CN109260873A - 一种新型等离子体熔融尾气净化系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型等离子体熔融尾气净化系统及其净化方法，针对等离子体熔融工艺尾气气量小、盐类粉尘和酸性气体含量高、腐蚀性强的特点，开发了以两级降温、干法除尘、酸性气体回收、高效除雾相结合的净化工艺。本发明的系统由急冷塔或换热器组成一级降温设备、活性炭喷加的高温烟道、高温陶瓷膜滤芯除尘器、减温塔组成的二级降温设备、氯化氢吸收塔、盐酸提浓塔、双氧水脱酸塔、纤维床除雾器、变频引风机和烟囱组成。本发明具有除尘高效、资源化回收酸性气体的优点。

Description

一种新型等离子体熔融尾气净化系统及其方法
技术领域
本发明属于危险废弃物处置尾气净化技术领域，具体涉及一种新型等离子体熔融尾气净化系统及其净化方法。
背景技术
生活垃圾焚烧后的飞灰属于危险废弃物，按危废分类名目属于HW18焚烧处置残渣类别，飞灰中含有Zn、Cd、Cr、Pb、Cu、Ni等多种有害重金属物质，并且含有毒性较强的有机致癌物二噁英/呋喃（PCDD/Fs），以及氯、硫等元素。等离子体熔融技术处理飞灰具有减重、减容、消解二噁英、固化重金属等明显优势。
采用等离子体熔融时，所产生的尾气包含了部分易挥发的重金属和碱金属盐类、氯化氢、二氧化硫、氮氧化物等组分，尾气具有气量小、金属盐类和酸性气体含量高、腐蚀性高的特点。传统干法脱酸技术，由于存在脱酸效率低、引入碱性脱酸剂产生较多二次飞灰等问题，难以适应高酸尾气的去除。
根据尾气酸性气体含量较高的特点，考虑对酸性气体回收是一种较好的选择，但需要对尾气中重金属类物质、粉尘需要高度净化，传统除尘设备中，布袋除尘器是一种效果较好的除尘设备，但存在耐温问题（最高工作温度250℃），耐腐蚀问题（酸化），对温控设备和尾气中酸性气体含量要求较高，因此在尾气温度、酸性气体含量变化较大时，布袋除尘器难以满足要求，需找寻一种热稳定性和化学稳定性较强的除尘设备。
发明内容
本发明目的是针对目前存在的尾气净化工艺的不足以及等离子体熔融所产生的尾气特点，开发一种除尘高效、资源化回收酸性气体的尾气净化新工艺。
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种新型等离子体熔融尾气净化系统，包括尾气降温系统、尾气干法除尘系统、酸性气体回收系统、高效除雾系统和引风排放系统；所述的尾气降温系统、尾气干法除尘系统、酸性气体回收系统、高效除雾系统和引风排放系统依次连接。
进一步地，所述的尾气降温系统包括一级降温设备和二级降温设备；一级降温设备的进口连接等离子体熔融系统的出口，一级降温设备的出口连接尾气干法除尘系统；所述的一级降温设备为急冷塔或换热器；所述的急冷塔上设置有双流体雾化喷嘴进口；所述的换热器设置有冷却介质的进、出口；所述的二级降温的进口连接尾气干法除尘系统的出口，二级降温设备的出口连接酸性气体回收系统；所述的二级降温设备为减温塔。
进一步地，所述的尾气干法除尘系统包括高温烟道和高温陶瓷膜滤芯除尘器；所述高温烟道的进口与一级降温设备的出口连接；高温烟道的出口连接高温陶瓷滤芯膜除尘器的进口；所述的高温烟道上设置活性炭喷入口；所述高温陶瓷滤芯膜除尘器的出口连接二级降温设备的进口；高温陶瓷滤芯膜除尘器还设置粉尘和金属盐类的排放口。
