CN102861498A

CN102861498A - 一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法

Info

Publication number: CN102861498A
Application number: CN2011101885545A
Authority: CN
Inventors: 羌宁; 王红玉
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: CN102861498B

Abstract

本发明涉及一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，在布袋除尘器的一个清灰周期内，通过将布袋除尘清灰操作与活性炭投加设备操作联锁的方式，在每个周期的起始阶段的较短时间内以较快的投加速率投加一定量的活性炭，然后在该周期的剩余时间内以较低的投加速率继续投加一定量的活性炭，从而在布袋清灰后的表面构建一层由较为清洁的活性炭形成的吸附层，从提高吸附剂利用率和强化气固传质两方面来改善吸附净化性能。与目前通常采用的持续均匀投料方法相比，本发明的时间脉冲投料方法可在相同条件下减少二恶英类有害物质排放量75％以上，净化效率保持在99％以上。

Description

一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法

技术领域

本发明涉及环境保护和固体废物处理处置技术领域，尤其是涉及一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法。

背景技术

焚烧是固体废物处理的重要手段之一，具有减容化、无害化和稳定化的功能。但焚烧过程所产生的烟气中含有各类污染物，根据污染物性质的不同，可分成颗粒物、CO、酸性气体、重金属和有机污染物等类型。其中属有机污染物类的二恶英为持久性有机污染物，是目前世界上已知最毒的物质，二恶英污染也是近年来世界各国所普遍关心的问题。1997年2月14日，世界卫生组织国际癌症研究中心将2，3，7，8-四氯二苯并二恶英定为一级致癌物，其他多氯联苯二恶英、非氯代联苯二恶英和多氯联苯呋喃为三级致癌物。目前废弃物焚烧二噁英控制技术包括控制二噁英的生成和尾气中二噁英的净化。控制二噁英生成可通过控制待焚烧物的氯源、优化燃烧过程和投加二恶英生成抑制剂等途径来实现；而通过向烟气中投加活性炭类吸附剂，然后通过布袋除尘从烟气中去除吸附了二恶英类污染物的活性炭类颗粒物则是控制烟气中二恶英的重要手段之一，并在国内外的焚烧烟气净化工艺中得到广泛应用。由于焚烧烟气净化中活性炭的吸附过程是在较高的烟气温度和湿度条件下进行的，且二恶英在焚烧烟气中的浓度大多数处于数ng/Nm³到几十ng/Nm³的范围，从吸附热力学的角度出发，其平衡吸附容量非常有限，同时目前焚烧烟气净化工艺中活性炭以均匀的速率进行投加到烟道中后，造成所有投加的活性炭基本上都只能利用与最低的排放浓度相平衡的吸附容量，其吸附能力的利用通常不够充分。而从吸附动力学的角度出发，喷射入系统内的活性炭类吸附物质与烟气相互接触时间有限，一般仅有数秒时间，投加到烟道中的活性炭粉末与烟气气流基本同步流动，气、固间的吸附传质效果较差，同时清灰周期内沉积在布袋表面的活性炭粉与烟气的平均接触吸附作用时间也较短，部分在清灰周期后期投加的活性炭利用率不高。由于以上原因，目前国内外各类焚烧厂通过烟气中投加粉末活性炭净化二恶英的净化效率一般不高于95％-98％，许多情况下甚至低于90％。大多数情况下，在正常通用的活性炭投加剂量条件下，如果待处理烟气中二恶英的原始浓度超过10ng/Nm³时，烟气净化后二恶英的排放将超过目前大多数发达国家执行的0.1ng/Nm³排放限值的要求。因此为稳定实现99％以上的净化效率，确保待处理烟气中二恶英的原始浓度不超过10ng/Nm³时净化后烟气能稳定达到目前大多数发达国家执行的0.1ng/Nm³排放限值的要求，需从改变活性炭投加方式的角度在提高投加活性碳烟气量平均接触时间以充分利用其吸附能力和提高投加活性炭与烟气的气固两相传质速率两方面进行优化。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能更加有效地脱除焚烧烟气中有害组分的活性炭投加方法，确保在其它工况条件相同、保持活性炭投加量不变的条件下，将活性炭喷射投料加布袋除尘的二恶英净化工艺中净化后烟气中二恶英的排放量减少到现有的持续均匀喷射投料方式的25％以下，同时保持二恶英的净化效率稳定达到99％以上。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，该方法用在布袋除尘器的焚烧烟气净化工艺的清灰周期内，清灰周期包括脉冲加料阶段与非脉冲加料阶段，其特征在于，在脉冲加料阶段与非脉冲加料阶段通过投炭设备将活性炭投加到烟气中，活性炭的加入量与处理的烟气比为0.1-25kg/10000m³。

