CN103768929B - 一种垃圾焚烧过程中产生的烟气的净化处理装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置及应用，所述的一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置包括急冷塔、布袋除尘器、烟气/烟气换热器、洗涤塔、蒸汽加热器、引风机和烟囱，还包括消石灰和活性炭联合喷射装置和活性炭吸附塔。经过急冷塔后的烟气经消石灰与活性炭联合喷射装置中的碱液吸收完成酸性气体和二恶英类及重金属的初步吸附与吸收，然后进入布袋除尘器脱除烟尘后经过烟气/烟气换热器和碱液洗涤塔组成的单元进一步通过碱液吸收作用脱除酸性气体，洗涤后的烟气温度降低，经过蒸汽加热器对烟气进行加热后送入活性炭吸附塔进行最终吸附脱除二恶英及重金属，最终达到欧盟2000排放标准的烟气经引风机和烟囱排出。

Description

一种垃圾焚烧过程中产生的烟气的净化处理装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种垃圾焚烧过程中烟气的净化处理装置及其在垃圾焚烧处理过程中的应用。

背景技术

在垃圾焚烧过程中产生的烟气中，含有大量的污染物（如颗粒物、酸性气体、二恶英、重金属等），这些物质对环境都有不同程度的危害。因此，焚烧过程中产生的烟气排入大气之前，必须进行净化处理，使之达到排放标准。高效的烟气净化系统是防止垃圾焚烧厂二次污染的关键。

垃圾焚烧过程中产生的烟气中的粉尘去除方法有静电除尘、文丘里洗涤和布袋除尘等。相比常用工艺静电除尘和文丘里洗涤等，袋式除尘既具有除尘的作用，同时兼有二次酸性气体清除的功能，上游的酸性气体清除设备中未反应的碱性物附着在滤袋上，在烟气通过时可再次和酸性气体反应。活性炭常用褐煤活性炭，该活性炭可以机械分离灰尘，同时通过化学吸附和物理吸附脱除有毒物质，比如有机有毒物种（PCDF,PCDD,PCB,PAH等）、重金属(汞、铅、镉)、灰尘、无机有毒物质（SO₂,HCl,HF）。

垃圾焚烧过程中产生的烟气中的酸性气体主要是HCl、HF和SO_x，可以选择干法、湿法、半干法等脱除工艺。在国内应用的半干法烟气脱酸工艺主要有以下三种技术：喷雾干燥法烟气净化技术；循环悬浮法烟气净化技术；多组分有毒废气治理技术。任何一种除酸工艺单独使用都很难使污染物浓度达到规定的排放标准要求，必须采用组合工艺。

组合工艺不是简单的将两种或三种工艺叠加，需要考虑各工艺之间的相互影响，达到最高效的处理效果。

目前垃圾焚烧烟气净化系统基本上采用一种或两种烟气组合处理工艺（CN101701716B），如半干法脱酸、活性炭喷射吸附二恶英和布袋除尘器除尘等（CN101310835B，CN102895856A）。受制于各工艺简单的组合，每个单元固定一种功能，经过一个单元后烟气进入下一单元，污染物脱除效果有限，经过处理的烟气很难达到排放标准（《生活垃圾焚烧污染物控制标准》（GB18485-2001）、）尤其是《欧盟（2000/76/EC）》要求烟尘含量小于10mg/m³，氮氧化物小于200mg/m³，二氧化硫小于50mg/m³，氯化氢小于10mg/m³，氟化氢1mg/m³，二恶英类0.1ngTEQ/m³。酸性气体和二恶英类是难以脱除的污染物，仅采用一级活性炭吸附一般难以达到要求。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的垃圾焚烧过程中产生的烟气处理不彻底、烟气中的二恶英、重金属等污染物排放难以达标等技术问题而提供一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置。

