CN104258709B - 一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺 - Google Patents

一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，包括依次进行的步骤：焚烧炉焚烧产生的烟气在焚烧炉内充足氧用氨水脱硫脱硝，干冰急冷塔急速降温防止二恶英生成，旋风除尘器内用螯合剂吸附重金属，半干式脱酸塔内通熟石灰浆脱酸，活性炭喷射器中用活性炭吸附杂质颗粒，袋式除尘器中通过薄膜滤料过滤烟尘颗粒，中空纤维微孔膜过滤罐内通过吸收液吸收二氧化碳，加热炉加热至250℃‑350℃，各项指标检测合格后，经由引风机通过高烟囱排入大气。本发明提供的一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，将废物衍生燃料焚烧烟气中的有害物质有效分离净化。

Description

一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺
技术领域
本发明涉及烟气分离净化工艺，具体是指一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺。
背景技术
废物衍生燃料焚烧具有热值高、回收利用率高等优点而得到广泛应用。然而，焚烧过程中产生的烟气还是含有许多有害物质，可能造成环境的二次污染。烟气中有害物质主要成分包括烟尘飞灰、酸性气体（一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物、氟化氢、氯化氢等）、颗粒物、重金属、二恶英等。如何将废物衍生燃料焚烧的烟气进行有效分离净化，以保证污染物含量降至标准限值以下再安全排放，成为设计垃圾焚烧烟气处理系统时需要解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，将废物衍生燃料焚烧烟气中的有害物质有效分离净化。
本发明通过下述技术方案实现：一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其工艺流程包括以下依次进行的步骤：
A脱硫脱硝；废物衍生燃料进入焚烧炉进行焚烧，焚烧炉内控制温度维持在850℃以上，焚烧炉内腔出口端的温度保持在850℃-1050℃，烟气在焚烧炉内腔出口端停留时间2S以上，同时，焚烧炉内腔出口端的顶部通过氨水喷淋装置不间断喷淋氨水并配有环向助燃氧气，生成的氨肥落入底部的传送带；
B防二恶英；热烟气从干冰急冷塔的上部进入，顺着内嵌干冰的塔壁从上往下流动，热烟气与喷入的雾化急冷水顺流接触，由于冷水和干冰的迅速气化，热烟气在0.5S内冷却至200℃以下；
C除重金属；经急冷的烟气从干冰急冷塔的下部进入旋风除尘器，烟气温度维持在150℃-200℃，旋风除尘器顶端喷淋螯合剂溶液，螯合剂加压喷洒与烟气中的重金属充分混合形成颗粒物，颗粒物掉至颗粒传送带；
D半干式脱酸；除重金属后的烟气从半干式脱酸塔下部进入，半干式脱酸塔底部旋转喷雾器向下喷洒熟石灰浆，熟石灰浆溶液与上升的烟气逆流，与烟气中的酸性物质反应生成干态粉末状物质，粉末掉落至颗粒传送带，烟气温度降至130℃以下；
E除颗粒物；脱酸后的烟气进入半干式脱酸塔和袋式除尘器之间的活性炭喷射器，由活性炭喷嘴向烟气管道中喷射粉状活性炭，吸附杂质的活性炭颗粒从活性炭喷射器下端掉落至颗粒传送带；
F吸附烟尘；除颗粒物后的烟气从袋式除尘器下部进入，温度控制在60℃以上，经过袋式除尘器内薄膜滤料进行过滤；
G除二氧化碳；吸附烟尘后的烟气进入中空纤维微孔膜过滤罐，温度控制在40℃-50℃，烟气在中空纤维微孔膜元件之间流动，中空纤维微孔膜元件表面的吸收液与烟气中的二氧化碳反应，形成一种弱联结化合物；
H排放气体；烟气从中空纤维微孔膜过滤罐进入二次加热炉，加热至250℃-350℃，再经由引风机通过高烟囱排入大气。
