CN109569228A - 垃圾焚烧炉烟气的排放系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种垃圾焚烧炉烟气的排放系统及工艺,该工艺包括以下步骤:脱硝;半干法除酸性气体和二价汞化合物;活性炭吸附和干粉脱酸;除尘;烟气换热;低温等离子体分解污染物;湿法脱酸。本发明可实现多种污染物(包括颗粒物、氮氧化物、硫氧化物、二噁英、氯化氢、氟化氢、汞和其他重金属)的同步、高效深度脱除,可实现垃圾焚烧烟气的超低浓度排放,NOX<50mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3,二噁英TEQ<0.01ng/Nm3,同时大幅度降低HF、HCl、汞及其它重金属的排放指标。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染净化领域,尤其涉及一种垃圾焚烧炉烟气的排放系统及工艺。
背景技术
随着我国经济的高速发展,人民生活水平迅速提高,城市化进程不断提高,各类垃圾的产生量也在急剧增加。根据国家环保部公布的《2017年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》数据显示,2016年,214个大、中城市生活垃圾产生量18850.5万吨,以每年8-10%的增长率增加。国内垃圾处理的方法,主要为垃圾填埋和垃圾焚烧。垃圾填埋由于需要消耗大量的土地资源,且易发生污水渗漏污染土壤和地下水,破坏土地资源,造成严重的二次污染。因此近年来,垃圾填埋的处理量相对比例不断减少。垃圾焚烧工艺与垃圾填埋工艺、及其他处理工艺相比较,具有垃圾适应范围广、能量利用率高、占地小的优点,垃圾焚烧工艺处理垃圾的产量也在不断的增加,相对比例不断提高。在国内发达城市,大部分垃圾开始采用垃圾焚烧工艺进行处理。
垃圾焚烧也会带来新的问题,我国由于垃圾分类开展得并不好,垃圾焚烧后除灰渣应进行特别处理外,烟气中也带有大量的污染物,在向大气排放前应进行特别处理。由于垃圾成分的特殊性,垃圾经燃烧后产生的烟气中主要污染物为:粉尘、SO2、HCl、NOX(PCDD/PCDF等)、重金属等。垃圾焚烧烟气按目前国内传统工艺,难以达到深度治理净化的目的。主要原因如下:
(1)脱硝(NOX的去除)
国内脱硝工艺的应用,主要为SNCR(非选择性催化还原法)、SCR(选择性催化还原法)及低温SCR。SNCR为垃圾焚烧烟气脱硝的传统工艺,目前大量应用,技术成熟。SCR工艺由于垃圾焚烧烟气成分的特点,易造成催化剂中毒,且烟气温度较难匹配,工艺难以选用。低温SCR工艺须脱硫、除尘和升温,同样存在催化剂易中毒现象,运行成本高昂,技术成熟度差,难以推广应用。由于SNCR的脱硝效率,一般为50%左右,因此脱硝效率普遍不高,NOX的深度净化存在技术难题。
(2)去除二噁英
二噁英是垃圾焚烧烟气治理的最重要指标之一。目前控制技术主要为燃烧控制,及在布袋除尘器之前喷入活性碳粉进行吸附,吸附尚未分解和已再合成的二噁英类物质,其它脱除控制应用工艺很少。
(3)脱汞
大量的汞在垃圾焚烧烟气中以元素汞的形式存在,呈气态,主要是通过活性碳粉进行吸附去除,其它脱除控制应用工艺同样很少。
(4)脱硫、脱除HF、HCl
目前垃圾电厂的常规工艺,主要是半干法除酸、干法除酸和湿法除酸工艺进行去除。半干法除酸、干法除酸和湿法除酸工艺均存在脱酸效率的限制,可以实现较低的排放指标,但难以完全实现超低排放处理的目的。