净化方法分为以下几个环节，可调节的活性炭粉投加量的粉料噴射投加系统将活性炭粉按脉冲投料方式投加到烟气中，活性炭粉与烟气中的组份在流动中进行吸附作用，大比例量的活性炭粉短时间内被布袋滤料捕集而沉积在布袋表面，沉积在布袋表面的活性炭层继续与烟气中的有害成分作用，通过布袋周期清灰将吸附了有害物质的活性炭层从烟气系统中清除。具体为：

首先活性炭粉由计量螺杆给料机给料并通过由压缩空气或专用风机与文丘里噴射器共同形成的抽吸作用通过安装在烟气管道上的噴嘴噴入烟道与烟气混合接触。目前常规的活性炭噴入量大多数为按测定的烟气流量和估计给出的烟气中二恶英含量估算而出，并通过可调计量给料机进行加料量控制。该控制加料量方式所投加活性炭的速率基本与测定的烟气流速呈线性关系，大多数情况下属于为持续均匀的投加方式。在一个布袋清灰周期内，由持续均匀的投加方式所投加的活性炭，首先与烟气进行同步流动吸附，吸附了一定量二恶英类污染物的活性炭不断的层积在布袋除尘器的表面，且各断面的活性炭的吸附二恶英类污染物的量基本衡定。由于活性炭吸附的最终状态是气、固间达到吸附平衡，气相中污染物的浓度取决于与之达到平衡时的活性炭所吸附的污染物的容量，活性炭中所吸附的污染物量越大，其吸附平衡时对应的气相中污染物的浓度也就越高。因此，持续均匀的投加方式造成的后果是对于低浓度含量的烟气缺少一层由较洁净的活性炭组成的吸附层，无法实现对烟气的深度处理，且最靠近布袋表面的炭层由于已吸附了一定量的污染物，因此当上游来气比较干净，气体中污染物浓度很低时，由于吸附平衡的关系，还有可能出现部分被吸附的污染物被解吸而脱附回到气相中，造成布袋下游排放烟气中始终存在一定浓度的污染物排放。本发明也是根据估算得到一个布袋清灰周期内大致的活性炭投加总量，但采用时间脉冲投加的方式进行投加。

所述的清灰周期为0.75～2h。

所述的脉冲加料阶段为清灰周期时段长度的0.1％-20％。

所述的脉冲加料阶段是通过自动控制系统控制喷射投炭设备在1-10min内将30-95wt％的活性炭投加到烟气中。

所述的非脉冲加料阶段为清灰周期时段长度的80％-99.9％。

所述的非脉冲加料阶段是通过自动控制系统控制喷射投炭设备在剩余的时间周期内以基本均匀的速度将剩余的活性炭投加到烟气中。

所述的脉冲加料阶段所投加的活性炭在数分钟内对烟气中的二恶英类污染物进行高炭气比条件下的高效吸附，并在清灰后的布袋表面形成了相对清洁的活性炭沉积层。

所述的非脉冲加料阶段投加的小比例的活性炭则在后续时间内因炭气比较低而与烟气中的污染物进行充分吸附作用，并在沉积到初始较清洁的活性炭层的上游层表面后继续与烟气中污染物作用至吸附饱和或接近饱和而得到较充分的利用。烟气中未被非脉冲加料阶段所投加活性炭吸附净化的污染物组份在通过脉冲投炭阶段形成的较清洁的活性炭固定吸附层时得到充分的净化。系统运行到达布袋除尘器的清灰设定点后，布袋除尘器进行清灰，吸附了污染物的活性炭类吸附剂被从布袋表面清除，并定期通过布袋底部的排灰系统排出。在新的清灰周期开始后重复进行脉冲投加活性炭的净化过程。

