CN102233230A

CN102233230A - 废弃物焚烧烟气净化工艺及其净化***

Info

Publication number: CN102233230A
Application number: CN2011101997127A
Authority: CN
Inventors: 屠柏锐; 王占全; 林岩; 赖剑波; 脱培德; 闵泽清
Original assignee: Xinyuan China Engineering Co ltd; C&g Environmental Protection China Co ltd
Current assignee: Xinyuan China Engineering Co ltd; C&g Environmental Protection China Co ltd
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2011-11-09

Abstract

本发明公开了一种废弃物焚烧烟气净化工艺，它包括脱硝步骤和除酸步骤。所述的脱硝步骤包括烟气再循环工艺和SNCR脱硝工艺的结合步骤；所述的除酸步骤包括一级除酸步骤和二级除酸步骤；所述的一级除酸步骤为喷雾干燥法除酸，二级除酸步骤为悬浮沸腾法除酸。由于本发明首先通过烟气再循环工艺，抑制NOx的生成，再通过二级脱酸工艺，去除烟气中的酸性气体，以较低的运行成本，高效地净化焚烧烟气。通过几种工艺的有机结合，达到烟气深度净化的效果。

Description

废弃物焚烧烟气净化工艺及其净化***

技术领域

本发明涉及一种废弃物如一般生活垃圾、医疗垃圾、危险废物和工业垃圾等采用炉排炉焚烧产生的烟气的净化技术，特别是涉及一种废弃物焚烧烟气净化工艺及其净化***。

背景技术

随着城市化进程以及工业、医疗卫生事业的发展，各类废弃物的处理处置问题越来越受到人们的关注。垃圾焚烧作为最有效处理垃圾的手段之一，得到了较广泛的应用。

由于垃圾是成分比较复杂的混合物，以生活垃圾为例，含有一部分有机化合物和氯化物、硫化物、氟化物等，还含有较大数量的重金属，根据相关资料显示，铬的含量一般为100～450 g/t , 镍为50～200g/t, 铜为450～2500 g/t,锌为900～3500g/t ,铅为750～2500g/t ,镉为10～40 g/t ,汞为2～7g/t；垃圾中的重金属除少部分在垃圾低温燃烧时除少量重金属以氧化物和游离态形式存在于底灰中，其它重金属将以不同形态存在于烟气中。垃圾焚烧过程还将产生HCl、SO₂、HF、NOx等酸性气体和二恶英类等污染物混合在烟气中；各类污染物在烟气中的典型原始浓度如下表：

污染物	典型范围	污染物	典型范围
				HCL mg/Nm³	200～1600	Pb mg/Nm³	1～50
HF mg/Nm³	0.5～5	Hg mg/Nm³	0.1～10
				SOx mg/Nm³	20～800	Cd mg/Nm³	0.05～2.5
NOx mg/Nm³	90～500	Cr+Cu+Mn+Ni mg/Nm³	10～100

上述烟气中的污染物必须经过净化达到相关标准后方可排放到大气中。

现有的垃圾焚烧烟气净化技术中，对NOx的控制主要有以“燃烧控制+还原法”去除氮氧化物NOx，其中，还原法包括选择性非催化还原SNCR和选择性催化还原SCR二种方式；传统SNCR技术的脱硝效率一般为30～80％，氨逃逸<10pmm；在工程上的脱硝效率一般为50%；SCR技术的脱硝效率一般为50-90%，在工程上的脱硝效率一般为60%。单独采用SNCR技术，在工程上较难持续满足欧盟2000标准；采用SCR技术时，为满足催化剂的反应温度，一般需要将除尘、脱酸处理后的烟气再次加热到200℃左右，消耗较大的热能，而且设备投资和运行费用均较高。

对于烟气中的HCl、SOx、HF等酸性气体的处理技术主要有干法工艺、喷雾干燥半干法工艺、湿法工艺和循环流化床工艺。

干法脱酸有两种方式，一种是干性药剂（一般采用消石灰）和酸性气体在反应塔内进行反应；另一种是在进入除尘器前的烟气管道中喷入干性药剂，在烟道中和除尘器表面与酸性气体反应。

