比，区别仅在于所述的半焦分子筛为改性的半焦分子筛，所述改性半焦分子筛通过以下操作步骤得到：首先将半焦分子筛置于1.5mol/L的NaOH溶液中于90℃晶化3h，经过水洗至pH＝8，然后在将其置于90℃、0.5mol/L的CaCl2溶液中交换2h，交换后的样品，水洗烘干后，再置于80℃、1mol/L的草酸溶液中交换2h，水洗烘干后，于500℃活化2h。在垃圾焚烧烟气出口部位，烟气中的二恶英含量降低至0.03ng/m3。
实施例3
与实施例1相比，区别仅在于所述的半焦分子筛，半焦分子筛是指以粒径为200目以下的上述褐煤半焦和高岭土为原料，褐煤半焦与高岭土的质量比为10∶1，通过挤压制备直径为5mm的球形分子筛，并在550℃焙烧3h制备得到。在垃圾焚烧烟气出口部位，烟气中的二恶英含量降低至0.06ng/m3。
实施例4
与实施例1相比，区别仅在于所述的半焦分子筛，半焦分子筛是指以粒径为200目以下的上述褐煤半焦和高岭土为原料，褐煤半焦与高岭土的质量比为10∶1，通过挤压制备直径为5mm的球形分子筛，并在680℃焙烧3h制备得到。在垃圾焚烧烟气出口部位，烟气中的二恶英含量降低至0.06ng/m3。
实施例5
与实施例1相比，区别仅在于所述的半焦分子筛，半焦分子筛是指以粒径为300目以下的上述褐煤半焦和高岭土为原料，褐煤半焦与高岭土的质量比为5∶1，通过挤压制备直径为5mm的球形分子筛，并在620℃焙烧3h制备得到。在垃圾焚烧烟气出口部位，烟气中的二恶英含量降低至0.08ng/m3。
比较例1
与实施例1相比，区别仅在于吸附剂使用活性炭替代了半焦分子筛。在垃圾焚烧烟气出口部位，烟气中的二恶英含量降低至0.10ng/m3。
本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置，包括烟气净化塔(100)，所述烟气净化塔顶部具有改性半焦分子筛入口(101)、底部具有改性半焦分子筛出口(102)，位于烟气净化塔侧面下部的烟气入口(103)和位于烟气净化塔侧面上部的烟气出口(104)，其特征在于烟气净化塔的中下部设置有可开合的基板(105)，基板上设置有改性半焦分子筛(106)，用于吸附垃圾焚烧烟气中的二恶英；所述改性半焦分子筛通过以下操作步骤得到：以粉状的半焦和粘结剂为原料，通过挤压成型并在550-680℃焙烧2-4h制备得到半焦分子筛，将得到的半焦分子筛置于1.5mol/L的NaOH溶液中于90℃晶化3h，经过水洗至pH＝8，然后在将其置于90℃、0.5mol/L的CaCl2溶液中交换2h，交换后的样品，水洗烘干后，再置于80℃、1mol/L的草酸溶液中交换2h，水洗烘干后，于500℃活化2h。
2.根据权利要求1所述的脱除装置，其特征在于所述的半焦为褐煤半焦，所述的粘结剂为高岭土。
3.根据权利要求1所述的脱除装置，其特征在于半焦与粘结剂的添加的质量比为5-10∶1。
4.根据权利要求1的脱除装置，其特征在于所述粉状的半焦的粒径为200-300目。
5.根据权利要求1的脱除装置，其特征在于焙烧温度为620℃，焙烧时间为3h。
6.一种垃圾焚烧系统中二恶英的脱除方法，其特征在于通过权利要求1-5任一项所述的垃圾焚烧系统中二恶英的脱除装置，对烟气中所含的二恶英进行吸附并脱除。
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