一种有机固废焚烧高温烟气预处理调质装置及方法与流程

本发明属于环境保护领域，尤其涉及一种有机固废焚烧高温烟气预处理调质装置及方法。
背景技术：
：焚烧作为无害化最彻底、减容化最显著、可资源化利用程度最高的一种处理技术，已经成为当今国际社会生活垃圾处理的重要技术。垃圾焚烧对环境的二次污染物主要源于焚烧过程中产生的烟气，焚烧烟气中包含酸性气体(hcl、sox、nox)、颗粒物、有机物二噁英及重金属等，均对人体健康有很大的危害。二噁英属于剧毒物质，易溶于脂肪，长期摄取会引起癌症、畸形等；飞灰中重金属成分和含量比较大，属于危险废物，对环境影响巨大。因此，若不对生活垃圾焚烧烟气产生的二次污染进行有效的控制和处理，将会对环境和人群健康造成极大的危害。我国大型生活垃圾焚烧烟气净化系统基本上采用“炉内sncr脱硝+烟气急冷+半干法脱酸+活性炭喷射吸附二噁英+布袋除尘器除尘”的烟气组合处理工艺，使用这种工艺，烟气是通过余热锅炉受热面、温度降到中低温区(≤350℃)以后再得以净化，这种中低温净化存在以下问题：(1)余热锅炉受热面的高低温腐蚀。现代化的焚烧炉都配有余热锅炉，其高温受热面易受到hcl的高温腐蚀，低温受热面易受到酸结露腐蚀，为了避免低温腐蚀，余热锅炉的烟气出口温度需要高于酸露点温度10℃左右，这是导致余热锅炉效率不高的主要原因；(2)促进二噁英的再合成。大量研究表明，二噁英生成的最佳温度在225～400℃之间，同时，二噁英的合成反应主要是在飞灰的表面完成，而飞灰中含有的大量的重金属可作为二噁英生成的催化剂，氯源(hcl和cl2)的存在也会促进二噁英的生成；(3)促进重金属的挥发。大量研究表明，氯源的存在会促进重金属由底灰向飞灰或气相迁移，因为氯与重金属反应形成的氯化物熔沸点较低，易挥发。近年来，有机固废焚烧烟气中污染物的高效深度脱除受到越来越多研究者的关注，比如中国专利cn103055661a公开了一种高温脱除烟气中酸性气体的装置及其方法，用于对垃圾或煤燃烧过程中产生的酸性气体进行深度脱除，采用在多级错流移动床反应器中分别加入不同的吸附剂，高温烟气依次与吸附剂分别错向接触的方法对酸性气体进行多级深度脱除；但是，本申请发明人分析发现该方法不能对飞灰以及重金属进行协同脱除，并且没有对净化产物进行脱除。中国专利cn1426830a公开了一种烟气除尘一体化的方法及其装置，使用混合造粒器将催化剂、脱硫剂和持水剂混合造粒形成复合颗粒，并用高温蒸汽增湿活化后随烟气一起进入袋式除尘器，达到飞灰和so2同时脱除的目的；但是，本申请发明人分析发现该方法无法在高温环境下进行工作。中国专利cn107297142a公开了一种烟气净化方法，通过催化处理、等离子体处理、化学反应处理、电场吸附处理等一系列手段对烟气中的氮氧化物、含硫污染物、灰尘和重金属进行脱除；但是，本申请发明人分析发现该方法所需步骤较多，工艺较为复杂，同时成本较高，不适合工业化应用。中国专利cn104147915a公开了一种烟气的处理方法，主要用于垃圾焚烧炉产生的烟气处理，采用向焚烧炉内喷射还原剂脱硝，然后在低温段进行脱硫除尘的方法；但是，本申请发明人分析发现炉内喷射还原剂的方式混合效果较差，效率不高，同时在低温段进行脱硫可能导致硫酸凝结腐蚀受热面。