CN105289248B

CN105289248B - 一种生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理方法及装置

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Publication number: CN105289248B
Application number: CN201510701688.0A
Authority: CN
Inventors: 王全; 龚丽芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: CN105289248A

Abstract

本发明公开了一种生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理方法及装置。氨水急冷装置、喷粉末活性炭装置和布袋除尘器经通气管道相连，氨水急冷装置的入气端能与生活垃圾焚烧发电厂烟气的出口端相连，氨水急冷装置和喷粉末活性炭装置之间的通气管道上还连有压缩空气系统，布袋除尘器的灰斗下设有压缩空气系统，该灰斗与飞灰库经管道相连，布袋除尘器的出口烟道经管道与湿式脱酸塔的洗涤浓缩段相连，所述的湿式脱酸塔包括吸收段、洗涤浓缩段和氧化段，所述的湿式脱酸塔的吸收段中设有能喷淋氨水的喷头，其烟气排出管道与除雾设备相连，湿式脱酸塔的氧化段与氧化风机相连，湿式脱酸塔的氧化段的氯化铵和硫酸铵输出口与结晶设备相连。

Description

一种生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理方法及装置

技术领域

本发明属于生活垃圾处理领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理方法及装置。

背景技术

随着中国城市化的发展，城市生活垃圾不断增加，带来垃圾围城的危害，威胁人类健康和城镇生态。城市生活垃圾常规处理方法有填埋、堆肥和焚烧。垃圾焚烧因其无害化较彻底、减容量大，处理时间短，占地面积小、回收热能等优点，而倍受关注，得到较快的发展。截止2014年底，我国已建成并运营的生活垃圾焚烧发电厂达330座，其中北京、深圳、上海、广州等地尤其处理量大，设施先进。“十二五”将会是垃圾焚烧发电的建设高峰期，全国每一个地级市将会有一个垃圾焚烧发电厂，经济发达地区每县级市将会有垃圾焚烧发电企业。垃圾焚烧发电投资企业目前集中在十多个大型环保上市公司，全国正处于投资圈地的热潮，新工艺有广阔的市场前景。

一、垃圾焚烧发电污染物的形成和危害

焚烧处理技术的核心是燃烧的合理组织和二次污染的防治。垃圾焚烧对环境的二次污染物主要源于焚烧过程中产生的烟气。焚烧烟气中含有大量酸性气体(HCI、SO2、HF、NOX等)、有机类污染物(二恶英、呋喃等)、颗粒物及重金属等。

1、酸性气体

HCI(氯化氢)是焚烧烟气中酸性气体的主要成分，其它由SOX(硫化物)、NOX(氮氧化物)、HF(氟化氢)组成，均来源于相应垃圾组分的燃烧。焚烧烟气中HCI气体的浓度相对较高，往往在1000-1500mg/Nm³。SOX浓度500-800mg/Nm³，NOX浓度300－400mg/Nm³。

烟气净化需进行脱酸处理。

2、有机类污染物

有机类污染物主要是指在环境中浓度虽然很低，但毒性很大，直接危害人类健康的二噁英类化合物，其主要成分为多氯二苯并二噁英(pcdds)和多氯二苯并呋喃(pcdfs)。

有机物主要对飞灰采取布袋除尘器前加活性炭吸附后，对飞灰进行固态稳定化处理。

3、颗粒物及重金属

主要对飞灰采取布袋除尘器前加活性炭吸附后，对飞灰进行固态稳定化处理。

二、传统的烟气净化处理

酸性气体净化工艺按照有无废水排出分为干法、半干法和湿法三种。

1、干法除酸

干法除酸可以有两种方式：一种是干式反应塔，干性药剂和酸性气体在反应塔内进行反应,然后一部分未反应的药剂随气体进入除尘器内与酸进行反应。另一种是在进入除尘器前喷入干性药剂，药剂在除尘器内和酸性气体反应。其特点是:工艺简单，不需配置复杂的石灰浆制备和分配系统,设备故障率低,维护简便，但药剂使用量大,运行费用高，脱酸效率低，无法达到国家垃圾焚烧烟气排放控制标准。