采用干法脱酸工艺，在钙酸比为2：1时， HCl的去除率可达95%以上，SOx的去除率可达90%以上。根据垃圾焚烧厂烟气污染物原始浓度参考值， HCl的原始浓度在200～1600 mg/Nm³、SOx的原始浓度在200～800 mg/Nm³时，排烟中的HCl浓度应在10～80 mg/Nm³、SOx浓度应为20～80 mg/Nm³，一般不能满足较高标准的排放指标。

喷雾干燥半干法脱酸一般采用氧化钙（CaO）或氢氧化钙（Ca(OH)₂）为原料，制备成氢氧化钙溶液（石灰浆）。利用喷嘴或旋转喷雾器将氢氧化钙溶液（石灰浆）喷入反应器中，形成粒径极小的液滴，与酸性气体进行反应。反应过程中水分被完全蒸发，故无废水产生。当钙酸比为1.2时，半干法的HCl去除率可达到95%以上，SOx去除率可达到80%左右，在钙酸比为2：1时， HCL的去除率可达近97%，而SOx的去除率可达95%，即：排烟中的HCl浓度可以控制在6～48 mg/Nm³之间、SOx浓度可控制在10～40 mg/Nm³之间，持续排放浓度仍不能满足欧盟2000标准。而且，随着脱酸效率要求的提高，吸收剂的用量越来越不经济。喷雾干燥半干法有以下缺点： 1）为取得较好的脱酸效率，要求石灰浆喷雾***保持较好的雾化效果，导致***电耗提升，喷雾***设备磨损较严重，运行维护费用较大； 2）当原始烟气中酸性气体浓度较高时，石灰浆的喷入量受反应塔出口温度的限制，可调整的范围较小，需要提高石灰浆的浓度，而提高石灰浆浓度会引起输浆管道堵塞、加剧喷嘴磨损、降低雾化效果等问题，影响脱酸***持续稳定运行；3）喷入的石灰浆有部分石灰未能与烟气中的酸性气体充分反应，混合在飞灰中，与飞灰一同被收集排出，造成了较大的浪费。

湿法脱酸工艺，吸收药剂一般采用烧碱（NaOH）或硝石灰溶液（Ca（OH）₂）。配置好的吸收溶液喷入湿式洗涤塔，与烟气中的酸性气体进行反应。洗涤塔产生的废水需经处理后排放，处理后的烟气需再加热。

一般而言，湿法的HCl的去除率可达99.5%以上，SOx的去除率可达99%以上。能够满足欧盟2000的烟气排放标准要求。湿法脱酸的主要问题是产生大量的废水和吸收剂生成物，此外，由于烟气中有较高的含盐量，造成后续烟气加热器结垢严重。

循环流化法工艺，是近十多年新兴的烟气脱酸技术，采用悬浮方式，使吸收剂在吸收反应塔内悬浮、在多倍循环倍率过程中，与烟气中的酸性污染物接触反应；石灰颗粒之间发生碰撞、摩擦，不断露出新的未反应的石灰表面，进一步与酸性污染物充分反应，实现脱酸。该工艺与上述三个工艺比较，其综合性能较好，但脱酸效率与半干法基本相同，不能满足更高的烟气排放要求。

目前常用的重金属及二恶英去除工艺是“活性炭吸附＋袋式除尘器”。重金属和二恶英以固态、胶固态和气态的形式进入烟气处理***，吸附在烟气中和布袋表面的活性炭中，与飞灰一同收集下来。采用活性炭吸附工艺，在保证活性炭的性能、喷入量、吸附时间以及使用高品质的布袋除尘器的情况下，可以满足欧盟2000标准对重金属与二恶英的排放要求。