由于垃圾组分复杂，其焚烧产生的二次污染物成分也复杂多变，对酸性气体、灰尘、重金属等多种污染物的协同脱除是有机固废焚烧中的关键问题，现有工艺大多是逐级对各种污染物进行处理，步骤较多，工艺较复杂；同时，传统的中低温净化已不能满足要求，在高温段对焚烧烟气进行预处理调质，不仅可以避免余热锅炉受热面的腐蚀，控制二噁英以及重金属的排放，还可以提高余热锅炉的效率；但是，在高温段喷射钙剂脱酸易导致烟气中粘性颗粒的增加，比如钙剂吸收剂吸收hcl形成的cacl产物熔点为782℃，而焚烧炉炉膛出口的烟气温度在900℃左右。技术实现要素：针对中低温烟气净化的缺点，以及现有技术存在的问题，本发明提供了一种有机固废焚烧高温烟气预处理调质装置及其方法，选择在大于850℃的高温环境下对烟气中的hcl、氮氧化物、硫氧化物、灰尘和重金属进行协同脱除，因为在此温度下可将烟气中的二噁英有效裂解，同时需满足烟气在此温度下的停留时间大于2s。为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种有机固废焚烧高温烟气预处理调质装置，包括绝热旋风沉降烟道、吸收剂存储单元、吸收剂输送单元和喷嘴；所述绝热旋风沉降烟道包括入口烟道、旋风分离室、导流体、排气管、灰尘出口和集灰斗；所述吸收剂存储单元包括石灰石粉末存储料仓、高岭土粉末存储料仓和尿素溶液储备罐；所述吸收剂输送单元包括空气输送单元、石灰石粉末输送单元、高岭土粉末输送单元、尿素溶液输送单元和总输送管路；所述空气输送单元包括压缩机、压缩空气储罐和空气输送管路；所述石灰石粉末输送单元包括电动给料机ⅰ、鼓风机ⅰ和石灰石粉末输送管路；所述高岭土粉末输送单元包括电动给料机ⅱ、鼓风机ⅱ和高岭土粉末输送管路；所述尿素溶液输送单元包括尿素溶液泵和尿素溶液输送管路；所述总输送管路包括石灰石粉末和空气混合总输送管路、高岭土粉末和空气混合总输送管路以及尿素溶液和空气混合总输送管路；所述压缩机的空气输出端连接压缩空气储罐，所述空气输送管路的一端与压缩空气储罐连接，所述空气输送管路的另一端分别与石灰石粉末和空气混合总输送管路、高岭土粉末和空气混合总输送管路以及尿素溶液和空气混合总输送管路的一端连接；所述鼓风机ⅰ连接在石灰石粉末输送管路的一端上，所述石灰石粉末输送管路的另一端与石灰石粉末和空气混合总输送管路的一端连接，所述石灰石粉末存储料仓和电动给料机ⅰ设置在石灰石粉末输送管路的上方，所述电动给料机ⅰ的进料口与石灰石粉末存储料仓的出料口连接，所述电动给料机ⅰ的出料口连接在石灰石粉末输送管路上；所述鼓风机ⅱ连接在高岭土粉末输送管路的一端上，所述高岭土粉末输送管路的另一端与高岭土粉末和空气混合总输送管路的一端连接，所述高岭土粉末存储料仓和电动给料机ⅱ设置在高岭土粉末输送管路的上方，所述电动给料机ⅱ的进料口与高岭土粉末存储料仓的出料口连接，所述电动给料机ⅱ的出料口连接在高岭土粉末输送管路上；所述尿素溶液泵的一端与尿素溶液储备罐相连，另一端与尿素溶液输送管路相连接，所述尿素溶液输送管路的另一端与尿素溶液和空气混合总输送管路相连；所述石灰石粉末和空气混合总输送管路、高岭土粉末和空气混合总输送管路以及尿素溶液和空气混合总输送管路的另一端分别连接喷嘴；所述喷嘴用于喷射石灰石粉末、高岭土粉末、尿素溶液；所述旋风分离室内的顶部中间竖直设置导流体，所述旋风分离室内的底部中间竖直设置排气管，所述旋风分离室内的底部、且在排气管与旋风分离室内壁之间设置灰尘出口；所述集灰斗设置在旋风分离室的下方，所述灰尘出口与集灰斗连通；所述入口烟道的一端与焚烧设备相连，所述入口烟道的另一端沿旋风分离室的内壁切向设置，所述喷嘴设置在入口烟道的顶部；所述排气管的底部通过烟气通道短节与余热锅炉的底部连通。