含二恶英的烟气在同一流程中综合净化的方法与装置与流程

1.本发明涉及二恶英处理技术领域，涉及含二恶英的多气混杂的烟气综合净化，尤其是含二恶英的烟气在同一流程中综合净化的方法与装置。


背景技术：

2.多气混杂的工业废气实际上可分为四大系列：二恶英、有机污染物、无机污染物和烟尘微粒混杂污染物，这四大系列包含有数百种不同分子结构的烟、气、尘。
3.二恶英是至今世界上所发现的物质中毒性最强、最难化解的污染物。科学界已发布的二恶英化解方法主要有以下五种：1、焚烧烟气急冷法：把从炉口排出的烟气急降至200℃，以减少二恶英生成；2、活性炭吸收法：把二恶英吸附在活性炭表面而后收集处理；3、滤膜阻隔法：以滤膜袋阻隔二恶英并催化分解生成h20+co2+hcl；4、催化分解法：用由ti、v、w等氧化物组成的催化剂在300～400℃分解二恶英；5、用高能低温等离子电场撞击二恶英分子，分解生成h20+co2+hcl。
4.以上方法在实验原理上具有一定的可行性，但用于工业化生产却有很大的局限性，效果甚差，并多有二次污染，既不可能对多气混杂的烟气在同一装置同一流程中一体化净化，也不可能使催化剂或活性炭的活性稳定不减退，而且催化剂均具毒性，被吸附或阻隔的二恶英作收集及后处理的危险性极高。
5.当今，中国只是大城市建造了具有现代大型投资需十几亿乃至上百亿的垃圾焚烧工厂，其中也只是少数勉强可以达到二恶英化解排放的国家限值标准0.1ngteq/nm3。在960万平方公里的大地上，至少还有上千个县、数万乡镇根本不可能把垃圾都拉到数百公里之外的大城市去集中处理，这些区域占十亿人口以上，每天垃圾量以人均一天一公斤计，每天就多达100万吨以上，更何况遍布全国的燃烧产业，如煤电、冶炼、造纸、农药、铸造、木材加工、医疗废弃物焚烧等，更不可能把产生的废气输往集中处理，只能各自为战净化处理。这就必须以最实用的方法和装置、最简便可行的运作去换取最大的环保效益和社会效益，这是我国面对二恶英污染必须作出科学决策的现实问题，是本项目研究的初衷和背景所在。
6.授权公告号为cn109780563b工业废气中苯类有害物高温富氧超常压强化燃烧净化方法、公开号为cn112827324a一种净化消失模铸造废气中二氧化硫污染的方法与装置，同属烟气净化领域，是对苯类工业废气包括二氧化硫等净化处理，净化反应对象是易燃物和易氧化物，所需的反应温度和反应时间不能用于净化二恶英，目前在国内外焚烧等工业烟气净化处理领域中，尚无在同一流程中同时能对二恶英、苯、苯系物、非甲烷总烃、可挥发性物、二氧化硫、氮氧化物、有害金属化合物和颗粒物等污染物综合性高效净化环保达标的方法与装置。


技术实现要素：

7.本发明的目的是针对上述情况，使多气混杂的工业废气在同一装置、同一流程中
一体化发生相应的物化反应以达到高效净化的目的，提供一种含二恶英的烟气在同一流程中综合净化的方法与装置。
8.实现本发明目的的技术方案如下：含二恶英的烟气在同一流程中综合净化方法，包括如下步骤：1）集收含二恶英烟气；2）将烟气与空气或氧气混合，形成富氧混合气；3）混合气导入温度大于850℃的富氧燃烧室以螺旋的形式向前推进；4）烟气继续在温度大于800℃的分解室以螺旋的形式向前推进，烟气在富氧燃烧室和分解室内停留时间大于2秒，使二恶英类化合物得以热分解，苯类有机物燃烧分解，二氧化硫氧化生成三氧化硫；5）气流进入水蒸气吸收室，三氧化硫被水蒸气吸收生成雾状稀硫酸；6） 气流进入水淋吸收室，气流降温至60℃以下，冷却后的雾状稀硫酸以液态沉积进入吸收水池中；烟气中的粉尘颗粒物进入吸收水池中；7） 排放净化后的气体。
