CN103185346B

CN103185346B - 废弃物焚烧烟气组合净化系统及其工艺

Info

Publication number: CN103185346B
Application number: CN201310044890.1A
Authority: CN
Inventors: 屠柏锐; 王占全
Original assignee: ZHEJIANG BORUI ENERGY ENVIRONMENT ENGINEERING Co Ltd; RUINENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Platinum Energy Environmental Engineering Co., Ltd.; Ruineng Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: CN103185346A

Abstract

本发明公开了一种废弃物焚烧烟气净化系统及其净化工艺，其包括喷雾脱酸系统、除尘器、烟气冷却器、烟气洗涤塔、烟气再热器。烟气首先经过喷雾脱酸系统预除酸，再经除尘器去除烟气中的固态颗粒，经烟气冷却器降温后，进入烟气洗涤塔深度净化，净化后的烟气经烟气再热器加热后，由引风机排入大气。烟气洗涤塔所产生的废水首先被利用为烟气冷却器和烟气再热器的导热媒介，然后用做喷雾脱酸系统的吸收剂制备用水，节省了传统湿法工艺所需处理大量废水的工程投资和运营费用，减少了烟气处理系统的耗水量，节省大量水资源；充分地利用了烟气中的余热，节省能源消耗并提升环保排放指标和设备的稳定性运行水平。

Description

废弃物焚烧烟气组合净化系统及其工艺

技术领域

本发明涉及环境工程，有关一种废弃物如生活垃圾、医疗垃圾、危险废物和工业垃圾等焚烧产生的烟气净化技术，特别是指一种废弃物焚烧烟气净化系统及其净化工艺。

背景技术

随着城市化进程以及工业、医疗卫生事业的发展，各类废弃物的处理处置问题越来越受到人们的关注。垃圾焚烧作为最有效处理垃圾的手段之一，得到了较广泛的应用。

由于垃圾是成分比较复杂的混合物，其中含有一部分有机化合物和氯化物、硫化物、氟化物等，还含有较大数量的重金属。垃圾焚烧过程将产生HCl、SO₂、HF、NOx等酸性气体和二恶英类等污染物混合在烟气中；各类污染物在烟气中的典型原始浓度如下表：

污染物	典型范围	污染物	典型范围
				HCL mg/Nm³	200～1600	Pb mg/Nm³	1～50
HF mg/Nm³	0.5～5	Hg mg/Nm³	0.1～10
				SOx mg/Nm³	20～800	Cd mg/Nm³	0.05～2.5
NOx mg/Nm³	90～500	Cr+Cu+Mn+Ni mg/Nm³	10～100

上述烟气中的污染物必须经过净化达到相关标准后方可排放到大气中。

现有的垃圾焚烧烟气净化技术中，对于烟气中的HCl、SO2、HF等酸性气体的处理技术主要有干法工艺、半干法工艺、湿法工艺和循环流化床工艺。

干法脱酸有两种方式，一种是干性药剂（一般采用消石灰）和酸性气体在反应塔内进行反应；另一种是在进入除尘器前的烟气管道中喷入干性药剂，在烟道中和除尘器表面与酸性气体反应。

采用干法脱酸工艺，在钙酸比为2：1时， HCl的去除率可达95%以上，SOx的去除率可达90%以上。根据垃圾焚烧厂烟气污染物原始浓度参考值， HCl的原始浓度在200～1600 mg/Nm³、SOx的原始浓度在200～800 mg/Nm³时，排烟中的HCl浓度应在10～80 mg/Nm³、SOx浓度应为20～80 mg/Nm³，一般不能满足较高标准的排放指标。

半干法脱酸一般采用氧化钙（CaO）或氢氧化钙（Ca(OH)₂）为原料，制备成氢氧化钙溶液（石灰浆）。利用喷嘴或旋转喷雾器将氢氧化钙溶液（石灰浆）喷入反应器中，形成粒径极小的液滴，与酸性气体进行反应。反应过程中水分被完全蒸发，故无废水产生。在钙酸比为2：1时，半干法的HCL的去除率可达近97%，而SOx的去除率可达95%，即：排烟中的HCl浓度应在6～48 mg/Nm³、SOx浓度应为10～40 mg/Nm³，持续排放浓度仍不能满足欧盟2000标准。