本发明的目的之二在于提供上述的一种垃圾焚烧过程中产生的烟气的净化处理装置在焚烧垃圾处理中的应用，即采用“干法+活性炭喷射+袋式除尘器+烟气换热器+湿式洗涤塔+蒸汽加热器+活性炭吸附装置”组合工艺。结合各工艺优点，考虑合理的工艺流程，最大限度地脱除烟气中粉尘、有毒有机物、重金属、酸性气体和二恶英。

本发明的技术原理

锅炉出口处的烟温一般在200~220℃左右，为了保护除尘器滤袋的使用寿命，除尘器前设置降温保护装置，当烟温超过滤袋使用极限温度时，启动喷水降温装置将烟温降到150℃左右。在进入布袋除尘器之前的烟道中喷入消石灰和活性炭（设置多个喷入点，以防喷嘴堵塞时作为备用），其中活性炭粉末粒度小于200目，进入除尘器后这些活性炭粉末同样被截留在布袋表面，当烟气通过布袋时，烟气中二恶英被活性炭吸附而得到净化。当烟温超过布袋使用温度范围，启动降温塔，雾化喷嘴将水喷入降温塔，由于烟气中吸收酸性成分的能力是随温度的降低而增加的，而太低的温度将增强降温塔中飞灰的粘结趋势，兼顾这两种趋势通过调节水量一般将烟气温度控制在酸露点以上10～20℃。

在除尘器和湿法洗涤塔之间设置烟气/烟气换热器，利用布袋除尘器出来的热烟气加热洗涤塔出来的冷烟气，维持湿法洗涤塔出来的烟气温度在烟气酸露点（120℃）以上，同时这一烟气换热器也回收了一部分烟气的热量。

洗涤塔中的碱液由隔膜泵送入，塔顶设置两层碱液喷淋系统，另设两级内置式除雾器。烟气进入洗涤塔内，自下而上流动与喷淋层喷射向下的碱液滴发生反应，洗涤SO₂、SO₃、HF、HCl等有害气体。由碱液喷淋系统中的高效螺旋雾化喷嘴喷出的碱液在喷淋作用下形成很细的雾状液滴，在塔内产生高效充分的气-液-固三相接触。反应后的浆液落入塔底，由搅拌器充分混合，混合后的浆液经排出泵输出，一部分回洗涤塔重新反应，另一部分进入废水池，经地坑泵输送至废水处理系统。

本发明的技术方案

一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置包括急冷塔、消石灰和活性炭联合喷射装置、布袋除尘器、烟气/烟气换热器、碱液洗涤塔、蒸汽加热器、活性炭吸附塔、引风机和烟囱，其中消石灰与活性炭联合喷射装置是为了实现酸性气体和二恶英类等脱除的主要设备，而活性炭吸附塔则是进一步脱除酸性气体和二恶英而特别设置的。

上述的一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置，急冷塔上部设有烟气的入口，底部设有排出口，侧壁上设有烟气出口；

急冷塔的烟气出口和袋式除尘器上设有的烟气入口之间的烟道上连接有消石灰和活性炭联合喷射装置；

布袋除尘器上设有烟气出口，其经过管道与烟气/烟气换热器的侧壁上设有的烟气入口相连；布袋除尘器的底部设有落灰斗用于收集进入布袋除尘器中的烟气中的飞灰；

烟气/烟气换热器侧壁上设有的烟气出口与碱液洗涤塔侧壁上设有的烟气入口相连，碱液洗涤塔顶部设有烟气出口，该烟气出口与烟气/烟气换热器顶部的入口相连，烟气/烟气换热器底部出口与蒸汽加热器的入口相连；

蒸汽加热器的出口通过管道经阀门I后与活性炭吸附塔的顶部入口相连，活性炭吸附塔的底部出口通过管道经阀门III与引风机的入口相连，引风机的出口与烟囱相连；

所述蒸汽加热器的出口与阀门I之间的管道上设有一支路并经阀门II后与活性炭吸附塔的底部出口的阀门III后的管道连接并一同进入引风机，其作用主要是在活性炭吸附塔故障或停用时，从蒸汽加热器出来的烟气直接进入引风机后通过烟囱排出。