2、半干法除酸

半干法除酸的吸收剂一般采用消石灰为原料,制备成Ca(OH)2溶液,在烟气净化工艺流程中通常置于除尘设备之前，由喷嘴或旋转喷雾器将Ca(OH)2溶液喷入反应器中，酸性气体与石灰浆反应成为盐类,掉落至反应塔底部。

此种方式的特点是：半干式反应塔脱酸效率较高，对氯化氢(HC I)的去除率可超过90％，除尘器使用布袋除尘器,则重金属去除效率可超过98％；不产生废水排放,耗水量较湿式洗涤塔少。流程简单，由于使用国外进口的喷雾设备，投资、维护费用相当高。且石灰浆制备系统较复杂，副产品会形成二次污染。

在目前生产实践中，实际上大多数垃圾焚烧发电厂氯化氢、氮氧化物常常超标。在国家实施最新的污染控制标准后，对大多数垃圾焚发电厂而言，烟气排放达标是一个普遍的难题。

3、湿式除酸

湿法脱酸采用洗涤塔形式，烟气进入洗涤塔后经过与碱性溶液充分接触得到满意的脱酸效果。洗涤塔设置在除尘器的下游,以防止粒状污染物阻塞喷嘴而影响其正常操作。

湿式洗涤塔所使用的碱液通常为氢氧化钠(NaOH)，较少使用石灰浆液Ca(OH)2以避免结垢。此种方式的特点是：净化效率较高，在欧洲及美国应用多年的实践均可验证其对氯化氢(HC I)脱除效率可超过95％,对SO2亦可超过80％以上。但采用氢氧化钠作为吸收剂，产生含高浓度无机氯盐及重金属的废水，需经处理后才能排放；设备投资高，运行费用也较高。但湿法净化工艺的污染物净化效率较前两种高。

使用情况：欧洲的垃圾焚烧厂采用半干法的较多，丹麦、法国、德国采用半干法的比例分别约为20％、40％和30％。半干法在国内占统治地，国内无一家采用湿法工艺的。

发明内容

本发明目的是提供一种成本低廉、脱酸效率高，对布袋除尘器损害少，不产生有机氯盐与废水的排放，反应副产品能作为化肥原料利用的生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理方法及装置。

本发明的生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

生活垃圾焚烧发电厂烟气经过喷洒氨水进行急冷处理，将烟气急冷至170±5℃，并进行脱硝和脱除一部分酸，然后再喷粉末活性炭，使烟气与粉末活性炭混合均匀，通过活性炭吸附烟气中的二噁英和部分重金属，再将混合后的烟气和活性炭输送至布袋除尘器中，粉尘落入布袋除尘器的灰斗中，灰斗收集的飞灰经气力输送至飞灰库中间存诸再进行重金属固态稳定化处理；布袋除尘器的出口烟道排出的烟气进入湿式脱酸塔中，烟气在湿式脱酸塔的洗涤浓缩段中经氨水洗涤后，再在湿式脱酸塔的吸收段与氨水充分混合，氨水吸收烟气中的氯化氢(HCI)和二氧化硫(SO₂)及其它酸性气体，氯化氢(HCI)与氨水反应形成氯化铵，二氧化硫(SO₂)与氨水反应形成亚硫酸氢铵，伴随有部分氮氧化物(NO_X)气体也被氨水吸收，经过氨水处理的烟气经除雾设备除雾成为净化尾气排放；亚硫酸氢铵在湿式脱酸塔的氧化段被氧化成硫酸铵溶液，硫酸铵和氯化铵溶液经蒸发水分形成硫酸铵和氯化铵混合浆液，经结晶得到固态的氯化铵和硫酸铵。

