一种垃圾焚烧烟气处理系统的制作方法

本技术属于环境保护领域，涉及一种垃圾焚烧烟气处理系统，尤其是涉及一种能高效回收热量的垃圾焚烧处理系统。

背景技术：

1、随着城市的发展，生活垃圾的总数量不断增加，现有生活垃圾的处置方式以焚烧为主，但是焚烧过程中的烟气不可避免地带有飞灰，由于生活垃圾的特殊性，其焚烧产生的飞灰中含有二噁英等有害物质，被国家列为危险废弃物。垃圾焚烧烟气含湿量大，一般达20％-30％；烟气中有毒、有害成分复杂，包含多种微量金属，如pb、hg、cr等；烟气成分复杂，不但含有sox、粉尘、nox等，还含有较多的hcl、hf等酸性气体；存在二噁英和呋喃等强致癌物质；粉尘粒径细、粘度高，具有强磨琢性和冲击性。

2、传统的垃圾焚烧尾气处理工艺流程较长，采用sncr+半干法脱酸+干法脱酸+活性炭喷射吸附+袋式除尘器+sgh(蒸汽加热)+scr+ggh(烟气再加热)的工艺，具体工艺步骤如下：1)垃圾焚烧炉出来的烟气在炉内先通过sncr脱除部分氮氧化物后经过余热锅炉/省煤器+空气预热器换热，使出口烟气温度在230～250℃；2)余热锅炉出口烟气进入旋转喷雾半干脱酸塔进行脱酸，脱酸出口温度约155℃，在烟道上直接喷入消石灰脱除多余sox；3)经脱酸处理后的烟气通过投入活性炭吸附烟气中的重金属以及二噁英；4)经活性炭喷射吸附后的烟气进入到袋式除尘器除尘；5)从布袋除尘后出来的烟气约150℃，先经过sgh饱和蒸汽加热到约200℃并与喷入的氨气混合后进入中低温脱硝scr反应器脱除烟气中的氮氧化物；6)从scr系统出来的烟气经过与进入scr系统前的烟气进行ggh换热，换热后烟气温度高于露点并由引风机抽往烟囱进行排放。

3、上述工艺存在以下缺点：1)通过先降温脱酸除尘后再升温脱硝的方式完成达标排放，设备流程长，对该烟气热量无法加以利用白白浪费掉同时还需要额外对烟气加热，存在运行费用高(能耗、阻力和设备维护等)，设备投资大的缺点；2)由于烟气温度较低，中低温催化剂运行不稳定，容易被abs和黏性粉尘堵塞，降低脱硝效率，不得不频繁更换前段失活催化剂，不仅导致运行成本增大，而且还影响焚烧炉连续工作；3)通过活性炭吸附二噁英只是将污染物由气态捕捉至固态，不仅活性炭使用成本高，且需要对吸附饱和活性炭作为危废进行处理，大量活性炭又存在自燃等安全隐患；4)飞灰产生量大且飞灰中重金属、二噁英等污染物浓度高，需作为危废进行鳌合填埋处置，处置费用极高。

4、此技术不仅投资成本高，且脱二噁英效率低，活性炭需求量大；为保证scr反应器在低温下的脱硝效率和使用寿命，需严格控制入口so2浓度，同时它还必须在烟温180℃以上才能正常运行，所以需消耗大量热能将烟气加热，并需定时更换布袋和催化剂，系统运行成本、维护成本都很高。

5、申请号为“201811485748.x”的中国发明专利申请公开了“一种烟气净化系统及烟气净化工艺”，它采用了“高温tmscr(钛棉催化滤芯一体化净化)气体净化+干法喷射+sda脱酸(旋转喷雾半干法脱硫)+布袋除尘器+活性炭固定床吸附技术”进行垃圾焚烧烟气处理。但是采用该技术，依然存在以下几点问题：1、钛棉滤芯过滤掉烟气中粉尘后，后端连接干法+半干法脱硫工艺又注入更多粉尘性脱硫副产物后，又要用布袋收集去除，收集粉尘成分复杂，后期处理费用高；2、干法脱硫脱酸时的烟气温度较低，脱硫脱酸的处理效率不高；3、钛棉滤芯采用钛合金为原料，耐热性能不高，一般在300℃以下，且成本高。

