CN108452663B - 固废物焚烧烟气净化处理方法 - Google Patents

固废物焚烧烟气净化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固废物焚烧烟气净化处理方法，以解决有效控制二噁英排放的问题。该方法包括以下操作：对固废物焚烧烟气进行主要脱除目标物为氯化氢的脱氯处理；对脱氯处理后的固废物焚烧烟气进行高温烟气除尘净化处理；上述操作发生在固废物焚烧烟气的温度尚处于400℃以上的过程中。由于在400℃以上的高温状态下不易在固废物焚烧烟气的粉尘颗粒上催化形成二噁英，此时，通过高温烟气除尘净化处理使合成二噁英的氯化氢与粉尘颗粒气固分离，相当于使氯化氢与粉尘颗粒在还没有进入合成二噁英的适宜温度区间时就进行了分离，彻底切断了这些被分离的氯化氢与粉尘颗粒之间结合进而合成二噁英机会。

Description

固废物焚烧烟气净化处理方法
技术领域
本发明涉及固废物焚烧烟气净化技术领域，具体而言，涉及固废物焚烧烟气净化处理方法和固废物焚烧烟气净化处理系统。
背景技术
城市固体废弃物的处置方式主要有填埋、堆肥和焚烧。因焚烧具有其他方式不可比拟的优势，近年来得到大量应用。但焚烧会产生大量的固废物焚烧烟气，为避免对环境的二次污染，这些固废物焚烧烟气需经过严格的净化处理以充分脱除其中的污染物后才能排放。固废物焚烧烟气中的污染物主要为粉尘、二氧化硫等酸性气体和二噁英。由于二噁英是对人体危害极大的剧毒物质，因此，控制二噁英的排放是固废物焚烧烟气净化处理的重中之重。
固废物焚烧烟气中二噁英的主要来源为：固废物焚烧烟气中的粉尘上含有的大分子碳、不完全燃烧的碳粒和催化物质，它们与固废物焚烧烟气中的氯化氢在≥250℃且＜400℃的条件下发生反应，进而在粉尘颗粒上催化形成二噁英。这样生成的二噁英是以颗粒态存在的，而颗粒态是固废物焚烧烟气中二噁英的主要存在形式。针对上述成因，目前的固废物焚烧烟气净化体系普遍采用了先“低温控制”后“高效除尘净化”的技术构思来控制二噁英排放。
在一个采用上述技术构思的典型固废物焚烧烟气净化体系中，热分解产生的高温固废物焚烧烟气(一般温度将达到1200℃)首先通过余热锅炉进行余热利用后再通过急冷装置迅速降温到150℃左右，然后通过布袋过滤器进行除尘净化，最后通过湿法脱硫后排入大气。该体系中，由于急冷装置将固废物焚烧烟气迅速降温到有利于二噁英生成的温度之下，从而抑制了二噁英生成；而布袋过滤器能够进行较为高效的气固分离，有效去除了颗粒态二噁英。
发明内容
本发明的目的在于提供固废物焚烧烟气净化处理方法和固废物焚烧烟气净化处理系统，以解决有效控制二噁英排放的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种固废物焚烧烟气净化处理方法。该方法包括以下操作：对固废物焚烧烟气进行主要脱除目标物为氯化氢的脱氯处理；对脱氯处理后的固废物焚烧烟气进行高温烟气除尘净化处理；上述操作发生在固废物焚烧烟气的温度尚处于400℃以上的过程中。
进一步的是，所述脱氯处理采用了向固废物焚烧烟气中注入用于与氯化氢反应的脱氯剂的方式脱除氯化氢。
进一步的是，所述脱氯剂采用碱金属型脱氯剂和碱土金属型脱氯剂中的至少一种。优选的，脱氯剂采用主要成分为碳酸钙、氢氧化钙和氧化钙中任意一种或几种物质的钙基脱氯剂。
进一步的是，所述高温烟气除尘净化处理采用通过过滤部件对固废物焚烧烟气中的粉尘颗粒进行物理拦截的高温烟气过滤器进行除尘净化；其中，所述高温烟气过滤器具有将已过滤气体中的粉尘颗粒含量控制在10mg/Nm3或5mg/Nm3以下的过滤效率。