废物衍生燃料焚烧产生的高温烟气在焚烧炉内腔出口端脱硫脱硝，通过烟道进入干冰急冷塔急速降温，进入旋风除尘器去除重金属、粒径较大的颗粒物，进入半干式脱酸塔中脱酸，进入活性炭喷射器吸附颗粒物，进入袋式除尘器吸附烟尘，进入中空纤维微孔膜过滤罐除二氧化碳，最后气体经由引风机、二次加热炉、高烟囱排入大气，过程中集取的飞灰、重金属、颗粒物固化处理，集取的铵盐再处理成为氨肥，集取的二氧化碳循环利用。
步骤A，脱硫脱硝。废物衍生燃料焚烧产生的烟气在焚烧炉内腔出口端停留2S以上，温度保持在850℃-1050℃，避免二恶英类物质生成。同时，焚烧炉内腔出口端的顶部通过氨水喷淋装置不间断喷淋氨水并配有环向助燃氧气，氧气、氨水和烟气中的酸性物质发生了多个反应，主要反应方程式如下：
CO + O2 = CO2
CO2 + 2NH3·H2O = CO(NH2)2 + H2O
SO2 + O2 = SO3
SO2 + 2NH3·H2O = (NH4)2SO3 + H2O
SO2 + NH3·H2O = NH4HSO3
SO3 + 2NH3·H2O = (NH4)2SO4
2NO + O2 = 2NO2
6NO + 4NH3·H2O = 5N2 + 5H2O
2NO2 + 2NH3·H2O = NH4NO3 + NH4NO2 + H2O
HF+ NH3·H2O = NH4F + H2O
HCL+ NH3·H2O = NH4CL + H2O
反应生成多种铵盐，由于此步骤是在高温环境中，水被迅速蒸发而不产生废水，生成的铵盐落入底部传送带，可进一步加工成氨肥。氨水浓度、氧气充入量根据烟气成分及流量大小调整。此步骤可在焚烧炉内腔进行脱硫脱硝，充分利用焚烧产生的热量，也无需添加催化剂，结构紧凑，节约成本、效果显著。
步骤B，防二恶英。由于冷水和干冰的迅速气化，热烟气在0.5S内冷却至200℃以下，避开了二恶英类前提物再次生成二恶英的条件。干冰急冷器除降温外，还有除尘作用。在烟气急冷的过程中，急冷水和干冰全部气化，使烟气降温、体积变小，同时也脱除一部分飞灰从急冷器下部排出至飞灰传送带，待后续工艺固化处理。
步骤C，除重金属。旋风除尘器顶端喷淋的螯合剂溶液加压后与含有重金属的烟气充分混合，螯合剂与重金属离子强力螯合，使烟气中的重金属离子析出。螯合剂适用的PH值条件范围宽且受离子浓度影响小，可以与废气中铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等重金属离子螯合后形成颗粒。由于水在高温下气化，螯合形成的颗粒落入飞灰传送带，待后续工艺固化处理。步骤C反应温度优选150℃-200℃，此温度范围内无需对反应物加热，同时螯合剂与重金属离子螯合形成颗粒的粒径较大，且水可迅速气化，利于颗粒的脱落分离。
步骤D，半干式脱酸。烟气经旋风除尘器脱除掉粒径较大的颗粒物后进入半干式脱酸塔下部，塔顶通过喷嘴喷洒出的雾化熟石灰浆与上升的烟气逆流而充分接触，完成对烟气酸性污染物的吸收净化。半干式脱酸采用熟石灰浆与烟气中的酸性气体反应，可有效去除氢氟酸、氯化氢及部分二氧化碳。其主要反应方程式为：
2HF+ Ca(OH)2 = CaF2 + 2H2O
2HCl+ Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O
CO2+ Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O
在半干式脱酸塔内，熟石灰浆中的水分在高温烟气作用下完全蒸发，无多余的废水生成，同时也使烟气温度降至130℃以下。反应后的生成物呈干态粉末状，除部分连同飞灰从半干式脱酸塔底部的飞灰传送带排出至后续工艺固化外，其余随烟气从脱酸塔上部通过抽风泵抽出。
步骤E，除颗粒物。由于活性炭表面多孔结构，可进一步吸附烟气中的重金属、粒径较小颗粒、灰飞及二恶英。吸附了污染物的活性炭颗粒在袋式除尘器中被薄膜滤料拦截，从烟气中分离出来，因而进一步去除烟气中的重金属、粒径较小颗粒、灰飞及二恶英。没有吸附污染物的活性炭颗粒在薄膜滤料表面形成滤饼，可继续吸附烟气残留的重金属、粒径较小颗粒、灰飞及二恶英。