优选，所述的硫酸铵和氯化铵溶液经蒸发水分形成硫酸铵和氯化铵混合浆液是将硫酸铵和氯化铵溶液泵入湿式脱酸塔的洗涤浓缩段冷却烟气，在冷却烟气的同时其自身的水分也得到了蒸发，形成固含量较高的的硫酸铵、氯化铵混合浆液。

优选，所述的再经结晶得到氯化铵和硫酸铵，其结晶过程中产生的水泵至湿式脱酸塔，用于补充湿式脱酸塔的洗涤浓缩段以及吸收段的水消耗。

本发明的第二个目的是提供一种生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理装置，其特征在于，包括氨水急冷装置、喷粉末活性炭装置、布袋除尘器、湿式脱酸塔和除雾设备，所述的氨水急冷装置、喷粉末活性炭装置和布袋除尘器经通气管道相连，氨水急冷装置的入气端能与生活垃圾焚烧发电厂烟气的出口端相连，氨水急冷装置和喷粉末活性炭装置之间的通气管道上还连有压缩空气系统，布袋除尘器的灰斗下设有压缩空气系统，该灰斗与飞灰库经管道相连，布袋除尘器的出口烟道经管道与湿式脱酸塔的洗涤浓缩段相连，所述的湿式脱酸塔包括吸收段、洗涤浓缩段和氧化段，所述的湿式脱酸塔的吸收段中设有能喷淋氨水的喷头，其烟气排出管道与除雾设备相连，湿式脱酸塔的氧化段与氧化风机相连，湿式脱酸塔的氧化段的氯化铵和硫酸铵输出口与结晶设备相连。

所述的除雾设备优选为电除雾设备，其能很好的消除气溶胶，烟囱排白烟现象。电除雾收集的水，经回收水泵打回系统再次利用。

本发明的有益效果如下：

1、采用本发明后，布袋除尘器前无需喷水加湿，布袋除尘器运行更稳定，除尘效率更高，除尘效率达到99％以上。无需考虑糊布袋的缺陷，以及除尘器本体腐蚀严重的情况，除尘器本体漏风率大大降低。传统的半干法由于需在布袋除尘器前进行脱酸，烟气中含大量水份，布袋除尘器运行中常发生糊袋子，影响布袋除尘效果，除尘器本体腐蚀严重，漏风严重。

2、无须使用进口的高价石灰浆雾化器设备，湿式洗涤使用传统的喷头即可，设备投资省，维护简单。国内目前采用半干法脱酸法，基本使用进口的丹麦尼鲁公司或比利时西格斯公司的雾化器或美国AT公司雾化器，价格高昂，每2～3五年需进行大修，因受专利权和加工精度限制，零部件价格虚高，维护费用高昂。

3、本发明革新了垃圾焚烧飞灰输送工艺。气力输灰设备投资省、设备故障率低，检修量低；飞灰库将不再纠结飞灰板结的故障，电加热、空气炮等高能耗设备将无须投资。布袋除尘器下收积的飞灰输送工艺改变，改传统的“埋刮板输送机+斗式提升机方式”改为气力输灰。气力输灰占地空间小，设备故障率低，设备漏灰减少。更重要的是，将改变飞灰库采用埋刮板机和斗提机输送设备本体漏风量大，飞灰易吸潮板结的缺点。

4、本发明完全没有了欧美湿法脱酸产生的有机氯盐与废水的排放，相反，真正做到了循环利用，符和合国家倡导的循环经济。

5、我国合成氨工业工艺先进，规模世界第一，但产能严重过剩，本发明拓宽了合成氨产业的氨产品使用范围。

6、氨法脱酸的效率大大高于使用消石灰的半干法脱酸，脱HCI效率将大于98％，脱二氧化硫的效率大于95％，烟气排放浓度将远低于欧盟及国家2016新标准。

7、氨法脱酸过程中，可以脱去部分NOX，根据氨法脱酸的生产实践经验，吸收率在40％以上，脱硝效率可达70％以上。配合炉内脱硝设备，净化后烟气氮氧化物预计达到150mg/Nm³以下，提前达到国家2020年的排放标准。

