CN111495136B - 一种垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，该***根据垃圾热处理烟气特征设计，由间接冷热循环***、干法脱酸塔、干法吸附塔、袋式除尘器、低温硫化‑催化塔等单元组合而成。治理过程中能量循环利用，污染物之间实现以废治废，治理功能环环相扣，低温下(250‑280℃)深度净化烟气中的颗粒物、NOx、CO、SO2、VOCs、HCl、重金属和二噁英类，净化率达95％以上，满足超低排放标准要求。该***具有无废水、低能耗、投资成本低、运行稳定可靠、减排效率高、工艺简单易控等优点，适用于垃圾焚烧、热解、气化等热处理烟气的深度治理。

Description

一种垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***。
背景技术
垃圾热处理即利用垃圾的热值通过焚烧、热解、气化等方式将垃圾无害化。由于垃圾成分复杂，热处理过程中产生大量烟尘、NOx、SO2、CO、HCl、VOCs、二噁英类及重金属等污染物。目前，热处理烟气中各污染物大部分有较为成熟的治理技术。颗粒物按规定(CJJ90-2009)使用袋式除尘器进行治理；SO2、HCl等酸性气体的治理技术有湿法、半干法和干法，相比湿法、半干法，干法脱酸的脱除率较低，但具有运行成本低、能耗低、不产废水、不易结垢等优点，适用于低温烟气治理工艺；NOx治理技术分为干法、湿法，干法治理中的选择性催化还原(SCR)技术对NOx去除率最高，SCR根据还原气不同，可分为NH3-SCR、CO-SCR、H2-SCR等。面对愈加严苛的NOx排放标准，一部分热处理烟气治理工艺会增加NH3-SCR技术单元，如：“半干法脱酸+活性炭粉末喷射吸附二噁英及重金属+布袋除尘+湿法脱酸+SCR脱硝”工艺、“半干法脱酸+活性炭粉末喷射吸附二噁英及重金属+布袋除尘+湿法脱酸+SCR脱硝”工艺等，但NH3-SCR在实际应用中存在还原剂NH3消耗量大、运行维护成本过高、易腐蚀设备等问题。而CO是垃圾热处理烟气中的主要污染物之一，并且未有一种成熟的治理技术能有效的去除CO，因此以CO作为还原剂的CO-SCR的技术可行性和经济性最为优越。CO-SCR在汽车尾气治理领域应用较多，不同于垃圾热处理烟气的是，汽车尾气中主要污染物有CO、NOx、HC，汽车尾气中的SO2含量较少，且常用工况(低速、中速)下的尾气温度在400-600℃之间，所以，应用于汽车尾气的治理工艺和三效催化剂均根据尾气特点设计，高温尾气中NOx、HC、CO在三效催化剂的作用下被氧化还原成CO2、H2O、N2，协同去除效率较高，但是垃圾热处理烟气温度和污染物特征与汽车尾气区别较大，导致现有汽车尾气治理技术不适用于治理垃圾热处理烟气。
近年来，因干法治理技术投资运行成本低，逐渐应用于垃圾热处理烟气治理工艺中。专利CN201710266670.1公开了一种生活垃圾热解焚烧装置烟气净化***，其***主要由急冷塔+电磁脉冲除尘器+余热利用与冷却装置+炭纤维过滤装置+二噁英化学催化装置组成，能够去除焚烧烟气中的CO、SO2、NOx、二噁英等污染物，二噁英排放浓度满足国家标准。专利CN201710494988.5公开了一种新型垃圾焚烧烟气处理***，该***采用烟气再循环+SNCR+全干法脱酸+活性碳吸附+高效布袋除尘器，具有处理成本低、占用空间小、烟气高标准达标排放等优点。但现有的干法治理工艺存在以下不足：在工艺设计方面，由各技术单元简单串联而成，单元组合过于复杂；在治理效率方面，污染物低温治理效率低下，且CO没有得到有效处理。因此，开发一种低温下各污染物深度治理的干法协同治理工艺，对实现垃圾热处理烟气的超低排放具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明提供一种垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***。该***根据烟气温度、污染物成分特征设计，全流程采用干法治理技术，利用污染物和治理环节之间的相互作用深度净化烟气中的颗粒物、NOx、CO、SO2、VOCs、HCl、重金属和二噁英类，达到能量循环利用、以废治废的目的。具有投资成本低、运行稳定可靠、减排效率高、工艺简单易控等优点，适用于垃圾焚烧、热解、气化等热处理烟气的深度治理。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，由间接冷热循环***、干法脱酸塔、干法吸附塔、袋式除尘器、低温硫化-催化塔等单元组合而成，治理步骤如下所示：