对烟气中的灰尘浓度控制主要采用静电除尘器或袋式除尘器。静电除尘器除尘效率与烟气流量、颗粒物粒径分布、凝聚性、比电阻、电极板距、电压及电流等因素有关，去除颗粒物粒径范围在0.05-20um，粒径在1.0um以下的去除效率较低。总的去除效率一般可达到95%-99.5%。以原始烟气含尘浓度按典型参考值3g/Nm3计，除尘净化后的烟气中粉尘浓度约为15-150 mg/Nm3，因此，一般单独使用静电除尘器做为除尘措施，不能满足现行的垃圾焚烧烟气排放标准。

袋式除尘器是使烟气到达滤袋时，通过以筛分作用为主，同时存在惯性碰撞、拦截、扩散的短程物理效应，以及在某些特定条件下的静电效应及重力效应等，进行气固分离，使颗粒物被捕集在滤袋上，再以定时或定阻控制方式，通过振动、喷吹等作用清除集尘的过滤装置。粒径在0.2-0.4um范围内的颗粒物去除效率较低。总除尘效率达到99.9%以上。排放烟气含尘浓度一般可控制在10mg/Nm³以下，能够满足欧盟2000标准的烟尘排放指标。

为了满足不断提高的垃圾焚烧烟气排放标准，特别是解决脱酸***效率低、成本高的问题，必须采用能够满足更先进、更经济、更高效的烟气处理新工艺。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种先进、更经济、更高效废弃物焚烧烟气净化工艺。

本发明的另一个目的在于提供一种废弃物焚烧烟气净化***，其可在较低运行成本的情况下，有效减少垃圾焚烧过程产生具有危险废物特征的物料，降低排放烟气中各类酸性气体污染物的浓度，满足欧盟2000环保排放标准。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种废弃物焚烧烟气净化工艺，它包括脱硝步骤和除酸步骤。

所述的脱硝步骤包括烟气再循环工艺和SNCR脱硝工艺的结合步骤；所述的烟气再循环工艺中的循环烟气取自余热锅炉的过热器与省煤器之间，此处的烟气温度为300～400℃，再循环烟气经入口调门，由风机送到炉排炉的干燥段风箱；所述的除酸步骤包括一级除酸步骤和二级除酸步骤；所述的一级除酸步骤为喷雾干燥法除酸，其反应物直接进入二级除酸步骤；二级除酸步骤为悬浮沸腾法除酸，其中悬浮沸腾吸收剂的主要部分来自第一级反应塔中喷入的石灰与烟气的反应物和部分未参加反应的石灰，另一部分来自循环返料，还有较少部分新鲜的活性炭与硝石灰粉的混合物。

本发明是一种废弃物焚烧烟气净化***，它包括垃圾焚烧炉、吸收剂制备和供给***、喷雾干燥反应塔、悬浮沸腾反应塔、返料装置、活性炭和石灰粉喷注***、布袋除尘器、引风机；所述的垃圾焚烧炉的出口烟道通过管道连接喷雾干燥反应塔的入口，将烟气送入喷雾干燥反应塔；所述的吸收剂制备和供给***通过管道连接喷雾干燥反应塔的入口，喷雾干燥反应塔出口连接悬浮沸腾反应塔下部入口，悬浮沸腾反应塔的上部出口连接循环返料装置；所述的活性炭和石灰喷注***与悬浮沸腾反应塔联接；所述的返料装置的返料出口与悬浮沸腾反应塔联接，其烟气出口与布袋除尘器连接。

喷雾干燥反应塔下部不设置常规排灰口，喷雾干燥反应塔底部的出口连接排入悬浮沸腾反应塔，烟气与固体反应物和飞灰一同由其底部的出口排入悬浮沸腾反应塔。

采用上述方案后，本发明工艺具有以下优点：

1、通过集成多种烟气处理工艺，以最经济的手段，全面满足欧盟2000标准的排放指标；通过降低焚烧烟气中的酸性气体浓度，并结合高效率去除酸性气体污染物的反应***工艺，净化排放的烟气。其特征首先通过，烟气再循环工艺，抑制NOx的生成，再通过二级脱酸工艺，去除烟气中的酸性气体，以较低的运行成本，高效地净化焚烧烟气。其特征是通过几种工艺的有机结合，达到烟气深度净化的效果。

