本发明涉及一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置及其方法。
背景技术：
近几年来，城市生活垃圾焚烧迅速发展，国内已经新建了很多的垃圾焚烧发电厂。垃圾焚烧发电是处理城市生活垃圾的有效方式，既处理生活垃圾，又回收垃圾中的热能，但在垃圾焚烧过程中伴随着烟气地产生，产生的烟气含有大量的污染物。这些污染物质主要包括重金属(cd、pb等)、酸性气体(hf、hcl、sox、nox等)以及二噁英等，这些物质对人类都会带来严重的危害，直接排放会造成二次污染。因此，城市生活垃圾焚烧过程中产生的烟气必须经过净化装置处理达到排放标准后才能排放。
垃圾焚烧过程中会产生大量的nox，nox的生成量主要与炉内燃烧温度及垃圾化学成分有关。燃烧产生的nox可分成两种：一种为热力型nox；另一种为燃料型nox，其中大部分nox的形成是由于垃圾中所含的氮形成。目前，垃圾焚烧发电厂除燃烧控制nox、烟气回流外，主要选用sncr和scr或两者的组合工艺。就nox的去除效果而言，scr对nox的去除率达到了85％以上；而sncr对nox的去除率也可达到60％左右；烟气回流对nox的去除率也可达到20％左右。
生活垃圾焚烧产生的酸性气体主要是sox、hcl、hf。目前，脱酸工艺主要包括干法、湿法、半干法等。单独的脱酸工艺均无法满足要求。国内常用的脱酸工艺组合有“半干+干法”，该组合能达到良好的脱酸效率，可以满足现在的国家排放标准。
活性炭常用褐煤活性炭，该活性炭粉末能够吸收烟气中hg、cd以及pb等重金属，以及烟气中二噁英、呋喃等污染物。
袋式除尘器、静电除尘器和文丘里洗涤器是生活垃圾焚烧烟气中的粉尘去除的主要方法。随着材料学科的快速发展，大大的延长了滤料的使用寿命，使袋式除尘器在垃圾焚烧烟气处理中占据主导地位。烟气夹带粉尘进入袋式除尘器，在袋式除尘器中烟气中的酸性气体继续和消石灰反应，活性炭继续吸附烟气中的重金属和二噁英。各种颗粒(包含烟气中的烟尘，凝结的重金属、反应生成物、反应剂以及吸附后的活性炭)附着在除尘器滤袋表面，经压缩空气反吹排入除尘器灰斗，经过除尘器刮板输送机送入公用刮板输送机，再经过斗提机及飞灰仓顶螺旋输送机后进入飞灰储仓。
由于垃圾焚烧产生的烟气中有害成分复杂多样，所以单一的工艺无法满足处理要求，需要多工艺组合。组合工艺不是简单的多种工艺叠加，需要考虑各工艺运行条件，合理的布置能减少能源的消耗并达到最高的处理效果。
目前垃圾焚烧烟气净化系统基本上采用两种或以上的烟气组合工艺，如半干法+干法脱酸、活性炭喷射吸附二噁英和袋式除尘器除尘等。由于各工艺简单的组合，污染物脱除效果有限，经过处理的烟气很难达到排放标准(《生活垃圾焚烧污染物控制标准》(gb18485-2014))与《欧盟(2000/76/ec)》，尤其是《欧盟(2000/76/ec)》要求烟尘含量小于10mg/m3,二氧化硫小于50mg/m3，氯化氢小于10mg/m3，氟化氢小于1mg/m3，二噁英类0.1ngteq/m3(以上的各项排放限值，均以标准状态下含11％o2的干烟气为参考值换算的日均值)。
技术实现要素：
本发明的目的是为了在最低的处理成本条件下，实现超低排放。工程中的烟气净化系统采用“sncr(选择性非催化还原脱硝)+旋转喷雾半干法+干法脱酸+活性炭喷射吸附+布袋除尘器+烟气回流装置+湿法脱酸+1#烟气/烟气换热器(1#ggh)+2#烟气/烟气换热器(2#ggh)+蒸汽/烟气换热器(sgh)+scr(选择性催化还原脱硝)”的工艺技术。余热锅炉出口的烟气经本系统处理后，烟气中的污染物浓度优于《欧盟(2000/76/ec)》的烟气排放指标限值，实现超低排放。