湿法脱酸工艺，吸收药剂一般采用烧碱（NaOH）或硝石灰溶液（Ca（OH）₂）。配置好的吸收溶液喷入湿式洗涤塔，与烟气中的酸性气体进行反应。洗涤塔产生的废水需经处理后排放，处理后的烟气需再加热。

湿法的HCl的去除率可达99.5%以上，SOx的去除率可达99%以上。能够满足欧盟2000的烟气排放标准要求。湿法脱酸的主要问题是产生大量的废水和吸收剂生成物，需要花费较大的成本处理。此外，湿法工艺需要在工艺的末端设置烟气再热器，以防止烟囱出现白烟，需要消耗大量的热能，降低了全厂的经济性。

循环流化法工艺，是近十多年新举的烟气脱酸技术，采用悬浮方式，使吸收剂在吸收反应塔内悬浮、在多倍循环倍率过程中，与烟气中的酸性污染物充分接触反应，实现脱酸。该工艺与上述三个工艺比较，其综合性能较好，但脱酸效率与半干法基本相同，不能满足更高的烟气排放要求。

对烟气中的灰尘浓度控制主要采用静电除尘器或袋式除尘器。静电除尘器除尘效率与烟气流量、颗粒物粒径分布、凝聚性、比电阻、电极板距、电压及电流等因素有关，去除颗粒物粒径范围在0.05-20um，粒径在1.0um以下的去除效率较低。总的去除效率一般可达到95%-99.5%。以原始烟气含尘浓度按典型参考值3g/Nm3计，除尘净化后的烟气中粉尘浓度约为15-150 mg/Nm3，因此，一般单独使用静电除尘器做为除尘措施，不能满足现行的垃圾焚烧烟气排放标准。

袋式除尘器是使烟气到达滤袋时，通过以筛分作用为主，同时存在惯性碰撞、拦截、扩散的短程物理效应，以及在某些特定条件下的静电效应及重力效应等，进行气固分离，使颗粒物被捕集在滤袋上，再以定时或定阻控制方式，通过振动、喷吹等作用清除集尘的过滤装置。布袋除尘器对粒径在0.2-0.4um范围内的颗粒物去除效率较低，在采用性能较佳的布袋除尘器的情况下，总除尘效率可以达到99.9%以上。排放烟气含尘浓度一般可控制在10mg/Nm³以下。但在实际运行中，由于布袋除尘器的制造质量、运行缺陷、维护不当、布袋长期运行老化等因素的影响下，实际灰尘排放浓度一般很难持续保证控制在10mg/Nm³以下的水平，多数工厂布袋除尘器后的烟气中飞灰浓度在30mg/Nm³左右。

综上所述，目前单一的烟气净化技术均存在不同方面和不同程度的问题。

近期，随着环保要求的提高，出现了一些组合式工艺，如“干法+湿法”、“半干法+干法”等，相对单一工艺而言，组合式工艺提高了烟气的净化效率，但运行成本也随之有较大的提高，而且依然存在一些不同的问题，即单一工艺中原有的问题没有因几种工艺的组合而完全解决。如“干法+湿法”会产生较大量高浓度废水，并且原湿法能量消耗较大的问题没有得到解决；“半干法+干法”吸收剂消耗量和飞灰产生量加大、且烟尘排放浓度没有得到更好的控制等。

为了满足不断提高的垃圾焚烧烟气排放标准，在较经济的情况下，克服各类工艺存在的问题，应当采用更经济、高效的烟气处理新工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型组合式废弃物焚烧烟气净化系统及其净化工艺，克服现有工艺中的缺陷和不足，其可在较低运行成本的情况下，高效去除烟气中的各类污染物，降低排放烟气中各类污染物的浓度，以实现达标排放。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种废弃物焚烧烟气组合净化系统，