所述的清灰周期为布袋除尘器一次清灰操作结束的时刻为开始到布袋除尘器无清灰运行至下一次清灰操作结束时刻为终止，布袋除尘器采用阶段性分室离线清灰方式，投炭设备与布袋清灰设定成联锁关系。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)由于清灰周期中的时间脉冲投炭时段的活性炭的瞬时投加速率较大，因此该时段内烟气的炭气比很大，活性炭中吸附的二恶英类物质的量与平均投炭方式相比也就较小，这些相对比较清洁的活性炭在清灰后的布袋表面就会形成较厚的固定吸附层，在后续时间中通过类似固定床的吸附方式对烟气进行净化。布袋表面的清洁炭层有利于将气相中的污染物浓度控制在更低的水平；

(2)与同步流态化的吸附方式相比，构建成的类似于固定床的吸附体系强化了气、固间传质速率，从而提高了吸附速率；

(3)由于脉冲投料在起始阶段就将较多量的活性炭送入净化系统，实际上提高了投加炭粉与烟气的平均接触时间，提高了吸附的效果；

(4)与传统的活性炭投加方式相比，通过时间脉冲方法投加活性炭可减少二恶英排放量75％以上，并实现99％以上的净化效率。

附图说明

图1为本发明依托的活性炭投加布袋除尘烟气净化系统示意图；

图2为活性炭投加方式示意图。

图中，1为活性炭储罐、2为计量螺杆给料器、3为风机、4为文丘里管、5为喷嘴、6为流化接触烟道、7为布袋除尘器、8为布袋除尘器滤袋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明所依托的焚烧烟气二恶英净化系统从左向右依次设有活性炭储罐1、计量螺杆给料器2、风机3、文丘里管4和喷嘴5、流化接触烟道6、布袋除尘器7及滤袋8。焚烧装置的烟气处理量约为30000m³/h左右，活性炭加炭装置的设计投加能力为3-80kg/h，布袋设计过滤风速为1m/min，管道烟气设计流速为8-12m/s。活性炭储罐中1活性炭粉类吸附剂由计量螺杆给料器2通过自动控制系统按图2投料速率方式通过由风机3提供动力的文丘里管4负压吸料口经由喷嘴4喷射进入流化接触反应烟道6与来自烟道上游的烟气混合作用并流向布袋除尘器。如图2所示，在布袋除尘器的每个间隙清灰周期内(0.75～2小时)，首先是时间脉冲加料时段(占清灰周期时段长度的0.1％-20％)，即通过自动控制系统较短时间内按设备最大投炭能力将20-95％比例的周期投炭总量投加到烟气中，然后是第二阶段的非脉冲加料时段(占清灰周期时段长度的80％-99.9％)，此阶段将其余的炭以较小的投加速率平均持续投加到烟气。脉冲时段所投加的活性炭在数分钟内对烟气中的污染物进行高炭气比条件下的高效吸附，并在清灰后的布袋表面形成了相对清洁活性炭的沉积层。后续第二阶段投加的小比例的活性炭则在后续时间内以比较小的炭气比工况条件与烟气中的污染物进行充分的吸附作用，并在沉积到初始较清洁的活性炭层的上游层表面后继续与污染物作用至饱和或接近饱和。烟气中未被第二阶段所投加活性炭吸附的污染物组份则在通过上述脉冲投炭时段所形成的活性炭固定吸附层时得到充分的净化。利用实际运新的废物焚烧装置烟气净化系统进行的3组常规投炭和脉冲投炭净化二恶英的性能测试对比结果表明：常规投炭方式工况对二恶英的去除率分别为96.5％，97.7％和98.5％，平均97.6％，而改为时间脉冲投炭方式后，对二恶英的去除率分别为99.2％，99.6％和99.8％，平均95.5％，时间脉冲投炭方式的二恶英透过率为0.5％，相比常规投炭工况的2.4％透过率，二恶英的排放量下降了75％以上。

一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，其特征在于，该方法用在布袋除尘器的焚烧烟气净化工艺系统中，在布袋除尘器的每个间隙的清灰周期内使用，包括脉冲加料阶段与非脉冲加料阶段，通过投炭设备将活性炭投加到烟气中，活性炭的加入量与处理的烟气比为0.1-25kg/10000m³，本实施例采用10kg/10000m³。