9.进一步地，所述富氧燃烧室和分解室采用管道式，横向设置。
10.实施上述方法的含二恶英的烟气在同一流程中综合净化装置，包括如下顺序连接的设备构成：引燃室，富氧燃烧室，分解室，水蒸气吸收室和水淋吸收室；所述引燃室设有空气或氧气进入口；设有烟气输入管插入引燃室内；包括喷焰口，所述喷焰口设置在引燃室与富氧燃烧室的连通处，喷焰口朝向富氧燃烧室内，喷焰口喷出的火焰气流与水平方向成15-25
°
的切入角进入富氧燃烧室；包括加热装置，所述加热装置设置在分解室内；包括引风机，所述引风机设置在水蒸气吸收室和水淋吸收室的连通处；所述富氧燃烧室内腔温度大于850℃，分解室内腔温度大于800℃；烟气在富氧燃烧室和分解室内停留时间大于2秒。
11.进一步地，包括涡喷式燃烧器，所述喷焰口为涡喷式燃烧器喷焰口。
12.进一步地，所述喷焰口的前端设有涡流导向装置。
13.进一步地，所述烟气输入管的出口端设有涡流喷射装置。
14.进一步地，所述水蒸气吸收室外壁设有冷却装置。
15.进一步地，所述富氧燃烧室和分解室外壁设有耐火保温层。
16.进一步地，所述富氧燃烧室和分解室采用管道式，横向设置，其中分解室内腔体积为富氧燃烧室内腔体积的二分之一。
17.优选地，所述富氧燃烧室内腔直径为550-650mm，长度为2500-3500mm；分解室内腔直径为210-310mm，长度为7500-8500mm。
18.进一步地，所述加热装置为硅碳棒，所述硅碳棒距离富氧燃烧室1500-2500mm。
19.进一步地，所述水淋吸收室内下部设有容量大于3m3的吸收水池。
20.进一步地，所述水淋吸收室设有烟囱。
21.采用上述含二恶英的烟气在同一流程中综合净化装置的净化方法，包括如下步骤：（1）将含二恶英的烟气通过烟气输入管输入引燃室内，从空气或氧气进入口输入
空气或氧气，烟气从烟气输入管喷出与引燃室内的空气或氧气混合，形成富氧的混合气；（2）喷焰口喷出火焰，使富氧燃烧室内腔温度大于850℃；打开加热装置，使分解室内腔温度大于800℃，混合气在引风机的作用下进入富氧燃烧室，在喷焰口的作用下混合气形成螺旋式旋风向前推进；（3）混合气以螺旋式旋风进入分解室；混合气在富氧燃烧室和分解室内停留时间大于2秒，使二恶英类化合物得以热分解，苯类有机物燃烧分解，二氧化硫氧化生成三氧化硫；（4）经过富氧燃烧室和分解室后的气流进入水蒸气吸收室，三氧化硫被水蒸气吸收生成雾状稀硫酸；（5）气流进入水淋吸收室，气流降温至60℃以下，冷却后的雾状稀硫酸以液态沉积进入吸收水池中；烟气中的粉尘颗粒物进入吸收水池中；（6）排放净化后的气体。
22.工业烟气成分混杂，各有不同的物化特性、反应条件、反应形式和生成物，只有使不同成分的烟气在同一空间同一流程中同步完成既定的物化反应，方有可能实现在同一流程中一体化净化，这是一大难点。
23.二恶英在700℃以上延时2秒可充分分解生成h2o+co2+hcl，易溶于水；苯类有机物燃点430～562℃，燃烧生成h2o+co2，易溶于水；二氧化硫在400℃以上易氧化生成三氧化硫，三氧化硫与水反应生成硫酸，易溶于水；no常态下即易氧化生成no2，no2与水反应生成硝酸，易溶于水；no2+h2o
→
hno3+no，no又氧化生成no2，在循环反应中消减；颗粒物多属少无化学反应的无机物，易被水吸收沉积回收处理。
