CN111298645A - 基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置及方法，装置的净化塔底部设垃圾焚烧烟气入口，顶部设垃圾焚烧烟气出口，净化塔自下而上划分为混合段和净化段；混合段内沿烟气流向依次布置喷氨格栅和烟气混合器；净化段内部依次竖直安装至少一组活性炭纤维毡列单元装置；活性炭纤维毡列单元装置包括若干个间隔并列布置的活性炭纤维毡列单元；活性炭纤维毡列单元的顶面密封设置上封板，底面密封设置下封板；相邻的活性炭纤维毡列单元之间通过上封板和下封板依次首尾相接固定，形成连续的方形锯齿状结构。本发明烟气阻力较小，可同时实现低温还原脱硝和低温催化分解二噁英，且采用烟气从下向上流动，可防止催化剂堵塞，长期运行稳定性高。

Description

基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置及方法
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧烟气净化领域，具体为基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置及方法。
背景技术
目前我国垃圾焚烧发电厂典型的污染物处理工艺为SNCR+烟气急冷+干法和半干法脱酸+活性炭喷射法脱二噁英+袋式除尘+低温SCR脱硝，而SNCR运行效率偏低，低温SCR需烟气升温且技术不够成熟，总体上垃圾焚烧电站脱硝处于投资及运行成本高昂的问题；活性炭喷射法吸附二噁英的方法，存在运行成本高，仅实现污染物的转移的问题，并未实现二噁英的彻底降解，存在二次释放的危险，且增加了飞灰的处置成本。
活性炭纤维属于第三代碳材料，其比表面积大，且微孔位于表面，使得烟气中污染物分子在活性炭纤维表面扩散速度快，迁移路程短，因此以活性炭纤维毡为基础载体，负载催化活性组分，可以实现在较低温度下(120～200℃)一体化催化还原脱除NOx和催化氧化分解二噁英，氮氧化物催化还原为氮气，二噁英彻底分解为CO2、H2O和HCl等无机小分子，该方法可有效脱除垃圾焚烧烟气中的污染物，降低投资和运行成本。
活性炭纤维毡是由柔软的碳纤维细丝杂乱堆叠而成，材料本身机械强度和抗冲刷性较差，在烟气净化过程中受到烟气冲刷，易出现结构变形和碳纤维丝脱落的现象，同时还需要保证烟气通过活性炭纤维合理的阻力，降低压力损耗，因此活性炭纤维装置在烟气净化过程中主要解决力学性能和运行阻力问题，同时考虑装置的脱除效率。
中国专利文献CN101564633B公开了一种固定床烟气净化装置，该装置活性炭纤维片层竖直固定构成梳板，多块梳板平行固定、竖直安装构成填充单元，梳板之间间隙0.5～10mm，烟气从上至下穿过活性炭纤维梳板的间隙净化烟气，此方法虽然活性炭纤维填充量大，烟气阻力小，但烟气仅通过活性炭纤维梳板片的间隙，没有实现与污染物的密切接触，对活性炭纤维的吸附性能影响很大；活性炭纤维梳板表面未固定处理，会引起活性炭纤维细丝被烟气冲刷脱落的问题；采用的活性炭纤维未经过改性处理，对于氮氧化物和有机污染物主要起到物理吸附作用，运行中存在吸附饱和再生的问题。
中国专利文献CN106823785A公开了一种基于活性炭纤维的工业烟气脱硫脱硝装置及方法，其脱硝段的活性炭纤维与烟气垂直对冲接触，存在阻力过大的问题；且活性炭纤维层易出现变形、破损、塌陷等问题；采用未改性处理的活性炭纤维进行喷氨脱硝，脱硝效率较低，活性炭纤维的初装量大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置及方法，所述装置结构紧凑、烟气阻力较小，改性活性炭纤维的催化效率高，基于活性炭纤维毡作为催化剂载体材料，可同时实现低温脱硝和低温催化分解二噁英，有效解决现有垃圾焚烧烟气低温脱硝和分解二噁英的问题与不足的。