步骤F，吸附烟尘。烟气从袋式除尘器下部进入，温度控制在60℃以上，经过袋式除尘器内聚四氟乙烯薄膜滤料进行过滤。烟气的酸露点会影响滤料的可靠性和使用寿命。当烟气温度低于酸露点时，结露所产生的酸液将腐蚀除尘器或在滤料上形成烟尘粘结而影响过滤效果。经过上述步骤分离净化后，烟气酸露点为45℃-55℃，因此，此步骤温度控制在60℃以上，既无需另行加热烟气，有能减少酸性气体对设备的腐蚀。进一步，采用四氟乙烯薄膜滤料进行过滤，增强滤料抗腐蚀性并防止堵塞。
步骤G，除二氧化碳。烟气经过半干式脱酸塔除酸、袋式除尘器滤尘后，焚烧后的烟气已烟气分离，气体基本纯净仅含有少量残余的二氧化碳使气体呈弱酸性。弱酸性气体加压进入中空纤维微孔膜过滤罐，在中空纤维微孔膜元件之间流动，而吸收液逆向流动，二氧化碳在浓度梯度作用下层层渗入，中空纤维微孔膜元件表面的吸收液与二氧化碳充分接触，并反应生成一种弱联结化合物。处理后的气体经过二次加热炉再次加热并检测合格后，从高烟囱排入大气。富集二氧化碳后的吸收液经过液泵抽离中空纤维微孔膜元件表面，在热交换机中与未吸收二氧化碳的吸收液进行热交换后，再进入再生塔中解吸再生。
步骤H，排放气体。气体进入内腔洁净的二次加热炉加热至250℃-350℃，并通过各项指标检测均达标后，通过高烟囱排入大气。
进一步地，所述废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺的流程采用计算机自动控制系统进行控制，所述计算机自动控制系统还包括检测系统、数据存储器和运行显示屏。
所述计算机自动控制系统，能对废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺所涉及的装置实行顺序自动启停，运行参数自动检测和储存，关键参数实行自动调节，使烟气净化装置实现自动化控制。计算机自动控制系统采用集散型控制结构，主要由工业控制计算机系统、PLC控制系统、现场控制系统、数据通讯网络等组成。引风机采用变频控制，根据燃料的特性及负荷变化情况进行调节。脉冲袋式除尘器清灰控制采用PLC控制装置，控制方式为定时、定阻，并设有温度、压力、流量、料位、滤袋破损的检测，实现对系统的监督和控制。
所述检测系统，用于每一个步骤重要控制点的检测以及最终排放气体各项指标的检测；所述数据存储器，用于整个系统运行数据的记录存储；所述运行显示屏，用于配合系统动画，实时查看工艺流程各个步骤的进度情况。进一步地，所述步骤A中，供氨设备包括氨水存储罐和氨水流量阀。氨水存储罐通过氨水流量阀控制向焚烧炉内氨水喷淋装置供氨。
进一步地，所述步骤B中，干冰急冷塔的塔壁为中空结构，中空层内部填充干冰碎块，中空层顶部连接二氧化碳收集器。收集的二氧化碳可回收循环利用。
进一步地，所述步骤D中，熟石灰浆由储存在熟石灰仓中的熟石灰经过下料器进入搅拌装置与水充分搅拌，再由熟石灰乳储槽至压力泵进入旋转喷雾器，由旋转喷雾器控制流量。
进一步地，所述步骤E中，活性炭储存在活性炭仓、经过给料器、鼓风机，通过活性炭喷嘴向烟气管道喷射粉状活性炭。粉状活性炭扩大接触面积，利用吸收。
进一步地，所述步骤F中，薄膜滤料采用PTFE复合滤料。PTFE复合滤料具有耐高温，耐腐蚀，过滤精度高等性能。
进一步地，所述步骤G中的中空纤维微孔膜元件采用聚丙烯材料；吸收液采用氨基酸钾溶液；吸收液温度为40℃-50℃。
所述步骤G中的中空纤维微孔膜元件采用聚丙烯材料；吸收液采用氨基酸钾溶液；吸收液温度为40℃-50℃。从加工成本及工艺稳定性方面考虑，中空纤维微孔膜元件的材料优选聚丙烯，吸收液优选氨基酸钾溶液。由于氨基酸钾溶液在40℃-50℃时对二氧化碳的吸收率最高，因此，要求中空纤维微孔膜过滤罐内反应温度控制在40℃-50℃。因反应过程产生的热量与损失的热量相当，因此要求进入中空纤维微孔膜过滤罐的气体温度和吸收液温度均维持在40℃-50℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明在焚烧炉内脱硫脱硝，利用废物衍生燃料燃烧产生的热量，无需消耗能源再次加热，而且脱硫脱硝过程中产生的铵盐可用于氨肥生产，利用率高。