2、采用独立的高温再循环烟气干燥垃圾和稀释烟气，减少传统工艺中用于垃圾干燥和焚烧的一次风量，充分发挥二次风的助燃和对烟气的扰动作用，通过对一、二次风量及其配比的控制，有效地降低烟气中的含氧量，从而抑制NOx的生成。其特征为把高温再循环烟气接入炉排炉干燥段风箱，减少用于垃圾干燥的一次风量，降低空气过量系数；在高效地干燥垃圾的同时，循环烟气起到了对燃烧烟气的稀释作用。

3、采用二级烟气净化工艺，能够高效地去除烟气中的酸性污染物，在较低的运行成本情况下，满足较严格的烟气排放标准。其特征为烟气经过二次脱酸净化处理。

4、二种烟气脱酸工艺有机地结合，充分发挥二种除酸工艺在分别对HCl和SOx去除率各有优势的特点，提高去除烟气中的HCl和SOx等酸性污染物的综合效率，从而实现高效率、低成本地净化烟气。其特征为科学地结合了二种不同的烟气处理工艺，把第一级反应器的反应后物料应用于第二级反应器，参与第二级脱酸过程。

5、由于采用二级脱酸工艺，可以经济合理地调整每级反应过程的钙酸比，合理分配二级脱酸反应的效率，降低吸收剂的用量，在总的石灰过量系数较低的情况下，实现较高的脱酸效率。

6、由于减少了吸收剂石灰的用量，导致最终飞灰量下降，节省用于飞灰处理的运行成本。

本发明的废弃物焚烧烟气净化***具有以下优点：

1）、本发明是一种新的垃圾焚烧烟气净化组合技术，能够满足较严格的欧盟2000环保排放标准。

2）、本发明采用独特的烟气再循环工艺，能够高效地抑制NOx的生成，降低空气过量系数，减少烟气排放量；辅之以SNCR***脱硝，能够以较低的运行成本，满足对氮氧化物排放浓度更严格的要求。

3）、结合二种除酸工艺分别对HCl和SOx去除率不同的特点，提高去除烟气中的HCl和SOx等酸性污染物的综合效率，从而实现高效率、低成本地净化烟气。

4）第一级反应塔中反应后的固体物料中，过量和部分未反应的Ca(OH)₂将在第二级反应塔中进一步与酸性气体发生反应，从而提高了吸收剂的利用率，降低了烟气处理吸附剂的用量，同时减少了飞灰的产生量，节省烟气处理和飞灰处理成本。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的***示意图。

具体实施方式

一、工艺

所述的脱硝步骤包括烟气再循环步骤和SNCR脱硝步骤；所述的烟气再循环步骤中的循环烟气取自余热锅炉的过热器与省煤器之间，此处的烟气温度为300～400℃，再循环烟气经入口调门，由风机送到炉排炉的干燥段风箱。用于垃圾焚烧的一次风不再往干燥段供风，只供燃烧段和燃烬段；采用这种烟气再循环方式，对烟气净化有三个作用：1）减少一次风量，传统工艺中用于干燥垃圾的一次空气，被高温再循环烟气取代，更有利于发挥二次空气控制烟气中的氧含量和对燃烧烟气的扰动作用；实现低空气比燃烧；2）由于烟气的含氧量下降，有利于减少NOx的生成；相关实验证明，烟气中的氧含量每下降1%，NOx将下降约10mg/Nm³; 3)有效地抑制NOx的生成，有资料显示，占燃烧空气比例为15%的再循环烟气，将减少50%的NOx产生量；这样，通过烟气再循环方式，辅之以SNCR脱硝工艺，可以完全满足欧盟2000标准中对NOx的排放标准要求和现有最佳可行技术能够达到的标准。