综上所述,国内目前传统的垃圾焚烧烟气处理,仅可以实现较低浓度的排放控制,但随着环保排放指标标准要求的逐渐提高,排放控制变得越来越困难,尤其是NOX、二噁英和金属汞的控制,难以达到超低排放的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧炉烟气的排放系统及工艺,该发明能够实现深度净化,同时实现烟气的超低浓度排放。
为解决此技术问题,本发明的技术方案是:
一种垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,包括以下步骤:
步骤A、脱硝
SNCR脱硝装置将氨水喷射入锅炉内部与烟气混合;氨水中的氨与烟气中的NOx的当量比为1.5至1.6;
步骤B、半干法除酸性气体和二价汞化合物
经过步骤A的烟气通过余热锅炉降温后通入至半干法旋转喷雾装置,半干法旋转喷雾装置喷射碱性溶液液滴;烟气中的酸性气体与碱性溶液发生中和反应形成盐颗粒;烟气中的二价汞化合物被碱性溶液颗粒接触固化形成粉尘固体;
步骤C、活性炭吸附和干粉脱酸
经过步骤B的烟气通入烟道,向烟道的烟气中喷射活性炭,活性炭将烟气中的二噁英和酸性气体吸附;同时向烟道的烟气中喷射消石灰干粉,消石灰与烟气中的酸性气体发生酸碱中和反应;
步骤D、除尘
经过步骤C的烟气通入至布袋除尘器,布袋除尘器利用滤料捕集烟气中的粉尘颗粒以及活性炭和消石灰干粉颗粒;
步骤E、烟气换热
经过步骤D的烟气通入至气-气换热器与后续步骤G反应后进入气-气换热器的低温超净烟气进行换热;
步骤F、低温等离子体分解污染物
经过步骤E的烟气通入至低温等离子反应器,低温等离子反应器放电使得烟气中的污染物发生氧化还原反应或者分解反应;
步骤G、湿法脱酸
经过步骤F的烟气通入至湿法脱酸塔,在湿法脱酸塔内与碱液发生气液反应,脱除酸性气体和固体粉尘颗粒,获得超净烟气;将步骤G中排出的超净烟气通入至气-气换热器,烟气经气-气换热器加热后由烟囱排出。
于本发明一实施例中,所述步骤A中氨水喷射处烟气的温度为850℃至1100℃。
于本发明一实施例中,所述步骤F中低温等离子反应器的放电形式为电晕放电或者介质阻挡放电。
于本发明一实施例中,所述步骤F中低温等离子反应器的电源峰值电压为80KV至120KV;所述低温等离子反应器的电源脉宽为0.1μs至1μs。
于本发明一实施例中,所述步骤E排出的烟气在步骤F低温等离子反应器中停留时间为1.8s至2.5s。
于本发明一实施例中,所述步骤D排出的烟气在步骤E低温等离子反应器中烟气流速为0.8m/s至2m/s。
于本发明一实施例中,所述步骤E排出的烟气在进入步骤F低温等离子反应器的过程中气流相对均方根差为0.1至0.2。
于本发明一实施例中,所述步骤G中碱性溶液雾化粒径为30-50μm,液气比为10-18L/m3。
本发明还提供一种垃圾焚烧炉烟气的排放系统,包括:依次连接的焚烧炉、余热锅炉装置、半干法旋转喷雾装置、布袋除尘装置、气-气换热器、低温等离子反应器以及湿法脱酸塔;所述焚烧炉内设有SNCR脱硝装置;所述半干法旋转喷雾装置和所述布袋除尘装置之间通过烟道连通,烟道上设有活性炭烟道混合喷射装置和干粉烟道混合喷射装置;所述气-气换热器具有热气进口、热气出口、冷气进口和冷气出口,热气进口通过管道与布袋除尘装置连接,热气出口通过管道与低温等离子反应器连接,冷气进口通过管道与湿法脱酸塔连接,冷气出口通过管道连接烟囱。
