CN110302623A - 一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺。一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，包括废气发生器、脱硫塔、烟囱、激冷塔、混合均布器、等离子反应器、活性炭喷射器、除尘器和回烟风道，废气发生器对原烟气进行初步脱硝；激冷塔对烟气进行降温冷却成第一烟气；回烟风道抽取第二烟气输送至等离子反应器内；等离子反应器将第二烟气电离成回流烟气；混合均布器将第一烟气和回流烟气混合成混合烟气；脱硫塔对混合烟气进行降温处理，并吸收混合烟气中的可吸收成分；活性炭喷射器向经脱硫塔处理后的混合烟气内喷射活性炭；除尘器对烟气进行除尘处理；烟囱将烟气排出。避免等离子放电极遭受粉尘磨蚀及高温的氧化腐蚀。

Description

一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺。
背景技术
随着我国社会经济的发展，产生了许多生活垃圾及生物质废弃物。这些垃圾经焚烧处理后产生的烟气中含有细微颗粒物(粉尘)、HF、HCl、NOX、SO2、SO3、二恶英、呋喃、重金属等以及少量的CO，若将烟气直接排除，则会产生严重的空气污染。
现有市场中大多将等离子反应器直接设置于脱硫塔前端，使得烟气先经等离子反应器氧化，再经脱硫塔处理。由于烟气中含有大量的粉尘，粉尘具有强磨蚀性、强腐蚀性和高温氧化性，容易使等离子反应器内放电极材料产生磨损高温氧化与腐蚀，降低使用寿命。
发明内容
为了解决相关技术中等离子反应器中的放电极材料易被磨损、腐蚀、高温氧化的技术问题，本发明实施例提供了一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其目的在于在清除烟气中的污染物的同时避免或减轻烟气中恶劣环境对等离子放电极产生磨损、腐蚀及高温氧化，延长等离子反应器的使用寿命。
本发明提供了一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，包括废气发生器、脱硫塔和烟囱，还包括激冷塔、混合均布器、等离子反应器、活性炭喷射器、除尘器和回烟风道，其中：废气发生器对原烟气进行初步脱硝，并将经初步脱硝后的烟气输入至激冷塔内；激冷塔对烟气进行降温冷却成第一烟气，并将第一烟气输入至混合均布器处理；回烟风道抽取第二烟气输送至等离子反应器内；等离子反应器将第二烟气内的水分子及氧气分子电离成活性自由基，形成回流烟气，并通过回烟风道将回流烟气输送至混合均布器内；混合均布器将第一烟气和回流烟气混合，并对第一烟气进行氧化处理，以形成混合烟气；脱硫塔对混合烟气进行降温处理，并吸收混合烟气中的可吸收成分；活性炭喷射器向经脱硫塔处理后的混合烟气内喷射活性炭以吸收烟气中的二恶英、呋喃、重金属；除尘器对喷加活性炭后的烟气进行除尘处理以形成净烟气；烟囱将净烟气排出。
通过对激冷塔的设置，以防止因烟气温度过高造成的等离子放电极的高温氧化及除尘器滤料的高温损伤；通过对回烟风道的设置，以防止废气发生器在低负荷运行时，导致脱硫塔内的气流流场被破坏，从而引起循环物料塌床的情况；通过对等离子反应器的设置，便于生成大量活性自由基，以将烟气中的低价态氮氧化物、CO、二恶英、呋喃等氧化或彻底降解分解，再通过对脱硫塔、活性炭喷射器和除尘器的设置，便于将氧化的低价态氮氧化物、CO、二恶英、呋喃从烟气中脱除，进而避免烟气的排放对大气造成污染。
可选的，回烟风道包括第一输送管道和辅助风机，第一输送管道的一端置于除尘器与烟囱之间，第一输送管道另一端设置于混合均布器上，辅助风机设置于第一输送管道上，当废气发生器低负荷运行时，第一输送管道通过辅助风机将经除尘器处理后的净烟气作为第二烟气输入等离子反应器内，等离子反应器将净烟气内的水分子及氧气分子电离成自由基以形成回流烟气，并通过第一输送管道将回流烟气输送至混合均布器内。