附图说明：

图1是本发明的生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理装置的流程示意图。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

如图1所示，本实施例的生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理装置，包括氨水急冷装置、喷粉末活性炭装置、布袋除尘器、湿式脱酸塔和除雾设备，所述的氨水急冷装置、喷粉末活性炭装置和布袋除尘器经通气管道相连，氨水急冷装置的入气端能与生活垃圾焚烧发电厂烟气的出口端相连，氨水急冷装置和喷粉末活性炭装置之间的通气管道上还连有压缩空气系统，布袋除尘器的灰斗下设有压缩空气系统，该灰斗与飞灰库经管道相连，布袋除尘器的出口烟道经管道与湿式脱酸塔的洗涤浓缩段相连，所述的湿式脱酸塔包括吸收段、洗涤浓缩段和氧化段，所述的湿式脱酸塔的吸收段中设有能喷淋氨水的喷头，其烟气排出管道与电除雾设备相连，湿式脱酸塔的氧化段与氧化风机相连，湿式脱酸塔的氧化段的氯化铵和硫酸铵输出口与结晶设备相连。

其具体处理方法如下：

A、氨水急冷段：生活垃圾经焚烧炉燃烧后，产生高温烟气，炉膛出口口烟温保持850℃以上并保持2秒以上时间，经达蒸发器(水冷受热面)、过热器、省煤器设备换热后，温度逐步降低至200～220℃，然后此烟气通入氨水急冷装置中，在氨水急冷装置中喷洒氨水，将烟气急冷至170±5℃，以达活性炭和PTFE(聚四氟乙烯)及涤纶针刺毡材质布袋除尘器可以长期运行的温度。氨水急冷装置第一可以避免一部分有机物在低温下再合成二恶英的作用，第二降低烟气温度达到脱硝、脱一部分酸的目的。喷洒氨水的喷枪是急冷的关键设备。喷枪形式无论是机械雾化氨水喷枪或压缩空气雾化；无论该烟道是圆形或矩形；无论喷入角度和方向，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

B、活性炭段：急冷后的烟气再采用气力输送(压缩空气系统)至喷粉末活性炭装置中，在喷粉末活性炭装置中喷洒活性炭，使粉末活性炭在与烟气中的粉尘在流动过程中充分混合均匀，通过活性炭吸附烟气中的二恶英和部分重金属，吸附效率较高，保持适量的活性炭，完全可以达到欧盟II号排放标准和中国最新2016排放标准。由于氨水急冷装置喷水量较少，且与烟气充分混合，所以活性炭吸附水份较少，其吸附二噁英的能力较强，远远超过传统半干法烟气喷工艺水、石灰浆导致烟气中水份含量较大的工况。活性炭用量较传统用量少，可以节省运营费用。

C、布袋除尘器段：烟气与粉未活性炭充分混合后的气体通入PTFE及涤纶针刺毡材质的布袋除尘器的箱体中，经布袋除尘器过滤。物料分成两路，一路为固态粉尘停留在布袋的外表面，布袋表面沉积一定粉尘后，内外压差变大，当达到一定程度后，布袋上方进行压缩空气反吹，将停留在布袋外表面的粉尘吹开，重力沉降落入布袋除尘器的灰斗收集；另一路烟气通过布袋内表面，进入净气室汇总后进入布袋除尘器出口烟道。烟气由布袋除尘器的出口烟道排出，经烟道进入湿式脱酸塔。

灰斗收集的飞灰由布置在灰斗下的气力输送装置(压缩空气系统)输送到飞灰库，再进行重金属固化稳定化处理，合格后进行填埋处理。气力输送的压缩空气由压缩空气系统提供，需除油除水。