于本发明一实施例中,所述SNCR脱销装置包括双流体雾化喷枪,该双流体雾化喷枪连接有氨水供应系统,由氨水供应系统向SNCR脱硝装置供应氨水;所述半干法旋转喷雾装置采用的是上进气顺流反应塔;低温等离子反应器的放电形式为电晕放电或者介质阻挡放电;湿法脱酸塔包括从下至上依次设置的碱液层、喷淋层和吸收除雾层,所述喷淋层通过循环泵连接碱液层,通过循环泵抽吸碱液层中的碱液然后向下喷淋。
通过采用上述技术方案,本发明的有益效果是:本发明通过SNCR脱硝实现烟气的初次脱硝;SNCR反应后烟气经余热锅炉降温后进入半干法旋转喷雾反应装置进行初次脱酸和去除二价汞化合物,半干法旋转喷雾反应装置处理后的烟气进入与布袋除尘器相连接的烟道中,通过活性炭烟道混合喷射装置和干粉烟道混合喷射装置进行吸附和脱酸,之后烟气经过布袋除尘器除尘,之后烟气经过换热后进入低温等离子反应器进行氧化还原反应或分解反应,进一步脱硝脱酸及分解其他污染物,之后经过湿法脱酸塔处理后的净化烟气经气-气加热器加热后由烟囱排出。由此可见,本发明可实现多种污染物(包括颗粒物、氮氧化物、硫氧化物、二噁英、氯化氢、氟化氢、汞和其他重金属)的同步、高效深度脱除,可实现垃圾焚烧烟气的超低浓度排放,NOX<50mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3,二噁英TEQ<0.01ng/Nm3,同时大幅度降低HF、HCl、汞及其它重金属的排放指标。
附图说明
图1为本发明的垃圾焚烧炉烟气的排放系统的一种实施例的结构示意图。
图中各附图标记为:1、焚烧炉;2、SNCR脱硝装置;3、余热锅炉装置;4、半干法旋转喷雾装置;5、活性炭烟道混合喷射装置;6、干粉烟道混合喷射装置;7、布袋除尘装置;8、气-气换热器;9、低温等离子体反应装置;10、湿法脱酸塔;11、烟囱。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案,下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
请参考图1所示,本发明提供一种垃圾焚烧炉烟气的排放系统,包括:依次连接的焚烧炉1、余热锅炉装置3、半干法旋转喷雾装置4、布袋除尘装置7、气-气换热器(GGH)8、低温等离子反应器9以及湿法脱酸塔10。
所述焚烧炉1内设有SNCR脱硝装置2以对焚烧炉1产生的烟气进行初次脱硝。所述半干法旋转喷雾装置4和所述布袋除尘装置7之间通过烟道连通,烟道上设有活性炭烟道混合喷射装置5和干粉烟道混合喷射装置6。
所述气-气换热器8具有热气进口81、热气出口82、冷气进口83和冷气出口84,热气进口81通过管道与布袋除尘装置7连接,热气出口82通过管道与低温等离子反应器9连接,冷气进口83通过管道与湿法脱酸塔10连接,冷气出口84通过管道连接烟囱11。
焚烧炉1产生的烟气先经SNCR脱硝装置2初次脱硝,所述SNCR脱销装置2包括双流体雾化喷枪21,该双流体雾化喷枪21连接有氨水供应系统20,由氨水供应系统20向SNCR脱硝装置2供应氨水,氨水通过双流体雾化喷枪21喷射进入焚烧炉1产生的烟气中(喷射处烟气温度在850~1100℃之间),汽化后与烟气充分混合,大量的氨气与烟气中的NO,NO2被还原成N2(氨与NOx的当量比为1.5~1.6),并伴有一定量的NH3过量未反应。