通过对第一输送管道的设置，以便于在废气发生器低负荷运行时，更进一步地说，在脱硫塔输入端前与烟囱输入端前的负压差较小时，净烟气无法自动回流至第一输送管道内，此时通过辅助风机将部分即将排出的净烟气通过第一输送管道输送至等离子反应器内，以便于生成大量活性自由基，在将富含活性自由基的回流烟气输入至混合均布器内以与第一烟气充分混合，以便于将第一烟气中的部分成分氧化甚至彻底降解分解。
可选的，回烟风道还包括自吸风烟道风门，当废气发生器高负荷或满负荷运行时，自吸风烟道风门抽取自吸风烟气作为第二烟气并通过第一输送管道输送至等离子反应器内，等离子反应器将自吸风烟气电离并形成回流烟气，第一输送管道将回流烟气输送至混合均布器内。
通过对自吸风烟道风门的设置，便于当废气发生器高负荷或满负荷运行时，无需通过回流风维持脱硫塔内的流场稳定，进而通过吸取外部气体进入第一输送管道内，以便于等离子反应器内生成大量活性自由基。
可选的，等离子反应器包括反应器本体、等离子电源和放电极，第一输送管道将第二烟气输入反应器本体内，等离子电源的阳极输出端与放电极相连，等离子电源的阴极输出端接地，放电极将等离子电源输出的电能注入第二烟气内，以将其内的水分子和氧气分子电离成活性自由基，活性自由基富集于第二烟气内形成回流烟气，再通过第一输送管道将回流烟气输送至混合均布器内。
通过对反应器本体、等离子电源以及放电极的设置，等离子电源向放电极输出电源，以在放电极表面形成流光放电等离子体，进而将水分子、氧气分子等物质电离成具有强氧化性的活性自由基，从而便于后续对烟气的氧化。
可选的，混合均布器包括分配器和混合器，分配器将等离子反应器内输出的回流烟气与激冷塔输出的第一烟气分成至少一组并输入至混合器内，混合器将回流烟气与第一烟气混合，回流烟气中的活性自由基将第一烟气中的NO、CO、气态零价汞分别氧化成高价态氮氧化物、CO2和汞离子，将第一烟气中的二恶英、呋喃类等降解成亲水性好的低分子有机羧酸等，并将混合烟气输入至脱硫塔内。
通过对分配器的设置，以将回流烟气分成数股，从而便于回流烟气与第一烟气混合，再通过混合器将回流烟气与第一烟气充分混合，使得回流烟气中的活性自由基与第一烟气中的NO、CO、气态零价汞、二恶英、呋喃类充分反应，以将其氧化或彻底降解分解成无机物，从而便于后续脱除。
可选的，脱硫塔内设有工艺水喷加器和过滤层，工艺水喷加器向输入至脱硫塔内的混合烟气喷加水分，过滤层上设有第一碱性物质，以将混合烟气中的细微颗粒、酸性成分以及被氧化后的高价态氮氧化物、汞离子和亲水性好的低分子有机羧酸等从混合烟气中脱除。
通过对工艺水喷加器的设置，便于使混合烟气处于离子水环境内，从而便于过滤层内的第一碱性物质与混合烟气中的酸性成分以及被氧化降解后的高价态氮氧化物、汞离子和亲水性好的低分子有机羧酸等反应，生成盐类，从而将其从混合烟气中脱除。
可选的，除尘器内设有滤袋，滤袋上设有第二碱性物质，以吸收混合烟气中的汞等离子态重金属和细微颗粒物等，并与混合烟气中的高价态氮氧化物、亲水性好的低分子有机羧酸、酸性成份等反应生成盐。
通过对滤袋的设置，便于设置在滤袋上的第二碱性物质在离子水的条件下与高价态氮氧化物、HCl、HF、SO3、SO2、亲水性好的低分子有机羧酸等反应生成盐类物质，从而便于将其从烟气中脱除。
可选的，激冷塔内设有冷却水雾化器，冷却水雾化器向烟气喷加水，水雾化蒸发以将烟气降温。
通过对冷却水雾化器的设置，便于将烟气的温度从200℃～250℃降温至170℃，从而减轻对等离子放电极材料的高温氧化及对除尘器中滤料的高温氧化。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明为实施所述工艺提供的设备的结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的工艺流程图。