（2）本发明通过干冰急冷塔对焚烧炉内产生的高温烟气进行急速降温，避开二恶英等有害气体产生的条件，也降低后续步骤中涉及设备对耐高温性能的要求。
（3）本发明结构紧凑，避免烟气分离净化过程中二次污染的产生，烟气分离后的物质优化处理。
（4）本发明工艺有计算机自动控制，减轻工作人员劳动量和工作难度，确保整个系统运行的稳定性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
其中：1—焚烧炉；11—氨水存储罐；12—氨水喷淋装置；2—干冰急冷塔；21—二氧化碳收集器；3—旋风除尘器；4—半干式脱酸塔；41—熟石灰仓；42—下料器；43—搅拌装置；44—压力泵；45—旋转喷雾器；5—活性炭喷射器；51—活性炭仓；52—给料器；53—鼓风机；54—活性炭喷嘴；6—袋式除尘器；7—中空纤维微孔膜过滤罐；8—二次加热炉；9—引风机；10—高烟囱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本发明通过下述步骤实现：A脱硫脱硝；废物衍生燃料进入焚烧炉1进行焚烧，焚烧炉1内控制温度维持在850℃以上，焚烧炉1内腔出口端的温度保持在850℃-1050℃，烟气在焚烧炉1内腔出口端停留时间2S以上，同时，焚烧炉1内腔出口端的顶部通过氨水喷淋装置不间断喷淋氨水并配有环向助燃氧气，生成的氨肥落入底部的传送带；
B防二恶英；热烟气从干冰急冷塔2的上部进入，顺着内嵌干冰的塔壁从上往下流动，烟气与喷入的雾化急冷水顺流接触，由于冷水和干冰的迅速气化，热烟气在0.5S内冷却至200℃以下；
C除重金属；经急冷的烟气从干冰急冷塔2的下部进入旋风除尘器3，烟气温度维持在150℃-200℃，旋风除尘器3顶端喷淋螯合剂溶液，螯合剂加压喷洒与烟气中的重金属充分混合形成颗粒物，颗粒物掉至颗粒传送带；
D半干式脱酸；烟气从半干式脱酸塔4下部进入，半干式脱酸塔4底部旋转喷雾器向下喷洒熟石灰浆，熟石灰浆溶液与上升的烟气逆流，与烟气中的酸性物质反应生成干态粉末状物质，粉末掉落至颗粒传送带，烟气温度降至130℃以下；
E除颗粒物；烟气进入半干式脱酸塔4和袋式除尘器6之间的活性炭喷射器5，由活性炭喷嘴54向烟气管道中喷射粉状活性炭，吸附杂质的活性炭颗粒从活性炭喷射器5下端掉落至颗粒传送带；
F吸附烟尘；烟气从袋式除尘器6下部进入，温度控制在60℃以上，经过袋式除尘器6内薄膜滤料进行过滤；
G除二氧化碳；弱酸性气体进入中空纤维微孔膜过滤罐7，温度控制在40℃-50℃，弱酸性气体在中空纤维微孔膜元件之间流动，中空纤维微孔膜元件表面的吸收液与二氧化碳反应，形成一种弱联结化合物；
H排放气体；烟气进入二次加热炉8，加热至250℃-350℃，再经由引风机9通过高烟囱10排入大气。
实施例2：
本实施例在上述实施例的基础上进一步优化，进一步地，所述废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺流程采用计算机自动控制系统进行控制，所述计算机自动控制系统还包括检测系统、数据存储器和运行显示屏。
所述焚烧炉1内腔出口端设置温度检测装置和烟道阀门，当检测到焚烧炉1内腔出口端温度低于800℃时，容易产生二恶英等有毒气体，而且不利于无催化剂情况下的脱硫脱硝，故由控制系统发出信号，关闭烟道阀门，直至温度达到工艺要求再开启。
所述袋式除尘器6中间设有旁路通道，通道两端设置由控制信号触发的阀门，一旦进入除尘器的烟气温度低于60℃，由控制系统发出信号，阀门切换，烟气经旁路通过，延长袋式除尘器6的使用寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A脱硫脱硝；废物衍生燃料进入焚烧炉（1）进行焚烧，焚烧炉（1）内控制温度维持在850℃以上，焚烧炉（1）内腔出口端的温度保持在850℃-1050℃，烟气在焚烧炉（1）内腔出口端停留时间2S以上，同时，焚烧炉（1）内腔出口端的顶部通过氨水喷淋装置（12）不间断喷淋氨水并配有环向助燃氧气，生成的氨肥落入底部的传送带；
