CN110030570A - 基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统和方法，垃圾焚烧系统包括垃圾焚烧炉、高温换热器、高温除尘器、选择性催化脱硝等离子体一体化装置、低温换热器和烟气净化装置；高温除尘器收集的粉尘没有二恶英低温合成的二恶英，毒性小；高温除尘后的烟气粉尘浓度低，对SCRCP装置催化剂的磨损小、污染少，延长催化剂寿命、提高化学反应效率；在二恶英的低温合成温度区间200℃至400℃内，烟气的粉尘浓度低，缺少二恶英低温合成所需粉尘催化剂，烟气的碳颗粒和含碳有机物浓度低，缺少二恶英低温合成所需的物质，大幅降低了二恶英的低温合成量。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧技术，特别涉及一种基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统及其方法。
背景技术
垃圾焚烧处理具有减量化、无害化、资源化比较明显等优势，得到迅速推广应用。但是，垃圾焚烧处理过程中不仅产生氮氧化物，还产生剧毒物质二恶英(Dioxins)，威胁人类的生存环境。垃圾焚烧处理过程中，二恶英的生成方式包括：炉内生成和尾部烟道内低温合成。
通过“3T+E”工艺，即控制：焚烧温度、烟气在炉内的停留时间、烟气的气固湍动程度和过量空气量，可以有效控制二恶英在炉内的生成。尾部烟道内二恶英的低温合成原理是尾部烟道烟气温度200℃至400℃的范围内，飞灰中的某些金属化合物作催化剂，将垃圾未充分燃尽的碳颗粒和含碳有机物与氯元素反应生成二恶英。由于垃圾焚烧炉的炉膛温度在800℃以上，而烟囱入口的烟气的一般在200℃以下，垃圾焚烧产生的烟气必然经历二恶英低温合成的温度区域，必然发生二恶英的低温合成反应。为了避免垃圾焚烧所产生的二恶英随烟气进入到大气中，垃圾焚烧厂在烟气净化处理中，在尾部烟道喷入活性炭、吸附烟气中二恶英，并通过除尘装置将活性炭捕集下来进入到除尘器收集的飞灰中，最终随着飞灰排放到环境中，飞灰中的二恶英造成环境风险。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统和方法，脱除烟气中的飞灰，消除烟气中的碳颗粒和含碳有机物，有效防止垃圾焚烧过程中二恶英的低温合成和垃圾焚烧所排放的二恶英总量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统，包括垃圾焚烧炉、高温换热器、高温除尘器、选择性催化脱硝等离子体一体化装置、低温换热器和烟气净化装置；
所述垃圾焚烧炉的排烟口与所述高温换热器相连接，高温换热器烟气出口与所述高温除尘器相连接，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质，高温除尘器烟气出口与选择性催化脱硝等离子体一体化装置相连接，通过选择性催化脱硝等离子体一体化装置使烟气中的氮氧化物转变成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒、以及烟气中的含碳有机物在等离子体作用下转变成二氧化碳和水；选择性催化脱硝等离子体一体化装置烟气出口连接低温换热器，低温换热器烟气出口连接烟气净化装置，烟气经烟气净化装置净化后排空。
进一步，在所述高温除尘器烟气出口位置设置温度传感器，通过温度传感器监测烟气温度。
进一步，所述选择性催化脱硝等离子体一体化装置包括烟道，及安装在烟道中依次沿烟气流动方向设置的选择性催化还原脱硝装置和等离子体发生器，在选择性催化还原脱硝装置附近设置有还原剂喷头，在烟道外部设置有用于控制等离子体发生器工作的控制器。
进一步，所述高温除尘器的除尘材料采用多孔金属过滤材料、多孔陶瓷过滤材料或者多孔复合过滤材料。
进一步，所述选择性催化还原脱硝装置的的催化剂为以TiO2为载体，以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份。
进一步，所述选择性催化还原脱硝装置的催化剂型式为板式、蜂窝式或者为波纹板式。
基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧方法，包括如下步骤：
步骤一：将垃圾焚烧炉中垃圾焚烧产生的高温烟气通入高温换热器对高温烟气进行降温，将烟气温度降低到450℃±50℃；
步骤二：降温后的烟气通入高温除尘器进行除尘净化处理，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质；
步骤三：经过高温除尘器净化后的烟气进入选择性催化脱硝等离子体一体化装置，还原剂在催化剂的催化作用下，将烟气中的氮氧化物转变成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒、以及含碳有机物在等离子体作用下发生氧化反应，生成二氧化碳和水；
步骤四：完成除尘净化、选择性催化脱硝和等离子体处理后的烟气通入低温换热器，通过低温换热器将烟气温度降低到200℃以下；
步骤五：低温烟气进入烟气净化装置，完成脱酸、除尘、脱除二恶英净化措施后排空。
本发明的有益效果是：
