CN108379983A - 一种生物质焚烧炉尾气处理方法 - Google Patents

一种生物质焚烧炉尾气处理方法 Download PDF

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Abstract

一种生物质焚烧尾气处理方法，其主要是：生物质焚烧尾气先经高温区使灰渣熔融、后经低温区凝结成块，再经重力沉降去除大颗粒灰渣，然后换热使尾气温度降至130‑170℃，再经陶瓷过滤器和布袋除尘去除微米灰尘，尾气经换热器降低温度以使水蒸气凝结成液态水并回收至储液罐内，剩余的水蒸气经干燥罐进一步干燥后，尾气经炉膛换热使温度升高至110‑140℃，直接通入催化罐1，利用尾气中一氧化碳作为还原剂脱除氮氧化物，再经催化罐2，利用尾气中过剩氧气去除剩余的一氧化碳和挥发性有机污染物，经仪表监测合格后，尾气通过活性炭保安罐排放。本发明具有工序简单易行、能耗、物耗较低的优点，特别适合受控生态生命保障系统内生物质焚烧尾气处理。

Description

一种生物质焚烧炉尾气处理方法
技术领域
本发明属于废物处理技术领域，特别涉及一种空间生物质焚烧炉的尾气处理方法。
背景技术
随着空间探测技术的发展，未来载人深空探测任务和外星球移居成为可能。为了保障人类能够在狭小、密闭的空间内生存，就必须建立一种人工生态循环系统，即生物再生式生命保系统。其中，焚烧炉是将不可食生物质等固体废物通过高温氧化的方式，将碳、氢、氧以及无机盐等物质元素返还到物质流循环之中的必要手段之一。但生物质焚烧烟气中含有灰渣、灰分、水汽、NOx、CO和VOCs，成分十分复杂。要想将烟气直接外排至各个舱室内就必须十分严格控制各项污染物指标。因此，对生物质焚烧炉尾气处理工艺提出十分苛刻的要求(具体排放标准：排气口CO浓度1小时平均值小于10mg/m3、SO2浓度1小时平均值小于1.0mg/m3、以及NO2浓度1小时平均值小于0.48mg/m3；总挥发性有机物(TVOCs)8小时平均值不高于1.2mg/m3；可吸入颗粒物PM10日平均值小于0.3mg/m3；可吸入颗粒物PM2.5日平均值小于0.15mg/m3)。
目前,在生物再生式生命保障系统研究领域美国和俄罗斯(苏联)走在世界前列,但在固体废物处理方面,前者倾向于采用物理化学的方法，优点是高效、稳定，缺点是能耗高、物耗高；而后者采用更多的是生物方法，优点是能耗低，缺点是效率低、受外部环境影响的因素较多，可谓两者各有利弊。上世纪90年代末，美国开展的4人90天试验中生物质焚烧尾气处理采用的是旋风除尘(粗滤)→陶瓷过滤除尘(细虑)→冷却除水→预热→催化还原脱硝→催化氧化除CO和VOCs→保安过滤器→排放，其中，催化还原脱硝采用的催化剂为CuO和PRO*VOC7商业催化剂，前者利用NH3H2O去除大量氮氧化物，后者利用CO做还原剂去除剩余NOx；催化氧化采用的是铜基催化剂(Cu-0860E 1/8”，工作温度300-400℃)。尽管美国利用上述尾气处理工艺完成了4人90天试验，但该工艺存在以下不足：1)旋风除尘器增加了系统整体功耗和维护成本，2)催化还原消耗氨水，导致物资补给负担加重，3)催化剂工作温度较高，导致维持系统正常运转的功耗较大。
在已公开发表的专利或文献中，生物质焚烧尾气处理多为工业和农业等大型技术或工艺，且尾气排放要求相对宽松，无法满足我国开展的生物再生式生命保障系统试验研究。而美国上世纪90年代使用的焚烧炉尾气处理工艺存在诸多不足且工艺陈旧落后，这些技术均不能满足未来生物再生式生命保障系统对生物质焚烧炉尾气排放的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法简单、成本低、能够处理尾气中的灰尘、NOx、CO和VOCs，使之满足生物再生式生保系统的尾气排放要求的生物质焚烧炉尾气处理方法。
本发明的处理方法如下：
(1)除尘：焚烧炉产生的生物质焚烧尾气先经高温区使灰渣熔融，后经过低温区凝结成块，利用重力作用去除生物质焚烧尾气中大颗粒灰渣，经换热器使尾气温度降低至130-170℃，最后利用陶瓷过滤器和布袋除尘器去除颗粒直径大于2.5μm灰尘；所述布袋除尘器后端设置有压力传感器，当压力高于设定值时发出警报；
(2)除水：除尘后的尾气直接通入换热器，换热器的温度为9℃±1℃，使尾气中水蒸气凝结，液态水沿导流管流至储液罐内，少量未被冷凝的水蒸气再经装填有吸水硅胶的干燥罐进一步干燥以完全去除尾气中水分；所述干燥罐后端设有湿度传感器，当尾气湿度高于设定值时发出警报；
(3)催化还原：除尘和除水后的尾气经炉膛换热，使温度进一步升高至110-140℃，通入催化罐1，在选择性还原催化剂的作用下，利用尾气中CO将氮氧化物还原为N2和CO2；所述选择性还原催化剂为钒钛基碱土金属催化剂；
(4)催化氧化：经步骤(3)催化还原处理后，尾气中的污染物只含有CO和VOCs，利用尾气余热，将其直接通入催化罐2，温度控制在160-180℃，催化剂采用三氧化二铝负载铂钯贵金属催化剂，在尾气中过剩O2作用下将CO和VOCs氧化成CO2和H2O，处理后的尾气通入PM10、PM2.5、氮氧化物、CO和VOCs在线监测仪，检测合格后，最终经活性炭保安过滤罐后排放。