其特征在于：所述烟气净化系统由喷雾脱酸系统、除尘器、烟气冷却器、烟气洗涤塔、烟气再热装置和引风机通过管路和安装在管路上的阀门按顺序连接而成；

所述喷雾脱酸系统由吸收剂制备和供应系统、喷雾器、脱酸塔组成；所述吸收剂制备和供应系统的出口管路与设置在脱酸塔顶部的喷雾器管路相连；

所述除尘器为静电除尘器或袋式除尘器；

所述烟气冷却器设有换热组件一，所述换热组件一为间接换热系统；

所述烟气洗涤塔由水洗脱酸段、中和吸收段、清洗段、去湿段由下至上顺序组合而成；

所述烟气再热装置设有换热组件二，所述换热组件采用间接换热系统；

所述烟气冷却器其冷却媒介取自烟气洗涤塔排水；即：烟气洗涤塔的排水口通过排水泵与烟气冷却器换热组件一的进水口相连；

所述烟气再热装置其加热媒介取自烟气冷却器被加热升温后的出水；即：烟气冷却器

换热组件一的出水口（通过泵和阀）与烟气再热装置换热组件二的进水口相连；

所述烟气再热装置经与烟气换热冷却后的排水，用于喷雾脱酸系统水箱供水。即：烟

气再热装置换热组件二的出水口（通过泵和阀）与喷雾脱酸系统的供水箱进口相连。

喷雾脱酸系统中脱酸塔的入口与锅炉出口烟道相连，其出口连接除尘器上部一侧入口烟道，除尘器的出口连接烟气冷却器的入口烟道，烟气冷却器的出口烟道连接烟气洗涤塔入口，烟气洗涤塔出口与烟气再热器相连，烟气再热器出口连接引风机入口。

锅炉出口烟气先经喷雾脱酸系统反应塔中和，去除大部分酸性气体后，其反应生成物与烟气中的烟尘等一同进入除尘器，通过除尘器滤掉烟气中的固体颗粒等粉尘，完成对烟气的初步处理。经过初步净化处理的烟气首先经过烟气冷却器降温，经降温的烟气进入烟气洗涤塔，在洗涤塔中，烟气经水洗脱酸、中和吸收、深度清洗、去湿后，进入烟气再热装置，被加热升温后，经引风机由烟囱排入大气。

本发明的技术方案还可以进一步完善：

作为优选，所述吸收剂制备和供应系统包括供水箱、吸收剂原料储仓、吸收剂制备罐、吸收剂储存罐、吸收剂输送泵；所述吸收剂原料储仓和供水箱的出口同时与吸收剂制备罐的进口相连，吸收剂配备罐的出口与吸收剂储存罐相连，所述吸收剂储存罐的出口连接有吸收剂输送泵的进口管路，所述吸收剂输送泵的出口管路与喷雾器管路相连。

作为优选，所述中和吸收段和清洗段设有独立的循环系统（包括喷淋和段集水槽）；所述水洗脱酸段下设置总集水槽，所述总集水槽汇集水洗脱酸段的排水和烟气洗涤塔其它各段的溢流水。

焚烧烟气组合净化工艺，

其具体步骤为：

1）、从焚烧炉（锅炉）出口来的烟气经过连接烟道，进入喷雾脱酸系统的脱酸塔，在脱酸塔中，烟气中的酸性气体与吸收剂反应，生成固体颗粒，与烟气中的飞灰、未参加反应的吸收剂、残留的部分酸性气体等随烟气一同进入除尘器；在此步骤中，烟气中90%以上的酸性气体被去除；

2）、经初步脱酸的烟气进入除尘器后，烟气中的大部分颗粒被除尘器分离出来，烟气与少量固态物质通过除尘器进入烟气冷却器；在此步骤中，烟气中99%以上的粉尘或固形物被去除；

3）、经初步脱酸和除尘的烟气进入烟气冷却器，与冷却器进行热交换；烟气得到适度冷却；

4）、烟气经冷却后，经烟道进入烟气洗涤塔，经酸性段喷淋水洗，烟气中的少量酸性物质溶解在喷淋液中；烟气进入中和段，在中和段中，烟气中残留的酸性物质与中和液接触，发生中和反应，中和液的成分为氢氧化钠类碱性化学物质，与烟气中的HCl和SO₂反应生成可溶于水中的盐分；烟气然后进入清洗段，在清洗段中，烟气中的水雾与清洗液接触，水雾中的盐分浓度得到稀释，同时，经多次处理的烟气中的粉尘在清洗液的捕捉作用下，得到进一步的去除；经过深度处理的烟气携带一定量的低盐分浓度的水蒸汽一同进入去湿段，在离心和碰撞作用下，水蒸汽集聚成水滴，从烟气中分离出来；