作为本发明的一种优选方案，所述绝热旋风沉降烟道为多个并成一排设置，每个绝热旋风沉降烟道内的排气管的底部分别通过烟气通道短节与余热锅炉的底部连通。作为本发明的另一种优选方案，所述集灰斗的下部设置螺旋输送机，所述集灰斗内所收集的灰尘由螺旋输送机定时清运。作为本发明的又一种优选方案，所述空气输送管路、石灰石粉末输送管路、高岭土粉末输送管路和尿素溶液输送管路上分别设置阀门。一种有机固废焚烧高温烟气预处理调质方法，该方法采用了上述的有机固废焚烧烟气预处理调质装置，该方法包括如下步骤：1)吸收剂输送1.1)开启空气输送管路上的阀门，启动压缩机，通过压缩机和压缩空气储罐向空气输送管路输送空气；1.2)开启石灰石粉末输送管路上的阀门，启动电动给料机ⅰ和鼓风机ⅰ，石灰石粉末从石灰石粉末存储料仓经电动给料机ⅰ下料，由鼓风机ⅰ吹入石灰石粉末输送管路，与空气混合后进入石灰石粉末和空气混合总输送管路；1.3)开启高岭土粉末输送管路上的阀门，启动电动给料机ⅱ和鼓风机ⅱ，高岭土粉末从高岭土粉末存储料仓经电动给料机ⅱ下料，由鼓风机ⅱ吹入高岭土粉末输送管路，与空气混合后进入高岭土粉末和空气混合总输送管路；1.4)开启尿素溶液输送管路上的阀门，启动尿素溶液泵，尿素溶液从尿素溶液储备罐经尿素溶液泵送入尿素溶液输送管路，与空气混合后进入尿素溶液和空气混合总输送管路；2)有机固废经焚烧设备焚烧后，产生的高温烟气进入入口烟道，入口烟道顶部的喷嘴向入口烟道内喷入石灰石粉末、高岭土粉末和尿素溶液；3)所喷入的吸收剂随着烟气的流动切向进入旋风分离室内做旋转运动，吸收剂与烟气充分混合并发生反应，反应产物颗粒以及飞灰在离心力的所用下做贴壁旋转运动并在重力的作用下沿壁面下滑最终由灰尘出口排出落入集灰斗中，随后进入螺旋输送机被定时清运走，净化后的气流集中在旋风分离室的中心，由排气管直接引出，再由烟气通道短节引入余热锅炉中进行余热利用。进一步，所述石灰石粉末用于吸收焚烧烟气中的hcl和so2，其中石灰石粉末与烟气中hcl含量的摩尔比为2～3，石灰石粉末与烟气中so2含量的摩尔比为1～1.5；所述尿素溶液用于吸收焚烧烟气中的no，其中尿素溶液分解出的nh3与烟气中no的摩尔比为1～1.5；所述高岭土粉末用于吸附烟气中的重金属，其中高岭土粉末喷射质量与烟气体积比为500～1000mg/nm3。再进一步，入口烟道的宽度/旋风分离室的宽度为0.15～0.35；所述入口烟道的高度/入口烟道的宽度为2.2～2.5；所述导流体的长度/入口烟道的高度为1～1.5；所述导流体与所述排气管的距离/旋风分离室的宽度为0.35～0.7。本发明在高温(≥850℃)下对有机固废焚烧高温烟气中的酸性气体(hcl、so2、no)、飞灰以及重金属进行协同预脱除，相比于现有技术，具有以下优点：1、可有效防止余热锅炉受热面的高低温腐蚀，抑制二噁英的再合成以及重金属的挥发，从而减少了烟气中二噁英以及重金属的含量。