进一步地，所述的酸性气体回收系统包括氯化氢吸收塔、盐酸提浓塔和双氧水脱酸塔三个填料吸收塔；所述的氯化氢吸收塔的进口连接二级降温设备的出口，氯化氢吸收塔的出口连接双氧水脱酸塔的进口；所述的氯化氢吸收塔还包括工业水/稀盐酸进口、塔底液进口、循环液的进、出口、塔底换热器循环冷却水的进、出口以及盐酸排液口；所述的循环液进出口通过循环泵和循环管道连接；循环泵出口处的循环管道上还设置分支管路；所述盐酸提浓塔的进口连接分支管路；盐酸提浓塔上部设置浓盐酸出口，下部设置稀盐酸出口；所述的双氧水脱酸塔的出口连接纤维床除雾器的进口；所述双氧水脱酸塔还包括工业水、双氧水的进口，循环液的进、出口，纤维床除雾器回流液进口，硫酸和硝酸混酸的排液口。
进一步地，所述的高效除雾系统为纤维床除雾器；双氧水脱酸塔的出口连接纤维床除雾器的进口，纤维床除雾器的出口连接引风排放系统；所述的纤维床除雾器还包括收集液的出口。
进一步地，所述的引风排放系统包括变频引风机和烟囱；所述的纤维床除雾器的出口连接变频引风机的入口，变频引风机的出口连接烟囱的进口。
本发明还提供一种新型等离子体熔融尾气净化方法，包括如下步骤：
1）等离子体熔融产生的高温尾气进入第一级降温设备；采用急冷塔时，在1s内，经双流体喷嘴喷出的雾化工业水将尾气温度由1100~1200℃冷却至200~300℃；采用换热器，通过冷却介质循环水将其尾气温度由1100~1200℃冷却至200~300℃；
2）冷却后的尾气进入高温烟道，并与喷吹的活性炭进行充分混合；活性炭量按照100~200mg/Nm3尾气配比；
3）混合后的尾气进入高温陶瓷膜滤芯除尘器，在滤芯的作用下，将尾气中的粉尘和重金属分离下来；高温陶瓷膜滤芯过滤风速1.5~6cm/s，净化后气体中杂质粉尘和金属盐浓度在1mg/m3以下；
4）高温陶瓷膜滤芯除尘器出来的尾气进入第二级降温设备减温塔，在双流体喷嘴喷入的工业水/稀盐酸以及循环液的喷淋双重作用下，尾气温度由200~300℃降至70~80℃，喷淋下的溶液与塔底设置的换热器换热，将循环液冷却至40~50℃后，循环液一部分循环喷淋，一部分送至氯化氢吸收塔；
5）由减温塔出来的70~80℃尾气进入氯化氢吸收塔，尾气中氯化氢气体与循环液在填料表面进行气液传质接触，气体中氯化氢溶解在循环液中；塔底换热器带走系统的热量，并控制循环液温度；循环液中盐酸浓度达到一定的浓度后进行外排至盐酸提浓塔；
6）在盐酸提浓塔塔底设置再沸器，对盐酸稀溶液再沸；气相中含有较多的氯化氢，经塔顶冷凝器，塔顶产品为浓度更高的浓盐酸；塔底稀盐酸可供减温塔和氯化氢吸收塔使用，以减少工业水的使用量；
7）由氯化氢吸收塔出来的尾气进入双氧水脱酸塔，塔顶补加双氧水并与塔底循环液共同喷入填料层，保持塔底循环液中双氧水浓度在0.1%~1%；循环液中混酸的浓度达到一定的指标后进行外排；双氧水脱酸塔出口的尾气中二氧化硫和氮氧化物的浓度满足排放限值；填料表面进行的是一个气液传质并伴随化学反应的过程，气体中的二氧化硫与双氧水反应生成硫酸，氮氧化物与双氧水反应生成硝酸；塔内进行的化学反应如下：
SO2+H2O=H2SO3
H2SO3+H2O2=H2SO4+H2O
2NO+3H2O2=2HNO3+2H2O
2NO2+H2O2=2HNO3
8）由双氧水脱酸塔出来的尾气进入纤维床除雾器去除夹带的微米级酸性液滴，收集的酸性液滴回流至双氧水脱酸塔，尾气经引风机和烟囱排至大气。
进一步地，使用工业水或循环冷却水作为第一级降温设备的降温介质；使用工业水/稀盐酸作为减温塔的降温介质；使用工业水/稀盐酸作为氯化氢吸收塔的吸收介质；使用双氧水吸收尾气中二氧化硫和氮氧化物；排出系统的物质为粉尘、浓盐酸溶液、稀盐酸溶液、硫酸和硝酸混酸溶液、达标尾气。
本发明的有益效果：本发明采用高温陶瓷膜滤芯除尘器，具有更高的除尘效果，利于酸性气体的回收，同时能够承受尾气的高温、高酸性、腐蚀性特点以及运行工况波动性强的特点；使用工业水/稀盐酸吸收氯化氢并提浓制得浓盐酸，双氧水脱酸制得硫酸和硝酸，实现了危废中氯、硫、氮元素的资源化。