5）、经烟气洗涤塔净化后的烟气，被引入烟气再热装置，烟气与再热装置中的介质进行换热，烟气被加热升温后，由引风机经烟囱排入大气。

作为优选，所述烟气洗涤塔清洗段的补水取自新鲜的工业用水，清洗段集水槽的溢流水导入其前一级中和吸收段的集水槽中，作为中和吸收段的补充水，中和吸收段集水槽的溢流水汇入其前一级水洗脱酸段的集水槽中，中和吸收段的碱性溶液由外部补充，以维持该段适度的碱性；

烟气洗涤塔的各功能段利用再循环喷淋增大喷淋量，改善喷淋效果，提高各功能段的效率。

本发明有益效果是：

1）、本发明是一种全新的垃圾焚烧烟气净化系统，能够在较低的运营成本下，满足比现行标准更严格的环保排放标准。

2）、本工艺吸收了传统单一工艺的优势，同时，创造性地把多项工艺结合起来，消除了单一工艺的弊端。

3）、本组合工艺采用了独有的烟气洗涤工艺，同时利用传统喷雾半干法脱酸工艺，消化烟气洗涤工艺产生的废水，消除了传统湿法脱酸工艺需要处理大量废水的弊端；降低了废水处理的工程投资和运行费用。

4）、本组合工艺充分地利用了烟气中原有的余热，加热最终排出的烟气，节省了热能消耗，提高了工艺的经济性；

5）降低了烟气处理吸收剂的消耗量。由于对烟气中酸性物质被分阶段去除，能够在不使用过量中和吸收剂的情况下，达到较高的脱酸效率。

6）本组合工艺通过采用间接换热式冷却器，烟气被提前冷却，改善了烟气洗涤的工艺条件，减少了烟气洗涤工艺的耗水量，节省资源消耗。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图。

附图标记说明：1、喷雾脱酸系统，12、反应塔，13、水箱，14、吸收剂原料仓，15、吸收剂制备罐，16、吸收剂储存罐，17、吸收剂输送泵；2、除尘器，3、烟气冷却器，31、换热组件一；4、烟气洗涤塔，41、水洗脱酸段，42、中和吸收段，421、循环喷淋泵一，43、清洗段，431、循环喷淋泵二，44、去湿段，45、总集水槽，46、排水泵；5、烟气再热装置，51、换热组件二，6、碱液罐，7、引风机，A、输灰机，B、锅炉出口。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图所示，本发明揭示的一种组合式焚烧烟气净化系统，系统设置在垃圾焚烧（余热）锅炉出口B至引风机7之间，包括喷雾脱酸系统1、除尘器2、烟气冷却器3、烟气洗涤塔4、烟气再热装置5。

喷雾脱酸系统1中包括喷雾装置、反应塔12、水箱13、吸收剂原料仓14、吸收剂制备罐15、吸收剂储存罐16、吸收剂输送泵17。

烟气冷却器3中包括换热组件一31。

烟气洗涤塔4中包括水洗脱酸段41、中和吸收段42、清洗段43、去湿段44、总集水槽45、排水泵46，中和吸收段42和清洗段43分别设置了循环喷淋泵一421和循环喷淋泵二431及分段集水槽。

烟气再热器5中包括换热组件二51。

喷雾脱酸系统1的入口与锅炉出口B相连，喷雾脱酸系统出口与除尘器2的入口相连，除尘器2的出口接烟气冷却器3的入口，烟气洗涤塔4的入口接烟气冷却器3的出口，烟气洗涤塔4的出口接烟气再热装置5，烟气再热装置5的出口接引风机7。

排水泵46的入口接集水槽45，排水泵出口接烟气冷却器换热组件一31的入口，烟气冷却器换热组件一31的出口与烟气再热器换热组件二51的入口相连；烟气再热装置换热组件二51的出口通往喷雾脱酸系统1的水箱13。

