CN106310916A - 一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法，包括热风炉炉温稳定，恒定旋窑出口高热混合臭气温度、湿度、酸度，氢氧化钙粉末与高热混合臭气按比例混合，一级脱酸脱焦油，二级脱酸脱焦油等工序与传统成熟的布袋除尘、强制冷凝、自洁循环生物菌噬法除臭、CU光解法除臭、活性炭吸附除臭等技术互补组合，达到了彻底生活垃圾碳化处理中的脱酸脱焦。其显著效果是：焦油、臭气得到了彻底根除，彻底实现了高热混合臭气达标零排放，完整实现了生活垃圾的全部资源化利用、无害化处置、零排放生产。

Description

一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法
技术领域
本发明涉及到城市垃圾环保处理技术领域，具体地说，是一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法。
背景技术
随着全球经济和工业化的快速发展，城市规模的不断扩大，城市生活垃圾产生总量与日俱增，在工业化处理城市生活垃圾的的过程中,为达到减量化和完整处理垃圾，都是以焚烧和填埋二种方式进行处理。同时带来了无法根除的隐患：废水、废气、废渣二次污染问题。尤其是中国大多数城市目前正遭受生活垃圾无法有效处置所带来的困扰，垃圾处置已成为中国可持续发展所面临的巨大挑战。
由于人们对环境污染治理意识的加强，对垃圾处理过程中产生三废污染治理要求呼声越来越高，目前，世界各国最常见的对垃圾的处理方式，只有填埋和焚烧二种主流方式，高温堆肥(臭气)、RDF衍生燃料也同样未彻底解决！
1、垃圾焚烧法
垃圾焚烧是一种高温热处理技术，就是将城市生活垃圾作为固体燃料，投入到焚烧炉中与煤、或石油、或天燃气混合燃烧。
优点：垃圾焚烧法可缩小垃圾的体积，一般焚烧处理后可减容80％_90％，减容效果相当显著。占地面积较小、选址灵活，靠市区较近、减少垃圾运输费用，处理周期短。同时，可以回收垃圾焚烧的热能用来发电，余气用来取暖，变废为宝，资源化程度高。
缺点：①焚烧的尾气含有大量的颗粒物、硫氧化物SOx、氮氧化物NOx、重金属、二噁英等多种“臭气”污染物无法有效处理，②由于无分选工艺，完全混合焚烧，残渣含大量重金属而无法无害处置，③石灰水喷淋湿法脱酸，须对二氧化硫进行了有效处置，因它在尾气中排温太高(300度)，焦油成汽化分子状态无法去除，附着力太差且有类似润滑油原理状态。④产生大量含硫石膏和废水。
环境中的二噁英很难自然降解消除，只能1200-1500℃高温裂解。因此二噁英污染是关系到人类存亡的重大问题，必须严格加以控制。
2、传统热风炉烘干污泥、碳化技术
优点：①炉温高800-950度能有效对垃圾、污泥快速干化或碳化，②水喷淋法除尘降煴快、能耗低。③与煤和少量生物质炭混合燃烧，减容70％垃圾，减容效果显著，占地面积小，选址灵活，靠市区较近、减少垃圾运输费用，处理周期短。④可以变废为宝，矿石型煤碳渣可作免烧砖材料。
缺点：①用水喷淋法除尘降温，废水处理量大，②臭气含大量焦油无法根除，无法进行生物菌噬除臭处理(菌群最怕油类)，焦油粘附紫外光管，造成光解臭氧氧化效率大降，活性炭吸附根本无法进行，臭气无法根除。③煤燃烧产生的高温二氧化硫气体，与喷淋水结合(SO2+H2O＝H2SO3)亚硫酸水增加废水处理难度。④设备酸蚀速度快。
因此，上述方法存在的这样或那样的不足及应用的局限性，本发明提供一种对热风炉生活垃圾碳化过程中臭气的脱酸脱焦方法，以便于后期实现生活垃圾处理中臭气的无害化零排放。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法，该方法不仅能够实现垃圾碳化处理过程中臭气的脱酸脱焦处理，而且能够有效避免传统技术中的各种缺陷。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法，其关键在于包括如下工序：
第一步为热风炉炉温稳定工序，根据制炭原料的参数热风炉的运行参数，控制进风给氧风量，将热风炉的温度控制在500～600℃；