进一步的是，确保所述脱氯处理后的固废物焚烧烟气中含有所述脱氯剂的粉尘且该脱氯剂的粉尘能够随固废物焚烧烟气的过滤而附着于所述过滤部件的表面。
进一步的是，若将实施所述脱氯处理的设备定义为脱氯处理单元，则在所述脱氯处理单元与高温烟气过滤器之间建立粉尘物质循环回路，以使由高温烟气过滤器拦截的粉尘物质作为脱氯剂的组分返回脱氯处理单元。
进一步的是，所述脱氯处理和高温烟气除尘净化处理发生在固废物焚烧烟气的温度尚处于＞400℃且≤800℃的过程中。
进一步的是，所述脱氯处理和高温烟气除尘净化处理发生在固废物焚烧烟气的温度尚处于450℃以上的过程中。
进一步的是，使用选择性催化还原脱硝工艺对高温烟气除尘净化处理后且未通过再加热处理的固废物焚烧烟气进行二噁英氧化分解处理。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种固废物焚烧烟气净化处理系统。该系统包括：脱氯处理单元，用于对固废物焚烧烟气进行主要脱除目标物为氯化氢的脱氯处理；高温烟气除尘净化处理单元，用于对脱氯处理后的固废物焚烧烟气进行除尘净化处理；所述脱氯处理单元和高温烟气除尘净化处理单元依次设置于固废物焚烧烟气传送路径中固废物焚烧烟气温度尚处于400℃以上的高温段。
进一步的是，所述脱氯处理单元通过向固废物焚烧烟气中注入用于与氯化氢反应的脱氯剂的方式脱除氯化氢。
进一步的是，所述脱氯处理单元采用脱氯塔，固废物焚烧烟气通过该脱氯塔时与注入脱氯塔内的脱氯剂混合反应。
进一步的是，所述脱氯剂采用碱金属型脱氯剂或碱土金属型脱氯剂。优选的，所述脱氯剂采用主要成分为碳酸钙、氢氧化钙或氧化钙的钙基脱氯剂。
进一步的是，所述高温烟气除尘净化处理单元采用通过过滤部件对固废物焚烧烟气中的粉尘颗粒进行物理拦截的高温烟气过滤器，该高温烟气过滤器具有将已过滤气体中的粉尘颗粒含量控制在10mg/Nm3或5mg/Nm3以下的过滤效率。
进一步的是，所述高温烟气过滤器的过滤部件的表面设置有随固废物焚烧烟气的过滤而附着于该过滤部件的表面、含有所述脱氯剂的粉尘的滤饼层。
进一步的是，所述脱氯处理单元与高温烟气过滤器之间连接形成可使由高温烟气过滤器拦截的粉尘物质作为脱氯剂的组分返回脱氯处理单元的粉尘物质循环回路。
进一步的是，所述脱氯处理单元和高温烟气除尘净化处理单元依次设置于固废物焚烧烟气传送路径中固废物焚烧烟气温度尚处于＞400℃且≤800℃的高温段。
进一步的，上述系统还包括使用选择性催化还原脱硝工艺对高温烟气除尘净化处理后且未通过再加热处理的固废物焚烧烟气进行二噁英氧化分解处理的选择性催化还原处理单元。
本发明的上述固废物焚烧烟气净化处理方法和固废物焚烧烟气净化处理系统采用了与本说明书背景技术部分描述的先“低温控制”后“高效除尘净化”的技术构思截然不同的技术构思来控制二噁英的排放。具体而言，本发明在固废物焚烧烟气的温度尚处于400℃以上时就对其进行高温烟气除尘净化处理，由于在400℃以上的高温状态下不易在固废物焚烧烟气的粉尘颗粒上催化形成二噁英，此时，通过高温烟气除尘净化处理使合成二噁英的氯化氢与粉尘颗粒气固分离，相当于使氯化氢与粉尘颗粒在还没有进入合成二噁英的适宜温度区间时就进行了分离，彻底切断了这些被分离的氯化氢与粉尘颗粒之间结合进而合成二噁英机会；此外，本发明还在高温烟气除尘净化处理之前进行了脱氯处理，即对用于合成二噁英的氯化氢进行了脱除，这样，就降低了高温烟气除尘净化处理后的固废物焚烧烟气中残留的粉尘颗粒与氯化氢结合的几率，有效弥补了高温烟气除尘净化处理气固分离效率难以达到100％的漏洞。