本发明专利的技术原理
在余热锅炉烟道内将浓度为一定的还原剂喷入炉膛内的高温条件下与nox反应，将nox转化成氮气，完成第一步脱硝。烟气经省煤器出口后(190～220℃)，从上部进入半干法反应塔顶部，旋转雾化器位于喷雾反应器上部，从石灰浆配制系统来的石灰浆进入旋转雾化器，由于雾化器的高速转动，石灰浆被雾化成微小液滴，该液滴与呈螺旋状向下运动的烟气形成逆流，并被巨大的烟气流裹带着向下运动，在此过程中，石灰浆与烟气中的酸性气体hcl、hf、so2等发生反应，反应生成物落入反应器锥体，一部分反应生成物由锥体底部排出，另一部分含在挟带着飞灰及各种粉尘的烟气里，随烟气进入下一个处理装置。该冷却过程还使二噁英、呋喃和重金属产生凝结。
烟气从半干法反应塔出来后，直接向烟道中喷射活性炭粉末和消石灰粉末。消石灰粉末与酸性气体hcl、sox以及hf等反应，能有效的进一步去除半干法处理后烟气中残余的酸性气体。活性炭粉末能够吸收烟气中hg等重金属以及烟气中二噁英、呋喃等有机污染物。
烟气夹带着飞灰和各种粉尘进入袋式除尘器，在袋式除尘器的滤袋上烟气中的酸性气体继续和消石灰反应，活性炭继续吸附烟气中的重金属和二噁英。各种颗粒(包含烟气中的烟尘，凝结的重金属、反应生成物、反应剂以及吸附后的活性炭)附着在除尘器滤袋表面，经压缩空气反吹排入除尘器灰斗，由飞灰输送系统运输至灰仓。
布袋除尘器出口温度约150℃的烟气，一部分烟气进入余热锅炉进行烟气循环，另一部分烟气由下部入口进入1#烟气/烟气换热器，原烟气经管程换热降温后，从换热器的下部出口出来进入到洗涤塔下半部烟气入口，并在塔内向上运行。洗涤塔由下部的冷却部和上部的吸收减湿部组成，冷却液循环泵将塔底冷却液送至冷却部上方的喷嘴，向下喷入与逆流的烟气充分接触，降温后烧碱溶液通过烧碱输送泵输送至冷却液循环管道中，将冷却液的ph值维持在弱酸性条件。同时，在此过程中烧碱溶液与烟气中部分的酸性气体hcl、so2等进行反应，吸收溶液中的酸性气体。另外，在冷却液循环管道上设置盐浓度指示报警器，调整从湿式洗涤塔底部排出的冷却液排出量，保证盐度维持稳定。
经过湿式脱酸塔洗涤的净烟气依次通过1#烟气-烟气换热器、2#烟气-烟气换热器以及蒸汽/烟气换热器加热，加热到催化剂适宜的温度后进入scr反应塔。在scr反应塔内，烟气中的nox在低温催化剂的作用下与还原剂反应，进一步脱除残余的nox，脱硝净化后的烟气经2#烟气/烟气换热器后进入引风机，再到烟囱排入大气。
本发明的技术方案
一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置包括烟气回流装置、sncr脱硝装置、半干法反应塔、石灰浆制备与雾化喷射装置、活性炭与消石灰干粉喷射装置、袋式除尘器、湿式脱酸塔、1#烟气/烟气换热器(1#ggh)、2#烟气/烟气换热器(2#ggh)、蒸汽/烟气换热器(sgh)、scr脱硝装置、引风机和烟囱，其中烟气回流装置、sncr脱硝装置、半干法反应塔、活性炭与石灰干粉喷射装置以及袋式除尘器能有效的脱去烟气中污染物，烟气经以上装置处理后污染物浓度能基本满足欧盟2000的污染物排放标准，通过增加湿式脱酸塔和scr装置进一步降低烟气中的酸性气体、nox、粉尘以及二噁英等，实现超低排放。