图中：10、废气发生器、11、SNCR脱硝反应器；20、激冷塔；21、冷却水雾化器；30、混合均布器；31、分配器；32、混合器；40、回烟风道；41、第一输送管道；42、辅助风机；43、自吸风烟道风门；44、回风烟道风门；50、等离子反应器；51、反应器本体；52、等离子电源；53、放电极；60、脱硫塔；61、工艺水喷加器；62、过滤层；70、活性炭喷射器；80、除尘器；81、滤袋；90、烟囱；91、引风机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如将等离子反应器直接设置于脱硫塔前端，使得烟气先经等离子反应器氧化，再经脱硫塔处理。由于此处烟气温度高且含有大量的粉尘，容易使等离子反应器内放电极材料产生磨损与高温氧化腐蚀，降低使用寿命。
为了解决相关技术中等离子反应器中的放电极材料易磨损及高温氧化腐蚀的技术问题，本发明实施例提供了一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其目的在于在清除烟气中的污染物的同时避免或减轻粉尘对等离子放电极材料产生磨损与高温氧化腐蚀，从而延长等离子反应器的使用寿命。下面结合图1-图2对该垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺进行举例说明。
图1为本发明为实施所述工艺提供的设备的结构示意图，该设备包括废气发生器10、脱硫塔60和烟囱90，还包括激冷塔20、混合均布器30、等离子反应器50、活性炭喷射器70、除尘器80和回烟风道40，废气发生器10、激冷塔20、混合均布器30、脱硫塔60、除尘器80和烟囱90、引风机91通过第二输送管道依次相连，活性炭喷射器70设置于脱硫塔60和除尘器80之间的第二输送管道上，回烟风道40的一端设置于混合均布器40上，回烟风道40的另一端与引风机91与烟囱90间的第二输送管道相连，等离子反应器50设置于回烟风道40上。
图2为本发明一个实施例提供的工艺流程图，该工艺包括：
步骤201，废气发生器对原烟气进行初步脱硝，并将经初步脱硝后的烟气输入至激冷塔内。
可选的，废气发生器10包括SNCR脱硝反应器11，以用于对原烟气进行初步脱硝。
步骤202，激冷塔对烟气进行降温冷却成第一烟气，并将第一烟气输入至混合均布器处理。
可选的，激冷塔20内设有冷却水雾化器21，冷却水雾化器21向烟气喷加水，水雾化蒸发以将烟气降温。在本实施例中，通过对冷却水雾化器21的设置，便于将烟气的温度从200℃～250℃降温至170℃，从而防止高温状态下的烟气降低自由基对第一烟气中污染物的氧化效果及对除尘器80中的滤料造成高温氧化损害。
步骤203，回烟风道抽取第二烟气输送至等离子反应器内。
可选的，第二烟气为引风机91与烟囱90之间的净烟气；或者，第二烟气为自吸风烟气，即外部空气。
在本实施例中，回烟风道40包括第一输送管道41和辅助风机42，第一输送管道41的一端置于引风机91与烟囱90之间，第一输送管道41另一端设置于混合均布器30上，辅助风机42设置于第一输送管道41上，更进一步地说，辅助风机42设置于第一输送管道41临近除尘器80的一端。
当废气发生器10低负荷运行时，即当脱硫塔60输入端前与烟囱80输入端前的负压差较小时，净烟气无法自动回流至第一输送管道41内，此时通过辅助风机42将经除尘器80处理后的净烟气通过引风机91作为第二烟气由第一输送管道41输入等离子反应器50内，等离子反应器50将净烟气内的水分子及氧气分子电离以形成回流烟气，并通过第一输送管道41将回流烟气输送至混合均布器30内。
可选的，回烟风道40还包括自吸风烟道风门43。当废气发生器40高负荷或满负荷运行时，无需通过回流风维持脱硫塔60内的流场稳定，自吸风烟道风门43抽取自吸风烟气作为第二烟气并通过第一输送管道41输送至等离子反应器50内，等离子反应器50将自吸风烟气电离并形成回流烟气，第一输送管道41将回流烟气输送至混合均布器30内。
在实际设计过程中，第一输送管道41的两端还分别设有回风烟道风门44。当无需净烟气回流至第一输送管道41内以维持脱硫塔60内的流场稳定时，关闭设置于临近烟囱90处的回风烟道风门44，打开自吸风烟道风门43，从而吸取自吸风烟气至等离子反应器50内。
步骤204，等离子反应器将第二烟气内的水分子及氧气分子电离成活性自由基，形成回流烟气，并通过回烟风道将回流烟气输送至混合均布器内。