因此，采用本发明的上述固废物焚烧烟气净化处理方法和固废物焚烧烟气净化处理系统不仅能够有效控制二噁英的排放，还可以抛弃为实施“低温控制”而设置的急冷装置，并有利于固废物焚烧烟气余热的有效利用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种固废物焚烧烟气净化处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。单位“mg/Nm3”意为“毫克每标准立方米”。术语“滤饼”，指由过滤部件过滤出来并附着在过滤部件表面的固体物质。
图1为本发明的一种固废物焚烧烟气净化处理系统的结构示意图。如图1所示，固废物焚烧烟气净化处理系统主要由沿固废物焚烧烟气300流动方向(参见标号“300”所指代的箭头所指示的方向)依次设置的余热锅炉210、脱氯塔220、高温烟气过滤器230、选择性催化还原反应器240、余热锅炉250、脱硫洗涤塔260、再热器270、风机280和烟囱290构成。
其中，所述脱氯塔220作为该固废物焚烧烟气净化处理系统中的脱氯处理单元，用于对固废物焚烧烟气300进行主要脱除目标物为氯化氢的脱氯处理；所述高温烟气过滤器230作为该固废物焚烧烟气净化处理系统中的高温烟气除尘净化处理单元，用于对脱氯处理后的固废物焚烧烟气300进行除尘净化处理。
除上述脱氯塔220和高温烟气过滤器230外，该固废物焚烧烟气净化处理系统中的余热锅炉210、脱硫洗涤塔260、再热器270、风机280以及烟囱290也是背景技术中所描述的典型的固废物焚烧烟气净化体系中同样存在的设备。其中，在脱硫洗涤塔260后配置再热器270是湿法烟气脱硫工艺的惯用技术手段，本说明书中不再对其进行具体说明。
上述固废物焚烧烟气净化处理系统的余热锅炉210的固废物焚烧烟气进气口与固废物焚烧系统的固废物焚烧烟气排气口连接。在图1所示的实施例中，固废物焚烧系统包括回转窑式焚烧炉110和二燃室120，其中，回转窑式焚烧炉110可产生800℃至1000℃的烟气，该烟气随后进入二燃室120进行二次燃烧并产生温度达到1200℃的固废物焚烧烟气。
当然，与本发明的固废物焚烧烟气净化处理系统连接的固废物焚烧系统并不限于上述实施方式。例如，固废物焚烧系统也可以采用流化床式焚烧炉、模组式焚烧炉等现有的固废物焚烧设备或在现有的固废物焚烧设备基础上改进的固废物焚烧设备。
下面结合上述固废物焚烧烟气净化处理系统，对应用了该固废物焚烧烟气净化处理系统的固废物焚烧烟气净化处理方法进行说明。该方法具体包括了以下步骤：
步骤一：将二燃室120排出的高温固废物焚烧烟气300导入余热锅炉210进行余热利用，余热锅炉210排出的固废物焚烧烟气的温度为400℃以上，一般为＞400℃且≤800℃，最好为450℃至600℃之间；
步骤二：将余热锅炉210排出的上述温度的固废物焚烧烟气导入脱氯塔220进行主要脱除目标物为氯化氢的脱氯处理；
步骤三：将脱氯塔220排出的脱氯处理后的固废物焚烧烟气导入高温烟气过滤器230进行除尘净化处理；
经过上述步骤二和步骤三后，固废物焚烧烟气的温度仍处于400℃以上，即，步骤二和步骤三发生在固废物焚烧烟气的温度尚处于400℃以上的过程中；
步骤四：将高温烟气过滤器230排出的固废物焚烧烟气导入选择性催化还原反应器240，从而使用选择性催化还原脱硝工艺对固废物焚烧烟气进行二噁英氧化分解处理；
步骤五：将选择性催化还原反应器240排出的固废物焚烧烟气导入余热锅炉250进行更进一步的余热利用，以充分回收固废物焚烧烟气的热量；
步骤六：将余热锅炉250排出的固废物焚烧烟气导入脱硫洗涤塔260进行脱硫处理，然后再将脱硫处理后的固废物焚烧烟气依次通过再热器270、风机280后，经烟囱290排放。