初步脱硝后的烟气经余热锅炉3降温后进入半干法旋转喷雾装置4,半干法旋转喷雾装置4采用的是上进气顺流反应塔,石灰浆经高压旋转雾化后喷入反应塔,烟气从塔顶进入反应塔,经均匀分布后与高速雾化的石灰浆混合。在反应塔内,烟气中的酸性气体与石灰反应,将SO2、HCl、HF等酸性物质中和沉淀,生成惰性的固体物质CaCl2、CaF2、CaSO4,同时石灰浆中的水分吸收烟气中的热量蒸发,将烟气冷却到设定的温度。烟气在塔内有足够的反应时间,石灰浆中水分完全蒸发。反应后的烟气从塔底流出,其中大颗粒固体因惯性沉积在塔底灰斗中,定期排出。烟气携带出的固态颗粒物在后续工序布袋除尘装置7中被捕获去除。
半干法旋转喷雾装置4反应后的烟气进入烟道中,由于烟道中设置了活性炭烟道混合喷射装置5和干粉烟道混合喷射装置6,粉末活性炭与烟气通过强烈的湍流实现均匀混合,达到吸附重金属、二噁英和呋喃等污染物的目的;同时向烟道的烟气中喷射消石灰干粉,消石灰在烟道内和布袋除尘装置7的滤袋表面与烟气中的酸性气体发生酸碱中和反应。活性炭粉末和消石灰干粉吸收污染物后被布袋除尘装置7捕获去除。
烟气中原有的粉尘颗粒和上述装置中产生的固态盐类颗粒物、活性炭粉末、消石灰干粉等在布袋除尘器7中一起被去除。布袋除尘器7是利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤,当含尘气体进入袋式除尘器后,颗粒大、比重大的粉尘,由于重力的作用沉降下来,落入灰斗,含有较细小粉尘的气体在通过滤料时,粉尘被阻留,使烟气得到净化。
经过初步脱硝、脱酸、吸附和除尘的烟气经气-气换热器8降温后进入低温等离子反应器9。低温等离子反应器9的放电形式为电晕放电或者介质阻挡放电,低温等离子反应器9包括放电极和接地极,烟气在低温等离子反应器9中停留时间1.8-2.5s,烟气中的物质受到放电极和接地极产生的等离子体脉冲电晕放电的强烈作用,激发产生强烈的氧化还原反应。氮氧化物反应为硝酸氨颗粒物及部分NO2、HNO3,其中部分氮氧化物会被还原为N2;SO2气体在低温等离子反应器9中,可被部分反应为硫酸氨,实现部分脱除目的;元素汞将被低温等离子反应器9产生的自由基和其他活性粒子氧化成氧化汞、氯化汞等,由元素汞转化成二价汞,在后续的湿法脱酸塔10中得以去除;其它重金属物质在低温等离子反应器9中会发生相应的氧化反应,低温等离子反应器9高能电子和电场力的共同作用促进其它重金属物质被粉尘和雾滴吸附,有利于在后续湿法脱酸塔10中脱除。二噁英在低温等离子反应器9产生的自由基和其他活性粒子的作用下将会发生脱氯、杂环断裂等反应,最终生成CO2、CO、H2O、HCl等无机气体小分子,消除二噁英毒性,实现彻底脱除的目的。
低温等离子反应器9作用后的烟气进入湿法脱酸塔10。湿法脱酸塔10包括从下至上依次设置的碱液层、喷淋层和吸收除雾层,所述喷淋层通过循环泵连接碱液层,通过循环泵抽吸碱液层中的碱液然后向下喷淋。烟气从湿法脱酸塔10下部进入,在碱液层和喷淋层内与碱液发生气液反应,进一步脱除酸性气体和固体粉尘颗粒。湿法脱酸塔10顶部吸收除雾层可减少烟气中的含水量,除雾水直接排除,不与下部碱液混合,减少污水排放。最终净化后的超净烟气经气-气换热器8加热后由烟囱排至大气中。
外排净化烟气经气-气换热器8加热后温度为100-110℃,不再需要增加烟气升温消白装置,该气-气换热器8合理利用布袋除尘装置7处理后的高温烟气对最后排放前的超净烟气进行加热,达到了合理利用资源,减少能源消耗的目的。烟气中的污染物浓度达到超低浓度标准,其中NOX<50mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3,二噁英TEQ<0.01ng/Nm3,同时大幅度降低HF、HCl、汞及其它重金属的排放指标。
