CN110448992A - 一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***及方法，该***包括依次连接的吸附剂喷射单元(1)、耐高温过滤单元(2)、急冷降温单元(3)和其他烟气净化设备；其中，耐高温过滤单元(2)的入口与垃圾焚烧炉烟气出口和吸附剂喷射单元(1)连接；通过将烟气从垃圾焚烧炉中引出，并依次经过耐高温过滤单元(2)、极冷降温单元(3)，最后经过其他烟气净化设备后排放。与现有技术相比，本发明具有减少二噁英的生成、节约运行成本、实现酸性气体的脱除等优点。

Description

一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***和方法
技术领域
本发明涉及环境保护领域，尤其是涉及一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***和方法。
背景技术
随着国民经济和生活水平的飞速发展，生活垃圾的产生量也急剧增加。2017年，我国城市生活垃圾产生量约2.1亿吨，无害化处置率达到了97.7％，其中焚烧处理量约占城市生活垃圾无害化处置的40％以上。焚烧技术是当前主要的固体废弃物处置技术之一，由于其具有固废减量化明显的特点，未来将会在垃圾无害化处置过程中占据更大的比重。
垃圾焚烧烟气是大气二噁英的最主要排放源之一，因此控制垃圾焚烧烟气中的二噁英排放量对于保护环境和人民健康具有重要的意义。目前国内外应用的主流焚烧烟气中二噁英减排技术包括湿法洗涤、活性炭喷射&布袋除尘器工艺、布袋除尘器&活性炭吸附床等方式。这些技术都是尾气处理技术，最终都是依靠活性炭将二噁英从焚烧烟气中吸附分离出来。吸附了二噁英的活性炭都必须作为危废进行处置，也增大了垃圾焚烧厂固体废弃物的处置难度和运行成本。
垃圾焚烧过程中其本身含有的二噁英含量非常低。焚烧烟气中的二噁英绝大部分是在燃烧后的降温过程中通过高温合成、从头合成、前驱物合成等过程形成的。无论是哪种生成机制，二噁英的生成都离不开一定的烟气条件，如含氯物质、合适的温度和催化剂。而当前的焚烧烟气二噁英控制技术大多尾气净化的方法对已经生成的二噁英进行捕集去除，单靠急冷降温难以有效避免二噁英的生成，因此，亟待从烟气条件调控入手，开发从源头减少二噁英的生成的关键技术。
专利CN 105805754中提供了一种防止二噁英生成的垃圾热解方法，该方法为：a.将垃圾通入250-280℃的热空气处理1-3分钟，得无二噁英的垃圾气相、垃圾固相；b.将所述垃圾气相导出，将垃圾固相通入300-500℃热空气处理2-10秒钟，得灰烬、无二噁英的可燃烟气；c.收集灰烬无害固封利用，将所述垃圾气相、可燃烟气通入500-600℃热空气处理3-5秒钟，得无二噁英的热解焰气，收集热解焰气的热能后，常规无害达标处理排放。但上述方法并未从机理上阐述二噁英的抑制过程，其方案的可行性存在许多疑问。另外，针对垃圾进行焚烧处理时，焚烧温度需要高于850℃，焚烧时间要超过两秒，才能保证有效地分解去除垃圾中的二噁英，而，该专利所述的热处理方法由于处理温度不够，无法对垃圾自身的二噁英进行有效分解去除。
专利CN109201701公开了一种应用于生活垃圾处理***的废气处理工艺，所述生活垃圾处理***包括依次连接的垃圾分选***，破碎机构，搅拌混合气，压制造粒机，预热烘干装置，热风焚烧炉，包括以下步骤，步骤一，将前端预热烘干和炭化过程产生的气体进行分离，得到可燃气体和废气；所述气体为经脱酸脱焦得到所述可燃气体；步骤二，将所述可燃气体送入所述热风焚烧炉进行二次回烧；所述废气进行除尘，急速冷却；步骤三，经过冷凝、除尘后的所述废气送入洗涤-生物滤床联合除臭***中进行净化；步骤四，净化后的所述废气再经过UV光解和活性炭过滤吸附后达标排放。而该专利并没有有效去除烟气中的含氯组分，所以无法避免含氯组分在较低温度段反应生成二噁英。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用吸附剂在耐高温过滤单元前去除焚烧烟气中的含氯组分；利用过滤单元去除焚烧烟气粉尘，减少促进二噁英生成的催化成分；急速冷却降温避开二噁英生成最佳温度区间等方式，减少焚烧烟气二噁英生成量的垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***和方法。
