CN112648627B - 利用磷基抑制剂高效抑制垃圾焚烧过程二噁英生成的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体废弃物的焚烧技术，旨在提供一种利用磷基抑制剂高效抑制垃圾焚烧过程二噁英生成的方法。该方法是在垃圾焚烧炉中以焚烧方式处置固体垃圾时，将粉末状的磷基抑制剂喷射到垃圾焚烧炉中温度范围为500～850℃的烟道区域内，用于抑制燃后区烟气中二噁英的低温再合成。本发明开发的磷基抑制剂，能够替代含硫类抑制剂，与传统硫类抑制剂50％的抑制效率相比，本发明的抑制效率提高了0.3‑0.84倍。而且没有增加烟气中SO2、NOX等污染物的风险，不会造成受热面低温腐蚀的负面影响；具有操作方便、工艺简单的优势，不需要调整改动现有焚烧炉及烟气处理系统；本发明开发的磷基抑制剂，其组份来源广泛，价格低廉，能显著运行成本，具有重要应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物的焚烧法处置过程中二噁英排放控制技术，特别涉及一种利用磷基抑制剂高效抑制垃圾焚烧过程二噁英生成的方法。
背景技术
近年来，我国生活垃圾产量急剧增长，生活垃圾的清运量成倍增长。生活垃圾焚烧处置方法因其减量化、无害化和资源化等优势，早已成为生活垃圾处置的主要方式。然而，垃圾焚烧过程中容易产生二噁英类污染物，严重制约了生活垃圾清洁焚烧技术的发展。如何控制焚烧过程中二噁英类污染物的生成及排放成为了垃圾焚烧处置领域亟需解决的问题。
目前，焚烧过程中二噁英排放控制的主要技术有：(1)焚烧前控制：进行废弃物分类，将高含氯类垃圾以及重金属分离出来，进行垃圾破碎、干燥；(2)焚烧中控制：焚烧炉运行遵循“3T+E”原则，即炉内燃烧温度控制、烟气的炉内停留时间控制、燃烧湍流系数、以及烟气中含氧量等，还可以添加含硫、氮类物质或碱性氧化物与废弃物混烧，以抑制二噁英的生成；(3)焚烧后控制：在尾部烟气净化系统中喷入活性炭吸附二噁英等污染物耦合布袋除尘器，或采用催化降解控制二噁英的环境排放。虽然活性炭耦合布袋除尘技术是尾部二噁英控制的重要技术，但该技术仅将气相中二噁英通过活性炭吸附转移到固相中，并不能降低二噁英的生成总量。并且活性炭混入飞灰中处置，使飞灰中富集高浓度二噁英，对环境的潜在危害很大，可能仍需要被进一步无害化处置。
垃圾焚烧过程中通过添加阻滞剂抑制二噁英生成逐渐成为控制二噁英排放的重要技术之一，其优势在于成本低、效益高，并被推荐作为一级控制措施。已有研究表明，含硫类阻滞剂能有效减少垃圾焚烧过程中二噁英的生成，特别是含硫类阻滞剂，硫铁矿、高硫煤、二氧化硫等，阻滞效率大于50％，已在工业垃圾焚烧炉上广泛应用。然而，含硫阻滞剂的使用需要非常谨慎，使用不当会造成烟气中SO2浓度显著升高，还会引起炉内换热器表面硫腐蚀，导致爆管，严重影响焚烧炉运行，造成一定负面影响。因此，亟需开发一种新型高效、设备友好、无负作用的环保阻滞剂，保障垃圾焚烧过程二噁英类污染物高效抑制的同时，减少焚烧设备受热面腐蚀及烟气中SO2超标等风险，对垃圾焚烧过程中二噁英生成排放控制及连续稳定达标有重要的应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种利用磷基抑制剂高效抑制垃圾焚烧过程二噁英生成的方法。
为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种利用磷基抑制剂高效抑制垃圾焚烧过程二噁英生成的方法，是在垃圾焚烧炉中以焚烧方式处置固体垃圾时，将粉末状的磷基抑制剂喷射到垃圾焚烧炉中温度范围为500～850℃的烟道区域内，用于抑制燃后区烟气中二噁英的低温再合成；
所述的磷基抑制剂是指磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钙、磷酸氢钙、磷酸钙、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的任意一种。
本发明中，所述磷基抑制剂的粒径在200～1000目之间。
本发明中，控制磷基抑制剂的用量，使磷基抑制剂中磷元素与烟气中氯元素的摩尔比在0.5～2之间，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比在5～50之间。
本发明中，所述固体垃圾是指能够通过焚烧方式进行处置的城市生活垃圾、危险固体废物或工业固体废物。
本发明提供了磷基抑制剂用于抑制垃圾焚烧过程二噁英生成的用途；所述磷基抑制剂是指磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钙、磷酸氢钙、磷酸钙、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的任意一种。
发明原理描述：
在垃圾焚烧过程中，由于垃圾本身含有铜、铁类金属元素的原因，焚烧过程铜、铁类金属元素被烟气带入烟道中，成为促进二噁英合成的催化剂。根据Hatanaka等人(Chemosphere.2004,57(1):73-79)和Takashi等人(Environmental Science&Technology.2009,43(21):8053-8059)文献的记载，此类催化剂的存在，会与烟气中的氯酚、氯苯等二噁英前驱物和烟道飞灰中残碳进行反应，导致烟气中二噁英大量合成。