从以上的描述中,可以看出本发明提供的实施例通过低温等离子反应器与SNCR脱硝装置、活性炭喷射装置、布袋除尘装置、气-气换热器和湿法脱酸塔相组合的垃圾焚烧炉烟气的排放系统可实现多种污染物(包括颗粒物、氮氧化物、硫氧化物、二噁英、氯化氢、氟化氢、汞和其他重金属)的协同、高效深度脱除,整个工艺装置废水产生量少,节能减排,最终实现垃圾焚烧炉烟气的超低排放。
本发明还提供一种垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,包括以下步骤:
步骤A、脱硝
SNCR脱硝装置将氨水喷射入锅炉内部与烟气混合;氨水中的氨与烟气中的NOx的当量比为1.5至1.6;
步骤B、半干法除酸性气体和二价汞化合物
经过步骤A的烟气通过余热锅炉降温后通入至半干法旋转喷雾装置,半干法旋转喷雾装置喷射碱性溶液液滴;烟气中的酸性气体与碱性溶液发生中和反应形成盐颗粒;烟气中的二价汞化合物被碱性溶液颗粒接触固化形成粉尘固体;
步骤C、活性炭吸附和干粉脱酸
经过步骤B的烟气通入烟道,向烟道的烟气中喷射活性炭,活性炭将烟气中的二噁英和酸性气体吸附;同时向烟道的烟气中喷射消石灰干粉,消石灰与烟气中的酸性气体发生酸碱中和反应;
步骤D、除尘
经过步骤C的烟气通入至布袋除尘器,布袋除尘器利用滤料捕集烟气中的粉尘颗粒以及活性炭和消石灰干粉颗粒;
步骤E、烟气换热
经过步骤D的烟气通入至气-气换热器与后续步骤G反应后进入气-气换热器的低温超净烟气进行换热;
步骤F、低温等离子体分解污染物
经过步骤E的烟气通入至低温等离子反应器,低温等离子反应器放电使得烟气中的污染物发生氧化还原反应或者分解反应;
步骤G、湿法脱酸
经过步骤F的烟气通入至湿法脱酸塔,在湿法脱酸塔内与碱液发生气液反应,脱除酸性气体和固体粉尘颗粒,获得超净烟气;将步骤G中排出的超净烟气通入至气-气换热器,烟气经气-气换热器加热后由烟囱排出。
进一步地,所述步骤A中氨水喷射处烟气的温度为850℃至1100℃。
进一步地,所述步骤F中低温等离子反应器的放电形式为电晕放电或者介质阻挡放电。
进一步地,所述步骤F中低温等离子反应器的电源峰值电压为80KV至120KV;所述低温等离子反应器的电源脉宽为0.1μs至1μs。
进一步地,所述步骤E排出的烟气在步骤F低温等离子反应器中停留时间为1.8s至2.5s。
进一步地,所述步骤D排出的烟气在步骤E低温等离子反应器中烟气流速为0.8m/s至2m/s。
进一步地,所述步骤E排出的烟气在进入步骤F低温等离子反应器的过程中气流相对均方根差为0.1至0.2。
进一步地,所述步骤G中碱性溶液雾化粒径为30-50μm,液气比为10-18L/m3。
应当理解,上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,其特征在于,包括以下步骤:
步骤A、脱硝
SNCR脱硝装置将氨水喷射入锅炉内部与烟气混合;氨水中的氨与烟气中的NOx的当量比为1.5至1.6;
步骤B、半干法除酸性气体和二价汞化合物
经过步骤A的烟气通过余热锅炉降温后通入至半干法旋转喷雾装置,半干法旋转喷雾装置喷射碱性溶液液滴;烟气中的酸性气体与碱性溶液发生中和反应形成盐颗粒;烟气中的二价汞化合物被碱性溶液颗粒接触固化形成粉尘固体;
步骤C、活性炭吸附和干粉脱酸
经过步骤B的烟气通入烟道,向烟道的烟气中喷射活性炭,活性炭将烟气中的二噁英和酸性气体吸附;同时向烟道的烟气中喷射消石灰干粉,消石灰与烟气中的酸性气体发生酸碱中和反应;
步骤D、除尘