2、由于在高温下将大量的酸性气体脱除，可降低烟气的酸露点温度，从而可降低余热锅炉的排烟温度，烟气热量得到充分利用，余热锅炉效率得到提升，一般排烟温度每降低12～15℃，排烟损失将减少1％，而锅炉热效率大约提高1％。3、将烟气中的飞灰颗粒进行部分脱除，可缓解颗粒物对余热锅炉受热面的冲刷腐蚀，防止受热面的积灰。4、在旋风的作用下，吸收剂与烟气可充分混合，且烟气采用下出气的方式，延长了烟气的停留时间，反应更加充分，有助于吸收剂吸收效率的提高。5、采用一体化设计，对hcl、so2、no、飞灰、重金属等多种污染物进行协同预脱除，结构简单紧凑，占地小。附图说明图1为一种有机固废焚烧高温烟气预处理调质装置的结构示意图；图2为图1中沿a-a方向的剖视结构示意图；图3为绝热旋风沉降烟道的结构示意图。图中，1—入口烟道；2—旋风分离室；3—导流体；4—排气管；5—烟气通道短节；6—灰尘出口；7—集灰斗；8—高温耐火砖；9—余热锅炉；10—压缩机；11—压缩空气储罐；12—空气输送管路；13—尿素溶液储备罐；14—尿素溶液泵；15—尿素溶液输送管路；16—高岭土粉末存储料仓；17—石灰石粉末存储料仓；18—电动给料机ⅰ；19—电动给料机ⅱ；20—鼓风机ⅰ；21—鼓风机ⅱ；22—石灰石粉末输送管路；23—高岭土粉末输送管路；24—石灰石粉末和空气混合总输送管路；25—高岭土粉末和空气混合总输送管路；26—尿素溶液和空气混合总输送管路；27—喷嘴；28—阀门；29—螺旋输送机。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。如图1～3所示，一种有机固废焚烧高温烟气预处理调质装置包括绝热旋风沉降烟道、吸收剂存储单元、吸收剂输送单元和喷嘴27。该装置用于在高温(≥850℃)下对烟气中的hcl、氮氧化物、硫氧化物、灰尘和重金属进行预脱除。绝热旋风沉降烟道包括入口烟道1、旋风分离室2、导流体3、排气管4、灰尘出口6和集灰斗7，绝热旋风沉降烟道采用向下排气的方式，具有流动阻力较低，利于布置和支撑的特点；绝热旋风沉降烟道由高温耐火砖8堆砌而成，内部不布置受热面，同时布置有保温层，防止热量的损失，使烟气温度保持在850℃等级。吸收剂存储单元包括石灰石粉末存储料仓17、高岭土粉末存储料仓16和尿素溶液储备罐13。吸收剂输送单元包括空气输送单元、石灰石粉末输送单元、高岭土粉末输送单元、尿素溶液输送单元和总输送管路。空气输送单元包括压缩机10、压缩空气储罐11和空气输送管路12。石灰石粉末输送单元包括电动给料机ⅰ18、鼓风机ⅰ20和石灰石粉末输送管路22；高岭土粉末输送单元包括电动给料机ⅱ19、鼓风机ⅱ21和高岭土粉末输送管路23；尿素溶液输送单元包括尿素溶液泵14和尿素溶液输送管路15；总输送管路包括石灰石粉末和空气混合总输送管路24、高岭土粉末和空气混合总输送管路25以及尿素溶液和空气混合总输送管路26；压缩机10的空气输出端连接压缩空气储罐11，空气输送管路12的一端与压缩空气储罐11连接，空气输送管路12的另一端分别与石灰石粉末和空气混合总输送管路24、高岭土粉末和空气混合总输送管路25以及尿素溶液和空气混合总输送管路26的一端连接；鼓风机ⅰ20连接在石灰石粉末输送管路22的一端上，