24.二恶英及烟气中苯类等有机易燃物、二氧化硫及氮氧化物等无机物在800℃以上的富氧燃烧室和分解室的富氧空间内获得了2秒以上的燃烧、氧化、化合、分解反应的时间，其中二氧化硫被氧化生成三氧化硫后，本发明采用水蒸气吸收加大流量水淋吸收方案，在水蒸气吸收室中，三氧化硫在强力涡流喷射旋流向前推移中被水蒸气吸收，完全避免了酸雾在反应空间滞留的现象；同时，烟气中的粉尘颗粒物经过水蒸气吸收加大流量水淋吸收进入吸收水池，并使气流排放温度降到60℃以下，避免了含粉尘微粒的水蒸气大量排放。
25.本发明的净化方法和装置，使得多气混杂的工业烟气得以在同一装置同一流程中一体化充分净化，既适用于无二恶英的工业烟气净化，也适用于含二恶英的工业废气净化。
26.综合以上分析，800℃以上延时2秒的空间均可满足四大系列九大类别污染物分别发生燃烧（氧化）、分解、还原、化合反应可共享的条件，参与反应的介质o2和h2o均有利于以上各自的反应充分进行。九大类别污染物指《铸造工业大气污染物排放标准》gb39726-2020环保标准文件上指定必须达标的八大类，《生活垃圾焚烧污染控制标准》gb18485-2014文件增加了二恶英标准，共九大类。
27.另一难点是如何从根本上消除苯类等混合气体闪爆的安全隐患：苯类等芳烃物的共同点是闪点低而易闪爆（苯闪点-11℃，甲苯4.4℃，乙苯22℃，苯乙烯31℃），闪爆极限浓度多在0.9～8%范围（苯1.4～7.19%，甲苯1.2～7.0%，乙苯1.0～7.8%，苯乙烯1.1～6.1%）。各行业常规化生产所排放的废气中，平均浓度往往是稍低于或接
近闪爆极限浓度的下限，但瞬时的排放浓度难免有高于下限的危险。闪爆的形式及破坏力与发生闪爆的位置、空间大小、封闭状态、泄压的渠道及方式、热源热体的状态、废气流的浓度、化学成分与流量等因素有关。本发明设计合理的反应空间、畅通无阻的泄压通道、特定的引燃位置和特定的引燃热体，以特定的方式牵制废气的输送等技术措施，这是从根本上消除闪爆安全隐患的关键，也是本发明得以在工业化生产中广泛应用的前提保障。
28.本发明含二恶英的烟气在同一流程中综合净化的方法有如下特点：本发明人曾申请的烟气净化类专利有授权公告号为cn109780563b工业废气中苯类有害物高温富氧超常压强化燃烧净化方法、公开号为cn112827324a一种净化消失模铸造废气中二氧化硫污染的方法与装置，同属烟气净化领域，本发明不是这两个发明创造的复原，而是创新与突破，其实质性的区别在于：1、前者是对苯类工业废气包括二氧化硫等净化处理，本发明是包括含二恶英的多气混杂的烟气一体化在同一流程同一装置中综合性净化；2、前者净化反应对象是易燃物和易氧化物，所需的反应温度和反应时间截然不同，燃烧（氧化）反应与分解反应不是一个可以混为一谈的概念；3、在国内外焚烧等工业烟气净化处理领域中，除本发明外，尚无同类能对二恶英、苯、苯系物、非甲烷总烃、可挥发性物、二氧化硫、氮氧化物、有害金属化合物、颗粒物等污染物综合性高效净化环保达标的方法与装置。
29.本发明的优点：1、开创了多气混杂的工业废气在同一装置同一流程中一体化净化的先例多气混杂的工业废气中之主要污染物二恶英、有机污染物、无机污染物、有害金属及其化合物、粉尘颗粒物等，在同一流程中得以一体化高效净化，同时满足了不同的燃烧（氧化）、还原、化合、分解反应的条件，各项净化指标全部符合并优于gb18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》和gb39726-2020《铸造工业大气污染物排放标准》国家标准规定的排放限值；2、破解了含“世纪毒王”二恶英在内的混杂烟气高效净化的难题本发明开创了在小巧装置中采用高温旋流延时反应技术迫使二恶英充分分解生成h2o+co2+hcl而高效净化的先例，且运行安全可靠无二次污染；3、打破了so