所述的消石灰和活性炭联合喷射装置，消石灰和活性炭从厂外运来，并通过槽车的气力输送至储料仓，为防止输送过程中到处飞扬，储料仓顶设有除尘器收集粉尘，储料仓底部设有消石灰和活性炭的排出口并通过罗茨风机送入消石灰和活性炭联合喷射装置；

来自储料仓的活性炭与消石灰一起通过消石灰和活性炭联合喷射装置喷入烟道后，即在烟道内开始吸附酸性气体、二恶英和Hg等重金属污染物，但并没有达到饱和，随后与烟气一起进入袋式除尘器中吸附在滤袋表面上，与通过滤袋表面的烟气充分接触，最终达到去除烟气中酸性气体、二恶英及重金属的目的；

所述的袋式除尘器可相应提高脱硫效率和除尘效率，并更利于脱除部分重金属和二恶英，根据在垃圾焚烧中废气的成分和废气的性质，所述的袋式除尘器采用高压脉冲清灰布袋除尘器，除尘器的布袋选用超强聚四氟乙烯与聚四氟乙烯覆膜滤料，该类滤料具有防酸、碱、抗水解性能，其最高耐温高达280℃，为防止袋式除尘器底部温度低引起结露和粘灰问题，袋式除尘器的灰斗采取电伴热系统；

所述的碱液洗涤塔，包括洗涤塔塔体、喷淋系统和泵，洗涤塔塔体的塔顶设置两层碱液喷淋系统，另设两级内置式除雾器，烟气进入碱液洗涤塔内，自下而上流动与喷淋层喷射向下的碱液滴发生反应，反应后的浆液落入塔底，由搅拌器充分混合后经排出泵输出，一部分回碱液洗涤塔重新反应，另一部分进入废水池，由废水池地坑泵输送至废水处理系统；

所述蒸汽加热器，为管壳式加热器；

所述的活性炭吸附塔，由以下部分组成：活性炭输入系统、活性炭反应器、输出螺旋输送机、收集螺旋输送机和可锁漏斗，活性炭由活性炭输入系统送入活性炭反应器，活性炭反应器中产生的废炭经活性炭反应器中所设置的输出设备输出到输出螺旋输送机，输出螺旋输送机收集吸附了污染物的活性炭废料并将其送到收集螺旋输送机，在收集螺旋输送机里经过二级螺旋传送，将废炭送至可锁漏斗。

活性炭输入系统由四部分组成：输入料斗、气动阀、分配螺旋输送机、炭床输入螺旋输送机。存储筒仓的活性炭通过气力传输系统进入输入料斗。输入料斗顶部设置有除尘器，输入料斗下部设置有气动阀。当活性炭反应器中的活性炭量指示器显示需加料时，气动阀打开，输入料斗下的分配螺旋输送机将活性炭送到该活性炭反应器的输入螺旋输送机。这样的过程一直持续到炭量指示器不再有炭量偏低指示为止。在最后一次输入螺旋输送机将活性炭送到活性炭反应器时，输入料斗下部的气动阀关闭。

所述的活性炭反应器采用固定床型式，内部含以下三部分：导流百叶窗式进口挡板、穿孔板、带金属网格抗冲击的出口百叶窗式挡板。这三部分将活性炭反应器内部划分为3层，每层中的活性炭都有独立的废料输出设备，其中第1层和第3层均使用滚筒和旋转阀类型的输出设备，每个滚筒均作为一个输出输送器使用；第2层仅使用两个滚筒作为输出设备。这样一种独立输出装置可以最大化地利用各层活性炭。在活性炭反应器中有活性炭量指示器,当它指示活性炭量偏低时，它会自动启动活性炭输入。

