CN115325541A - 污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统及工艺，所述系统包括垃圾焚烧炉和污泥炭化炉，二者之间设有热解气燃烧塔，热解气燃烧塔出口处的管路一支与污泥炭化炉出料端连通，另一支与污泥炭化炉进料端管路汇合并连接至热解尾气风机，然后通过热解气入炉管路与垃圾焚烧炉连通；其中，热解气入炉管路分为两个支路，其中一路连接至焚烧炉的二次风喷口附近，另一路连接至焚烧炉尾部第四段和第五段正对炉墙位置。与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述系统及方法利用了污泥自热炭化后的热解尾气，并将未燃尽的炭化热解气直接输入炉膛合适的位置，无需新设烟气净化系统，实现再燃脱硝，将垃圾焚烧产生的NOx进行还原，脱硝效率在50％～70％。

Description

污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统及工艺

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及热解尾气高效清洁利用的方法，具体为污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统及工艺。

背景技术

目前污泥的处置过程中，炭化是实现资源化、减量化和无害化的有效途径，污泥炭可用于土壤修复，或作为吸附材料和肥料等。然而污泥炭化过程中存在着环境污染严重，能耗大，资源利用不充分的特点。而垃圾焚烧电厂脱硝因SNCR脱硝效率中等，不能满足较高的排放要求，SCR催化剂因碱金属中毒失效，因此一直成为NOx提标改造的瓶颈。将污泥炭化工艺与垃圾焚烧电厂耦合，未燃尽的热解气通入垃圾焚烧炉膛，实现热解尾气脱硝的目的。目前传统炉内再燃脱硝都是直接采用天然气为再燃燃料，还有利用烟气再循环实现炉内脱销，存在腐蚀大，脱硝效果不明显的问题。

现有技术CN213570103 U提供了一种垃圾焚烧锅炉耦合污泥炭化处置系统，在垃圾焚烧锅炉一烟道内设置污泥炭化机，垃圾焚烧产生的高温烟气为污泥炭化提供热源。炭化产生的可燃气回喷入炉作为垃圾焚烧锅炉的辅助燃料。

现有技术CN214115316 U专利中介绍了一种垃圾焚烧锅炉耦合污泥低温炭化处置系统，在垃圾余热锅炉二级蒸发器与省煤器之间设置抽气口，抽取烟气作为污泥炭化机的热源，利用烟气中的高品位热能实现污泥的低温炭化处置，其污泥炭化后的烟气未加以资源化利用，还增加了运行成本。

以上现有技术存在的缺陷在于，均未将污泥自热炭化后的热解尾气送入垃圾焚烧炉加以利用，并满足垃圾焚烧炉的NOx低于100mg/m³要求。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，本发明通过将污泥炭化过程中产生各种未燃尽热解气，通入垃圾焚烧炉膛内，与垃圾焚烧产生的氮氧化物发生反应，达到脱除氮氧化物的目的，同时污泥炭化的热解尾气实现高效清洁利用。

技术方案：污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统，所述系统包括垃圾焚烧炉和污泥炭化炉，二者之间设有热解气燃烧塔，热解气燃烧塔出口处的管路一支与污泥炭化炉出料端连通，另一支与污泥炭化炉进料端管路汇合并连接至热解尾气风机，然后通过热解气入炉管路与垃圾焚烧炉连通；其中，热解气入炉管路分为两个支路，其中一路连接至焚烧炉的二次风喷口附近，另一路连接至焚烧炉尾部第四段和第五段正对炉墙位置，此位置正是NOx生成较大的区域，可以通过热解气的加入，以针对燃烧单元的第四段和第五段进行烟气扰动和热解气脱硝。

优选的，热解气入炉管路与二次风喷口附近的炉墙通过热解气尾气喷口连通，热解气尾气喷口设于二次风喷口的上方或下方的0.5-2m处；热解气入炉管路与焚烧炉尾部炉墙通过热解尾气燃烧段喷口连通。

优选的，热解气尾气喷口和热解尾气燃烧段喷口与炉墙之间的夹角为15-80°，从而保证热解气与高温烟气的充分混合，与烟气中的NOx发生还原反应，并将其还原为N₂。同时高温烟气进入炉内，对局部区域实现烟气扰动，温度分布均匀，能降低炉膛局部的温度，从而抑制NOx生成。

优选的，热解气尾气喷口和热解尾气燃烧段喷口结构相同，均包括母管和至少一根喷管，喷管底部膨大为喉管并通过扩散段与母管连通，每根喷管对应设有一个检修口。

优选的，喷管之间间隔0.5-1m；喷管均采用管径为DN65的规格，或管径为DN50和DN80两种规格间隔布置。喷管采用文丘里原理进行设计，与母管连接位置设置较大的接口即扩散段，内径一般为尾部喷管的2倍，之后连接变径缩口，起到增加气体流速的作用，尾部喷管将气体送入炉膛中。在炉膛正压时，将喷口堵塞，影响运行工况，预留检修口，便于拆卸和维护。