本发明是通过以下技术方案来实现：
基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，包括净化塔和活性炭纤维毡列单元装置；
所述的净化塔的底部设置有垃圾焚烧烟气入口，顶部设置有垃圾焚烧烟气出口，净化塔自下而上划分为混合段和净化段；所述的混合段内沿烟气流向依次布置喷氨格栅和烟气混合器；所述的净化段内部依次竖直安装至少一组活性炭纤维毡列单元装置；
所述的活性炭纤维毡列单元装置包括若干个间隔并列布置的活性炭纤维毡列单元；活性炭纤维毡列单元的顶面密封设置上封板，底面密封设置下封板；相邻的活性炭纤维毡列单元之间通过上封板和下封板依次首尾相接固定，形成连续的方形锯齿状结构。
进一步的，位于两侧的活性炭纤维毡列单元通过上封板固定在净化段侧壁，且与净化段侧壁呈间隙设置。
进一步的，所述的活性炭纤维毡列单元包括催化活性炭纤维毡、不锈钢网和固定槽钢；所述的催化活性炭纤维毡的左右两侧设置有不锈钢网，不锈钢网两侧左右对称且上下间隔焊接固定槽钢，水平设置的固定槽钢两端固定焊接在净化塔侧壁上。
更进一步的，所述的催化活性炭纤维毡采用负载钒铈锰活性组分的活性炭纤维毡片。
更进一步的，所述的不锈钢网的网孔大小为20～100目。
进一步的，所述的净化段侧壁安装有若干超声吹灰器。
基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英方法，具体步骤包括：
S1、含有二噁英和氮氧化物的烟气通过垃圾焚烧烟气入口进入净化塔的混合段，喷氨格栅喷射氨气，经过烟气混合器实现氨气与烟气均匀混合；
S2、混合气体进入净化段，通过依次设置的至少一组活性炭纤维毡列单元装置，经方形锯齿状结构进气侧通道水平横向穿过活性炭纤维毡列单元，从方形锯齿状结构的排气侧通道排出；氮氧化物和氨气在催化活性炭纤维毡表面活性组分催化下反应生成氮气和水，同时烟气中的二噁英被活性组分催化氧化分解成小分子的二氧化碳、氯化氢和水，最终洁净烟气由烟气出口排出。
进一步的，步骤S2中，所述的净化段的空塔气速控制在500～10000h-1。
进一步的，步骤S2中，所述的净化塔操作温度控制在120～200℃。
进一步的，步骤S1中，所述的垃圾焚烧烟气入口烟气含硫量小于100mg/m3，含尘量小于50mg/m3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明装置通过在净化塔本体底部设置有垃圾焚烧烟气入口，顶部设置有烟气出口，净化塔自下而上划分为混合段和净化段，混合段内沿烟气流向依次布置喷氨格栅和烟气混合器；净化段内安装有活性炭纤维毡列单元、上封板和下封板，将其空间通过活性炭纤维毡列单元划分为进气侧通道和排气侧通道，使得烟气横向移动进行净化；竖直平行布置的活性炭纤维毡列单元连接形成连续的方形锯齿状结构，烟气由下至上进入净化塔，水平横向均匀穿过多组活性炭纤维毡列单元催化层，装置的结构紧凑、烟气阻力较小，可同时实现低温还原脱硝和低温催化分解二噁英，氮氧化物最终分解为氮气和水，剧毒二噁英分解为小分子无毒的CO2、HCl和水，有效减小污染；同时，本发明采用烟气从下向上流动，可防止催化剂堵塞，长期运行稳定性高。
本发明装置中活性炭纤维毡列单元由催化活性炭纤维毡、不锈钢网和固定槽钢组成；采用不锈钢网这种钢丝网夹包活性炭纤维毡层结合固定槽钢的结构，有效提高活性炭纤维毡层的结构强度和力学性能，不锈钢网有效抑制活性炭纤维细丝的脱落。
本发明装置通过采用经过催化活性组分改性负载的活性炭纤维，催化效率远高于普通活性炭纤维，脱硝脱二噁英后不需要再生处理。
本发明通过在净化段侧壁安装若干净化段配备超声吹灰器，定期间歇性开启吹灰，有效降低阻力。