上述的一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置用于烟气净化处理，其工作路线如下：

经过急冷塔后的烟气经消石灰与活性炭联合喷射装置中的消石灰与活性炭完成酸性气体和二恶英类及重金属的初步吸附与吸收，然后进入布袋除尘器进一步脱尘除去烟气中酸性气体、二恶英及重金属，经进一步脱尘除去酸性气体、二恶英及重金属后的烟气经过烟气/烟气换热器和碱液洗涤塔组成的单元进一步通过碱液洗涤吸收作用以进一步脱除酸性气体，碱液洗涤后的烟气温度降低，经过蒸汽加热器对烟气进行加热后送入活性炭吸附塔进行最终吸附脱尘二恶英及重金属，最终洁净的烟气经过引风机后经烟囱排出；

当活性炭吸附塔故障或停用时，从蒸汽加热器排出的烟气直接进入引风机后经烟囱排出。

本发明的有益效果

本发明的一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置，由于采用消石灰与活性炭联合喷射装置、碱液洗涤塔、活性炭吸附塔，即采用两级碱液吸收洗涤和两级活性炭吸附技术，因此在酸性气体脱除和二恶英类、重金属吸附脱除方面具有更大的优越性。首先，在消石灰和活性炭联合喷射装置中，第一时间通过吸收和吸附作用将烟气中高浓度的酸性气体（SO₂、SO₃、HF、HCl）、二恶英和重金属脱除，完成吸收和吸附作用的消石灰及活性炭粉末在高效布袋除尘器中与烟气加以分离，并进一步除去了烟气中残留的酸性气体、二恶英类和重金属，被分离出的烟气中的酸性气体则在碱液洗涤塔中被再次吸收，而被分离出的烟气中残留的二恶英及重金属在活性炭吸附塔内被活性炭再次吸附以进一步进行脱除。由于烟气流程较长，且经过碱液洗涤塔洗涤，烟气温度会降低很多，增设的烟气/烟气换热器和蒸汽加热器单元用以提高进入活性炭吸附塔的烟气的温度，进而提高末级活性炭的吸附效率。

进一步，本发明的一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置用于垃圾焚烧过程中产生的烟气的净化处理后，排出的烟气中烟尘含量10mg/m³，氮氧化物200mg/m³，二氧化硫50mg/m³，氯化氢10mg/m³，氟化氢1mg/m³，汞和镉测定均值0.05mg/m³，铅测定均值0.5mg/m³，二恶英类0.1ngTEQ/m³。即达欧盟2000排放标准（欧盟烟气排放标准（2000/76/EC））。

附图说明

图1、烟气一体化净化处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

一种垃圾焚烧过程中产生的烟气的净化处理装置，其结构示意图如图1所示，包括急冷塔2、消石灰和活性炭联合喷射装置3、布袋除尘器4、烟气/烟气换热器6、碱液洗涤塔7、蒸汽加热器8、活性炭吸附塔9、引风机10和烟囱11；

急冷塔2上部设有烟气的入口1，底部设有排出口12，侧壁上设有烟气出口；

急冷塔2的侧壁上烟气出口和袋式除尘器4上设有的烟气入口之间的烟道上连接有的消石灰和活性炭联合喷射装置3；

布袋除尘器4上设有烟气出口，其经过管道与烟气/烟气换热器6的侧壁上设有的烟气入口相连；布袋除尘器4的底部设有落灰斗5用于收集进入布袋除尘器4中的烟气中的飞灰；

烟气/烟气换热器6侧壁上设有的烟气出口与碱液洗涤塔7侧壁上设有的烟气入口相连，碱液洗涤塔7顶部设有烟气出口，该烟气出口与烟气/烟气换热器6顶部的入口相连，烟气/烟气换热器6底部出口与蒸汽加热器8的入口相连，蒸汽加热器8的出口通过管道经阀门I（13）后与活性炭吸附塔9的顶部入口相连，活性炭吸附塔9的底部出口通过管道经阀门III15与引风机10的入口相连，