可选的，等离子反应器50包括反应器本体51、等离子电源52和放电极53，第一输送管道41将第二烟气输入反应器本体51内，等离子电源52的阳极输出端与放电极53相连，等离子电源52的阴极输出端接地，放电极53将等离子电源52输出的电能注入第二烟气内，以将其内的水分子和氧气分子电离成活性自由基，活性自由基富集于第二烟气内形成回流烟气，再通过第一输送管道41将回流烟气输送至混合均布器30内。
步骤205，混合均布器将第一烟气和回流烟气混合，并对第一烟气进行氧化处理，以形成混合烟气。
可选的，混合均布器30包括分配器31和混合器32，分配器31将等离子反应器50内输出的回流烟气与激冷塔20输出的第一烟气分成至少一组并输入至混合器32内，混合器32将回流烟气与第一烟气混合。
为了便于将第一烟气与混合烟气充分混合，分配器31内设有至少一组喷管，混合器32内设有至少一组与第一烟气输送方向呈第一夹角设置的圆形或椭圆形板块。当第一烟气和/或回流烟气输入至分配器31内时，分配器31将第一烟气和回流烟气初步混合并将其分成数股，再将分成数股的烟气输入混合器32内以充分混合。
在第一烟气与回流烟气混合过程中，由于回流烟气中富含大量活性自由基，因此易将第一烟气中的低价态氮氧化物、CO、气态零价汞分别氧化成高价态氮氧化物、CO2和汞离子，并且将第一烟气中的二恶英、呋喃类等降解成亲水性好的小分子有机羧酸等，再被输入至脱硫塔60内。
可选的，第一夹角为40°～55°。
步骤206，脱硫塔对混合烟气进行降温处理，并吸收混合烟气中的可吸收成分。
为了便于将混合烟气中的高价态氮氧化物、汞离子、亲水性好的小分子有机羧酸及酸性成分去除掉，脱硫塔60内设有工艺水喷加器61和过滤层62，工艺水喷加器61向输入至脱硫塔60内的混合烟气喷加水分，过滤层62上设有第一碱性物质，以吸收混合烟气中的可吸收成分。
可选的，可吸收成分为细微颗粒、酸性成分以及被氧化后的高价态氮氧化物、汞离子和亲水性好的小分子有机羧酸等。在本申请中，第一碱性物质可以为Ca(OH)2。
在本实施例中，酸性成分包括HCl、SO2、HF等。由于工艺水喷加器61向混合烟气喷加水，将混合烟气的温度由170℃降低至130℃～150℃，水吸收混合烟气的热量而蒸发，而水蒸发需要一定时间，因此在脱硫塔60内形成有离子水的环境，高价态氮氧化物、亲水性好的小分子有机羧酸等、HCl、HF、SO2等分别与Ca(OH)2反应生成硝酸盐、羧酸盐、CaCl2·4H2O、CaF2、硫酸盐等，以便于被后续除尘器捕集。
步骤207，活性炭喷射器向经脱硫塔处理后的混合烟气内喷射活性炭以吸收烟气中的二恶英、呋喃、重金属等。
步骤208，除尘器对喷加活性炭后的烟气进行除尘处理以形成净烟气。
在实际设计过程中，除尘器80选用袋式除尘器。更进一步地说，除尘器80内设有滤袋81，滤袋81上设有第二碱性物质，以进一步吸收混合烟气中的汞离子和细微颗粒，并与混合烟气中的高价态氮氧化物、亲水性好的小分子有机羧酸等、酸性成分反应生成盐。
可选的，第二碱性物质为Ca(OH)2。
步骤209，烟囱将净烟气排出。
为了便于加快烟气的排放，除尘器80与烟囱90之间还设有引风机91。
综上所述，本发明通过将对激冷塔、混合均布器、等离子反应器以及脱硫塔的设置，以避免将等离子反应器直接设置于脱硫塔的输入端前端，避免由于脱硫塔输入端处的粉尘的强磨蚀性、强腐蚀性、高温氧化性造成等离子放电极材料的磨损与高温氧化腐蚀，影响等离子反应器的使用寿命及其性能的稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，包括废气发生器、脱硫塔和烟囱，其特征在于，还包括激冷塔、混合均布器、等离子反应器、活性炭喷射器、除尘器和回烟风道，其中：
所述废气发生器对原烟气进行初步脱硝，并将经初步脱硝后的烟气输入至激冷塔内；
所述激冷塔对烟气进行降温冷却成第一烟气，并将第一烟气输入至所述混合均布器处理；
所述回烟风道抽取第二烟气输送至等离子反应器内；