2-so3不宜用水吸收的传统理念so2在本发明中被氧化生成so3，so3在强力涡喷旋流向前推移中用水蒸气吸收，完全避免了酸雾在反应空间滞留的现象，不但没有阻滞反应，反而加快了反应的速度和进程，而且在水蒸气吸收室内是由水雾变成水蒸气吸收，100℃的水变成100℃的水蒸气耗热量相当于5倍的水从常温升至100℃水的耗热量，不仅对烟气降温效果好，且节约用水；4、开创了洁净化科学燃煤的新技术和应用领域以燃煤航空涡喷炉匹配本发明的装置，分别对铸钢消失模铸造、铸铝消失模铸造及垃圾焚烧排放的烟气做了多次净化处理检测，从炉口至中铸1号最终排放口均无任何烟气泄漏，环保监测机构提供的检测数据表明：最终净化排放指标远优于gb39726-2020的限值标准，见表一所示，也优于采用电能或天然气净化的效果；表一，
5、为工业烟气洁净、低温、减高、简化排放提供了可靠保证我国多年前制订的工业烟气排放烟囱高度不允许低于15m的标准，见gb50051-2002《烟囱设计规范》，是当年废气净化技术没有突破而高温高污染条件下的无奈之举。本发明的成功应用为工业废气洁净、低温、减高、简化排放革命提供了可靠的科学依据和技术保证。现实状况是工业区超高烟囱林立，以1～20t/h装机容量的燃煤锅炉为例，烟囱高度标准是20～45m，其它产业也不例外。可想而知，砖混或钢铁结构的烟囱高达数十米是何等望而生畏的庞然大物，安全隐患何等可怕。经本发明净化后的工业烟气，不仅仅是污染物达到并优于环保限值标准，而且是低温（60℃以下）、高湿度（含水量3～6%）排放，排放的烟囱高度可望降低。
附图说明
30.图1为实施例中含二恶英的烟气在同一流程中综合净化的装置的结构示意图。
31.图中，1.引燃室 2.富氧燃烧室 3.分解室 4.水蒸气吸收室 5.水淋吸收室 6.空气或氧气进入口 7.烟气输入管 8.涡流喷射装置 9.喷焰口 10.涡流导向装置 11.加热装置 12.引风机 13.冷却装置 14.耐火保温层 15.吸收水池 16.烟囱 17.水箱 18.注水管。
具体实施方式
32.下面结合实施例和附图对本发明内容作进一步的阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例：含二恶英的烟气在同一流程中综合净化方法，包括如下步骤：1）集收含二恶英烟气；2）将烟气与空气或氧气混合，形成富氧混合气；3）混合气导入温度大于850℃的富氧燃烧室以螺旋的形式向前推进；4）烟气继续在温度大于800℃的分解室以螺旋的形式向前推进，烟气在富氧燃烧
室和分解室内停留时间大于2秒，使二恶英类化合物得以热分解，苯类有机物燃烧分解，二氧化硫氧化生成三氧化硫；5） 气流进入水蒸气吸收室，三氧化硫被水蒸气吸收生成雾状稀硫酸；6） 气流进入水淋吸收室，气流降温至60℃以下，冷却后的雾状稀硫酸以液态沉积进入吸收水池中；烟气中的粉尘颗粒物进入吸收水池中；7） 排放净化后的气体。
34.进一步地，所述富氧燃烧室2和分解室3采用管道式，横向设置。