附图说明
为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种新型等离子体熔融尾气净化工艺的示意图。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，为本发明的一种新型等离子体熔融尾气净化系统，包括由急冷塔或换热器构成的一级降温设备1，由活性炭喷加高温烟道和高温陶瓷膜滤芯除尘器2组成的尾气干法除尘系统，由减温塔3构成的二级降温设备，由氯化氢吸收塔4、盐酸提浓塔5和双氧水脱酸塔6三个填料吸收塔组成的酸性气体回收系统，由纤维床除雾器7构成的高效除雾系统以及由引风机8和烟囱9组成的引风排放系统； 所述的一级降温设备、尾气干法除尘系统、二级降温设备、酸性气体回收系统、高效除雾系统和引风排放系统依次连接。
本发明的新型等离子体熔融尾气净化工艺在应用于典型危险废弃物生活垃圾焚烧飞灰的熔融时，熔融烟气自熔融炉和二燃室出来后，进入一级降温设备急冷塔或换热器1的进口；急冷塔或换热器1的出口连接高温烟道进口；高温烟道上设置活性炭喷入口；高温烟道出口连接高温陶瓷膜滤芯除尘器2的进口；高温陶瓷膜滤芯除尘器2的出口连接减温塔3的进口；减温塔3的出口连接氯化氢吸收塔4的进口；氯化氢吸收塔4的出口连接双氧水脱酸塔6的进口；双氧水脱酸塔6的出口连接纤维床除雾器7的进口；纤维床除雾器7的出口连接引风机8的入口；引风机8的出口连接烟囱9的进口。盐酸提浓塔5的进口连接氯化氢吸收塔循环泵的出口分支管路，塔顶出口为产品浓盐酸，塔底出口为副产品稀盐酸。
急冷塔上设置有双流体雾化喷嘴进口；换热器设置有冷却介质的进、出口；高温烟道上设置活性炭喷入口；高温陶瓷滤芯膜除尘器还设置粉尘和金属盐类的排放口。减温塔还包括双流体喷嘴进口，塔底循环液的进、出口，塔底换热器循环冷却水的进、出口。塔底循环液的进、出口通过循环泵和循环水管连接。氯化氢吸收塔还包括工业水/稀盐酸进口、塔底液进口、循环液的进、出口、塔底换热器循环冷却水的进、出口以及盐酸排液口；塔底液进口是与减温塔循环泵出口处的分支管路连接；循环液进出口通过循环泵和循环管道连接；循环泵出口处的循环管道上还设置分支管路；盐酸提浓塔的进口连接分支管路；盐酸提浓塔上部设置浓盐酸出口，下部设置稀盐酸出口；双氧水脱酸塔还包括工业水、双氧水的进口，循环液的进、出口，纤维床除雾器回流液进口，硫酸和硝酸混酸的排液口。纤维床除雾器还包括回流液的出口。
本发明还提供一种新型等离子体熔融尾气净化方法，包括如下步骤：
1）等离子体熔融产生的高温尾气进入第一级降温设备；采用急冷塔时，在1s内，经双流体喷嘴喷出的雾化工业水将尾气温度由1100~1200℃冷却至200~300℃；采用换热器，通过冷却介质循环水将其尾气温度由1100~1200℃冷却至200~300℃；
2）冷却后的尾气进入高温烟道，并与喷吹的活性炭进行充分混合；活性炭量按照100~200mg/Nm3尾气配比；
3）混合后的尾气进入高温陶瓷膜滤芯除尘器，在滤芯的作用下，将尾气中的粉尘和重金属分离下来；高温陶瓷膜滤芯过滤风速1.5~6cm/s，净化后气体中杂质粉尘和金属盐浓度在1mg/m3以下；
4）高温陶瓷膜滤芯除尘器出来的尾气进入第二级降温设备减温塔，在双流体喷嘴喷入的工业水/稀盐酸以及循环液的喷淋双重作用下，尾气温度由200~300℃降至70~80℃，喷淋下的溶液与塔底设置的换热器换热，将循环液冷却至40~50℃后，循环液一部分循环喷淋，一部分送至氯化氢吸收塔；