(1)将烟气送入间接冷热循环***进行降温，降温换热后的热量供给低温硫化-催化塔；
(2)将降温后的烟气送入干法脱酸塔，经脱酸剂净化烟气中的酸性气体；
(3)将干法脱酸塔净化后的烟气送入干法吸附塔，通过吸附床层去除烟气中的重金属和二噁英类；
(4)干法吸附塔净化后的烟气送入袋式除尘器，捕集烟气中的颗粒物、脱酸剂和吸附剂；
(5)袋式除尘器净化后的烟气送入低温硫化-催化塔，低温硫化-催化塔内的催化剂经烟气中剩余的酸性气体硫化后，NOx在硫化催化剂的作用下被烟气中的CO、VOCs还原净化，即实现烟气的深度治理。
步骤(1)所述间接冷热循环***由回水泵、回水管、上水池、冷凝管、下水池、供热管、供水泵组成。所述上水池向冷凝管注入冷凝水，烟气通过冷凝管迅速降温至170-200℃，抑制二噁英类二次合成；而换热后的冷凝水携带热量经下水池和供水泵进入供热管，通过供水泵进入低温硫化-催化塔的供热管(塔内供热管)，将塔内烟气温度提升至250-280℃，热量释放后冷凝水经回水泵、回水管进入上水池，以此循环。
步骤(2)所述干法脱酸塔中包含储料仓和喷射管；用于储存和喷洒脱酸剂；
步骤(2)所述脱酸剂为Ca(OH)2、CaO、MgO中的一种或多种；所述酸性气体为SO2和HCl。
步骤(3)所述干法吸附塔内吸附床层中的吸附剂为活性炭、分子筛和专利公开文本CN106824044A的钛基吸附剂中的一种或多种。
步骤(4)所述袋式除尘器中设有滤袋以及相应的连续脉冲清灰***。
步骤(5)所述低温硫化-催化塔包含塔内供热管。
优选地，步骤(5)所述催化剂制备方法为浸渍法、共沉淀法、柠檬酸法中的一种；更优选为将由Ce、Mn、Fe、Cu中的一种或多种金属氧化物组成的活性组分负载于TiO2、ZrO2、Al2O3中的一种载体上；制备完成后成型为整体式蜂窝催化剂、条形催化剂、板式催化剂中的一种。
优选地，步骤(5)所述硫化为催化剂在250-280℃下被烟气中的SO2硫化，从而形成硫化催化剂。
上述干法脱酸塔的目的是为了去除HCl和降低SO2的浓度，对烟气中的SO2、HCl的去除效率分别在35-50％、85-95％之间，对SO2不需要像湿法和半干法脱酸一样做到高度净化。
上述低温硫化-催化塔中，干法脱酸塔中未被净化的SO2在CO低温还原NOx中起到关键作用。在低温(250-280℃)下，烟气中未被净化的SO2部分优先吸附在催化剂表面，与催化剂表面的金属氧化物生成金属硫酸盐；部分SO2还原成S单质，一方面与催化剂表面或晶格内的金属氧化物生成金属硫化物，另一方面与CO反应生成还原性更强的COS气体。随着反应的不断进行，催化剂逐渐被硫化。紧接着NO吸附于硫化后的催化剂表面，与CO、O2反应还原为N2或N2O。金属硫酸盐和金属硫化物增强了催化剂的酸性，使NO在硫化后的催化剂上更易分解；反应中产生的COS比CO更易还原NO和SO2。烟气中未被净化的SO2保证了整个反应过程中的硫循环，维持催化剂中的金属硫酸盐、金属硫化物和COS气体不断再生，使催化剂保持硫化。硫化催化剂为CO-SCR反应提供了丰富的氧空位和表面酸性位，CO和NO更容易吸附于催化剂表面进行氧化还原反应，大大提高NOx的净化效率。因此，烟气中未被去除的SO2是维持低温CO-SCR反应的循环和催化剂寿命所必需的。此外，VOCs和O2在酸化催化剂的作用下发生氧化反应，生成CO2和H2O，VOCs中的苯类、烷类对NOx也具有净化功能。
上述干法脱酸塔和干法吸附塔、低温硫化-催化塔之间相辅相成。干法脱酸塔的设置避免了浓度过高的SO2进入干法吸附塔内导致吸附剂失活；干法脱酸塔脱酸效率低的缺点在低温硫化-催化塔中转变为优势，该优势促进了CO、NOx、SO2、VOCs等污染物协同深度净化。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明根据烟气温度、污染物成分特征设计治理工艺，治理过程中能量循环利用，污染物之间实现以废治废，治理功能环环相扣，低温下(250-280℃)深度净化烟气中的颗粒物、NOx、CO、SO2、VOCs、HCl、重金属和二噁英类，净化率达95％以上，满足超低排放标准要求。
2、本发明全流程采用干法治理技术，具有无废水、低能耗、投资成本低、运行稳定可靠、减排效率高、工艺简单易控等优点。
附图说明