35.如图1所示，实施上述方法的含二恶英的烟气在同一流程中综合净化装置，包括如下顺序连接的设备构成：引燃室1，富氧燃烧室2，分解室3，水蒸气吸收室4和水淋吸收室5；所述引燃室1设有空气或氧气进入口6；设有烟气输入管7插入引燃室1内；包括喷焰口9，所述喷焰口9设置在引燃室1与富氧燃烧室2的连通处，喷焰口9朝向富氧燃烧室2内，喷焰口9喷出的火焰气流与水平方向成20
°
的切入角进入富氧燃烧室2；包括加热装置11，所述加热装置11设置在分解室3内；所述加热装置11为自控调温电热棒，采用硅碳棒；包括引风机12，所述引风机12设置在水蒸气吸收室4和水淋吸收室5的连通处；所述富氧燃烧室2内腔温度大于850℃，分解室3内腔温度大于800℃；烟气在富氧燃烧室2和分解室3内停留时间大于2秒。
36.进一步地，包括涡喷式燃烧器，所述喷焰口9为涡喷式燃烧器喷焰口，涡喷式燃烧器采用航空涡喷炉。
37.进一步地，所述喷焰口9的前端设有涡流导向装置10。
38.进一步地，所述烟气输入管7的出口端设有涡流喷射装置8。
39.进一步地，所述水蒸气吸收室4外壁设有冷却装置13。所述冷却装置13为水冷式，在水蒸气吸收室4外壁设置水箱17，冷水从水箱17底部进入水箱17，从水箱17顶部流出，通过冷却装置13对水蒸气吸收室4进行冷却。水蒸气吸收室4顶部设有注水管18，水从注水管18通入水蒸气吸收室4内腔中，水在水蒸气吸收室4内在高温气流的作用下迅速蒸发形成水蒸气。
40.进一步地，所述富氧燃烧室2和分解室3外壁设有耐火保温层14。
41.进一步地，所述富氧燃烧室2和分解室3采用管道式燃烧器，横向设置，其中分解室3内腔体积为富氧燃烧室2内腔体积的二分之一。
42.优选地，所述富氧燃烧室2内腔直径为600mm，长度为3000mm；分解室3内腔直径为260mm，长度为8000mm。
43.进一步地，所述加热装置11距离富氧燃烧室2000mm。
44.进一步地，所述水淋吸收室5内下部设有容量大于3m3的吸收水池15。
45.进一步地，水淋吸收室5设有烟囱16，以排放净化后的气体。水淋吸收室5内顶部设有通水的管道，管道设有多个通孔或喷淋头，水从通孔或喷淋头中流出，形成水喷淋效果。喷淋的水由吸收水池15收集。
46.采用上述含二恶英的烟气在同一流程中综合净化装置的净化方法，包括如下步骤：（1）将含二恶英的烟气通过烟气输入管7输入引燃室1内，从空气或氧气进入口6输
入空气或氧气，烟气从烟气输入管7喷出与引燃室1内的空气或氧气混合，形成富氧的混合气；（2）点燃航空涡喷炉，喷焰口9喷出火焰，使富氧燃烧室2内腔温度大于850℃；打开加热装置11，使分解室3内腔温度大于800℃，混合气在引风机12的作用下进入富氧燃烧室2，在喷焰口9的作用下形成螺旋式旋风向前推进；（3）混合气以螺旋式旋风进入分解室3；混合气在富氧燃烧室2和分解室3内停留时间大于2秒，使二恶英类化合物得以热分解，苯类有机物燃烧分解，二氧化硫氧化生成三氧化硫；（4）启动冷却装置13，经过富氧燃烧室2和分解室3后的气流进入水蒸气吸收室4，三氧化硫被水蒸气吸收生成雾状稀硫酸；（5）气流进入水淋吸收室5，气流降温至60℃以下，冷却后的雾状稀硫酸以液态沉积进入吸收水池中；烟气中的粉尘颗粒物进入吸收水池中；（6）从烟囱16排放净化后的气体，喷淋水由吸收水池15收集。