锅炉出口B的烟气温度一般在200℃左右，经喷雾脱酸系统1反应塔12后，烟气温度仍应保持在高于酸性气体的露点温度，因此，除尘器2出口温度大约在150～160℃之间。一般情况下，烟气温度越高，烟气洗涤塔4耗水量越大。为了通过降低烟气洗涤塔4入口烟温而减少洗涤塔的耗水量和废水产生量，从而使烟气洗涤塔的废水产生量与制备吸收剂所需要水量基本平衡，同时，吸收烟气中的热能，本工艺设置了烟气冷却器3，使烟气进入洗涤塔前，温度得到有效的降低并且提高了系统运行的经济性。

由于烟气冷却后的温度将低于其中酸性气体的露点温度，为保证烟气冷却器3及其组件不发生酸性腐蚀，烟气冷却器3及其组件应采用防腐处理或采用防腐且导热材料制造，如陶瓷钢管等。

经初步净化并降温冷却的烟气，进入烟气洗涤塔4后，通过水洗脱酸段41，烟气中的少量酸性气体溶解在水洗溶液中，剩余微量的酸性气体在烟气通过中和吸收段42的过程中，与中和液反应，生成可溶于水的盐分。由于此时烟气中的水蒸汽含量较高，水蒸汽中也溶解了中和吸收段42所生成的盐。本工艺设置了清洗段43，以稀释水蒸汽中的盐分。在前述三个功能段的喷淋作用下，烟气中少量残留的灰尘微粒也会被捕捉、去除，达到烟气深度净化的目的。

为了提高烟气深度净化效率，烟气洗涤塔的各功能段设置了独立的集水槽，利用再循环喷淋增大喷淋量，改善喷淋效果，提高各功能段的效率。其中，清洗段43的补水取自新鲜的工业用水，清洗段43集水槽的溢流水导入其前一级中和吸收段42的集水槽中，作为中和吸收段42的补充水。

中和吸收段42的碱性溶液由外部补充，以维持该段适度的碱性，中和吸收段42集水槽的溢流水汇入其前一级水洗脱酸段41的集水槽中。

水洗脱酸段4总集水槽45的水通过排水泵46给烟气冷却器3供水，烟气冷却器3经换热后的水进入烟气再热装置5，经换热后的水最终汇集到水箱13中，即，洗涤工艺过程中所产生的废水均用于喷雾脱酸系统制备吸收液。

清洗段43集水池中的水用作其它各段的补充水并最终用于制备喷雾脱酸系统中的吸收液。清洗段43的补充水量由各集水槽的水位控制，并可根据脱酸系统用水的需求量而进行调节。

为减少经各阶段处理后的烟气中的水蒸汽，烟气洗涤塔4的最末端设置了烟气去湿段44，以减少排出烟气中的水蒸汽。

通过把烟气冷却器换热组件31所吸收的烟气中的热量，导入烟气再热装置5中，加热烟气，可以有效地防止烟气中的水蒸汽聚集成水滴而影响后续设备的正常运行和烟气排放冒“白烟”。即：烟气再热装置所需的热能，来自烟气洗涤塔4前烟气中原有的余热。

本发明烟气洗涤塔所产生的废水首先被利用为烟气冷却器和烟气再热器的导热媒介，然后用做喷雾脱酸系统的吸收剂制备用水，节省了传统湿法工艺所需处理大量废水的工程投资和运营费用，减少了烟气处理系统的耗水量，节省大量水资源。

本发明通过各工艺的有机组合，以较低的运营成本深度净化了焚烧烟气中的各类污染物。充分地利用了烟气中的余热，节省能源消耗并提升环保排放指标和设备的稳定性运行水平。

Claims

1.一种废弃物焚烧烟气组合净化系统，其特征在于：所述烟气净化系统由喷雾脱酸系统（1）、除尘器（2）、烟气冷却器（3）、烟气洗涤塔（4）、烟气再热装置（5）和引风机（7）通过管路和安装在管路上的阀门按顺序连接而成；