图1为本发明一种垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其中，1为间接冷热循环***，1-1为上水池，1-2为下水池，1-3为冷凝管，1-4为回水管，1-5为供热管，1-6为供水泵，1-7为回水泵，2为干法脱酸塔，2-1为储料仓，2-2为喷射管，3为干法吸附塔，3-1为吸附床层，4为袋式除尘器，4-1为滤袋，4-2为连续脉冲清灰***，5为低温硫化-催化塔，5-1为硫化催化剂，5-2为塔内供热管，6为排放管，6-1为抽风机。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***的工作步骤如下：垃圾热处理所排放的高温(＞500℃)烟气进入间接冷热循环***1；上水池1-1向冷凝管1-3注入冷凝水，烟气通过冷凝管1-3迅速降温至170-200℃，抑制二噁英类二次合成；而换热后的冷凝水携带热量经下水池1-2进入供热管1-5，通过供水泵1-6进入塔内供热管5-2，将塔内烟气温度提升至250-280℃，热量释放后冷凝水经回水泵1-7、回水管1-4进入上水池1-1，以此循环；经间接冷热循环***1降温换热后的烟气通入干法脱酸塔2，所述干法脱酸塔2中包含储料仓2-1和喷射管2-2；烟气与干法脱酸塔2塔内脱酸剂反应降低烟气中酸性气体的浓度，之后进入干法吸附塔3，烟气由上至下通过塔内吸附床层3-1，重金属和二噁英类被吸附剂吸附固定在吸附床层3-1内，吸附净化后的烟气进入袋式除尘器4，滤袋4-1捕集烟气中的颗粒物、飞灰以及前端治理环节中反应残留的脱酸剂、吸附剂等，捕集时连续脉冲清灰***4-2一同工作，除尘后的烟气进入低温硫化-催化塔5，塔内反应温度由间接冷热循环***供给，稳定维持在250-280℃，CO、NOx、VOCs、SO2等污染物在塔内硫化催化剂5-1的作用下反应、净化，净化后烟气经抽风机6-1从排放管6排出。
实施例1
本发明通入烟气温度为600℃，污染物初始浓度为CO 3000mg/m3、NOx 300mg/m3、SO2 600mg/m3、HCl 50mg/m3、二噁英类0.2ng TEQ/m3、VOCs 50mg/m3、颗粒物150mg/m3、重金属20mg/m3的垃圾焚烧炉烟气，烟气依次通过间接冷热循环***、干法脱酸塔、干法吸附塔、袋式除尘器、低温硫化-催化塔。烟气经间接冷热循环***后烟气降温至200℃，降温后烟气在干法脱酸塔内的Ca(OH)2反应后进入干法吸附塔，经钛基吸附剂吸附净化后的烟气进入低温硫化-催化塔内，塔内温度为270℃下污染物与Mn-Ce/TiO2酸化整体式蜂窝催化剂反应，净化后烟气的排放浓度为CO 60mg/m3、NOx 20mg/m3、SO2 10mg/m3、HCl 0mg/m3、二噁英类0.01ng TEQ/m3、VOCs 5mg/m3、颗粒物10mg/m3、重金属0mg/m3。
实施例2
本发明通入烟气温度为500℃，污染物初始浓度为CO 1000mg/m3、NOx 250mg/m3、SO2 400mg/m3、HCl 50mg/m3、二噁英类0.1ng TEQ/m3、VOCs 60mg/m3、颗粒物200mg/m3、重金属25mg/m3的垃圾热解炉烟气，烟气依次通过间接冷热循环***、干法脱酸塔、干法吸附塔、袋式除尘器、低温硫化-催化塔。烟气经间接冷热循环***后烟气降温至170℃，降温后烟气在干法脱酸塔内的CaO反应后进入干法吸附塔，经活性炭吸附净化后的烟气进入低温硫化-催化塔内，塔内温度为260℃下污染物与Fe-Ce/ZrO2酸化条形催化剂反应，净化后烟气的排放浓度为CO 30mg/m3、NOx 10mg/m3、SO2 5mg/m3、HCl 0mg/m3、二噁英类0.01ng TEQ/m3、VOCs10mg/m3、颗粒物15mg/m3、重金属0mg/m3。
实施例3
本发明通入烟气温度为550℃，污染物初始浓度为CO 5000mg/m3、NOx 350mg/m3、SO2 570mg/m3、HCl 40mg/m3、二噁英类0.17ng TEQ/m3、VOCs 35mg/m3、颗粒物250mg/m3、重金属15mg/m3的垃圾汽化炉烟气，烟气依次通过间接冷热循环***、干法脱酸塔、干法吸附塔、袋式除尘器、低温硫化-催化塔。烟气经间接冷热循环***后烟气降温至190℃，降温后烟气在干法脱酸塔内的MgO反应后进入干法吸附塔，经分子筛吸附净化后的烟气进入低温硫化-催化塔内，塔内温度为280℃下污染物与Cu/Al2O3酸化板式催化剂反应，净化后烟气的排放浓度为CO 100mg/m3、NOx 25mg/m3、SO2 10mg/m3、HCl 0mg/m3、二噁英类0.01ng TEQ/m3、VOCs0mg/m3、颗粒物15mg/m3、重金属0mg/m3。