第二步为恒定旋窑出口高热混合臭气温度、湿度、酸度工序，根据制炭原料的含水量、颗粒紧密度以及组成成分，控制热风炉的进料速度、转速、出料时间，保证制炭原料的水份蒸发量、蒸发高热混合臭气的饱合湿度、制炭原料复杂化学反应酸浓度恒定；
第三步为氢氧化钙粉末与高热混合臭气按比例混合工序，根据排出高热混合臭气的温度、湿度、酸度，测定氢氧化钙粉末的添加量，并将高热混合臭气与氢氧化钙粉末混合；
第四步为一级脱酸脱焦油工序，将按比例混合后的碱粉混合气送入具有旋风通道的反应装置进行中和除酸、吸附焦油处理，同时通入空气流进行冷却降温，并将反应后混合气体中合成的粗颗粒排出；
第五步为二级脱酸脱焦油工序，将已反应的含微尘颗粒物的混合气送入具有双螺旋通道的反应装置中进行深度反应，同时通入空气流进行冷却降温，使得微尘颗粒物结合形成较大颗粒并排出；
第六步为布袋除尘工序，将二次反应后的混合气体中合成的细微粒进行排出，剩下无尘气体，实现热风炉碳化垃圾过程中臭气的脱酸脱焦。
进一步的，在热风炉炉温稳定工序中，所述制炭原料的参数包括含水量和粒径，所述热风炉的运行参数包括造粒压力、进料速度、旋窑速度。
在对垃圾、污泥的烘干制炭过程中，炉温的高低直接影响到制炭的速度，也产生对高热值燃料需求，由于是燃烧自产生物质炭，而生物质炭的热值低于矿石碳，所以，在降温的同时得对制炭原料进行前期含水量和粒径、造粒压力、进料速度、旋窑速度进行计算，使之达到最佳功效。
进一步的，在一级脱酸脱焦工序中用于反应的混合气体的温度不超过130℃；在二级脱酸脱焦工序中用于反应的混合气体的温度不超过110℃。通过严格分段温度控制，最大限度的保证脱酸脱焦达到最佳效果。
进一步的，在布袋除尘工序中所采用的除尘技术为聚脂纤维结构加聚乙稀外层表面复膜技术，且其除尘粒径小于10nm，保障通风量小于0.018m/s。
本发明在实施时，采用适当降低炉温、保障旋窑出口高热混合臭气的湿度、温度、酸度，精确测定添加氢氧化钙用量，严格分段温度控制、运用成熟除尘除臭技术互补组合的方式，不仅很好的实现了垃圾碳化处理过程中臭气的脱酸脱焦处理，而且有效避免了传统技术中的各种缺陷。
本发明的显著效果是：
1、焦油、臭气得到了彻底根除，彻底实现了高热混合臭气达标零排放，完整实现了生活垃圾的全部资源化利用、无害化处置、零排放生产；
2、炉温较低，为500-600度，不使用传统喷淋法，免去大量生产性、废酸、粉尘、焦油、臭气的混合废水；
3、进行了脱酸处理，不会快速腐蚀设备，保证了设备使用寿命，减少了后期维护成本；
4、垃圾碳化法可缩小垃圾的体积，由焚烧处理后的生物质可燃炭，使其减容90％以上，减容效果相当显著；且可靠近市区，从而减少垃圾运输费用，缩短处理周期；
5、实现了变废为宝：植物型碳灰资源化利用为土壤改良基础肥，反应产生的颗粒物用作制砖原料。
附图说明
图1是本发明的处理工序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
如图1所示，一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法，该方法旨在对污泥与粉碎至5mm的生活垃圾筛下物混合、造粒，并送入热风炉隔氧加热碳化后产生的高温臭气进行处理，在碳化过程中固体物生成的生物质可燃炭用于燃烧产热。具体工序如下：
第一步为热风炉炉温稳定工序，在对垃圾、污泥的烘干制炭过程中，炉温的高低直接影响到制炭的速度，但也产生对高热值燃料需求，由于是燃烧自产炭，生物质炭热值为3800-4500大卡低于矿石炭，所以得对炭化料进行前期含水量和粒经、造粒压力、进料速度、旋窑速度进行计算，严格控制进风给氧风量，将热风炉的温度控制在500～600℃，使热风炉达到最佳功效。
第二步为恒定旋窑出口高热混合臭气温度、湿度、酸度工序，根据制炭原料的含水量、颗粒紧密度以及组成成分，严格控制热风炉的进料速度、转速、出料时间，充分保障制炭原料的化学反应时间、物理减量翻腾速度、植物纤维的干化、制炭原料水份的蒸发、制炭原料蒸发废气饱合湿度、制炭原料复杂化学反应酸浓度、制炭原料焦油生成挥发粘度、自身所含CHO的氧化还原、物料烘制时间；