47.本装置以天然气涡喷燃烧为主要热源，热功率相当于300kw，视不同时段不同条件下烟气的流量、流速变化时，为维持能量守恒，确保全程反应温度＞800℃，在反应管道中后部位设置100kw自动控温电热棒（硅碳棒）装置，而烟气流经的反应空间由前段长为3m直径为600mm的富氧燃烧室空腔，缩减为后段长8m直径为260mm的分解室内腔（后段的空间体积相当于前段的1/2）。
48.二恶英伴同烟气分解反应空间富氧燃烧室2和分解室3温度稳定在800℃以上，气流经过反应空间的时间＞2s，并适应10000m3/h以内烟气流量的一体化净化处理。
49.本发明的净化指标：含二恶英在内的多气混杂气体流经反应区段富氧燃烧室2和分解室3后的生成物主要是h20、co2、hcl、so3、no2、尘粒等污染物，在引风机12作用下输入容量为3m3以上的吸收水池15中，被水吸收生成可中和处理的硫酸、硝酸、盐酸及沉积物。经环保监测机构检测表明：多气混杂的焚烧烟气或多种行业的废气经本装置净化处理后，二恶英的排放浓度符合并优于gb18485-2014标准（0.1ngteq/nm3），其它苯、苯系物、非甲烷总烃、可挥发性物、二氧化硫、氮氧化物、有害金属化合物、颗粒物等净化排放浓度均完全符合并优于gb39726-2020标准。
50.含二恶英的多气混杂的烟气在本发明装置中是以涡喷旋流的轨迹全程卷动推进，类同龙卷风的螺旋轨迹，而螺旋线的旋转角度或既定直线距离内旋转的圈数是通过涡喷动力的大小和涡导结构的不同而人为设定的，本实施例中的设计参数为每直线距离内旋转4圈，那么，长度为3m直径为0.6m的富氧燃烧室2空间内气流运动的最长轨迹约为22m，假设类似龙卷风原理（旋转体中心气压低趋于少无烟气流动），视烟气汇集于直径为300～600mm之空间，取平均值φ450mm粗略计算，则烟气流经此3m直线富氧燃烧室2空间的螺旋轨迹约为17m，同理在后续直径为260mm（取φ200mm计）反应段分解室3，烟气流的轨迹约为20m，总轨迹为37m。
51.依据前述：当烟气流速达上限13m/s时，其获得反应的时间足以超过2秒以上，这就充分保证了烟气流的流量、流速有变化的情况下，二恶英都能获得在800℃以上充分发生分解反应的时间，至于除二恶英外的苯、苯系物、非甲烷总烃、可挥发性物、二氧化硫、氮氧化
物、有害金属化合物、颗粒物等显而易见必能得到一体化高效净化，已被科学检测所证明。
52.经具国家资质的浙江中通检测科技有限公司对本发明焚烧垃圾的烟气采样检测结果：检测方法依据：二恶英类：环境空气和废气 二恶英类的测定 同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法 hj77.2-2008，烟气处理前（三次采样）的二恶英浓度值为：0.23、0.15、0.12；烟气处理后（三次采样）的二恶英浓度值为：0.033、0.027、0.028；单位：ngteq/nm3，采样时间：2022.4.16，报告时间：2022.4.29。
53.经桂林千卓环境检测技术服务公司2021.11.12检测，检测方法依据：《铸造工业大气污染物排放标准》，gb39726_2020，so2：58mg/m3，非甲烷总烃：0.58mg/m3，苯：0.19mg/m3，甲苯：0.039mg/m3，乙苯：nd，苯乙烯：0.06mg/m3，氮氧化物：103mg/m3，颗粒物：＜20mg/m3，“nd”表示浓度低于样品检出限，各项净化指标远优于gb39726-2020限值标准。
54.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。