6、因此急需一种能高效脱除垃圾焚烧烟气中的二噁英、氮氧化物、硫氧化物、重金属等有害物质，并能最大限度回收热量，操作简便、节能减排、低成本的烟气处理系统。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型提供了一种垃圾焚烧烟气处理系统，采用高比表面积、高孔容的熟石灰作为增强型钙基吸附剂，并采用高温干法脱硫、触媒陶瓷纤维管反应器及后处理装置的搭配使用，能在一定温度范围即可将污染物高效处理干净，以更短的工艺流程达到垃圾焚烧烟气超净排放要求，具有高效、稳定、运行费用低等性能优越性，经处理后净烟气可较传统方法多回收大量烟气余热，且有效对后续余热回收装置提供保护，大大减少换热面被粉尘(尤其是黏性粉尘)堵塞覆盖风险，提升换热效率，实现了垃圾焚烧飞灰减排及资源化利用。

2、一方面，本实用新型提供了一种垃圾焚烧烟气处理系统，所述处理系统主要包含依次连接的干法脱硫装置、喷氨系统和触媒陶瓷纤维管反应器；所述干法脱硫装置可喷射钙基脱硫剂，所述钙基脱硫剂为熟石灰粉，比表面积≥38m2/g，气孔容量≥0.20cm3/g。

3、本实用新型提供的干法脱硫装置可直接对垃圾焚烧炉外排的高温烟气(370～420℃)直接进行高温脱硫，脱硫后的高温烟气与喷入的氨水混合后直接进入触媒陶瓷纤维管一体化反应器，一次性脱除大量粉尘(含重金属和二噁英)和脱硫副产物。

4、本实用新型所述的垃圾焚烧炉是指任何可以用于垃圾焚烧的焚烧炉，比如炉排炉、循环流过床焚烧炉等。任何垃圾焚烧炉焚烧的烟气都可以采用本实用新型提供的垃圾焚烧烟气处理系统进行烟气处理。

5、本实用新型提供的干法脱硫装置将烟气中的hcl和sox等酸性气体脱除至满足超低排放要求，对粘性烟气具有调质作用，对后续工艺段的陶瓷纤维管形成保护作用，延长使用寿命。

6、普通熟石灰的bet表面积＜18m2/g，本实用新型采用的钙基脱硫剂为高孔容、高比表面积的高效钙基脱硫剂熟石灰粉，比表面积≥38m2/g，气孔容量≥0.20cm3/g，熟石灰粉纯度≥93％，熟石灰粒度为800目通过率≥95％，为一种增强型钙基吸附剂，能为酸性气体提供更多接触面积，在相同熟石灰用量的情况下可吸附更多的酸性气体污染物，具有更高的活性和吸收效率，无需研磨系统，飞灰产生量少，无废水产生。

7、研究证明，采用本实用新型提供的高孔容、高比表面积的高效钙基脱硫剂，在350～450℃的高温区间时脱酸脱硫效率最高，尤其是对于高浓度酸性污染物，能达到99％以上的吸附效果，且对含水量和烟气中其他气体影响的敏感度较低。

8、垃圾焚烧炉排出的烟气基本都含有酸性污染物，像炉排炉的酸性污染物浓度如so2或通常大于800mg/nm3以上，通过控制其在350～450℃的高温区间引入干法脱硫装置，可以充分利用高孔容、高比表面积的高效钙基脱硫剂的超高吸附效果，实现极高地脱酸效率。

9、触媒陶瓷纤维管具有高精度过滤能力，并且具有非常好的耐高温性能，能直接处理经干法脱硫后的高温烟气，同时实现烟气的除尘、脱硝、脱二噁英，且温损小(＜20℃)，缩短工艺流程，减少占地面积，提高装置运行稳定性和操作便携性降低投资成本和运行成本，处理完的干净烟气提升余热回收效率和回收量，回收效益高。

10、因此采用本实用新型提供的适于高温脱硫的干法脱硫装置和适于高温脱除大量粉尘(含重金属和二噁英)和脱硫副产物的复合陶瓷纤维管反应器的完美组合，特别适合于垃圾焚烧烟气的高效净化处理和热能高效回收。

11、本实用新型创造性地在垃圾焚烧行业采用高孔容、高比表面积的高效钙基脱硫剂进行高温干法脱硫和触媒陶瓷纤维管反应器的组合，并控制垃圾焚烧炉中烟气引出温度在350-450℃范围，能在前端将污染物尽可能地处理干净，以更短的工艺流程达到垃圾焚烧烟气超净排放要求，中间降温阶段的余热回收效率更高，解决了高温段去除掉污染物后再对余热进行高效回收利用的难题，达到节能降耗的目的。