5）由减温塔出来的70~80℃尾气进入氯化氢吸收塔，尾气中氯化氢气体与循环液在填料表面进行气液传质接触，气体中氯化氢溶解在循环液中；塔底换热器带走系统的热量，并控制循环液温度；循环液中盐酸浓度达到一定的浓度后进行外排至盐酸提浓塔；
6）在盐酸提浓塔塔底设置再沸器，对盐酸稀溶液再沸；气相中含有较多的氯化氢，经塔顶冷凝器，塔顶产品为浓度更高的浓盐酸；塔底稀盐酸可供减温塔和氯化氢吸收塔使用，以减少工业水的使用量；
7）由氯化氢吸收塔出来的尾气进入双氧水脱酸塔，塔顶补加双氧水并与塔底循环液共同喷入填料层，保持塔底循环液中双氧水浓度在0.1%~1%；循环液中混酸的浓度达到一定的指标后进行外排；双氧水脱酸塔出口的尾气中二氧化硫和氮氧化物的浓度满足排放限值；填料表面进行的是一个气液传质并伴随化学反应的过程，气体中的二氧化硫与双氧水反应生成硫酸，氮氧化物与双氧水反应生成硝酸；塔内进行的化学反应如下：
SO2+H2O=H2SO3
H2SO3+H2O2=H2SO4+H2O
2NO+3H2O2=2HNO3+2H2O
2NO2+H2O2=2HNO3
8）由双氧水脱酸塔出来的尾气进入纤维床除雾器去除夹带的微米级酸性液滴，收集的酸性液滴回流至双氧水脱酸塔，尾气经引风机和烟囱排至大气。
本发明使用工业水或循环冷却水作为第一级降温设备的降温介质；使用工业水/稀盐酸作为减温塔的降温介质；使用工业水/稀盐酸作为氯化氢吸收塔的吸收介质；使用双氧水吸收尾气中二氧化硫和氮氧化物；排出系统的物质为粉尘、浓盐酸溶液、稀盐酸溶液、硫酸和硝酸混酸溶液、达标尾气。
上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。

Claims (8)

1.一种新型等离子体熔融尾气净化系统，其特征在于：包括尾气降温系统、尾气干法除尘系统、酸性气体回收系统、高效除雾系统和引风排放系统；所述的尾气降温系统、尾气干法除尘系统、酸性气体回收系统、高效除雾系统和引风排放系统依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型等离子体熔融尾气净化系统，其特征在于：所述的尾气降温系统包括一级降温设备和二级降温设备；一级降温设备的进口连接等离子体熔融系统的出口，一级降温设备的出口连接尾气干法除尘系统；所述的一级降温设备为急冷塔或换热器；所述的急冷塔上设置有双流体雾化喷嘴进口；所述的换热器设置有冷却介质的进、出口；所述的二级降温的进口连接尾气干法除尘系统的出口，二级降温设备的出口连接酸性气体回收系统；所述的二级降温设备为减温塔。
3.根据权利要求1所述的一种新型等离子体熔融尾气净化系统，其特征在于：所述的尾气干法除尘系统包括高温烟道和高温陶瓷膜滤芯除尘器；所述高温烟道的进口与一级降温设备的出口连接；高温烟道的出口连接高温陶瓷滤芯膜除尘器的进口；所述的高温烟道上设置活性炭喷入口；所述高温陶瓷滤芯膜除尘器的出口连接二级降温设备的进口；高温陶瓷滤芯膜除尘器还设置粉尘和金属盐类的排放口。
4.根据权利要求1所述的一种新型等离子体熔融尾气净化系统，其特征在于：所述的酸性气体回收系统包括氯化氢吸收塔、盐酸提浓塔和双氧水脱酸塔三个填料吸收塔；
所述的氯化氢吸收塔的进口连接二级降温设备的出口，氯化氢吸收塔的出口连接双氧水脱酸塔的进口；所述的氯化氢吸收塔还包括工业水/稀盐酸进口、塔底液进口、循环液的进、出口、塔底换热器循环冷却水的进、出口以及盐酸排液口；所述的循环液进出口通过循环泵和循环管道连接；循环泵出口处的循环管道上还设置分支管路；所述盐酸提浓塔的进口连接分支管路；盐酸提浓塔上部设置浓盐酸出口，下部设置稀盐酸出口；所述的双氧水脱酸塔的出口连接纤维床除雾器的进口；所述双氧水脱酸塔还包括工业水、双氧水的进口，循环液的进、出口，纤维床除雾器回流液进口，硫酸和硝酸混酸的排液口。