引风机10的出口与烟囱11相连；

所述蒸汽加热器8的出口与阀门I（13）之间的管道上设有一支路并经阀门II（14）后与活性炭吸附塔9的底部出口的阀门III（15）后的管道连接并一同进入引风机10，其作用主要是在活性炭吸附塔故障或停用时，从蒸汽加热器8出来的烟气直接进入引风机10后通过烟囱11排出。

上述的一种垃圾焚烧过程中产生的烟气的净化处理装置，其工作路线如下：

垃圾焚烧过程中产生的烟气从急冷塔2上部的烟气的入口1进入急冷塔2后经喷水降温处理后，其中所得的飞灰从底部设有的排出口12排出，经降温处理后的烟气折返向上从急冷塔中部引出经消石灰和活性炭联合喷射装置3进行脱酸和吸附处理后，所得的混合消石灰及活性炭颗粒的烟气进入布袋除尘器4进行除尘，除尘后所得的飞灰进入布袋除尘器4的底部设有的落灰斗5进行收集，收集后的飞灰通过输送链输送至灰库；

布袋除尘器4除尘后所得的烟气经布袋除尘器4上的烟气出口经管道进入烟气/烟气换热器6，经烟气/烟气换热器6换热所得的低温的烟气从烟气/烟气换热器6的烟气出口出来进入碱液洗涤塔7中部，在碱液洗涤塔7内经碱液洗涤后向上流动，从碱液洗涤塔7顶部出口排出后再次进入烟气/烟气换热器6顶部的入口，再次进入烟气/烟气换热器6内的烟气在烟气/烟气换热器6内被加热后从烟气/烟气换热器6的底部出口排出，排出口的烟气进入蒸汽加热器8，经蒸汽加热器8加热后的烟气通过管道经阀门I（13）进入活性炭吸附塔9内经三层活性炭吸附处理，吸附处理后的烟气在活性炭吸附塔9的底部出口通过管道经阀门III（15）进入引风机10，进入引风机10的烟气再通过引风机10的出口后经烟囱11排出，上述工作过程中阀门II（14）关闭。

当活性炭吸附塔9处于故障或停用状态时，关闭阀门13和阀门III（15），打开阀门II（14），从蒸汽加热器8排出来的烟气可直接通过管道经阀门II（14）进入引风机10后通过烟囱11排出。

应用实施例1

利用实施例1所述的一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置对垃圾焚烧过程中产生的烟气进行处理，其工作路线如下：

由垃圾焚烧锅炉排出来的烟气自从急冷塔2上部的入口1进入到急冷塔2中，经喷水降温后经过消石灰和活性炭联合喷射装置3后再进入袋式除尘器4；

在急冷塔2和袋式除尘器4之间的烟道上设有的消石灰和活性炭联合喷射装置3，此处喷入消石灰粉末和活性炭粉末，消石灰与酸性气体反应，活性炭进行第一次吸附二恶英、重金属等污染物。消石灰和活性炭联合喷射装置3的反应生成物与烟气一同进入袋式除尘器4，在袋式除尘器4的滤袋表面形成过滤层，进行高效过滤以进一步除去烟气中残留的二恶英、重金属等污染物，未完全反应的消石灰与烟气中的酸性气体继续反应。急冷塔2底部的小部分反应生成物通过底部排出口12排出，袋式除尘器落灰斗5收集到的飞灰经输送链送往灰库；

由袋式除尘器4出口的烟气进入烟气/烟气换热器6，与来自碱液洗涤塔7的冷烟气进行热交换，放出热量的烟气从碱液洗涤塔7中部进入，而吸收热量的冷烟气则离开烟气/烟气换热器6底部进入蒸汽加热器8入口；

并且从烟气/烟气换热器6出来的烟气在碱液洗涤塔7内，与氢氧化钠碱液反应，脱除未反应的酸性气体，产生的废液排至废水系统进行处理；

进入蒸汽加热器8的烟气经升温后进入活性炭吸附塔9进行第二次活性炭吸附，以进一步除去残余的二恶英、重金属等，第二次活性炭吸附后的烟气再由引风机10送入烟囱11排入大气，从而实现垃圾焚烧烟气的净化处理。