D、经过除尘后的酸性烟气经布袋除尘器的出口烟道排出后，进入湿式脱酸塔中部洗涤浓缩段。烟气经质量分数10－12％稀氨水洗涤后温度降为60℃～70℃，再进入湿式脱酸塔上部的吸收段。在吸收段中设有能喷淋氨水的喷头，喷头采用不低于2205的耐酸钢或更好的哈氏合金材料做喷头，充分雾化保证化学反应的均匀，通过喷头喷淋氨水，烟气与氨水充分接触反应，脱除掉绝大部分氯化氢(HCI)、硫化物(SOX)，最后经除雾设备除雾成为净化尾气，通过烟囱排放。

吸收剂氨水经氨水泵送入湿式脱酸塔通过喷头喷淋，烟气中的氯化氢(HCI)与氨(NH3+H2O)反应形成氯化铵；烟气中的二氧化硫(SO2)与氨水反应，形成亚硫酸氢铵。在这一阶段，98％以上的氯化氢、95％以上的二氧化硫被吸收剂捕获，酸性气体得到脱除。伴随有部分NOX气体被氨水吸收，吸收率20％-25％。

亚硫酸氢铵的氧化固硫工艺：亚硫酸氢铵在湿式脱酸塔底部氧化段被氧化风机鼓入的空气氧化成硫酸铵溶液。硫酸铵与氯化铵的混合溶液通过泵入湿式脱酸塔洗涤浓缩段，将烟气冷却的同时自身水分得到蒸发，形成固含量约较高的的硫酸铵、氯化铵混合浆液。

硫酸铵、氯化铵混合浆液结晶：一般采用二效并流自然循环蒸发器，连续蒸发间歇放料去冷却结晶；由于垃圾焚烧发电厂有蒸汽供应，也可以采用二效顺流强制蒸发器+冷却结晶。由于硫酸铵、氯化铵的蒸发结晶属于较常规的无机化工生产工艺，在此不详细描述。以下仅简单描述。无论氯化铵、硫酸铵采用热结晶、冷却结晶、真空结晶、盐析结晶，都是传统技术，不对本专利构成影响。

具体可以为：固含量约5－10％的硫酸铵、氯化铵混合浆液由结晶泵送入蒸发器进行初步固液分离，分离清液进入循环槽，底流(固含量20％～40％)进入稠厚器继续沉降分离；稠厚器溢流清液进入循环槽，底流(固含量40％～60％)进入分离离心机；离心机过滤清液进入循环槽，虑渣为含湿量3％～5％的氯化铵和硫酸铵湿粉。氯化铵和硫酸铵湿粉进入干燥机干燥至含水量小于1％，即可包装得到成品。循环槽内的清液经循环泵送回吸收系统循环使用。

水经工艺水泵进入湿式脱酸塔用于补充吸收、浓缩过程中消耗部分，维持系统平衡。

在此段工艺中，水是可以循环使用的，氯化铵、硫酸铵结晶析出后，可以作为化肥原料得到利用。整个工艺的最大特点是无废水排放，反应产物能够综合利用。在脱酸的同时，有一定的脱氮作用，也是本专利的核心所在之一。

湿式脱酸塔的设计有单塔和双塔设计两种布置形式。单塔是脱酸与净化段为一体设计；双塔是一为脱酸塔，第二个是氧化净化塔。单塔布置紧凑，双塔脱酸效果好检修方便。单塔或双塔设计均为本新工艺专利描述范围内。可以设计为每台炉一个湿式脱酸塔，共用结晶设备；也可以设计为多台炉共用一个湿式脱酸塔，为不影响全厂的运行，可以一用一备。无论湿式脱酸塔是单塔或双塔设计，也不论是单炉或多炉共湿式脱酸塔，都包含在本专利范围内。