所述的除酸步骤包括一级除酸步骤和二级除酸步骤；所述的一级除酸步骤为喷雾干燥法除酸，其反应物、飞灰与烟气一同进入二级除酸步骤；二级除酸步骤为悬浮沸腾法除酸，其反应物直接进入二级除酸步骤；其中悬浮沸腾吸收剂的主要部分来自第一级反应塔中喷入的石灰与烟气的反应物和部分未参加反应的石灰，另一部分来自循环返料，还有少部分新鲜的活性炭与硝石灰粉的混合物。

本发明工艺工作原理：

首先通过再循环烟气的作用，抑制NOx的生成量，降低烟气中的NOx浓度，再经过常规的SNCR工艺脱硝，使烟气中的NOx浓度符合较严格的欧盟2000标准。

锅炉出口烟气，通过第一级反应塔的入口进入，经导流板作用后作下旋运动，与雾化的石灰浆液接触反应，同时，烟气放热降温，石灰浆雾滴水分迅速蒸发；反应过程生成的固态颗粒和少量未反应的石灰，以及烟气中原有的烟尘，与烟气一同经反应塔底的烟气出口和悬浮沸腾反应塔下面的文丘里管，进入第二级悬浮沸腾反应塔。为防止烟气中的固体颗粒在反应塔底部聚积、粘结，可在反应塔底部设置一机械排灰或破碎装置。

进入悬浮沸腾反应塔内的固态物料，与循环物料和新鲜石灰一同，在反应塔内形成悬浮沸腾床，通过与烟气强烈的传质传热过程，与烟气中的酸性污染物进行充分的化合反应，进一步除去烟气中的酸性气体。

一般地，在喷雾干燥除酸反应过程中，在适当的反应温度下，当钙酸比为1.2时，HCl去除率可达到95%以上，SOx去除率可达到80%左右。因此，根据烟气原始酸性气体浓度计算可知，喷雾干燥反应塔出口烟气中的酸性气体浓度可分别为：HCl=10～80 mg/Nm³; SOx=40～160 mg/Nm³。

在悬浮沸腾反应塔中，固态悬浮物颗粒不断发生碰撞、摩擦，使固体颗粒不断露出未反应消石灰的新表面，与部分新鲜石灰一同，与烟气中的酸性气体再次发生化合反应，达到深度除酸的效果。采用悬浮沸腾反应工艺，HCl和SOx的去除效率均可达90%以上，即在经过二级脱酸后的烟气，HCl的浓度可低于8 mg/Nm³; SOx的浓度低于16 mg/Nm³; 完全满足欧盟2000标准。

二级除酸主要化学反应过程为：

2HCl+Ca(OH)₂→CaCl₂+H₂O

SO₂+Ca(OH)₂→CaSO3+H₂O

2CaSO₃+O₂→2CaSO₄

SO₃+Ca(OH)₂→CaSO₄+H₂O

烟气中的二恶英类有机物和重金属在烟气通过第二级除酸塔和烟道，以及在通过布袋除尘器滤袋表面时，被活性炭吸附，和飞灰一同从烟气中分离出来，经过净化的烟气由引风机排入大气。

二、***

如图1所示，本发明是一种废弃物焚烧烟气净化***，它包括垃圾焚烧炉1、吸收剂制备和供给***2、喷雾干燥反应塔3、悬浮沸腾反应塔4、返料装置5、活性炭和石灰粉喷注***6、布袋除尘器7、引风机8；所述的垃圾焚烧炉1的出口烟道通过管道连接喷雾干燥反应塔3的入口，将烟气送入喷雾干燥反应塔3；

所述的吸收剂制备和供给***2通过管道连接喷雾干燥反应塔3的入口，喷雾干燥反应塔3出口连接悬浮沸腾反应塔4下部入口，悬浮沸腾反应塔4的上部出口连接循环返料装置5（或带有返料装置的布袋除尘器），所述的活性炭和石灰喷注***6与悬浮沸腾反应塔4联接；所述的返料装置5的烟气出口与布袋除尘器7连接；其排灰口通过返料斗（返料出口）与悬浮沸腾反应塔4连接。