本发明方法通过将含有二噁英和氮氧化物的烟气送入净化塔与一定量的氨气均匀混合后水平横向穿过活性炭纤维毡列单元的方式，使氮氧化物和氨气在催化活性炭纤维毡表面活性组分催化下反应生成氮气和水，同时烟气中的二噁英被活性组分催化氧化分解成小分子的二氧化碳、氯化氢和水，洁净烟气由烟气出口排出，采用该方法技术工艺净化效率高，运行费用低，可广泛应用于垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英处理。
本发明方法采用的运行温度是120～200℃，符合垃圾焚烧除尘装置烟气出口温度窗口，避免升温，有效降低投资及运行成本。
附图说明
图1为本发明实例中所述装置的结构示意图；
图2为本发明实例中所述装置净化段的俯视图；
图3为本发明实例中所述活性炭纤维毡列单元的结构正视图；
图中：1为垃圾焚烧烟气入口，2为喷氨格栅，3为烟气混合器，4为活性炭纤维毡列单元，5为上封板，6为下封板，7为净化塔，8为垃圾焚烧烟气出口，9为净化段，10为混合段，11为催化活性炭纤维毡，12为不锈钢网，13为固定槽钢，14为超声吹灰器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
本发明基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，如图1所示，包括净化塔7，净化塔7的底部设置有垃圾焚烧烟气入口1，其顶部设置有垃圾焚烧烟气出口8，净化塔7自下而上划分为混合段10和净化段9，混合段10内沿烟气流向依次布置喷氨格栅2和烟气混合器3，净化段9内安装有由活性炭纤维毡列单元4、上封板5和下封板6组成的活性炭纤维毡列单元装置，净化段9侧壁安装有超声吹灰器14；
如图3所示，活性炭纤维毡列单元4由催化活性炭纤维毡11、不锈钢网12和固定槽钢13组成，催化活性炭纤维毡11被左右两片不锈钢网12夹在中间稳固，固定槽钢13在不锈钢网12两侧左右对称、上下间隔布置焊接固定；固定槽钢13是水平放置，两端固定焊接在净化塔7的净化段9侧壁上，固定槽钢13再和同侧不锈钢网12焊接，起到夹紧、固定的作用。
如图2所示，上封板5和下封板6分别对连接的活性炭纤维毡列单元4的顶部和底部进行密封，避免烟气的轴向移动；
如图1所示，本优选实例中采用两组结构相同的活性炭纤维毡列单元装置，两组沿轴向依次呈间隔布置，位于两侧的活性炭纤维毡列单元4通过上封板5固定在净化段9侧壁，且与净化段9侧壁呈间隙设置，从而能够提供进气侧通道的同时为超声吹灰器14提供作业空间。
其中，如图1和图2所示，活性炭纤维毡列单元4的底面与一侧相邻列单元底面通过下封板6连接固定，顶面与另一侧相邻列单元顶面通过上封板5连接固定，所有的列单元连接形成连续的方形锯齿状结构；本优选实例中的净化塔7为方形塔。
其中，催化活性炭纤维毡11为负载钒铈锰活性组分的活性炭纤维毡片；其中，不锈钢网12的网孔大小为20～100目；
本实施例中处理的垃圾焚烧烟气量为1000m3/h，温度120℃，NOx含量350mg/Nm3，二噁英的浓度为5ng TEQ/Nm3，硫含量100mg/Nm3，含尘量30mg/Nm3。
如图1所示，本发明所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，烟气自下而上流动，净化塔7的底部设置有垃圾焚烧烟气入口1，其顶部设置有烟气出口2，净化塔7自下而上划分为混合段10和净化段9，混合段10内沿烟气流向依次布置喷氨格栅2和烟气混合器3，净化段9内安装有活性炭纤维毡列单元4、上封板5和下封板6，净化段9侧壁安装有超声吹灰器14。
活性炭纤维毡列单元4由钒锰铈改性的催化活性炭纤维毡11、100目网孔大小的不锈钢网12和固定槽钢13组成，催化活性炭纤维毡11被左右两片不锈钢网12夹在中间稳固，再由固定槽钢13水平焊接在不锈钢网12外侧固定。活性炭纤维毡列单元4的底面与左相邻列底面通过下封板6连接，顶面与右相邻列顶面通过上封板5连接，所有的列单元连接形成连续的方形锯齿状结构。