所述喷雾脱酸系统（1）由吸收剂制备和供应系统、喷雾器、脱酸塔（12）组成；

所述吸收剂制备和供应系统的出口管路与设置在脱酸塔（12）顶部的喷雾器管路相连；

所述除尘器（2）为静电除尘器或袋式除尘器；

所述烟气冷却器（3）设有换热组件一（31），所述换热组件一为间接换热系统；

所述烟气洗涤塔（4）由水洗脱酸段（41）、中和吸收段（42）、清洗段（43）、去湿段（44）采用再循环喷淋，自下至上顺序组合而成；

所述烟气再热装置（5）设有换热组件二（51），所述换热组件二采用间接换热系统；

所述烟气冷却器（3）其冷却媒介取自烟气洗涤塔（4）排水；

所述烟气再热装置（5）其加热媒介取自烟气冷却器（3）被加热升温后的出水；

所述烟气再热装置（5）经与烟气换热冷却后的排水，用于喷雾脱酸系统（1）供水。

2.根据权利要求1所述的废弃物焚烧烟气组合净化系统，其特征在于：所述吸收剂制备和供应系统包括供水箱（13）、吸收剂原料储仓（14）、吸收剂制备罐（15）、吸收剂储存罐（16）、吸收剂输送泵（17）；所述吸收剂原料储仓（14）和供水箱（13）的出口同时与吸收剂制备罐（15）的进口相连，吸收剂配备罐（15）的出口与吸收剂储存罐（16）相连，所述吸收剂储存罐（16）的出口连接有吸收剂输送泵（17）的进口管路，所述吸收剂输送泵（17）的出口管路与喷雾器管路相连。

3.根据权利要求1或2所述的废弃物焚烧烟气组合净化系统，其特征在于：所述中和吸收段（42）和清洗段（43）设有独立的循环系统；所述水洗脱酸段（41）下设置总集水槽；所述总集水槽汇集水洗脱酸段（41）的排水和烟气洗涤塔（4）其它各段的溢流水。

4.一种如权利要求1所述系统的组合净化工艺，其具体步骤为：

1）、从焚烧炉出口来的烟气经过连接烟道，进入喷雾脱酸系统（1）的脱酸塔（12），在脱酸塔中，烟气中的酸性气体与吸收剂反应，生成固体颗粒，与烟气中的飞灰、未参加反应的吸收剂、残留的部分酸性气体等随烟气一同进入除尘器（2）；在此步骤中，烟气中90%以上的酸性气体被去除；

2）、经初步脱酸的烟气进入除尘器（2）后，烟气中的大部分颗粒被除尘器分离出来，烟气与少量固态物质通过除尘器进入烟气冷却器（3）；在此步骤中，烟气中99%以上的粉尘或固形物被去除；

3）、经初步脱酸和除尘的烟气进入烟气冷却器（3），与冷却器进行热交换；烟气得到适度冷却；

4）、烟气经冷却后，经烟道进入烟气洗涤塔（4），经酸性段（41）喷淋水洗，烟气中的少量酸性物质溶解在喷淋液中；烟气进入中和吸收段（42），在中和吸收段中，烟气中残留的酸性物质与中和液接触，发生中和反应，中和液的成分为氢氧化钠类碱性化学物质，与烟气中的HCl和SO₂反应生成可溶于水中的盐分；烟气然后进入清洗段（43），在清洗段中，烟气中的水雾与清洗液接触，水雾中的盐分浓度得到稀释，同时，经多次处理的烟气中的粉尘在清洗液的捕捉作用下，得到进一步的去除；经过深度处理的烟气携带一定量的低盐分浓度的水蒸汽一同进入去湿段（44），在离心和碰撞作用下，水蒸汽集聚成水滴，从烟气中分离出来；

5）、经烟气洗涤塔（4）净化后的烟气，被引入烟气再热装置（5），烟气与再热装置中的介质进行换热，烟气被加热升温后，由引风机（7）经烟囱排入大气。

5.根据权利要求4所述的烟气组合净化工艺，其特征在于：所述烟气洗涤塔（4）清洗段（43）的补水取自新鲜的工业用水，清洗段集水槽的溢流水导入其前一级中和吸收段（42）的集水槽中，作为中和吸收段的补充水，中和吸收段集水槽的溢流水汇入其前一级水洗脱酸段（41）的集水槽中。