所述催化罐1或2内均设有温度传感器，催化罐周围设有加热带，当催化罐温度低于设定值时启动加热带。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、工艺方法简单、成本低；利用生物质灰分的温度凝结特性收集大颗粒灰尘，减少了旋风除尘装置的使用，降低了设备的运行和维护成本。
2、新型低温催化剂的使用降低了催化罐的保温措施，同时也降低了系统的能耗。
3、脱硝工艺物耗减少；烟气脱硝无需额外的NH3H2O，而是充分利用焚烧炉烟气中CO作为还原剂。
4、能够处理尾气中的灰尘、NOx、CO和VOCs，使之满足生物再生式生命保系统的高标准尾气排放要求。
附图说明
图1是本发明的处理工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明包括除尘、除水、催化还原和催化氧化四个工艺步骤：
(1)除尘：焚烧炉产生的生物质焚烧尾气先经高温区使灰渣熔融，后经过低温区凝结成块，利用重力作用去除生物质焚烧尾气中大颗粒灰渣，经换热器使尾气温度降低至130℃，换热器上设有温度传感器，最后利用陶瓷过滤器和布袋除尘器去除颗粒直径大于2.5μm灰尘，布袋除尘器后端设置有压力传感器；
(2)除水：除尘后的尾气直接通入换热器，换热器的温度为9℃±1℃，使尾气中水蒸气凝结，液态水沿导流管流至储液罐内，少量未被冷凝的水蒸气再经装填有吸水硅胶的干燥罐进一步干燥以完全去除尾气中水分，干燥罐后面设有湿度传感器；
(3)催化还原：除尘和除水后的尾气经炉膛换热，使温度进一步升高至110℃，炉膛换热上设有温度传感器，尾气再通入温度设定为110℃的催化罐1，催化罐1内设有温度传感器，催化罐周围设有加热带，当催化罐温度低于110℃时启动加热带，在钒钛基碱土金属催化剂的作用下，利用尾气中CO将NOx还原为N2和CO2；
(4)催化氧化：经步骤(3)催化还原处理后，尾气中的污染物只含有CO和挥发性有机污染物，利用尾气余热，将其直接通入温度设定为160℃的催化罐2，温度控制在160℃，催化罐2内设有温度传感器，催化罐周围设有加热带，当催化罐温度低于设定值时启动加热带；催化剂采用三氧化二铝负载铂钯贵金属催化剂，在尾气中过剩O2作用下将CO和VOCs氧化成CO2和H2O，处理后的尾气通入PM10、PM2.5、NOx、CO和VOCs在线监测仪，监测仪上设有污染物监测传感器，检测合格后，最终经活性炭保安过滤罐后排放。
实施例2
(1)除尘：焚烧炉产生的生物质焚烧尾气先经高温区使灰渣熔融，后经过低温区凝结成块，利用重力作用去除生物质焚烧尾气中大颗粒灰渣，经换热器使尾气温度降低至150℃，换热器上设有温度传感器，最后利用陶瓷过滤器和布袋除尘器去除颗粒直径大于2.5μm灰尘；
(2)除水：除尘后的尾气直接通入换热器，换热器的温度为9℃±1℃℃，使尾气中水蒸气凝结，液态水沿导流管流至储液罐内，少量未被冷凝的水蒸气再经装填有吸水硅胶的干燥罐进一步干燥以完全去除尾气中水分，干燥罐后面设有湿度传感器；
(3)催化还原：除尘和除水后的尾气经炉膛换热，使温度进一步升高至125℃，炉膛换热上设有温度传感器，尾气再通入温度设定为125℃的催化罐1，催化罐1内设有温度传感器，催化罐周围设有加热带，当催化罐温度低于125℃时启动加热带，在钒钛基碱土金属催化剂的作用下，利用尾气中CO将NOx还原为N2和CO2；
(4)催化氧化：经步骤(3)催化还原处理后，尾气中的污染物只含有CO和VOCs，利用尾气余热，将其直接通入温度设定为180℃的催化罐2，温度控制在170℃，催化罐2内设有温度传感器，催化罐周围设有加热带，当催化罐温度低于设定值时启动加热带；催化剂采用三氧化二铝负载铂钯贵金属催化剂，在尾气中过剩O2作用下将CO和挥发性有机污染物氧化成CO2和H2O，处理后的尾气通入PM10、PM2.5、NOx、CO和VOCs在线监测仪，监测仪上设有污染物监测传感器，检测合格后，最终经活性炭保安过滤罐后排放。
实施例3
(1)除尘：焚烧炉产生的生物质焚烧尾气先经高温区使灰渣熔融，后经过低温区凝结成块，利用重力作用去除生物质焚烧尾气中大颗粒灰渣，经换热器使尾气温度降低至170℃，换热器上设有温度传感器，最后利用陶瓷过滤器和布袋除尘器去除颗粒直径大于2.5μm灰尘；
(2)除水：除尘后的尾气直接通入换热器，换热器的温度为9℃±1℃℃，使尾气中水蒸气凝结，液态水沿导流管流至储液罐内，少量未被冷凝的水蒸气再经装填有吸水硅胶的干燥罐进一步干燥以完全去除尾气中水分，干燥罐后面设有湿度传感器；
(3)催化还原：除尘和除水后的尾气经炉膛换热，使温度进一步升高至140℃，炉膛换热上设有温度传感器，尾气再通入温度设定为140℃的催化罐1，催化罐1内设有温度传感器，催化罐周围设有加热带，当催化罐温度低于设定值时启动加热带在钒钛基碱土金属催化剂的作用下，利用尾气中CO将NOx还原为N2和CO2；
(4)催化氧化：经步骤(3)催化还原处理后，尾气中的污染物只含有CO和VOCs，利用尾气余热，将其直接通入温度设定为180℃的催化罐2，温度控制在180℃，催化罐2内设有温度传感器，催化罐周围设有加热带，当催化罐温度低于设定值时启动加热带；催化剂采用三氧化二铝负载铂钯贵金属催化剂，在尾气中过剩O2作用下将CO和VOCs氧化成CO2和H2O，处理后的尾气通入PM10、PM2.5、NOx、CO和VOCs在线监测仪，监测仪上设有污染物监测传感器，检测合格后，最终经活性炭保安过滤罐后排放。