由于二噁英通常指具有相似结构和理化特性的一组多氯取代的平面芳烃类化合物，属氯代含氧三环芳烃类化合物，包括75种多氯代二苯并一对一二噁英和135种多氯代二苯并呋哺，缩写为PCDD/Fs，如果能减少二噁英的生成来源——氯元素，并且减少对生成过程有催化作用的粉尘，还能避开催化反应的最佳温度区间，就能从根源减少焚烧烟气二噁英生成量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***，该***包括依次连接的吸附剂喷射单元、耐高温过滤单元、急冷降温单元和其他烟气净化设备；其中，耐高温过滤单元的入口与垃圾焚烧炉烟气出口和吸附剂喷射单元连接。
进一步地，所述的耐高温过滤单元安装在烟气温度在450-800℃的烟道中。
进一步地，所述的耐高温过滤单元内安装有耐高温陶瓷过滤膜。
进一步地，所述的急冷降温单元通过冷却水喷雾方式实现焚烧烟气的急速降温。
进一步地，所述的***还包括其他烟气净化设备，其他烟气净化设备包括布袋除尘器。
一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排方法，该方法包括以下步骤：
(1)将烟气从垃圾焚烧炉中引出，进入耐高温过滤单元，利用吸附剂喷射单元将吸附剂喷入到耐高温过滤单元的入口前烟道中，在耐高温过滤单元内累积后对烟气中的含氯物质进行吸附去除；
(2)利用耐高温过滤单元将焚烧烟气中的粉尘与吸附剂一并捕集去除；
(3)然后烟气进入极冷降温单元，利用急冷降温单元将烟气温度快速降低后通入后续的其他烟气净化设备中。
进一步地，步骤(1)中所述的吸附剂选用碱性金属碳酸盐、氧化物或氢氧化物的一种或多种混合物，具体包括碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锌、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化锌、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锌的一种或多种。优选碳酸钠、碳酸钙、氧化钙；进一步优选氧化钙。采用上述吸附剂可以与烟气中的酸性气体HCl等进行反应，从而减少后续烟气脱酸脱硫的运行负荷。
进一步地，步骤(1)中所述的吸附剂粒径在100-300μm范围内，保证吸附剂有较大比表面积，可与烟气的充分混合并提高吸附剂的利用效率。
进一步地，步骤(1)中所述的吸附剂在耐高温过滤单元(2)入口的浓度为100-1000mg/m3，确保吸附剂的用量足以快速吸附脱除烟气中的含氯气体。
进一步地，步骤(2)中烟气在耐高温过滤单元滤料的过滤速度为0.5-2.0m/min。
进一步地，步骤(3)中将烟气温度快速降低至200℃以下，如降低至150-200℃。在200℃以下，可避开二噁英生成最佳温度区间(一般为280℃)，从而从根本上降低了二噁英的生成。
与现有技术相比，本发明具有以下一些优点：
(1)本发明利用吸附剂在耐高温过滤单元前去除焚烧烟气中的含氯组分；再利用过滤单元去除焚烧烟气粉尘，减少促进二噁英生成的催化成分；又通过急速冷却降温避开二噁英生成最佳温度区间，从而几乎完全抑制焚烧烟气中二噁英的进一步生成；
(2)本发明使用的功能材料最终产物中只含极少量二噁英，属于一般固废，无需采用对待危废的方式进行处理，节约了运行成本；
(3)本发明还可以实现对HCl等酸性气体的脱除，减少后续烟气脱酸脱硫的运行负荷。
(4)本发明通过控制影响二噁英生成的相关因素，从而源头减少二噁英的生成，显著地降低了后续烟气治理的难度。
附图说明
图1为本发明***的示意图；
图中标号所示：吸附剂喷射单元1、耐高温过滤单元2、急冷降温单元3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
对比例1
本发明利用小试规模的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***进行了实验研究。
该***包括依次连接的吸附剂喷射单元1、耐高温过滤单元2、急冷降温单元3和其他烟气净化设备；其中，耐高温过滤单元2的入口与垃圾焚烧炉烟气出口和吸附剂喷射单元1连接,急冷降温单元3通过冷却水喷雾方式实现焚烧烟气的急速降温。
由旋转炉窑燃烧配制的含塑料制品生活垃圾提供模拟的焚烧烟气，其烟气量为300Nm3/h，烟气温度为900℃，在旋转炉窑出口连接一根直径为100mm的不锈钢管引出烟气；
将烟气直接经过急冷降温单元3降温至200℃后，再通入配有活性炭喷射装置的布袋除尘器。
分别在急冷降温单元3入口、出口、袋式除尘器出口设置专门的采样口，用于烟气中二噁英的采样和检测。
通过对急冷降温单元3入口的烟气进行采样分析，焚烧烟气中的二噁英浓度约为3.1ng TEQ/Nm3，经过喷淋降温后，烟气中的二噁英浓度约为3.8ng TEQ/Nm3，向烟气中喷入200mg/Nm3的活性炭粉末后，布袋除尘器出口采样测得的烟气中二噁英浓度约为0.4ngTEQ/Nm3。