上述固废物焚烧烟气净化处理方法，一方面在固废物焚烧烟气300的温度尚处于400℃以上时就对其进行高温烟气除尘净化处理，由于在400℃以上的高温状态下，不易在固废物焚烧烟气的粉尘颗粒上催化形成二噁英，此时，通过高温烟气除尘净化处理使合成二噁英的氯化氢与粉尘颗粒气固分离，相当于使氯化氢与粉尘颗粒在还没有进入合成二噁英的适宜温度区间时就进行了分离，彻底切断了这些被分离的氯化氢与粉尘颗粒之间结合进而合成二噁英机会；另一方面，该方法还在高温烟气除尘净化处理之前进行了脱氯处理，即对用于合成二噁英的氯化氢进行了脱除，这样，就降低了高温烟气除尘净化处理后的固废物焚烧烟气中残留的粉尘颗粒与氯化氢结合的几率，有效弥补了高温烟气除尘净化处理气固分离效率难以达到100％的漏洞。
另外，在上述固废物焚烧烟气净化处理方法中，由于应用了选择性催化还原反应器240，因此既能够通过选择性催化还原脱硝工艺脱除固废物焚烧烟气中的氮氧化物，同时，选择性催化还原脱硝工艺还能够促进二噁英氧化分解，使二噁英氧化分解为二氧化碳、水和氯化氢，从而进一步减少二噁英的排放。
“选择性催化还原脱硝工艺”是现有技术，一般使用钛、钒、钨的氧化物作为催化剂，例如V2O5-WO3催化剂。通常而言，选择性催化还原脱硝工艺用于脱除烟气中的氮氧化物；此外，择性催化还原脱硝工艺能够使二噁英氧化分解的作用也是已知的。对于选择性催化还原脱硝工艺需要先向固废物焚烧烟气中注入氨等还原剂的措施不再具体说明。
在上述固废物焚烧烟气净化处理方法中应用选择性催化还原脱硝工艺，有两个特殊的优势：一是高温烟气除尘净化处理后的固废物焚烧烟气温度较高，因此无需通过再加热处理即可进入选择性催化还原反应器240(而通常而言，为了适应催化剂的工作温度，需要对烟气进行再加热)，因此节省了能源消耗；二是固废物焚烧烟气事先已通过了高温烟气除尘净化处理，粉尘含量得到了有效控制，因此可以有效防止催化剂中毒。
上述固废物焚烧烟气净化处理方法中的脱氯处理，可以采用多种方式来实现。但为了尽量保持固废物焚烧烟气的温度，一般采用通过向固废物焚烧烟气中注入用于与氯化氢反应的脱氯剂的方式脱除氯化氢。
脱氯剂的选择较多，一般可以选择主要成分为氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的任意一种或几种物质的碱金属型脱氯剂，或选择主要成分为氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙、氢氧化镁、氧化镁中的任意一种或几种物质的碱土金属型脱氯剂。
其中，又以选择主要成分为碳酸钙、氢氧化钙和氧化钙中任意一种或几种物质的钙基脱氯剂为宜。这样可以确保对氯化氢有较高的脱除效率。
上述固废物焚烧烟气净化处理方法所采用的脱氯塔220是一个塔状的反应设备，用于烟气与针对该烟气中某些物质的吸收剂的混合反应(这种设备属于化工领域的常用设备)。因此，该脱氯塔220能够在通入该脱氯塔220的固废物焚烧烟气中注入上述脱氯剂，并使脱氯剂充分混合在固废物焚烧烟气中。
当然，上述脱氯塔220仅仅是实现上述脱氯处理的一个实施方式而已。还有其他方式，如直接向传送固废物焚烧烟气的管道中喷入脱氯剂，当然也是可行的。
另外，上述固废物焚烧烟气净化处理系统中的高温烟气过滤器230是实施本发明十分关键的设备，要求达到尽可能高的除尘效率，并能够持续稳定工作。为此，所述高温烟气过滤器230具体通过其中的过滤部件对固废物焚烧烟气中的粉尘颗粒进行物理拦截来实现除尘净化，并具有将已过滤气体中的粉尘颗粒含量控制在10mg/Nm3以下的过滤效率。