净化段9的活性炭纤维毡列单元分成2层布置，净化段9的空塔气速控制在500h-1。
含有二噁英和氮氧化物的烟气通过垃圾焚烧烟气入口1进入净化塔7的混合段10，喷氨格栅2按照氨氮摩尔比1.05喷射氨气，经过烟气混合器3实现均匀混合；在净化段9烟气水平横向穿过活性炭纤维毡列单元4，氮氧化物和氨气在催化活性炭纤维毡11表面活性组分催化下反应生成氮气和水，同时烟气中的二噁英分解成二氧化碳、氯化氢和水，洁净烟气由烟气出口8排出，超声吹灰器14每三天开启吹灰0.5h。
烟气经过脱硝脱二噁英装置后排入大气，脱硝效率95％，脱除二噁英效率为99.5％。
实施例2
本实施例中处理的垃圾焚烧烟气量为300m3/h，温度200℃，NOx含量300mg/Nm3，二噁英的浓度为3ng TEQ/Nm3，硫含量80mg/Nm3，含尘量30mg/Nm3。
如图1所示，本发明所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，烟气自下而上流动，净化塔7的底部设置有垃圾焚烧烟气入口1，其顶部设置有烟气出口2，净化塔7自下而上划分为混合段10和净化段9，混合段10内沿烟气流向依次布置喷氨格栅2和烟气混合器3，净化段9内安装有活性炭纤维毡列单元4、上封板5和下封板6，净化段9侧壁安装有超声吹灰器14。
活性炭纤维毡列单元4由钒锰铈改性的催化活性炭纤维毡11、20目网孔大小的不锈钢网12和固定槽钢13组成，催化活性炭纤维毡11被左右两片不锈钢网12夹在中间稳固，再由固定槽钢13水平焊接在不锈钢网12外侧固定。活性炭纤维毡列单元4的底面与左相邻列底面通过下封板6连接，顶面与右相邻列顶面通过上封板5连接，所有的列单元连接形成连续的方形锯齿状结构。
净化段9的催化剂分成单层布置，净化段9的空塔气速控制在5000h-1。
含有二噁英和氮氧化物的烟气通过垃圾焚烧烟气入口1进入净化塔7的混合段10，喷氨格栅2按照氨氮比1.1喷射氨气，经过烟气混合器3实现均匀混合；在净化段9烟气水平横向穿过活性炭纤维毡列单元4，氮氧化物和氨气在催化活性炭纤维毡11表面活性组分催化下反应生成氮气和水，同时烟气中的二噁英分解成二氧化碳、氯化氢和水，洁净烟气由烟气出口8排出，超声吹灰器14每三天开启吹灰0.5h。
烟气经过脱硝脱二噁英装置后排入大气，脱硝效率92％，脱除二噁英效率为98％。
实施例3
本发明基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英方法，具体步骤包括：
S1、含有二噁英和氮氧化物的烟气通过垃圾焚烧烟气入口1进入净化塔7的混合段10，喷氨格栅2喷射氨气，经过烟气混合器3实现氨气与烟气均匀混合；
S2、混合气体进入净化段9，通过依次设置的至少一组活性炭纤维毡列单元装置，经方形锯齿状结构进气侧通道水平横向穿过活性炭纤维毡列单元4，从方形锯齿状结构的排气侧通道排出；氮氧化物和氨气在催化活性炭纤维毡11表面活性组分催化下反应生成氮气和水，同时烟气中的二噁英被活性组分催化氧化分解成小分子的二氧化碳、氯化氢和水，最终洁净烟气由烟气出口8排出。
其中，净化段9的空塔气速控制在500～10000h-1；本优选实例中采用2000～6000h-1。
其中，净化塔7操作温度控制在120～200℃；本优选实例中采用140～180℃。
其中，垃圾焚烧烟气入口1烟气含硫量小于100mg/m3，含尘量小于50mg/m3。

Claims (10)

1.基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，其特征在于：包括净化塔(7)和活性炭纤维毡列单元装置；