由此可知，通过喷淋降温后，烟气中的二噁英浓度有一定程度地提高，这说明有一部分二噁英在降温过程中生成，而喷入活性炭以后可以显著降低烟气中二噁英的浓度。
对比例2
利用对比1所安装的装置进行实验，
由旋转炉窑燃烧配制的含塑料制品生活垃圾提供模拟的焚烧烟气，其烟气量为300Nm3/h，烟气温度为900℃，在旋转炉窑出口连接一根直径为100mm的不锈钢管引出烟气；
一路烟气经过旁路安装有耐高温陶瓷过滤膜的耐高温过滤单元2，耐高温过滤单元2前的烟气温度为600-700℃，烟气经过急冷降温单元3降温至200℃，然后通入后续配有活性炭喷射装置的布袋除尘器；
分别在急冷降温单元3入口、出口、袋式除尘器出口设置专门的采样口，用于烟气中二噁英的采样和检测。
从旋转炉出口引出的烟气中粉尘和HCl浓度分别约为1.0g/Nm3和110mg/Nm3；
急冷降温单元3入口焚烧烟气中的粉尘浓度为50mg/Nm3，HCl浓度约为110mg/Nm3；二噁英浓度约为3.3ng TEQ/Nm3；
经过急冷降温单元3后，烟气中的二噁英浓度约为3.5ng TEQ/Nm3，向烟气中喷入200mg/Nm3的活性炭粉末后，布袋除尘器出口采样测得的烟气中二噁英浓度约为0.2ngTEQ/Nm3。
由此可知，通过喷淋降温后，烟气中的二噁英浓度增幅不是非常显著，这说明经过陶瓷膜过滤以后，去除了烟气中约95％的粉尘，所以抑制了二噁英在烟气中的合成，使得在喷淋降温过程中二噁英的生成量减少，后续喷入活性炭可以使得烟气中二噁英的排放浓度更加接近排放标准。
实施例1
本实例利用对比例1所安装的装置进行实验，
由旋转炉窑燃烧配制的含塑料制品生活垃圾提供模拟的焚烧烟气，其烟气量为300Nm3/h，烟气温度为900℃，在旋转炉窑出口连接一根直径为100mm的不锈钢管引出烟气；
一路烟气经过旁路安装有耐高温陶瓷过滤膜的耐高温过滤单元2，耐高温过滤单元2前的烟气温度为600-700℃，同时通过吸附剂喷射单元1向烟气中喷入200mg/Nm3的氧化钙粉末，烟气经过急冷降温单元3降温至200℃，然后通入后续配有活性炭喷射装置的布袋除尘器；
分别在急冷降温单元3入口、出口、袋式除尘器出口设置专门的采样口，用于烟气中二噁英的采样和检测。
从旋转炉出口引出的烟气中粉尘和HCl浓度分别约为1.0g/Nm3和110mg/Nm3；
通过耐高温过滤单元2后，再对喷淋降温装置入口的烟气进行采样分析，焚烧烟气中的粉尘浓度为50mg/Nm3，HCl浓度约为30mg/Nm3；二噁英浓度约为3.3ng TEQ/Nm3；
经过急冷降温单元3后，烟气中的二噁英浓度约为3.3ng TEQ/Nm3，向烟气中喷入200mg/Nm3的活性炭粉末后，布袋除尘器出口采样测得的烟气中二噁英浓度<0.1ng TEQ/Nm3。
由此可知，通过喷淋降温后，烟气中的二噁英浓度几乎没有增加，这说明经过陶瓷膜过滤以后，去除了烟气中约95％的粉尘，同时氧化钙粉末的添加将烟气中HCl去除了约72.7％。所以显著地抑制了烟气中二噁英的合成，使得在喷淋降温过程中二噁英的生成量没有明显的提升，后续喷入活性炭可以使得烟气中二噁英的排放浓度达到了排放标准。
实施例2
本实例利用对比例1所安装的装置进行实验，
由旋转炉窑燃烧配制的含塑料制品生活垃圾提供模拟的焚烧烟气，其烟气量为300Nm3/h，烟气温度为900℃，在旋转炉窑出口连接一根直径为100mm的不锈钢管引出烟气；
一路烟气经过旁路安装有耐高温陶瓷过滤膜的耐高温过滤单元2，耐高温过滤单元2前的烟气温度为450-600℃，同时通过吸附剂喷射单元1向烟气中喷入100mg/Nm3的氢氧化钠粉末，烟气经过急冷降温单元3降温至150℃，然后通入后续配有活性炭喷射装置的布袋除尘器；
分别在急冷降温单元3入口、出口、袋式除尘器出口设置专门的采样口，用于烟气中二噁英的采样和检测。
从旋转炉出口引出的烟气中粉尘和HCl浓度分别约为1.0g/Nm3和110mg/Nm3；
通过耐高温过滤单元2后，再对喷淋降温装置入口的烟气进行采样分析，焚烧烟气中的粉尘浓度为10mg/Nm3，HCl浓度约为27.5mg/Nm3；二噁英浓度约为3.3ng TEQ/Nm3；
经过急冷降温单元3后，烟气中的二噁英浓度约为3.3ng TEQ/Nm3，向烟气中喷入200mg/Nm3的活性炭粉末后，布袋除尘器出口采样测得的烟气中二噁英浓度<0.1ng TEQ/Nm3。
由此可知，通过喷淋降温后，烟气中的二噁英浓度几乎没有增加，这说明经过陶瓷膜过滤以后，去除了烟气中约99％的粉尘，同时氧化钙粉末的添加将烟气中HCl去除了约75％。所以显著地抑制了烟气中二噁英的合成，使得在喷淋降温过程中二噁英的生成量没有明显的提升，后续喷入活性炭可以使得烟气中二噁英的排放浓度达到了排放标准。