E、除雾段：除雾主要是消除烟气经湿式脱酸塔后的净化后烟气中的水份。

湿烟气除雾，有传统的机械除雾设备，也有较先进的电除雾设备。除雾器，是本发明的重要设备。一方面是消除湿烟气对烟囱的腐蚀作用，更重要的是消除民众对垃圾焚烧的害怕情绪。尽管湿烟气排放指标都合格，但由于垃圾焚烧发电行业对环境保护和环保形象较其它发电行业更为重视，烟囱排白烟可能会影响公众对垃圾焚烧发电的看法。因此，尽量使用除雾效果好的电除雾设备。采用电除雾方式，能很好的消除气溶胶，烟囱排白烟现象。电除雾收集的水，经回收水泵打回系统再次利用。脱酸塔来的湿烟气在除雾段除雾后，脱去大部分的水份，经烟囱排放大气。

Claims

1.一种生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

生活垃圾焚烧发电厂烟气经过喷洒氨水进行急冷处理，将烟气急冷至170±5℃，并进行脱硝和脱除一部分酸，然后再喷粉末活性炭，使烟气与粉末活性炭混合均匀，通过活性炭吸附烟气中的二噁英和部分重金属，再将混合后的烟气和活性炭输送至布袋除尘器中，粉尘落入布袋除尘器的灰斗中，灰斗收集的飞灰经气力输送至飞灰库中间存诸再进行重金属固态稳定化处理；布袋除尘器的出口烟道排出的烟气进入湿式脱酸塔中，烟气在湿式脱酸塔的洗涤浓缩段中经氨水洗涤后，再在湿式脱酸塔的吸收段与氨水充分混合，氨水吸收烟气中的氯化氢(HCI)和二氧化硫(SO₂)及其它酸性气体，氯化氢(HCl )与氨水反应形成氯化铵，二氧化硫(SO₂)与氨水反应形成亚硫酸氢铵，伴随有部分氮氧化物(NO_X)气体也被氨水吸收，经过氨水处理的烟气经除雾设备除雾成为净化尾气排放；亚硫酸氢铵在湿式脱酸塔的氧化段被氧化成硫酸铵溶液，硫酸铵和氯化铵溶液经蒸发水分形成硫酸铵和氯化铵混合浆液，经结晶得到固态的氯化铵和硫酸铵；

所述的硫酸铵和氯化铵溶液经蒸发水分形成硫酸铵和氯化铵混合浆液是将硫酸铵和氯化铵溶液泵入湿式脱酸塔的洗涤浓缩段冷却烟气，在冷却烟气的同时其自身的水分也得到了蒸发，形成固含量较高的硫酸铵、氯化铵混合浆液；

所述的再经结晶得到氯化铵和硫酸铵，其结晶过程中产生的水泵至湿式脱酸塔。

2.一种生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理装置，其特征在于，包括氨水急冷装置、喷粉末活性炭装置、布袋除尘器、湿式脱酸塔和除雾设备，所述的氨水急冷装置、喷粉末活性炭装置和布袋除尘器经通气管道相连，氨水急冷装置的入气端能与生活垃圾焚烧发电厂烟气的出口端相连，氨水急冷装置和喷粉末活性炭装置之间的通气管道上还连有压缩空气系统，布袋除尘器的灰斗下设有压缩空气系统，该灰斗与飞灰库经管道相连，布袋除尘器的出口烟道经管道与湿式脱酸塔的洗涤浓缩段相连，所述的湿式脱酸塔包括吸收段、洗涤浓缩段和氧化段，所述的湿式脱酸塔的吸收段中设有能喷淋氨水的喷头，其烟气排出管道与除雾设备相连，湿式脱酸塔的氧化段与氧化风机相连，湿式脱酸塔的氧化段的氯化铵和硫酸铵输出口与结晶设备相连。

3.根据权利要求2所述的生活垃圾焚烧发电厂烟气湿式净化处理装置，其特征在于，所述的除雾设备为电除雾设备。