所述等离子反应器将第二烟气内的水分子及氧气分子电离成活性自由基，形成回流烟气，并通过所述回烟风道将所述回流烟气输送至所述混合均布器内；
所述混合均布器将所述第一烟气和所述回流烟气混合，并对第一烟气进行氧化处理，以形成混合烟气；
所述脱硫塔对所述混合烟气进行降温处理，并吸收混合烟气中的可吸收成分；
所述活性炭喷射器向经所述脱硫塔处理后的混合烟气内喷射活性炭以吸收烟气中的二恶英、呋喃、重金属；
所述除尘器对喷加活性炭后的烟气进行除尘处理以形成净烟气；
所述烟囱将所述净烟气排出。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其特征在于，所述回烟风道包括第一输送管道和辅助风机，所述第一输送管道的一端置于所述除尘器与所述烟囱之间，所述第一输送管道另一端设置于所述混合均布器上，所述辅助风机设置于所述第一输送管道上，当所述废气发生器低负荷运行时，所述第一输送管道通过所述辅助风机将经所述除尘器处理后的净烟气作为第二烟气输入所述等离子反应器内，所述等离子反应器将净烟气内的水分子及氧气分子电离以形成回流烟气，并通过所述第一输送烟道将所述回流烟气输送至所述混合均布器内。
3.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其特征在于，所述回烟风道还包括自吸风烟道风门，当所述废气发生器高负荷或满负荷运行时，所述自吸风烟道风门抽取自吸风烟气作为第二烟气并通过所述第一输送管道输送至所述等离子反应器内，所述等离子反应器将所述自吸风烟气电离并形成回流烟气，所述第一输送管道将所述回流烟气输送至所述混合均布器内。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其特征在于，所述等离子反应器包括反应器本体、等离子电源和放电极，所述第一输送管道将所述第二烟气输入所述反应器本体内，所述等离子电源的阳极输出端与所述放电极相连，所述等离子电源的阴极输出端接地，所述放电极将所述等离子电源输出的电能注入所述第二烟气内，以将其内的水分子和氧气分子电离成活性自由基，活性自由基富集于所述第二烟气内形成回流烟气，再通过所述第一输送管道将所述回流烟气输送至所述混合均布器内。
5.根据权利要求4所述的一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其特征在于，所述混合均布器包括分配器和混合器，所述分配器将所述等离子反应器内输出的回流烟气与所述激冷塔输出的第一烟气分成至少一组并输入至所述混合器内，所述混合器将所述回流烟气与所述第一烟气混合，所述回流烟气中的活性自由基将所述第一烟气中的低价态氮氧化物、CO、气态零价汞分别氧化成高价态氮氧化物、CO2和汞离子，将第一烟气中的二恶英、呋喃类降解成羧酸等低分子有机物，并将所述混合烟气输入至所述脱硫塔内。
6.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其特征在于，所述脱硫塔内设有工艺水喷加器和过滤层，所述工艺水喷加器向输入至所述脱硫塔内的所述混合烟气喷加水分，所述过滤层上设有第一碱性物质，以将所述混合烟气中的细微颗粒、酸性成分以及被氧化后的高价态氮氧化物、汞离子和羧酸等小分子有机物从所述混合烟气中脱除。
7.根据权利要求6所述的一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其特征在于，所述除尘器内设有滤袋，所述滤袋上设有第二碱性物质，以吸收喷射过活性炭成分的烟气中的汞离子和细微颗粒，并与混合烟气中的高价态氮氧化物、羧酸等低分子有机物、酸性成分反应生成盐。
8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧烟气等离子协同脱除污染物的工艺，其特征在于，所述激冷塔内设有冷却水雾化器，所述冷却水雾化器向烟气喷加水，水雾化蒸发以将烟气降温。
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