(1)本发明垃圾焚烧排放的烟气经高温换热器降温后温度达到450℃±50℃，随后烟气经高温除尘器进行除尘净化，此温度范围高于二恶英的低温合成温度范围，不会发生二恶英的合成，飞灰中二恶英的浓度低、毒性小。因此，高温除尘器收集的飞灰所含二恶英含量低，排放到环境中由二恶英带来的环境风险低。
经过高温除尘器的净化，烟气中的飞灰浓度大幅度降低，烟气中残存的垃圾焚烧未燃尽的碳颗粒也被高温除尘器收集，相应的烟气中的未燃尽的碳颗粒浓度也大幅度降低。
(2)烟气离开高温除尘器后进入SCRCP装置，烟气中的氮氧化物与喷入的还原剂在SCRCP装置内进行选择性催化还原反应、生成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒和可燃性含碳有机物与氧气在等离子体的作用下反应氧化反应生成二氧化碳和水；消除了大部分二恶英低温合成所必须的未燃尽碳颗粒和含碳有机物。
(3)烟气离开SCRCP装置后进入低温换热器，烟气温度降低到200℃以下。虽然烟气在低温换热器内经历二恶英低温合成的400℃至200℃的温度区间，但是低温合成的二恶英总量却非常少。这是因为：(a)烟气中残存的大部分未燃尽碳颗粒和含碳有机物已经被高温除尘器和SCRCP装置脱除，缺少二恶英低温合成的物质条件；(b)烟气中的飞灰已经在高温除尘器中脱除，而飞灰是二恶英低温合成的催化剂，导致低温换热器内缺少二恶英低温合成的催化剂条件。缺少物质条件和催化剂条件，二恶英无法低温合成，具有显著的经济效益和环境效益。
(4)由于烟气炉内合成的二恶英被SCRCP装置脱除，低温合成二恶英量非常少，烟气中的二恶英总量非常少。烟气净化装置所收集的二恶英总量非常少，因此，排放到环境中的二恶英总量非常少，环境风险大幅度降低。
(5)由于SCRCP装置之前设置的高温除尘器的净化作用，烟气中的飞灰浓度大幅度降低，大幅度降低了飞灰对SCRCP装置的冲刷磨损，而且飞灰对SCRCP装置的催化剂的污染也大幅度降低，SCRCP装置的催化剂的寿命大幅度延长和化学反应活性大幅度增加，SCRCP装置的选择性催化脱硝反应和等离子体处理效果得到大幅度提高。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图
图2是本发明中选择性催化脱硝等离子体一体化装置结构示意图
图中：1-垃圾焚烧炉，2-高温换热器，3-高温除尘器，4-温度传感器，5-选择性催化脱硝等离子体一体化装置，501-SCR选择性催化还原脱硝装置，502-等离子体发生器，503-控制器，504-还原剂喷头，6-低温换热器，7-烟气净化装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统，包括垃圾焚烧炉1、高温换热器2、高温除尘器3、温度传感器4、选择性催化脱硝等离子体一体化装置5、低温换热器6、烟气净化装置7。
所述垃圾焚烧炉1的排烟口与所述高温换热器2相连接，通过高温换热器2对垃圾焚烧炉1排出的高温烟气进行降温，所述高温换热器2烟气出口与所述高温除尘器3相连接，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质，高温除尘器3烟气出口与选择性催化脱硝等离子体一体化(简称SCRCP)装置5相连接，通过SCRCB装置5将氮氧化物、残余的碳颗粒、含碳有机物脱除，SCRCP装置5烟气出口连接低温换热器6，通过低温换热器6将烟气温度降低到200℃以下，低温换热器6烟气出口连接烟气净化装置7，烟气经烟气净化装置进一步完成净化，满足环保排放要求的条件下排放到大气中。
在高温除尘器3烟气出口位置设置温度传感器4，通过温度传感器4监测烟气温度，然后调节垃圾焚烧炉1的燃烧条件，保证高温烟气经高温换热器2温度降低到450℃±50℃。
如图2所示，所述选择性催化脱硝等离子体一体化包括烟道，及安装在烟道中的选择性催化还原脱硝装置(SCR)501和等离子体发生器502，选择性催化还原脱硝装置(SCR)501和等离子体发生器502依次沿烟气流动方向设置，在SCR装置附近设置有还原剂喷头504，通过原剂喷头504喷入还原剂，在烟道外部设置有用于控制等离子体发生器502工作的控制器503。
经过高温除尘器净化后的烟气进入SCRCP装置5后，利用催化剂的催化作用，主要发生如下三类反应：
1、烟气中的氮氧化物与喷入的还原剂在催化剂的作用下进行选择性催化还原反应、转变成氮气和水；
2、烟气中残余的碳颗粒、以及烟气中的含碳有机物在等离子作用下发生氧化反应，生成二氧化碳和水。
所述SCRCP装置5为选择性催化脱硝等离子体一体化装置，具有选择性催化脱硝功能、等离子体处理烟气中的碳颗粒、有机化合物的功能，SCRCP装置的选择性催化还原脱硝装置501的催化剂为以TiO2为载体，以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份，选择性催化还原脱硝装置501的催化剂的型式为板式，或者为蜂窝式，或者为波纹板式；离子体发生器502的等离子体为平衡态等离子体，即高温等离子体，或者为非平衡态等离子体，即低温等离子体。
基于上述垃圾焚烧系统，本发明还提供了一种基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧方法，包括如下步骤：