本发明将磷基抑制剂喷射到焚烧炉的烟道区域中，利用磷基抑制剂中的磷基(P-)与促进二噁英合成的催化剂反应，生成稳定态的金属络合物。通过使催化剂中毒，从而高效抑制二噁英的再合成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明开发的磷基抑制剂，能够替代含硫类抑制剂，高效抑制二噁英的生成。在相同使用条件下，使用本发明的磷基抑制剂对烟气中二噁英的抑制效率为65-92％左右；与传统硫类抑制剂50％的抑制效率相比，本发明的抑制效率提高了0.3-0.84倍。
2、本发明开发的磷基抑制剂，与原有硫类、氮类抑制剂相比，没有增加烟气中SO2、NOX等污染物的风险，不会造成受热面低温腐蚀的负面影响；
3、本发明具有操作方便、工艺简单的优势，不需要调整改动现有焚烧炉及烟气处理系统；
4、本发明开发的磷基抑制剂，其组份来源广泛，价格低廉，远低于以往常用的硫氮基阻滞剂，显著降低垃圾焚烧企业的运行成本，具有解决废弃物焚烧过程中二噁英的排放问题的重要应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明中，利用磷基抑制剂高效抑制垃圾焚烧过程二噁英生成的方法包括以下步骤：将粉末状磷基抑制剂直接喷射到垃圾焚烧炉的500～850℃温度范围的烟道区域中，高效抑制燃后区烟气中二噁英的低温再合成。磷基抑制剂粒径在200～1000目之间，磷基抑制剂的添加量为：控制磷基抑制中磷元素与烟气中氯元素的摩尔比在0.5～2之间，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比在5～50之间。
所述的磷基抑制剂是指磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钙、磷酸氢钙、磷酸钙、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的任意一种。所述固体垃圾是指能够通过焚烧方式进行处置的城市生活垃圾、危险固体废物或工业固体废物。
以下实施例以生活垃圾为处理对象，在日处理量为1000吨的生活垃圾焚烧炉中进行。
实施例1：
磷基抑制剂为磷酸二氢铵，粒径为1000目，喷射到烟气温度为700℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.5，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为30，烟气二噁英的抑制效率为92.8％。
实施例2：
磷基抑制剂为磷酸二氢铵，粒径为500目，喷射到烟气温度为700℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.5，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为30，烟气二噁英的抑制效率为91.1％。
实施例3：
磷基抑制剂为磷酸二氢铵，粒径为200目，喷射到烟气温度为700℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.5，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为30，烟气二噁英的抑制效率为90.3％。
实施例4：
磷基抑制剂为磷酸二氢铵，粒径为500目，喷射到烟气温度为850℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.5，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为30，烟气二噁英的抑制效率为90.8％。
实施例5：
磷基抑制剂为磷酸二氢铵，粒径为500目，喷射到烟气温度为500℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.5，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为5，烟气二噁英的抑制效率为83.2％。
实施例6：
磷基抑制剂为磷酸二氢铵，粒径为500目，喷射到烟气温度为700℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为0.5，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为5，烟气二噁英的抑制效率为78.5％。
实施例7：
磷基抑制剂为磷酸二氢铵，粒径为500目，喷射到烟气温度为700℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为2，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为50，烟气二噁英的抑制效率为93.1％。
实施例8：
磷基抑制剂为磷酸铵，粒径为600目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.4，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为28，烟气二噁英的抑制效率为89.9％。