经上述的一种垃圾焚烧过程中产生的烟气的净化处理装置处理后排出的烟气中，烟尘含量10mg/m³，氮氧化物200mg/m³，二氧化硫50mg/m³，氯化氢10mg/m³，氟化氢1mg/m³，汞和镉测定均值0.05mg/m³，铅测定均值0.5mg/m³，二恶英类0.1ngTEQ/m³。即所含粉尘、二恶英及酸性物质已达欧盟2000排放标准。

对照实施例1

即采用现有技术的“半干法脱酸+活性炭喷射吸附二恶英+布袋除尘器除尘”的烟气组合处理工艺，污染物排放满足标准要求，烟尘含量80mg/m³，二氧化硫260mg/m³，氯化氢75mg/m³，汞和镉测定均值0.15mg/m³，铅测定均值1.6mg/m³，二恶英类1.0ngTEQ/m³，其中粉尘、二恶英及酸性物质未能达到达到欧盟2000排放标准。

通过上述的应用实施例1和对照实施例1进行对比，可以看出，本发明的一种垃圾焚烧过程中产生的烟气的净化处理装置用于垃圾焚烧烟气的净化处理，其在烟尘含量、二氧化硫、氯化氢、重金属和二恶英类等指标上由于经过了两级吸附联合脱除，因此其处理效果比现有技术有了很大的提升，烟尘含量和二氧化硫排放减小为现有技术的1/8和1/5倍，氯化氢减少了1/7.5，而主要重金属元素汞、镉和铅等排放为现有技术的1/3，二恶英类排放仅为现有技术的1/10，由此表明了本发明的烟气净化处理装置在烟气污染物脱除方面具有明显的优势。

上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置，包括急冷塔、布袋除尘器、烟气/烟气换热器、碱液洗涤塔、蒸汽加热器、引风机和烟囱，还包括消石灰和活性炭联合喷射装置和活性炭吸附塔；

急冷塔上部设有烟气的入口，底部设有排出口，侧壁上设有烟气出口；

急冷塔的烟气出口和袋式除尘器上设有的烟气入口之间的烟道上连接有消石灰和活性炭联合喷射装置；

布袋除尘器上设有烟气出口，其经过管道与烟气/烟气换热器的侧壁上设有的烟气入口相连，布袋除尘器的底部设有落灰斗；

烟气/烟气换热器侧壁上设有的烟气出口与碱液洗涤塔侧壁上设有的烟气入口相连，碱液洗涤塔顶部设有烟气出口，该烟气出口与烟气/烟气换热器顶部的入口相连，烟气/烟气换热器底部出口与蒸汽加热器的入口相连；

蒸汽加热器的出口通过管道经阀门I后与活性炭吸附塔的顶部入口相连，活性炭吸附塔的底部出口通过管道经阀门III与引风机的入口相连，

引风机的出口与烟囱相连；

所述蒸汽加热器的出口与阀门I之间的管道上设有一支路并经阀门II后与活性炭吸附塔的底部出口的阀门III后的管道连接并一同进入引风机；

其特征在于所述的活性炭吸附塔包括活性炭反应器；

所述的活性炭反应器采用固定床型式，内部含以下三部分：导流百叶窗式进口挡板、穿孔板、带金属网格抗冲击的出口百叶窗式挡板，这三部分将活性炭反应器内部划分为3层，每层中的活性炭都有独立的废料输出设备，其中第1层和第3层均使用滚筒和旋转阀类型的输出设备，每个滚筒均作为一个输出输送器使用；第2层仅使用两个滚筒作为输出设备。

2.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧烟气的净化处理装置，其特征在于所述的袋式除尘器采用高压脉冲清灰布袋除尘器，除尘器的布袋选用超强聚四氟乙烯与聚四氟乙烯覆膜滤料。