上述的一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置，半干法反应塔上部设有烟气进口，侧壁设有烟气出口，底部设有飞灰的排出口；
在半干法反应塔烟气出口与袋式除尘器烟气入口之间的烟道上设有消石灰喷射装置和活性炭喷射喷射装置；
袋式除尘器烟气入口设在除尘器下部，烟气出口设在除尘器上部，在与1#ggh原烟气入口之前的烟道上设有烟气回流装置，袋式除尘器底部设有排灰装置；
1#ggh侧壁上设有的原烟气出口一路湿式脱酸塔侧壁上设有的烟气入口相连，另设一旁路连接风机。湿式脱酸塔顶部设有烟气出口，该烟气出口与1#ggh顶部的净烟气入口相连；
1#ggh净烟气的出口一路通过管道阀门ⅰ后与2#ggh底部原烟气入口相连，另一路1#ggh的出口通过管道经管道阀门ⅲ与引风机的入口相连；
2#ggh底部原烟气出口与sgh下部入口相连，sgh上部设有烟气出口，烟气出口与scr反应塔顶部入口相连；
scr反应塔底部设有烟气出口，连接至2#ggh净烟气入口，由2#ggh底部出口通过阀门ⅱ连接引风机，引风机的出口与烟气相连。
1#ggh净烟气出口与阀门ⅰ之间的管道上设有一支路并经阀门ⅲ，阀门ⅲ后面与2#ggh底部阀门ⅱ出口的管道连接并一同进入引风机。其主要作用是当2#ggh、sgh与scr反应器出现故障，需要停运时，烟气可以直接从1#ggh出口连接引风机，再通过烟囱排出。
所述的半干反应塔，顶部通道设有导流板，可使烟气呈螺旋状向下运动。旋转雾化器位于喷雾反应器上部，从石灰浆配制系统来的石灰浆进入旋转雾化器，由于雾化器的高速旋转，石灰浆被雾化成微小液滴，该液滴与呈螺旋状向下运动的烟气形成逆流，并被巨大的烟气流裹带着向下运动，在此过程中，石灰浆与烟气中的酸性气体发生反应。在反应过程的第一阶段，气－液接触发生中和反应，石灰浆液滴中的水分得到蒸发，同时烟气得到冷却；第二阶段，气－固接触进一步中和并获得干燥的固态反应物，反应生成物落入反应器锥体，由锥体底部排出。该冷却过程还使二噁英类和重金属产生凝结。
所述的活性炭喷射装置与消石灰干粉喷射装置，活性炭和消石灰由罐车从厂外运来，用罐车自带压缩机通过贮仓进料管送入贮仓中。活性炭和消石灰贮仓顶部设有除尘器，收集消石灰粉尘并将进入贮仓的输送空气排出。贮仓底部设有破拱、空气流化装置，以防止物料搭桥并保持熟石灰的流动性，底部设有计量装置，通过罗茨风机输送至喷射装置喷入烟道，喷入的活性炭和消石灰在烟道内开始吸附酸性气体、二噁英以及重金属等污染物，在烟道中活性炭吸附并没有饱和，消石灰与酸性气体也并没有充分反应，随后与烟气一起进入袋式除尘器中吸附在滤袋表面上，与通过滤袋表面的烟气充分接触，最终达到去除烟气中酸性气体、二噁英以及重金属的目的。
所述的袋式除尘器不仅可以脱除颗粒物，而且可以提高脱硫效率、提高重金属和二噁英的去除率。袋式除尘器采用低压长袋脉冲结构，滤料材质选用纯ptfe+ptfe覆膜滤袋，为防止灰斗结露和粘灰，灰斗采用电伴热系统。
所述的湿式脱酸塔系统主要由湿式脱酸塔、减湿水水箱、减湿液热交换器、湿式脱酸塔补充水箱、烧碱储罐、氢氧化钠稀释罐、泵及控制仪表等组成。洗涤塔由下部的冷却部和上部的吸收减湿部组成，冷却液循环泵将塔底冷却液送至冷却部上方的喷嘴，向下喷入与逆流的烟气充分接触，将烟气温度逐渐降低。20％的烧碱溶液通过烧碱输送泵输送至冷却液循环管道中，将冷却液的ph值维持在弱酸。同时，在此过程中烧碱溶液与烟气中部分的酸性气体hcl、so2等进行反应，为了保持冷却液中盐的浓度，在冷却液循环管道上设置盐浓度指示报警器，调整从湿式脱酸塔底部排出的冷却液排出量。