5.根据权利要求1所述的一种新型等离子体熔融尾气净化系统，其特征在于：所述的高效除雾系统为纤维床除雾器；双氧水脱酸塔的出口连接纤维床除雾器的进口，纤维床除雾器的出口连接引风排放系统；所述的纤维床除雾器还包括收集液的出口。
6.根据权利要求1所述的一种新型等离子体熔融尾气净化系统，其特征在于：所述的引风排放系统包括变频引风机和烟囱；所述的纤维床除雾器的出口连接变频引风机的入口，变频引风机的出口连接烟囱的进口。
7.一种新型等离子体熔融尾气净化方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）等离子体熔融产生的高温尾气进入第一级降温设备；采用急冷塔时，在1s内，经双流体喷嘴喷出的雾化工业水将尾气温度由1100~1200℃冷却至200~300℃；采用换热器，通过冷却介质循环水将其尾气温度由1100~1200℃冷却至200~300℃；
2）冷却后的尾气进入高温烟道，并与喷吹的活性炭进行充分混合；活性炭量按照100~200mg/Nm3尾气配比；
3）混合后的尾气进入高温陶瓷膜滤芯除尘器，在滤芯的作用下，将尾气中的粉尘和重金属分离下来；高温陶瓷膜滤芯过滤风速1.5~6cm/s，净化后气体中杂质粉尘和金属盐浓度在1mg/m3以下；
4）高温陶瓷膜滤芯除尘器出来的尾气进入第二级降温设备减温塔，在双流体喷嘴喷入的工业水/稀盐酸以及循环液的喷淋双重作用下，尾气温度由200~300℃降至70~80℃，喷淋下的溶液与塔底设置的换热器换热，将循环液冷却至40~50℃后，循环液一部分循环喷淋，一部分送至氯化氢吸收塔；
5）由减温塔出来的70~80℃尾气进入氯化氢吸收塔，尾气中氯化氢气体与循环液在填料表面进行气液传质接触，气体中氯化氢溶解在循环液中；塔底换热器带走系统的热量，并控制循环液温度；循环液中盐酸浓度达到一定的浓度后进行外排至盐酸提浓塔；
6）在盐酸提浓塔塔底设置再沸器，对盐酸稀溶液再沸；气相中含有较多的氯化氢，经塔顶冷凝器，塔顶产品为浓度更高的浓盐酸；塔底稀盐酸可供减温塔和氯化氢吸收塔使用，以减少工业水的使用量；
7）由氯化氢吸收塔出来的尾气进入双氧水脱酸塔，塔顶补加双氧水并与塔底循环液共同喷入填料层，保持塔底循环液中双氧水浓度在0.1%~1%；循环液中混酸的浓度达到一定的指标后进行外排；双氧水脱酸塔出口的尾气中二氧化硫和氮氧化物的浓度满足排放限值；填料表面进行的是一个气液传质并伴随化学反应的过程，气体中的二氧化硫与双氧水反应生成硫酸，氮氧化物与双氧水反应生成硝酸；塔内进行的化学反应如下：
SO2+H2O=H2SO3
H2SO3+H2O2=H2SO4+H2O
2NO+3H2O2=2HNO3+2H2O
2NO2+H2O2=2HNO3
8）由双氧水脱酸塔出来的尾气进入纤维床除雾器去除夹带的微米级酸性液滴，收集的酸性液滴回流至双氧水脱酸塔，尾气经引风机和烟囱排至大气。
8.根据权利要求7所述的一种新型等离子体熔融尾气净化方法，其特征在于：使用工业水或循环冷却水作为第一级降温设备的降温介质；使用工业水/稀盐酸作为减温塔的降温介质；使用工业水/稀盐酸作为氯化氢吸收塔的吸收介质；使用双氧水吸收尾气中二氧化硫和氮氧化物；排出系统的物质为粉尘、浓盐酸溶液、稀盐酸溶液、硫酸和硝酸混酸溶液、达标尾气。
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