实施例3
本实例利用对比例1所安装的装置进行实验，
由旋转炉窑燃烧配制的含塑料制品生活垃圾提供模拟的焚烧烟气，其烟气量为300Nm3/h，烟气温度为900℃，在旋转炉窑出口连接一根直径为100mm的不锈钢管引出烟气；
一路烟气经过旁路安装有耐高温陶瓷过滤膜的耐高温过滤单元2，耐高温过滤单元2前的烟气温度为600-800℃，同时通过吸附剂喷射单元1向烟气中喷入1000mg/Nm3的碳酸镁粉末，烟气经过急冷降温单元3降温至160℃，然后通入后续配有活性炭喷射装置的布袋除尘器；
分别在急冷降温单元3入口、出口、袋式除尘器出口设置专门的采样口，用于烟气中二噁英的采样和检测。
从旋转炉出口引出的烟气中粉尘和HCl浓度分别约为1.0g/Nm3和110mg/Nm3；
通过耐高温过滤单元2后，再对喷淋降温装置入口的烟气进行采样分析，焚烧烟气中的粉尘浓度为20mg/Nm3，HCl浓度约为20mg/Nm3；二噁英浓度约为3.3ng TEQ/Nm3；
经过急冷降温单元3后，烟气中的二噁英浓度约为3.3ng TEQ/Nm3，向烟气中喷入200mg/Nm3的活性炭粉末后，布袋除尘器出口采样测得的烟气中二噁英浓度<0.1ng TEQ/Nm3。
由此可知，通过喷淋降温后，烟气中的二噁英浓度几乎没有增加，这说明经过陶瓷膜过滤以后，去除了烟气中约98％的粉尘，同时氧化钙粉末的添加将烟气中HCl去除了约82％。所以显著地抑制了烟气中二噁英的合成，使得在喷淋降温过程中二噁英的生成量没有明显的提升，后续喷入活性炭可以使得烟气中二噁英的排放浓度达到了排放标准。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***，其特征在于，该***包括依次连接的吸附剂喷射单元(1)、耐高温过滤单元(2)、急冷降温单元(3)；其中，耐高温过滤单元(2)的入口与垃圾焚烧炉烟气出口和吸附剂喷射单元(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***，其特征在于，所述的耐高温过滤单元(2)安装在烟气温度在450-800℃的烟道中。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***，其特征在于，所述的耐高温过滤单元(2)内安装有耐高温陶瓷过滤膜。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***，其特征在于，所述的急冷降温单元(3)通过冷却水喷雾方式实现焚烧烟气的急速降温。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排***，其特征在于，所述的***还包括其他烟气净化设备，其他烟气净化设备包括布袋除尘器。
6.一种采用权利要求1所述***进行垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)利用吸附剂喷射单元(1)将吸附剂喷入到耐高温过滤单元(2)的入口前烟道中；
(2)利用耐高温过滤单元(2)将焚烧烟气中的粉尘与吸附剂一并捕集去除；
(3)利用急冷降温单元(3)将烟气温度快速降低；
(4)将低温烟气通入后续的其他烟气净化设备中。
7.根据权利要求6所述的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排方法，其特征在于，步骤(1)中所述的吸附剂包括碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锌、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化锌、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锌的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排方法，其特征在于，步骤(1)中所述的吸附剂粒径在100-300μm范围内；所述的吸附剂在耐高温过滤单元(2)入口的浓度为100-1000mg/m3。
9.根据权利要求6所述的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排方法，其特征在于，步骤(2)中烟气在耐高温过滤单元滤料的过滤速度为0.5-2.0m/min。
10.根据权利要求6所述的一种垃圾焚烧过程中烟气二噁英减排方法，其特征在于，步骤(3)中将烟气温度快速降低至200℃以下。
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