B防二恶英；热烟气从干冰急冷塔（2）的上部进入，顺着内嵌干冰的塔壁从上往下流动，热烟气与喷入的雾化急冷水顺流接触，由于冷水和干冰的迅速气化，热烟气在0.5S内冷却至200℃以下；
C除重金属；经急冷的烟气从干冰急冷塔（2）的下部进入旋风除尘器（3），烟气温度维持在150℃-200℃，旋风除尘器（3）顶端喷淋螯合剂溶液，螯合剂加压喷洒与烟气中的重金属充分混合形成颗粒物，颗粒物掉至颗粒传送带；
D半干式脱酸；除重金属后的烟气从半干式脱酸塔（4）下部进入，半干式脱酸塔（4）底部旋转喷雾器（45）向下喷洒熟石灰浆，熟石灰浆溶液与上升的烟气逆流，与烟气中的酸性物质反应生成干态粉末状物质，粉末掉落至颗粒传送带，烟气温度降至130℃以下；
E除颗粒物；脱酸后的烟气进入半干式脱酸塔（4）和袋式除尘器（6）之间的活性炭喷射器（5），由活性炭喷嘴（54）向烟气管道中喷射粉状活性炭，吸附杂质的活性炭颗粒从活性炭喷射器（5）下端掉落至颗粒传送带；
F吸附烟尘；除颗粒物后的烟气从袋式除尘器（6）下部进入，温度控制在60℃以上，经过袋式除尘器（6）内薄膜滤料进行过滤；
G除二氧化碳；吸附烟尘后的烟气进入中空纤维微孔膜过滤罐（7），温度控制在40℃-50℃，烟气在中空纤维微孔膜元件之间流动，中空纤维微孔膜元件表面的吸收液与烟气中的二氧化碳反应，形成一种弱联结化合物；
H排放气体；烟气从中空纤维微孔膜过滤罐（7）进入二次加热炉，加热至250℃-350℃，再经由引风机（9）通过高烟囱（10）排入大气。
2.根据权利要求1所述的一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其特征在于：所述废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺的流程采用计算机自动控制系统进行控制，所述计算机自动控制系统还包括检测系统、数据存储器和运行显示屏。
3.根据权利要求1或2所述的一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其特征在于：所述步骤A中，供氨设备包括氨水存储罐（11）和氨水流量阀，氨水存储罐（11）通过氨水流量阀控制向焚烧炉（1）内氨水喷淋装置（12）供氨。
4.根据权利要求1或2所述的一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其特征在于：所述步骤B中，干冰急冷塔（2）的塔壁为中空结构，中空层内部填充干冰碎块，中空层顶部连接二氧化碳收集器（21）。
5.根据权利要求1或2所述的一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其特征在于：所述步骤D中，熟石灰浆由储存在熟石灰仓（41）中的熟石灰经过下料器（42）进入搅拌装置（43）与水充分搅拌，再由熟石灰乳储槽、压力泵（44）进入旋转喷雾器（45），由旋转喷雾器（45）控制流量。
6.根据权利要求1或2所述的一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其特征在于：所述步骤E中，活性炭储存在活性炭仓（51）、经过给料器（52）、鼓风机（53），通过活性炭喷嘴（54）向烟气管道喷射粉状活性炭。
7.根据权利要求1或2所述的一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其特征在于：所述步骤F中，薄膜滤料采用PTFE复合滤料。
8.根据权利要求1或2所述的一种废物衍生燃料焚烧烟气分离净化工艺，其特征在于：所述步骤G中的中空纤维微孔膜元件采用聚丙烯材料；吸收液采用氨基酸钾溶液；吸收液温度为40℃-50℃。
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