第三步为氢氧化钙粉末与高热混合臭气按比例混合工序，在此工序中如何测定碱性氢氧化钙用量是关健，首先，得了解制炭原料的组成成份、含水量、制炭原料添加絮凝剂是阴离子还是阳离子及化学方程式，每小时烘制制炭原料多少，根据这些计算出每小时的蒸发水量、灰分含量、测定出碳产品重量、锅炉消耗碳的重量等，以及排出高热混合臭气的温度、湿度、酸度，从而测定氢氧化钙粉末的添加量，并将高热混合臭气与氢氧化钙粉末分别送入一级六通道混合器中混合，充分保障其粉末的扩散性和在湿空气中的饱合度，以便保障进入混合塔中根据其酸度、空气瞬时流动速度截面积总量、混合旋转速度等在相当短时间内有更多接触时间和面积；
而本例中，所述氢氧化钙粉末在测定添加量后从储存塔经由定量输送器、湿润空气混合器、粉尘给氧送料机、喷口混合扩散器送入所述一级六通道混合器。
第四步为一级脱酸脱焦油工序，将按比例混合后的碱粉混合气经单螺旋主旋风混合塔送入主混合塔进行中和除酸、吸附焦油处理，同时通入空气流进行冷却降温，确保从废气出口到一级脱酸脱焦反应塔的温度不超过130℃。
由热动力学原理可知，急速旋转的热空气会因热能膨胀而急速向上热传导，由于强碱氢氧化钙粉末的介入，进入在混合热饱合湿度废气中与二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、甲硫醇等等在碰撞中发生大面积化学反应。又因为废气中含大量粉尘、焦油汽化物、水蒸汽，所以，高速的旋转中夹着化学反应合成的微尘、焦油汽化物粘绸升高，粉尘、蒸汽水分子降温聚凝，形成第一步旋转粗颗粒结合物经主混合除尘塔底端出渣口排出。
第五步为二级脱酸脱焦油工序，将主混合塔输出的已反应的含微尘颗粒物的混合气，送入二级双螺旋热动力反应塔中进行深度反应，将己发生反应的微尘颗粒物进一步与焦油附着，而且由于是进一步的高速旋转促进了未参与反应的碱性氢氧化钙能最大限度与废气接触，同时通入空气流进行冷却降温，确保二级脱酸脱焦的温度不超110℃，使得微尘颗粒物结合形成较粗颗粒并排出，所述较粗颗粒与主混合塔排出的粗颗粒在筛分器进行筛选，筛上部分的粗颗粒作为制砖原料，筛下部分的细末与未反应的粉尘作为碱性氢氧化钙干粉循环利用，以节约成本。
在具体反应过程中，由于高温恶臭混合气体中含大量酸、氨氮、CO2、H2O等等，因此第四步与第五步工序的基本反应式为：
硝酸氨类：Ca(OH)2+2NH4O3＝NH3+H2O+Ca(NO3)2，
(NH4)SO4+Ca(OH)2＝2NH+2H2O+CaSO4。
二氧化硫类：SO2+CaCO3＝CaSO4+2H2O；
热交换反应类：Ca(HCO3)2＝CaCO3+CO2+H2O。
二氧化硫类:SO2+Ca(OH)2＝CaSO4+H2O，
2SO2+Ca(OH)2＝Ca(HSO3)2。
硫化氢类:2H2S+Ca(OH)2＝CaS+2(H2O)氢氧钙过量，
2H2S+Ca(OH)2＝Ca(HS)2+2(H2O)氢氧钙不足。
第六步为布袋除尘工序，将二次反应后的混合气体经引风机送入布袋除尘器，将混合气中合成的细微粒进行排出，最大限度的净化干燥臭气粉尘，剩下无尘气体，实现热风炉碳化垃圾过程中臭气的脱酸脱焦。
目前，布袋除尘技术已相当成熟，本例采用聚脂纤维结构加聚乙稀外层表面复膜技术，其除尘粒径控制在10nm以内，且温度在200度内稳定运行，根据其敷膜孔经保障通风量<0.018m/s除尘常数，求得每小时总风量过滤的总平方面积，含尘风量中单位小时小于或等于70KG保证除尘量。
参见图1，本例中经布袋除尘器中自动卸灰阀排出的细微粒，与之前主混合塔排出的粗颗粒、二级双螺旋热动力脱酸脱焦油塔排出的较粗颗粒一并作为制砖原料，从而实现了固体废弃物的零排放。
从图1中还可以看出，本实施例为了实现臭气的零排放，还设计了以下工序：
第七步为强制冷凝工序，将中和脱酸后的弱酸性无尘臭气在不接触冷媒的热交换中，按出风口的排放气体量及温度，进行计算，以水为冷媒、以不锈钢为换热媒介，以在不锈钢耐压基数及取材厚薄决定热交换常数，以此依据换算足够换热当量的趐片展开面积，在乘以水冷凝此换热总量所需时间和需水量进行热交换，将其温度降至40度左右。
而将此降温冷凝过程中产生的极少量蒸汽冷凝臭水，经水净化处理后循环利用，相较于传统喷淋发降温，巨额减少了废水生成总量，实现废水处理零排放。