步骤一：将垃圾焚烧炉1中垃圾焚烧产生的高温烟气通入高温换热器进行降温，烟气温度降低到450℃±50℃；
步骤二：降温后的烟气通入高温除尘器进行除尘净化处理，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质；
步骤三：经过高温除尘器净化后的烟气进入SCRCP装置5，在SCRCP装置5利用催化剂的催化作用，还原剂将烟气中的氮氧化物转变成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒、以及含碳有机物在等离子体作用下与氧气氧化反应，生成二氧化碳和水；
步骤四：烟气离开SCRCP装置5后进入低温换热器，通过低温换热器6将烟气温度降低到200℃以下；
步骤五：低温烟气离开低温换热器后进入烟气净化装置，完成脱酸、除尘、脱除二恶英等净化措施后，满足环保排放要求的条件下排放到大气中。
最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (7)
1.基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统，其特征在于：包括垃圾焚烧炉(1)、高温换热器(2)、高温除尘器(3)、选择性催化脱硝等离子体一体化装置(5)、低温换热器(6)和烟气净化装置(7)；
所述垃圾焚烧炉(1)的排烟口与所述高温换热器(2)相连接，高温换热器(2)烟气出口与所述高温除尘器(3)相连接，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质，高温除尘器(3)烟气出口与选择性催化脱硝等离子体一体化装置(5)相连接，通过选择性催化脱硝等离子体一体化装置(5)使烟气中的氮氧化物转变成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒、以及烟气中的含碳有机物在等离子体作用下转变成二氧化碳和水；选择性催化脱硝等离子体一体化装置(5)烟气出口连接低温换热器(6)，低温换热器(6)烟气出口连接烟气净化装置(7)，烟气经烟气净化装置净化后排空。
2.根据权利要求1所述的基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统，其特征在于：在所述高温除尘器(3)烟气出口位置设置温度传感器(4)，通过温度传感器(4)监测烟气温度。
3.根据权利要求2所述的基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统，其特征在于：所述选择性催化脱硝等离子体一体化装置(5)包括烟道，及安装在烟道中依次沿烟气流动方向设置的选择性催化还原脱硝装置(501)和等离子体发生器(502)，在选择性催化还原脱硝装置(501)附近设置有还原剂喷头(504)，在烟道外部设置有用于控制等离子体发生器(502)工作的控制器(503)。
4.根据权利要求3所述的基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统，其特征在于：所述高温除尘器(3)的除尘材料采用多孔金属过滤材料、多孔陶瓷过滤材料或者多孔复合过滤材料。
5.根据权利要求3所述的基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统，其特征在于：所述选择性催化还原脱硝装置(501)的催化剂为以TiO2为载体，以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份。
6.根据权利要求3所述的基于选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧系统，其特征在于：所述选择性催化还原脱硝装置(501)的催化剂型式为板式、蜂窝式或者为波纹板式。
7.基于权利要求1所述垃圾焚烧系统的选择性催化脱硝等离子体一体化的垃圾焚烧方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将垃圾焚烧炉(1)中垃圾焚烧产生的高温烟气通入高温换热器(2)对高温烟气进行降温，将烟气温度降低到450℃±50℃；
步骤二：降温后的烟气通入高温除尘器(3)进行除尘净化处理，高温除尘器(3)脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质；
步骤三：经过高温除尘器(3)净化后的烟气进入选择性催化脱硝等离子体一体化装置(5)，还原剂在催化剂的催化作用下，将烟气中的氮氧化物转变成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒、以及含碳有机物在等离子体作用下发生氧化反应，生成二氧化碳和水；
步骤四：完成除尘净化、选择性催化脱硝和等离子体处理后的烟气通入低温换热器(6)，通过低温换热器(6)将烟气温度降低到200℃以下；
步骤五：低温烟气进入烟气净化装置(7)，完成脱酸、除尘、脱除二恶英净化措施后排空。
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