实施例4
本发明通入烟气温度为700℃，污染物初始浓度为CO 3500mg/m3、NOx 450mg/m3、SO2 520mg/m3、HCl 40mg/m3、二噁英类0.12ng TEQ/m3、VOCs 25mg/m3、颗粒物250mg/m3、重金属5mg/m3的垃圾焚烧炉烟气，烟气依次通过间接冷热循环***、干法脱酸塔、干法吸附塔、袋式除尘器、低温硫化-催化塔。烟气经间接冷热循环***后烟气降温至180℃，降温后烟气在干法脱酸塔内的CaO反应后进入干法吸附塔，经活性炭吸附净化后的烟气进入低温硫化-催化塔内，塔内温度为250℃下污染物与Ce/TiO2酸化整体式蜂窝催化剂反应，净化后烟气的排放浓度为CO 50mg/m3、NOx 10mg/m3、SO2 10mg/m3、HCl 5mg/m3、二噁英类0.01ng TEQ/m3、VOCs 0mg/m3、颗粒物10mg/m3、重金属0mg/m3。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于由间接冷热循环***、干法脱酸塔、干法吸附塔、袋式除尘器、低温硫化-催化塔组合而成，治理步骤如下所示：
（1）将烟气送入间接冷热循环***进行降温，烟气温度降至170-200 ℃，降温换热后的热量供给低温硫化-催化塔，将塔内烟气温度提升至250-280 ℃；
（2）将降温后的烟气送入干法脱酸塔，经脱酸剂净化烟气中的酸性气体；
（3）将干法脱酸塔净化后的烟气送入干法吸附塔，通过吸附床层去除烟气中的重金属和二噁英类；
（4）干法吸附塔净化后的烟气送入袋式除尘器，捕集烟气中的颗粒物、脱酸剂和吸附剂；
（5）袋式除尘器净化后的烟气送入低温硫化-催化塔，低温硫化-催化塔内的催化剂经烟气中剩余的酸性气体硫化后，NOx在硫化催化剂的作用下被烟气中的CO、VOCs还原净化，即实现烟气的深度治理。
2.根据权利要求1所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：
步骤（1）所述间接冷热循环***由回水泵、回水管、上水池、冷凝管、下水池、供热管、供水泵组成。
3.根据权利要求2所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：
所述上水池向冷凝管注入冷凝水，烟气通过冷凝管迅速降温至170-200℃，抑制二噁英类二次合成；而换热后的冷凝水携带热量经下水池和供水泵进入供热管，通过供水泵进入低温硫化-催化塔的供热管，将塔内烟气温度提升至250-280℃，热量释放后冷凝水经回水泵、回水管进入上水池，以此循环。
4.根据权利要求1或2或3所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：
步骤（2）所述干法脱酸塔中包含储料仓和喷射管；用于储存和喷洒脱酸剂；
步骤（2）所述脱酸剂为Ca(OH)2、CaO、MgO中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：
步骤（3）所述干法吸附塔内吸附床层中的吸附剂为活性炭、分子筛和专利公开文本CN106824044 A的钛基吸附剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：步骤（4）所述袋式除尘器中设有滤袋以及相应的连续脉冲清灰***。
7.根据权利要求1所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：
步骤（5）所述低温硫化-催化塔包含塔内供热管。
8.根据权利要求1所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：
步骤（5）所述催化剂制备方法为浸渍法、共沉淀法、柠檬酸法中的一种。
9.根据权利要求8所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：
所述催化剂具为由Ce、Mn、Fe、Cu中的一种或多种金属氧化物组成的活性组分负载于TiO2、ZrO2、Al2O3中的一种载体上；制备完成后成型为整体式蜂窝催化剂、条形催化剂、板式催化剂中的一种。
10.根据权利要求1所述的垃圾热处理烟气全流程低温干法深度治理***，其特征在于：步骤（5）所述硫化为使催化剂在250-280℃下被烟气中的 SO2硫化，从而形成硫化催化剂。
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