为了适应高温使用环境并达到上述的过滤效率，一般而言，可以选择带有金属滤芯或陶瓷滤芯作为过滤部件的高温烟气过滤器。
而确保高温烟气过滤器230中过滤部件的再生性能(即通过一定技术手段使过滤部件能够反复使用的能力，目前主要的技术手段为反吹清灰)则是保证高温烟气过滤器230持续稳定工作的关键。过滤部件表面发生结露是高温烟气过滤器运行过程中最怕遇到的问题之一，一旦发生结露将导致过滤部件表面形成粘稠状堵塞物，进而导致反吹清灰失效。
然而，本发明的申请人发现，由于在脱氯处理时引入了脱氯剂(此处具体为钙基脱氯剂)，通常而言，脱氯处理后的固废物焚烧烟气中也会夹带一部分脱氯剂的粉尘且这些脱氯剂的粉尘也将随固废物焚烧烟气的过滤而逐渐附着于过滤部件的表面，这样，在过滤部件的表面所形成的滤饼层中也就含有了一定量的碳酸钙和/或氢氧化钙和/或氧化钙，而这些物质将起到类似“干燥剂”的作用，能够在一定程度上避免过滤部件的表面结露，另外，这些物质还能够预防高温烟气过滤器230中过滤部件表面酸结露对过滤部件的影响。
由于氧化钙的吸水性较强，且能够有效预防高温烟气过滤器230中过滤部件表面酸结露对过滤部件的影响，因此，本发明使用的钙基脱氯剂优选主要成分为氧化钙的钙基脱氯剂。
为了对进入高温烟气过滤器230的脱氯剂进行更充分的利用，上述固废物焚烧烟气净化处理系统中，在脱氯塔220与高温烟气过滤器230之间还建立了粉尘物质循环回路231，以使由高温烟气过滤器230拦截的粉尘物质作为脱氯剂的组分返回脱氯塔220。
具体而言，如图1所示，高温烟气过滤器230底部的排灰口通过回流管路与脱氯塔220连接，在高温烟气过滤器230运行过程中逐步收集在高温烟气过滤器230底部的粉尘物质(包括通过反吹清灰从高温烟气过滤器230的过滤部件表面脱离的粉尘物质)通过该回流管路作为脱氯剂的组分重新返回脱氯塔220。
当然，上述粉尘物质循环回路231上还设置有控制所需的阀门等设施，这对于本领域技术人员是显而易见的，在此不再详细说明。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.固废物焚烧烟气净化处理方法，包括以下操作：
对固废物焚烧烟气进行余热利用使固废物焚烧烟气的温度为≥450℃且＜600℃；
对余热利用后的固废物焚烧烟气进行主要脱除目标物为氯化氢的脱氯处理；
对脱氯处理后的固废物焚烧烟气进行高温烟气除尘净化处理；
上述脱氯处理和高温烟气除尘净化处理发生在固废物焚烧烟气的温度尚处于400℃以上的过程中；
然后，使用选择性催化还原脱硝工艺对高温烟气除尘净化处理后且未通过再加热处理的固废物焚烧烟气进行二噁英氧化分解处理；
所述高温烟气除尘净化处理采用通过过滤部件对固废物焚烧烟气中的粉尘颗粒进行物理拦截的高温烟气过滤器进行除尘净化；其中，所述高温烟气过滤器具有将已过滤气体中的粉尘颗粒含量控制在10mg/Nm3以下的过滤效率；
所述脱氯处理采用了向固废物焚烧烟气中注入用于与氯化氢反应的脱氯剂的方式脱除氯化氢，所述脱氯剂采用主要成分为氧化钙的钙基脱氯剂；
确保所述脱氯处理后的固废物焚烧烟气中含有所述脱氯剂的粉尘且该脱氯剂的粉尘能够随固废物焚烧烟气的过滤而附着于所述过滤部件的表面。
2.如权利要求1所述的固废物焚烧烟气净化处理方法，其特征在于：若将实施所述脱氯处理的设备定义为脱氯处理单元，则在所述脱氯处理单元与高温烟气过滤器之间建立粉尘物质循环回路，以使由高温烟气过滤器拦截的粉尘物质作为脱氯剂的组分返回脱氯处理单元。
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