所述的1#ggh、2#ggh、sgh均为管式换热器。
所述的scr反应器将一定浓度的还原剂喷入混合烟气进入scr反应器中，在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物进行反应，生成无害的氮气与水蒸汽后由scr反应器尾部进入引风机入口。
上述的一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置的净化方法如下：
sncr系统将还原剂喷入余热锅炉烟道内，完成第一步脱硝，烟气经省煤器后从上部进入半干法反应塔，与雾化的石灰浆反应，完成第一步脱酸；烟气从半干法反应塔出来后，直接向烟道中喷射活性炭粉末和消石灰粉末，初步吸附和吸收烟气中的酸性气体、二噁英和重金属离子，然后烟气夹带粉尘进入袋式除尘器，在袋式除尘器中完成进一步脱酸，并去除重金属和二噁英等污染物，从袋式除尘器出来的烟气小部分进入烟气再循环，降低nox的生成量；另一部分进入1#ggh换热器降温，降温后烟气进入湿式脱酸塔进一步脱除残余的酸性气体，经脱酸后的烟气依次进入1#ggh、2#ggh、sgh升温，升温后的烟气进入scr反应器进步脱除残余的nox，净化后的烟气进入2#ggh，烟气经升温后经引风机、烟囱排入大气。
本发明的有益效果
本发明的一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置，采用烟气回流装置、sncr脱硝装置、半干法反应塔、石灰浆制备与雾化喷射装置、活性炭与消石灰干粉喷射装置、袋式除尘器、湿式脱酸塔、1#烟气/烟气加热器、2#烟气/烟气加热器蒸汽加热器、scr脱硝装置，各种污染物处理都有多级处理装置，因此在脱硫脱硝、除二噁英等污染物具有更大的优越性。首先，在烟气回流装置中降低nox的生成量，进一步采用sncr装置去除烟气中的nox，烟气经省煤器后从上部进入半干法反应塔，在塔顶采用旋转雾化器喷入石灰浆，烟气中的酸性气体与石灰浆完成第一步脱酸；完成第一步脱酸后的烟气从半干法反应塔出来后，通过喷射活性炭粉末和消石灰粉末，吸附和吸收烟气中的酸性气体、二噁英和重金属离子，完成吸收和吸附的消石灰和活性炭粉末在袋式除尘器中充分反应，并通过除尘器将粉尘分离，进一步去除了酸性气体、二噁英和重金属离子，烟气中残留的酸性气体、粉尘进入湿式脱酸塔再次吸收脱除，烟气经湿式洗涤塔后，温度降低，为保证scr反应器的处理效率，通过1#ggh、2#ggh、sgh加热，再进入scr反应器进一步脱除烟气中残留的nox和二噁英。
本发明的一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置用于城市生活垃圾焚烧烟气的净化处理后，排出的烟气中烟尘5mg/nm3，hcl10mg/nm3，hf1mg/nm3，so210mg/nm3，nox50mg/nm3，co10mg/nm3，hg0.02mg/nm3，二噁英0.02ng-teq/nm3(以上的各项排放值，均以标准状态下含11％o2的干烟气为参考值换算的日均值)，满足欧盟2000/76/ec的排放标准，其中烟尘、so2、nox、co、hg、二噁英等排放值均优于欧盟2000/76/ec的排放限值，实现超低排放。
附图说明
图1是本发明的烟气一体化净化处理装置的结构示意图。
图2是图1的a部放大图。