优选的，热解气燃烧塔出口处与污泥炭化炉进料端管路汇合的一支管路上设有电动调节阀，热解气入炉管路的两个支路上均设有电动调节阀。

以上任一所述系统的污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝工艺，包括以下步骤：

S1、获取初始高温热解气

污泥炭化炉内的污泥自热炭化得到初始高温热解气，经管路输送至热解气燃烧塔进行部分燃烧，燃烧后70-90％的热量回输至污泥炭化炉并在其中换热，用于维持污泥炭化炉的正常运行，换热后的热解气温度约为200℃，然后通过与炭化炉的进料端连通的管路与热解气燃烧塔燃烧后的剩余热量汇合输送至热解尾气风机；其中，汇合后的热解气温度为250-300℃，因此不存在低温酸性气体腐蚀的问题，同时温度相比烟气再循环的温度高，能提高锅炉热效率，降低NOx排放；

S2、汇合后热解气输送至焚烧炉

热解气入炉管路分为两路，两路中热解气的流量分配为：热解气尾气喷口处的热解气流量占总量的50-70％，热解尾气燃烧段喷口处的热解气流量占总量的30-50％；喷口处热解气的喷入速度为70-90m/s；

其中，垃圾焚烧炉的空气经一次风空预器加热后通过一次风管路分别被5段一次风机送入焚烧炉；垃圾焚烧炉上方设有焚烧炉出口供烟气排出。

优选的，S1中的初始高温热解气内包括甲烷、氢气、CO和焦油中的至少一种。

有益效果：(1)本发明所述系统及方法利用了污泥自热炭化后的热解尾气，并将未燃尽的炭化热解气直接输入炉膛合适的位置，无需新设烟气净化系统，实现再燃脱硝，将垃圾焚烧产生的NOx进行还原，脱硝效率在50％～70％；(2)所述系统优化合理布置其喷射位置，借助二次风对烟气实现扰流，NOx分布相对均匀，实现与垃圾焚烧炉膛的烟气充分混合；(3)所述工艺将高温热解气直接送入炉膛，避免了热解气中难处理的焦油等物质冷凝堵塞管道等问题。

附图说明

图1是污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统的结构示意图；

图2是管路喷口的结构示意图；

其中，1-垃圾焚烧炉；2-污泥炭化炉；3-热解气燃烧塔；4-热解尾气风机；5-一次风机；6-焚烧炉出口；7-热解尾气喷口；8-二次风喷口；9-热解尾气燃烧段喷口；10-一次风管路；11-热解气入炉管路；12-一次风空预器；13-母管；14-扩散段；15-喉管；16-喷管；17-检修口。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

基于某500t/d垃圾焚烧耦合100t/d污泥炭化工艺：

如图1所示，污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统，所述系统包括垃圾焚烧炉1和污泥炭化炉2，二者之间设有热解气燃烧塔3，热解气燃烧塔3出口处的管路一支与污泥炭化炉2出料端连通，另一支与污泥炭化炉2进料端管路汇合并连接至热解尾气风机4，然后通过热解气入炉管路11与垃圾焚烧炉1连通；其中，热解气入炉管路11分为两个支路，其中一路连接至焚烧炉的二次风喷口8附近，另一路连接至焚烧炉尾部第四段和第五段正对炉墙位置。

热解气入炉管路11与二次风喷口8附近的炉墙通过热解气尾气喷口7连通，热解气尾气喷口7设于二次风喷口8下方的1m处；热解气入炉管路11与焚烧炉尾部炉墙通过热解尾气燃烧段喷口9连通。

热解气尾气喷口7和热解尾气燃烧段喷口9与炉墙之间的夹角为30°。

热解气尾气喷口7和热解尾气燃烧段喷口9结构相同，喷管16底部膨大为喉管15并通过扩散段14与母管13连通，每根喷管16对应设有一个检修口。热解气尾气喷口7下端前墙、后墙均设置7支喷管，焚烧炉四五段炉墙各两排喷管，每排五支喷管，喷管流量通过球阀控制。

喷管16均采用管径为DN65的规格，喷管采用DN 65管径均匀布置。

热解气燃烧塔3出口处与污泥炭化炉2进料端管路汇合的一支管路上设有电动调节阀，热解气入炉管路11的两个支路上均设有电动调节阀。

所述工艺包括以下步骤：

S1、获取初始高温热解气

污泥炭化炉2内的污泥自热炭化得到初始高温热解气，经管路输送至热解气燃烧塔3进行部分燃烧，燃烧后50％的热量回输至污泥炭化炉2并在其中换热，然后通过与炭化炉的进料端连通的管路与热解气燃烧塔3燃烧后的剩余热量汇合输送至热解尾气风机4；其中，汇合后的热解气温度为250-300℃；