净化方法分为以下几个环节，可调节的活性炭粉投加量的粉料噴射投加系统将活性炭粉按脉冲投料方式投加到烟气中，活性炭粉与烟气中的组份在流动中进行吸附作用，大比例量的活性炭粉短时间内被布袋滤料捕集而沉积在布袋表面，沉积在布袋表面的活性炭层继续与烟气中的有害成分作用，通过布袋周期清灰将吸附了有害物质的活性炭层从烟气系统中清除。具体为：首先活性炭粉由计量螺杆给料机给料并通过由压缩空气或专用风机与文丘里噴射器共同形成的抽吸作用通过安装在烟气管道上的噴嘴噴入烟道与烟气混合接触。目前常规的活性炭噴入量大多数为按测定的烟气流量和估计给出的烟气中二恶英含量估算而出，并通过可调计量给料机进行加料量控制。该控制加料量方式所投加活性炭的速率基本与测定的烟气流速呈线性关系，大多数情况下属于为持续均匀的投加方式。在一个布袋清灰周期内，由持续均匀的投加方式所投加的活性炭，首先与烟气进行同步流动吸附，吸附了一定量二恶英类污染物的活性炭不断的层积在布袋除尘器的表面，且各断面的活性炭的吸附二恶英类污染物的量基本衡定。由于活性炭吸附的最终状态是气、固间达到吸附平衡，气相中污染物的浓度取决于与之达到平衡时的活性炭所吸附的污染物的容量，活性炭中所吸附的污染物量越大，其吸附平衡时对应的气相中污染物的浓度也就越高。因此，持续均匀的投加方式造成的后果是对于低浓度含量的烟气缺少一层由较洁净的活性炭组成的吸附层，无法实现对烟气的深度处理，且最靠近布袋表面的炭层由于已吸附了一定量的污染物，因此当上游来气比较干净，气体中污染物浓度很低时，由于吸附平衡的关系，还有可能出现部分被吸附的污染物被解吸而脱附回到气相中，造成布袋下游排放烟气中始终存在一定浓度的污染物排放。本发明也是根据估算得到一个布袋清灰周期内大致的活性炭投加总量，但采用时间脉冲投加的方式进行投加。

脉冲加料阶段是通过自动控制系统控制喷射投炭设备在1-10min内将30-95wt％的活性炭投加到烟气中。非脉冲加料阶段是通过自动控制系统控制喷射投炭设备在剩余的时间周期内以基本均匀的速度将剩余的活性炭投加到烟气中。

Claims

1.一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，该方法用在布袋除尘器的焚烧烟气净化工艺的清灰周期内，清灰周期包括脉冲加料阶段与非脉冲加料阶段，其特征在于，在脉冲加料阶段与非脉冲加料阶段通过投炭设备将活性炭投加到烟气中，活性炭的加入量与处理的烟气比为0.1-25kg/10000m³。

2.根据权利要求1所述的一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，其特征在于，所述的清灰周期为0.75-2h。

3.根据权利要求1所述的一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，其特征在于，所述的脉冲加料阶段为清灰周期时段长度的0.1％-20％。

4.根据权利要求1所述的一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，其特征在于，所述的脉冲加料阶段是通过自动控制系统控制喷射投炭设备在1-10min内将30-95wt％的活性炭投加到烟气中。

5.根据权利要求1所述的一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，其特征在于，所述的非脉冲加料阶段为清灰周期时段长度的80％-99.9％。

6.根据权利要求1所述的一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，其特征在于，所述的非脉冲加料阶段是通过自动控制系统控制喷射投炭设备在剩余的时间周期内以基本均匀的速度将剩余的活性炭投加到烟气中。

7.根据权利要求1所述的一种投加活性炭脱除焚烧烟气中有害组分的方法，其特征在于，所述的清灰周期为布袋除尘器一次清灰操作结束的时刻为开始到布袋除尘器无清灰运行至下一次清灰操作结束时刻为终止，布袋除尘器采用阶段性分室离线清灰方式，投炭设备与布袋清灰设定成联锁关系。