经过步骤C的烟气通入至布袋除尘器,布袋除尘器利用滤料捕集烟气中的粉尘颗粒以及活性炭和消石灰干粉颗粒;
步骤E、烟气换热
经过步骤D的烟气通入至气-气换热器与后续步骤G反应后进入气-气换热器的低温超净烟气进行换热;
步骤F、低温等离子体分解污染物
经过步骤E的烟气通入至低温等离子反应器,低温等离子反应器放电使得烟气中的污染物发生氧化还原反应或者分解反应;
步骤G、湿法脱酸
经过步骤F的烟气通入至湿法脱酸塔,在湿法脱酸塔内与碱液发生气液反应,脱除酸性气体和固体粉尘颗粒,获得超净烟气;将步骤G中排出的超净烟气通入至气-气换热器,烟气经气-气换热器加热后由烟囱排出。
2.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,其特征在于,所述步骤A中氨水喷射处烟气的温度为850℃至1100℃。
3.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,其特征在于,所述步骤F中低温等离子反应器的放电形式为电晕放电或者介质阻挡放电。
4.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,其特征在于,所述步骤F中低温等离子反应器的电源峰值电压为80KV至120KV;所述低温等离子反应器的电源脉宽为0.1μs至1μs。
5.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,其特征在于,所述步骤E排出的烟气在步骤F低温等离子反应器中停留时间为1.8s至2.5s。
6.如权利要求5所述的垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,其特征在于,所述步骤D排出的烟气在步骤E低温等离子反应器中烟气流速为0.8m/s至2m/s。
7.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,其特征在于,所述步骤E排出的烟气在进入步骤F低温等离子反应器的过程中气流相对均方根差为0.1至0.2。
8.如权利要求1所述的垃圾焚烧炉烟气的排放工艺,其特征在于,所述步骤G中碱性溶液雾化粒径为30-50μm,液气比为10-18L/m3。
9.一种垃圾焚烧炉烟气的排放系统,其特征在于,包括:依次连接的焚烧炉、余热锅炉装置、半干法旋转喷雾装置、布袋除尘装置、气-气换热器、低温等离子反应器以及湿法脱酸塔;所述焚烧炉内设有SNCR脱硝装置;所述半干法旋转喷雾装置和所述布袋除尘装置之间通过烟道连通,烟道上设有活性炭烟道混合喷射装置和干粉烟道混合喷射装置;所述气-气换热器具有热气进口、热气出口、冷气进口和冷气出口,热气进口通过管道与布袋除尘装置连接,热气出口通过管道与低温等离子反应器连接,冷气进口通过管道与湿法脱酸塔连接,冷气出口通过管道连接烟囱。
10.如权利要求9所述的垃圾焚烧炉烟气的排放系统,其特征在于,所述SNCR脱销装置包括双流体雾化喷枪,该双流体雾化喷枪连接有氨水供应系统,由氨水供应系统向SNCR脱硝装置供应氨水;所述半干法旋转喷雾装置采用的是上进气顺流反应塔;低温等离子反应器的放电形式为电晕放电或者介质阻挡放电;湿法脱酸塔包括从下至上依次设置的碱液层、喷淋层和吸收除雾层,所述喷淋层通过循环泵连接碱液层,通过循环泵抽吸碱液层中的碱液然后向下喷淋。
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