S2、汇合后热解气输送至焚烧炉

热解气入炉管路11分为两路，两路中热解气的流量分配为：热解气尾气喷口7处的热解气流量占总量的50％，热解尾气燃烧段喷口9处的热解气流量占总量的30-50％；喷口处热解气的喷入速度为70-90m/s；

其中，垃圾焚烧炉1的空气经一次风空预器12加热后通过一次风管路10分别被5段一次风机5送入焚烧炉；垃圾焚烧炉1上方设有焚烧炉出口9供烟气排出。

S1中的初始高温热解气内包括甲烷、氢气、CO和焦油中的至少一种。

排放的烟气中NOx从初始值380mg/Nm³降至160mg/Nm³，脱硝效率高达57.89％。

实施例2

基于某400t/d垃圾焚烧耦合100t/d污泥炭化工艺：

与实施例1不同之处在于：热解气尾气喷口7设于二次风喷口8下方的0.5m处，焚烧炉四五段炉墙两排，热解气尾气喷口7和热解尾气燃烧段喷口9与炉墙之间的夹角为70°，二次风下端前墙5支，后墙5支喷管。焚烧炉四五段炉墙各两排喷管16，每排五支喷管16，喷管16流量通过球阀控制，管径为DN65，喷管16采用DN50和DN 80管径交错布置。热解气尾气喷口7和热解尾气燃烧段喷口9两处热解气流量比例为2:1，

排放的烟气中NOx从初始值350mg/Nm³降至135mg/Nm³，脱硝效率高达61.43％。

Claims (8)

1.污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统，其特征在于，所述系统包括垃圾焚烧炉(1)和污泥炭化炉(2)，二者之间设有热解气燃烧塔(3)，热解气燃烧塔(3)出口处的管路一支与污泥炭化炉(2)出料端连通，另一支与污泥炭化炉(2)进料端管路汇合并连接至热解尾气风机(4)，然后通过热解气入炉管路(11)与垃圾焚烧炉(1)连通；其中，热解气入炉管路(11)分为两个支路，其中一路连接至焚烧炉的二次风喷口(8)附近，另一路连接至焚烧炉尾部第四段和第五段正对炉墙位置。

2.根据权利要求1所述的污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统，其特征在于，热解气入炉管路(11)与二次风喷口(8)附近的炉墙通过热解气尾气喷口(7)连通，热解气尾气喷口(7)设于二次风喷口(8)的上方或下方的0.5-2m处；热解气入炉管路(11)与焚烧炉尾部炉墙通过热解尾气燃烧段喷口(9)连通。

3.根据权利要求2所述的污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统，其特征在于，热解气尾气喷口(7)和热解尾气燃烧段喷口(9)与炉墙之间的夹角为15-80°。

4.根据权利要求3所述的污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统，其特征在于，热解气尾气喷口(7)和热解尾气燃烧段喷口(9)结构相同，均包括母管(13)和至少一根喷管(16)，喷管(16)底部膨大为喉管(15)并通过扩散段(14)与母管(13)连通，每根喷管(16)对应设有一个检修口。

5.根据权利要求4所述的污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统，其特征在于，喷管(16)之间间隔0.5-1m；喷管(16)均采用管径为DN65的规格，或管径为DN50和DN80两种规格间隔布置。

6.根据权利要求1所述的污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝系统，其特征在于，热解气燃烧塔(3)出口处与污泥炭化炉(2)进料端管路汇合的一支管路上设有电动调节阀，热解气入炉管路(11)的两个支路上均设有电动调节阀。

7.权利要求1-6任一所述系统的污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取初始高温热解气

污泥炭化炉(2)内的污泥自热炭化得到初始高温热解气，经管路输送至热解气燃烧塔(3)进行部分燃烧，燃烧后70-90％的热量回输至污泥炭化炉(2)并在其中换热，然后通过与炭化炉的进料端连通的管路与热解气燃烧塔(3)燃烧后的剩余热量汇合输送至热解尾气风机(4)；其中，汇合后的热解气温度为250-300℃；

S2、汇合后热解气输送至焚烧炉

热解气入炉管路(11)分为两路，两路中热解气的流量分配为：热解气尾气喷口(7)处的热解气流量占总量的50-70％，热解尾气燃烧段喷口(9)处的热解气流量占总量的30-50％；喷口处热解气的喷入速度为70-90m/s；

其中，垃圾焚烧炉(1)的空气经一次风空预器(12)加热后通过一次风管路(10)分别被5段一次风机(5)送入焚烧炉；垃圾焚烧炉(1)上方设有焚烧炉出口(9)供烟气排出。

8.根据权利要求7所述的污泥热解炭化尾气协同垃圾焚烧脱硝工艺，其特征在于，S1中的初始高温热解气内包括甲烷、氢气、CO和焦油中的至少一种。

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