图3是图1的b部放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施实例并结合附图对本发明专利进一步阐述，但并不限制本发明。
实施例1
一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置，其结构示意图如图1所示，包括烟气回流装置7、sncr脱硝装置(示意图中未给出，属于炉内脱硝)、半干法反应塔1(石灰浆制备与雾化喷射装置)、活性炭喷射装置3、消石灰干粉喷射装置4、袋式除尘器5、1#烟气/烟气换热器8(ggh)、湿式脱酸塔9、2#烟气/烟气换热器11(ggh)、蒸汽/烟气换热器12(sgh)、scr脱硝装置13、还原剂储存装置14、引风机15和烟囱16。
半干法反应塔1上部设有烟气进口，侧壁设有烟气出口，底部设有飞灰的排出口2；在半干反应塔1烟气出口与袋式除尘器5烟气入口之间的烟道上设有消石灰喷射装置3和活性炭喷射装置4；
袋式除尘器5烟气入口设在除尘器下部，烟气出口设在除尘器上部，在与1#烟气/烟气换热器8原烟气入口之前的烟道上设有烟气回流装置7，袋式除尘器5底部设有排灰装置6；
1#ggh8侧壁上设有的原烟气出口一路与湿式脱酸塔9侧壁上设有的烟气入口相连，另设一旁路连接风机15。湿式脱酸塔9顶部设有烟气出口，该烟气出口与1#ggh8顶部的净烟气入口相连；
1#ggh8净烟气的出口一路通过管道阀门ⅰ(17)后与2#ggh11底部原烟气入口相连，另一路1#ggh8的净烟气出口通过管道经管道阀门ⅲ(18)与引风机的入口相连；2#ggh11顶部原烟气出口与sgh12下部入口相连，sgh12上部设有烟气出口，烟气出口与scr反应塔13顶部入口相连；scr反应塔13底部设有烟气出口，连接至2#ggh11顶部净烟气入口，由2#ggh11底部净烟气出口通过阀门ⅱ(19)阀门连接引风机15，引风机的出口与烟囱16相连；
1#ggh8净烟气出口与阀门ⅰ(17)之间的管道上设有一支路并经阀门ⅲ(18)，阀门ⅲ(18)后面与2#ggh11底部阀门ⅱ(19)净烟气出口的管道连接并一同进入引风机。其主要作用是当2#ggh11、sgh12与scr反应器出现故障，需要停运时，烟气可以直接从1#ggh8净烟气出口连接引风机15，再通过烟囱16排出。
上述的一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置，其工作路线如下：
sncr系统将还原剂喷入余热锅炉烟道内，完成第一步脱硝，烟气经省煤器后从上部进入半干法反应塔1，与雾化的石灰浆反应，完成第一步脱酸；烟气从半干法反应塔1出来后进袋式除尘器5前，通过活性炭喷射装置3和消石灰喷射装置4直接向烟气中喷射活性炭粉末和消石灰粉末，初步吸附和吸收烟气中的酸性气体、二噁英和重金属离子，然后烟气夹带粉尘进入袋式除尘器5，在袋式除尘器5中进一步脱除酸性气体，并去除重金属和二噁英等污染物，灰飞通过刮板机输送至灰仓；从袋式除尘器5出来的烟气小部分进入烟气回流装置7，降低nox的生成量，另一部分进入1#ggh8降温，降温后烟气进入湿式脱酸塔9再一次脱除残余的酸性气体，经脱酸后的烟气进入2#ggh11、sgh12升温，升温后的烟气进入scr反应器13，进过3层催化剂催化反应，进一步完成脱硝和去除二噁英，净化后的烟气进入2#ggh11，烟气经升温后经引风机15经过烟囱16排入大气。