石灰石粉末输送管路22的另一端与石灰石粉末和空气混合总输送管路24的一端连接，石灰石粉末存储料仓17和电动给料机ⅰ18设置在石灰石粉末输送管路22的上方，电动给料机ⅰ18的进料口与石灰石粉末存储料仓17的出料口连接，电动给料机ⅰ18的出料口连接在石灰石粉末输送管路22上；鼓风机ⅱ21连接在高岭土粉末输送管路23的一端上，高岭土粉末输送管路23的另一端与高岭土粉末和空气混合总输送管路25的一端连接，高岭土粉末存储料仓16和电动给料机ⅱ19设置在高岭土粉末输送管路23的上方，电动给料机ⅱ19的进料口与高岭土粉末存储料仓16的出料口连接，电动给料机ⅱ19的出料口连接在高岭土粉末输送管路23上；所述尿素溶液泵14的一端与尿素溶液储备罐13相连，另一端与尿素溶液输送管路15相连接，所述尿素溶液输送管路15的另一端与尿素溶液和空气混合总输送管路26相连；所述石灰石粉末和空气混合总输送管路24、高岭土粉末和空气混合总输送管路25以及尿素溶液和空气混合总输送管路26的另一端分别连接喷嘴27；所述喷嘴27用于喷射石灰石粉末、高岭土粉末、尿素溶液。旋风分离室2内的顶部中间竖直设置导流体3，旋风分离室2内的底部中间竖直设置排气管4，旋风分离室2内的底部、且在排气管4与旋风分离室2内壁之间设置灰尘出口6。集灰斗7设置在旋风分离室2的下方，灰尘出口6与集灰斗7连通，集灰斗7设计为锥形，可收集飞灰以及吸收剂吸收酸性气体和重金属形成的产物。在本实施例中，旋风分离室2设计为方形，是烟气与吸收剂的反应室。入口烟道1的一端与焚烧设备相连，入口烟道1的另一端与旋风分离室2垂直相连，并沿旋风分离室2的内壁切向设置，喷嘴27设置在入口烟道1的顶部。排气管4的底部通过烟气通道短节5与余热锅炉9的底部连通。在本实施例中，绝热旋风沉降烟道为多个并成一排设置，每个绝热旋风沉降烟道内的排气管4的底部分别通过烟气通道短节5与余热锅炉9的底部连通；图2上为4个绝热旋风沉降烟道。集灰斗7的下部设置螺旋输送机29，集灰斗7内所收集的灰尘由螺旋输送机29定时清运。空气输送管路12、石灰石粉末输送管路22、高岭土粉末输送管路23和尿素溶液输送管路15上分别设置阀门28。一种有机固废焚烧高温烟气预处理调质方法，该方法采用了上述的有机固废焚烧高温烟气预处理调质装置，该方法包括如下步骤：1)吸收剂输送1.1)开启空气输送管路12上的阀门，启动压缩机10，通过压缩机10和压缩空气储罐11向空气输送管路12输送空气。1.2)开启石灰石粉末输送管路22上的阀门，启动电动给料机ⅰ18和鼓风机ⅰ20，石灰石粉末从石灰石粉末存储料仓17经电动给料机ⅰ18下料，由鼓风机ⅰ20吹入石灰石粉末输送管路22，与空气混合后进入石灰石粉末和空气混合总输送管路24。1.3)开启高岭土粉末输送管路23上的阀门，启动电动给料机ⅱ19和鼓风机ⅱ21，高岭土粉末从高岭土粉末存储料仓16经电动给料机ⅱ19下料，由鼓风机ⅱ21吹入高岭土粉末输送管路23，与空气混合后进入高岭土粉末和空气混合总输送管路25。1.4)开启尿素溶液输送管路15上的阀门，启动尿素溶液泵14，尿素溶液从尿素溶液储备罐13经尿素溶液泵14送入尿素溶液输送管路15，与空气混合后进入尿素溶液和空气混合总输送管路26。