所述的喷雾干燥反应塔3与悬浮沸腾反应塔4共同构成二级脱酸***。喷雾干燥反应塔3下部不设置常规排灰口，喷雾干燥反应塔3底部的出口连接排入悬浮沸腾反应塔4，烟气与固体反应物和飞灰一同由其底部的出口排入悬浮沸腾反应塔4。垃圾焚烧产生的烟气经过喷雾干燥反应塔3和悬浮沸腾反应塔4，形成烟气和灰尘、反应后的产物以及未完全反应的吸收、吸附剂，通过返料装置5时，部分颗粒状物质落入返料装置5中的返料斗，烟气与部分细小灰尘进入与返料器相联的布袋除尘器7；经布袋除尘器7过滤后的净化烟气通过引风机8排入大气。

所述的垃圾焚烧炉1内包括垃圾焚烧炉的烟道11、烟气再循环***12。所述烟气再循环***12包括高温烟气吸风口、再循环风机、再循环烟气控制挡板、再循环风入口等。

所述的吸收剂制备和供给***2包括：石灰仓、定量给料装置、石灰浆混合罐、石灰浆存储罐、石灰浆输送管道、石灰浆输送泵等；

所述的活性炭和石灰粉喷注***6包括：喷注风机、活性炭定量给料装置、石灰粉定量给料装置、输送管道、喷嘴等；

所述的喷雾干燥反应塔3包括烟气进口、导流装置、石灰浆喷嘴、反应塔底部设置烟气出口，与悬浮沸腾反应塔入口相联；

所述悬浮沸腾反应塔4包括：烟气进口、文丘里加速段、反应塔体、石灰粉和活性炭喷入口、返料入口、增湿调温喷嘴、烟气出口等组成，烟气出口接入烟气出口。

所述返料装置5可以是机械式或离心式返料装置，也可以是安装在布袋除尘器底部的返料装置；返料被输入悬浮沸腾反应塔。

Claims

1.一种废弃物焚烧烟气净化工艺，其特征在于：它包括脱硝步骤和除酸步骤；

所述的脱硝步骤包括烟气再循环工艺与SNCR工艺的结合脱硝步骤；所述的烟气再循环工艺中的循环烟气取自余热锅炉的过热器与省煤器之间，此处的烟气温度为300～400℃，再循环烟气经入口调门，由风机送到炉排炉的干燥段风箱；所述的除酸步骤包括一级除酸步骤和二级除酸步骤；所述的一级除酸步骤为喷雾干燥法除酸，其反应物直接进入二级除酸步骤；二级除酸步骤为悬浮沸腾法除酸，其中悬浮沸腾吸收剂主要来自第一级反应塔中喷入的石灰与烟气的反应物和部分未参加反应的石灰，另一部分来自循环返料，还有部分新鲜的活性炭与硝石灰粉的混合物。

2.一种根据权利要求1所述的工艺设计的废弃物焚烧烟气净化***，其特征在于：它包括垃圾焚烧炉、吸收剂制备和供给***、喷雾干燥反应塔、悬浮沸腾反应塔、返料装置、活性炭和石灰粉喷注***、布袋除尘器、引风机；所述的垃圾焚烧炉的出口烟道通过管道连接喷雾干燥反应塔的入口，将烟气送入喷雾干燥反应塔；所述的吸收剂制备和供给***通过管道连接喷雾干燥反应塔的入口，喷雾干燥反应塔出口连接悬浮沸腾反应塔下部入口，悬浮沸腾反应塔的上部出口连接循环返料装置；所述的活性炭和石灰喷注***与悬浮沸腾反应塔联接；所述的返料装置的返料出口与悬浮沸腾反应塔联接，其烟气出口与布袋除尘器连接。

3.根据权利要求1所述的废弃物焚烧烟气净化***，其特征在于：所述喷雾干燥反应塔底部的出口连接排入悬浮沸腾反应塔。