所述的净化塔(7)的底部设置有垃圾焚烧烟气入口(1)，顶部设置有垃圾焚烧烟气出口(8)，净化塔(7)自下而上划分为混合段(10)和净化段(9)；所述的混合段(10)内沿烟气流向依次布置喷氨格栅(2)和烟气混合器(3)；所述的净化段(9)内部依次竖直安装至少一组活性炭纤维毡列单元装置；
所述的活性炭纤维毡列单元装置包括若干个间隔并列布置的活性炭纤维毡列单元(4)；活性炭纤维毡列单元(4)的顶面密封设置上封板(5)，底面密封设置下封板(6)；相邻的活性炭纤维毡列单元(4)之间通过上封板(5)和下封板(6)依次首尾相接固定，形成连续的方形锯齿状结构。
2.根据权利要求1所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，其特征在于：位于两侧的活性炭纤维毡列单元(4)通过上封板(5)固定在净化段(9)侧壁，且与净化段(9)侧壁呈间隙设置。
3.根据权利要求1所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，其特征在于：所述的活性炭纤维毡列单元(4)包括催化活性炭纤维毡(11)、不锈钢网(12)和固定槽钢(13)；所述的催化活性炭纤维毡(11)的左右两侧设置有不锈钢网(12)，不锈钢网(12)两侧左右对称且上下间隔焊接固定槽钢(13)，水平设置的固定槽钢(13)两端固定焊接在净化塔(7)侧壁上。
4.根据权利要求3所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，其特征在于：所述的催化活性炭纤维毡(11)采用负载钒铈锰活性组分的活性炭纤维毡片。
5.根据权利要求3所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，其特征在于：所述的不锈钢网(12)的网孔大小为20～100目。
6.根据权利要求1所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英装置，其特征在于：所述的净化段(9)侧壁安装有若干超声吹灰器(14)。
7.基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英方法，基于利用权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，具体步骤包括：
S1、含有二噁英和氮氧化物的烟气通过垃圾焚烧烟气入口(1)进入净化塔(7)的混合段(10)，喷氨格栅(2)喷射氨气，经过烟气混合器(3)实现氨气与烟气均匀混合；
S2、混合气体进入净化段(9)，通过依次设置的至少一组活性炭纤维毡列单元装置，经方形锯齿状结构进气侧通道水平横向穿过活性炭纤维毡列单元(4)，从方形锯齿状结构的排气侧通道排出；氮氧化物和氨气在催化活性炭纤维毡(11)表面活性组分催化下反应生成氮气和水，同时烟气中的二噁英被活性组分催化氧化分解成小分子的二氧化碳、氯化氢和水，最终洁净烟气由烟气出口(8)排出。
8.根据权利要求7所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英方法，其特征在于：步骤S2中，所述的净化段(9)的空塔气速控制在500～10000h-1。
9.根据权利要求7所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英方法，其特征在于：步骤S2中，所述的净化塔(7)操作温度控制在120～200℃。
10.根据权利要求7所述的基于活性炭纤维的垃圾焚烧烟气脱硝脱二噁英方法，其特征在于：步骤S1中，所述的垃圾焚烧烟气入口(1)烟气含硫量小于100mg/m3，含尘量小于50mg/m3。
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