当2#ggh11、sgh12与scr反应器13出现故障，需要停运时，关闭阀门ⅰ(17)和阀门ⅱ(19)，打开阀门ⅲ(18)，烟气可以直接从1#ggh8出口连接引风机15，再通过烟囱16排出。
应用实施例1
利用实施例1所述的一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置对城市生活垃圾焚烧烟气进行处理，其工作路线如下：
sncr系统将还原剂喷入余热锅炉烟道内，完成第一步脱硝，烟气经省煤器后从上部进入半干法反应塔1，烟气中的酸性气体与雾化的石灰浆发生中和反应，去除了一大部分的酸性气体；
烟气从半干法反应塔2侧面出来后进袋式除尘器5前，通过活性炭喷射装置3和消石灰喷射装置4直接向烟气中喷射活性炭粉末和消石灰粉末，初步吸附和吸收烟气中的酸性气体、二噁英和重金属离子，然后烟气夹带粉尘进入袋式除尘器5，在袋式除尘器5的滤袋表面形成滤层，消石灰与酸性气体进一步反应，进一步脱除酸性气体，并重金属和二噁英等污染物随活性炭一起被分离，灰飞通过刮板机输送至灰仓；
从袋式除尘器5出来的烟气小部分进入烟气回流装置7，降低nox的生成量，另一部分进入1#ggh8降温，降温后烟气进入湿式脱酸塔9，碱液从上往下喷淋，烟气与碱液充分接触吸收，再进一步脱除烟气中残留的酸性气体，同时去除一部分残余的颗粒物；
经脱酸后的烟气进入1#ggh8、2#ggh11、sgh12升温，升温后的烟气进入scr反应器13，进过3层催化剂催化反应，进一步完成脱硝和去除二噁英，净化后的烟气进入2#ggh11，烟气经升温后经引风机15经过烟囱16排入大气，从而实现烟气的超低排放净化处理。
经过上述的一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置用于城市生活垃圾焚烧烟气的净化处理后，排出的烟气中烟尘5mg/nm3，hcl10mg/nm3，hf1mg/nm3，so210mg/nm3，nox50mg/nm3，co10mg/nm3，hg0.02mg/nm3，二噁英0.02ng-teq/nm3(以上的各项排放值，均以标准状态下含11％o2的干烟气为参考值换算的日均值)，满足欧盟2000/76/ec的排放标准，其中烟尘、so2、nox、co、hg、二噁英等排放值均优于欧盟2000/76/ec的排放限值，实现超低排放。
对照实施例1
即采用现有技术的“sncr+半干法脱酸+活性炭吸附二噁英+干法脱酸+袋式除尘器”的烟气组合处理工艺，污染物排放浓度满足排放要求，烟气中烟尘10mg/nm3，hcl10mg/nm3，hf1mg/nm3，so250mg/nm3，nox150mg/nm3，hg0.05mg/nm3、二噁英0.1ng-teq/nm3(以上的各项排放值，均以标准状态下含11％o2的干烟气为参考值换算的日均值)，基本满足欧盟2000/76/ec的排放标准。
通过上述的应用实施例1与对照实施例1进行对比，可以看出，经过上述的一种城市生活垃圾焚烧烟气的超低排放净化装置用于城市生活垃圾焚烧烟气的净化处理后，在烟尘含量，二氧化硫含量，氮氧化物，贡含量，二噁英含量等指标比现有技术有了排放浓度明显降低，烟尘含量和二氧化硫含量减小为现有技术的1/2和1/5，汞含量均为现有技术的2/5，二噁英类含量仅为现有技术的1/5，由此表明了本发明的烟气净化处理装置在烟气污染物脱除方面具有明显的优势,能够实现超低排放。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。