Claims (4)

1.一种生物质焚烧尾气处理方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)除尘：焚烧炉产生的生物质焚烧尾气先经高温区使灰渣熔融，后经过低温区凝结成块，利用重力作用去除生物质焚烧尾气中大颗粒灰渣，经换热器使尾气温度降低至130-170℃，最后利用陶瓷过滤器和布袋除尘器去除颗粒直径大于2.5μm灰尘；
(2)除水：除尘后的尾气直接通入换热器，换热器的温度为9±1℃，使尾气中水蒸气凝结，液态水沿导流管流至储液罐内，少量未被冷凝的水蒸气再经装填有吸水硅胶的干燥罐进一步干燥以完全去除尾气中水分；
(3)催化还原：除尘和除水后的尾气经炉膛换热，使温度进一步升高至110-140℃，通入催化罐1，在选择性还原催化剂的作用下，利用尾气中一氧化碳将氮氧化物还原为氮气和二氧化碳；所述选择性还原催化剂为钒钛基碱土金属催化剂；
(4)催化氧化：经步骤(3)催化还原处理后，尾气中的污染物只含有一氧化碳和挥发性有机污染物，利用尾气余热，将其直接通入催化床2，温度控制在160-180℃，催化剂采用三氧化二铝负载铂钯贵金属催化剂，在尾气中过剩氧气作用下将一氧化碳和挥发性有机污染物氧化成二氧化碳和水，处理后的尾气通入PM10、PM2.5、氮氧化物、一氧化碳和挥发性有机污染物在线监测仪，检测合格后，最终经活性炭保安过滤罐后排放。
2.根据权利要求1所述的生物质焚烧尾气处理方法，其特征在于：所述布袋除尘器后端设置有压力传感器。
3.根据权利要求1所述的生物质焚烧尾气处理方法，其特征在于：所述干燥罐后端设有湿度传感器。
4.根据权利要求1所述的生物质焚烧尾气处理方法，其特征在于：所述催化罐1或2内均设有温度传感器，催化罐周围均设有加热带。
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