第八步为自洁循环生物菌噬法除臭工序，首先进行水洗净尘、脱酸部分，长期脱酸后产生PH在4-6之间时，该溶液经加碱中和、净化处理后循环利用；进入生物菌噬滤床部分，即将无尘臭气在菌噬箱内滞留30秒以上，实现菌噬体分秘胶原体吸附，使得臭气按照反应式-恶臭+O2 微生物细胞代谢物+CO2+H2O-进行反应。
生物菌噬滤床吸附之后经其箱内微生物菌群、虫群进行自我循环代谢，一段时间后代谢物超标沉积探测仪报警时，自动控制喷淋进行水洗，洗下含有虫群各种代谢物混合溶液，经菌群自我繁殖修复又循环使用。
第九步为CU光解法除臭工序，将菌噬体吸附后的未被彻底净化气体或未被吸附长碳链、短碳链、单细胞异味体等，引入高能紫外光强烈瞬时照射氧化，击碎遗漏逃逸出的异味体，TiO2反应产生的臭氧，OH(羟基自由基)对恶臭气体(硫化氢、氨气、硫醇)进行协同分解氧化反应，同时，恶臭气体分子链在紫外线作用下结构断全链，使其转化为无臭味的小分子化合物或矿化、生成水和CO2；
第十步为活性炭吸附除臭工序，将氧化后的含小分子体的混合气体采用具有多层结构且多腔结构活跃的C12-18碳颗粒的活性炭，将其残余异味体有机物彻底吸附。
在实施时，所述活性炭在吸附饱和之后还可采用脱附处理，然后将该活性炭循环使用三次以节约成本，之后不再使用时作碳化处理燃料使用，其碳灰又可作为肥料进行资源化利用，进而确保本方案实现零排放。
本发明在实施时，采用适当降低炉温、保障旋窑出口高热混合臭气的湿度、温度、酸度，精确测定添加氢氧化钙用量，严格分段温度控制、运用成熟除尘除臭技术互补组合的方式，不仅很好的实现了垃圾碳化处理过程中臭气的脱酸脱焦处理，达到彻底处理废气达标零排放，而且有效避免了传统技术中的各种缺陷，完整实现了生活垃圾的全部资源化利用、无害化处置、零排放生产。

Claims (4)

1.一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法，其特征在于包括如下工序：
第一步为热风炉炉温稳定工序，根据制炭原料的参数以及热风炉的运行参数，控制进风给氧风量，将热风炉的温度控制在500～600℃；
第二步为恒定旋窑出口高热混合臭气温度、湿度、酸度工序，根据制炭原料的含水量、颗粒紧密度以及组成成分，控制热风炉的进料速度、转速、出料时间，保证制炭原料的水份蒸发量、蒸发高热混合臭气的饱合湿度、制炭原料复杂化学反应酸浓度恒定；
第三步为氢氧化钙粉末与高热混合臭气按比例混合工序，根据排出高热混合臭气的温度、湿度、酸度，测定氢氧化钙粉末的添加量，并将高热混合臭气与氢氧化钙粉末混合；
第四步为一级脱酸脱焦油工序，将按比例混合后的碱粉混合气送入具有旋风通道的反应装置进行中和除酸、吸附焦油处理，同时通入空气流进行冷却降温，并将反应后混合气体中合成的粗颗粒排出；
第五步为二级脱酸脱焦油工序，将已反应的含微尘颗粒物的混合气送入具有双螺旋通道的反应装置中进行深度反应，同时通入空气流进行冷却降温，使得微尘颗粒物结合形成较大颗粒并排出；
第六步为布袋除尘工序，将二次反应后的混合气体中合成的细微粒进行排出，剩下无尘气体，实现热风炉碳化垃圾过程中臭气的脱酸脱焦。
2.根据权利要求1所述的一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法，其特征在于：在热风炉炉温稳定工序中，所述制炭原料的参数包括含水量和粒径，所述热风炉的运行参数包括造粒压力、进料速度、旋窑速度。
3.根据权利要求1或2所述的一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法，其特征在于：在一级脱酸脱焦工序中用于反应的混合气体的温度不超过130℃；在二级脱酸脱焦工序中用于反应的混合气体的温度不超过110℃。
4.根据权利要求1所述的一种热风炉废气的干法脱酸、脱焦方法，其特征在于：在布袋除尘工序中所采用的除尘技术为聚脂纤维结构加聚乙稀外层表面复膜技术，且其除尘粒径小于10nm，保障通风量小于0.018m/s。
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