实施例9：
磷基抑制剂为磷酸二氢铵，粒径为600目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.4，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为28，烟气二噁英的抑制效率为90.3％。
实施例10：
磷基抑制剂为磷酸钙，粒径为600目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.4，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为28，烟气二噁英的抑制效率为83.3％。
实施例11：
磷基抑制剂为磷酸二氢钾，粒径为600目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.4，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为28，烟气二噁英的抑制效率为64.9％。
实施例12：
磷基抑制剂为磷酸二氢钠，粒径为600目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.4，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为28，烟气二噁英的抑制效率为68.5％。
实施例13：
磷基抑制剂为磷酸钠，粒径为1000目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.6，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为32，烟气二噁英的抑制效率为69.7％。
实施例14：
磷基抑制剂为磷酸氢二钠，粒径为1000目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.6，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为32，烟气二噁英的抑制效率为70.3％。
实施例15：
磷基抑制剂为磷酸氢钙，粒径为1000目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.6，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为32，烟气二噁英的抑制效率为85.6％。
实施例16：
磷基抑制剂为磷酸二氢钙，粒径为1000目，喷射到烟气温度为750℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.6，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为32，烟气二噁英的抑制效率为87.1％。
实施例17：
磷基抑制剂为磷酸钾，粒径为1000目，喷射到烟气温度为800℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.6，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为32，烟气二噁英的抑制效率为66.2％。
实施例18：
磷基抑制剂为磷酸氢二钾，粒径为1000目，喷射到烟气温度为800℃左右的烟道区域，磷元素与烟气中氯元素的摩尔比为1.6，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比为32，烟气二噁英的抑制效率为67.5％。
可见，采用该磷基化合物技术能够高效地抑制二噁英的生成。并且，与现有技术中通常使用的硫类、氮类抑制剂相比，本发明没有增加烟气中SO2、NOX等污染物的风险，不会造成受热面低温腐蚀的负面影响。而且该方法操作简单、运行成本低，在未来的废弃物焚烧处置中有极大的应用价值。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用磷基抑制剂高效抑制垃圾焚烧过程二噁英生成的方法，其特征在于，是在垃圾焚烧炉中以焚烧方式处置固体垃圾时，将粉末状的磷基抑制剂喷射到垃圾焚烧炉中温度范围为500~850℃的烟道区域内，用于抑制燃后区烟气中二噁英的低温再合成；
所述的磷基抑制剂是指磷酸铵、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵中的任意一种；所述磷基抑制剂的粒径在200~1000目之间；控制磷基抑制剂的用量，使磷基抑制剂中磷元素与烟气中氯元素的摩尔比在0.5~2之间，或磷元素与垃圾中过渡金属元素的摩尔比在5~50之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体垃圾是指能够通过焚烧方式进行处置的城市生活垃圾、危险固体废物或工业固体废物。
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