2)有机固废经焚烧设备焚烧后，产生的高温烟气进入入口烟道1，入口烟道1顶部的喷嘴27向入口烟道1内喷入石灰石粉末、高岭土粉末和尿素溶液。3)所喷入的吸收剂随着烟气的流动切向进入旋风分离室2内做旋转运动，延长了烟气的停留时间，吸收剂与烟气充分混合并发生反应，反应产物颗粒以及飞灰在离心力的所用下做贴壁旋转运动并在重力的作用下沿壁面下滑最终由灰尘出口6排出落入集灰斗7中，随后进入螺旋输送机29被定时清运走，净化后的气流集中在旋风分离室2的中心，由排气管4直接引出，再由烟气通道短节5引入余热锅炉9中进行余热利用，最后由余热锅炉9排出，此时烟气中仍含有少量污染物，还需进行二次处理。烟气通道短节5连接绝热旋风沉降烟道的排气管4以及余热锅炉9，方便进行拆卸与检修。石灰石粉末用于吸收焚烧烟气中的hcl和so2，其中石灰石粉末与烟气中hcl含量的摩尔比为2～3，石灰石粉末与烟气中so2含量的摩尔比为1～1.5。尿素溶液用于吸收焚烧烟气中的no，其中尿素溶液分解出的nh3与烟气中no的摩尔比为1～1.5。高岭土粉末用于吸附烟气中的重金属，主要是pb(铅)、cd(镉)、cu(铜)，其中高岭土粉末喷射质量与烟气体积比为500～1000mg/nm3，高岭土粉末对pb的吸附量为0.46mg/g，对cd的吸附量为0.27mg/g，对cu的吸附量为0.42mg/g；同时，高岭土能吸附烟气中的粘性颗粒，并且高岭土的熔点较高，约1785℃，高岭土颗粒表面粘结粘性颗粒，提高粘性颗粒中矿物共晶体的温度，使其固化失粘，然后惯性分离。入口烟道1的宽度/旋风分离室2的宽度为0.15～0.35，入口烟道1的高度/入口烟道1的宽度为2.2～2.5。旋风分离室2的长度为3～5m，旋风分离室的宽度/炉膛的宽度为0.25～0.35，旋风分离室2的高度/炉膛的高度为0.5。导流体3为位于旋风分离室顶部中心位置的圆形柱体，其作用主要有两方面：一方面是引导气流做旋转运动；另一方面是与旋风分离室2的内壁形成的环形空间影响着气流旋转速度的大小。导流体3的直径/旋风分离室2的宽度为0.3～0.5；导流体3的长度/入口烟道1的高度为1～1.5。排气管4为位于旋风分离室2底部中心位置的圆形管道，固体颗粒在四周做旋转运动，形成外旋流，气体在中心做旋转运动，形成内旋流，在中心位置布置排气管4可直接将气流引出，排气管4的直径/旋风分离室2的宽度为0.3～0.5，导流体3与排气管4的距离/旋风分离室2的宽度为0.35～0.7。本发明提供的有机固废焚烧高温烟气预处理调质方法在高温(≥850℃)下对hcl、so2、no、飞灰、重金属等多种污染物进行协同预脱除，这种一体化设计结构紧凑，装置体积小；在旋流的作用下，吸收剂与烟气可充分混合并发生反应，同时也延长了烟气的停留时间；由于大部分的飞灰以及酸性气体已脱除，可缓解余热锅炉受热面的高低温腐蚀以及积灰腐蚀等问题；同时，酸性气体的预脱除使酸露点温度得到降低，从而可降低余热锅炉的排烟温度，余热锅炉效率得到提升。采用本发明提供的有机固废焚烧高温烟气预处理调质装置及其方法在高温下对烟气进行预处理，预期对各种污染物的脱除效果如下：hclso2nocdpbcu飞灰80％80％60％50％80％80％70％最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12