12、进一步地，所述触媒陶瓷纤维管反应器包含陶瓷纤维管管体和触媒催化剂，触媒催化剂分布于陶瓷纤维管管体。

13、进一步地，所述陶瓷纤维管管体由陶瓷纤维组成；所述触媒催化剂由内至外分布于陶瓷纤维管管体的陶瓷纤维上。

14、进一步地，所述触媒催化剂为钒钛或钒钛钨系催化剂。

15、本实用新型采用的触媒陶瓷纤维管由高孔隙率、低密度的陶瓷纤维(直径约2-3微米)磨具压制烘干而成，其基本材料由硅酸铝纤维及无机粘着剂组成，且不易与化学物质起化学反应，可耐高温，在不含触媒催化剂情况下，能耐750℃的高温，在附有触媒催化剂情况下，还能耐420℃的高温。

16、本实用新型所述的陶瓷纤维管由申请人自主研发生产，针对其制备工艺已申请发明专利cn110354912a。

17、陶瓷纤维管的陶瓷纤维是在1000℃以上的高温下拉丝后在磨具成型干燥而成，孔隙率达到65～85％，透气性高，运行过程阻力低，孔隙多，陶瓷纤维上能负责大量的催化剂，从而实现更高的脱硝脱二噁英效果，而且成本低，仅需较低的电耗。

18、所述陶瓷纤维管触媒催化剂为钒钛系催化剂，由内至外均匀分布于陶瓷纤维管管体，脱硝和脱二噁英效率高，且活性不易受到不利影响。

19、所述触媒陶瓷纤维管包括带触媒的陶瓷纤维滤管、仓室、灰斗和钢结构支架，其中仓室、灰斗和钢结构支架的结构和传统结构的布袋除尘器结构相同，陶瓷纤维滤管的除尘基本原理是基于陶瓷纤维滤管具有高孔隙率结构，在2-3微米直径的陶瓷纤维空隙间通过表面过滤，在陶瓷纤维管表面形成尘饼，当进行反射脉冲清灰时，附着在表面的尘饼会被剥离，但已渗透至陶瓷纤维滤管一个毫米深的粉尘将不会被清除，这可防止粉尘进一步渗透到陶瓷纤维滤管内部，同时提升过滤的效率。

20、其二噁英和脱硝的去除原理是基于两种有效基材的混合技术：陶瓷纤维滤管+钒基触媒催化剂，在触媒陶瓷纤维滤管的入口喷入氨水或者尿素，在触媒的作用下，二噁英和nox分解去除掉，整个系统的二噁英去除率达99.7％，烟气中二噁英排放达标(0.1ted-ng/m3)，氮氧化物去除效率达到95％以上。触媒均匀分布于陶瓷纤维滤管内部，实现了接触面积更大，使停留时间及去除效率达到最大化。

21、其中，脱硝催化机理：

22、4no+4nh3+o2---4n2+6h2o；4no+2(nh2)2co+o2---4n2+4h2o+2co2

23、脱二噁英机理：

24、c12hncl8-no2+(9+0.5n)o2＝(n-4)h2o+12co2+(8-n)hcl

25、因此高温烟气经触媒陶瓷纤维管处理后，大量粉尘(含重金属和二噁英)和脱硫副产物被触媒陶瓷纤维管的高精度过滤能力拦截并经脉冲喷吹至集尘灰斗外排；所述经触媒陶纤管除尘后的烟气穿过滤管与管内分布的触媒催化剂充分接触，在此阶段气态二噁英被催化分解为无害物质，氮氧化物被催化还原。

26、传统垃圾焚烧尾气处理工艺的脱硝温度在220℃以下，低温下二氧化硫由于多种原因容易与烟气中的氨反应生成硫酸铵和硫酸氢铵，该物质是一种较粘稠物质，容易粘附在催化剂活性表面，减少催化剂接触比表面积，降低脱硝效率。该粘稠物质在280℃会逐渐分解，在320℃以上会完全分解，催化剂可以重新恢复活性。

27、同时scr催化剂需要在相对洁净的烟气并且合适的反应温度(250-320)运行，传统工艺受限于布袋除尘的耐温性能，只能在布袋后(140℃)将烟气升温至180-200℃进行脱硝，消耗大量蒸汽，本实用新型通过高温脱硫，在触媒陶瓷纤维管实现高温除尘和scr脱硝，无需对烟气重复加热，而且高温下，可大幅降低烟气中abs生成造成影响，且催化剂在高温具有较高的活性，可以维持高效稳定的脱硝效率，延长设备使用寿命。

28、进一步地，还包括过热器，所述过热器的入口与垃圾焚烧炉相连，过热器的出口与干法脱硫装置相连。

29、进一步地，所述过热器包括依次连接的对流蒸发器、高温过热器、中温过热器和低温过热器；所述低温过热器的出口与干法脱硫装置相连。

30、进一步地，还包括省煤器，所述触媒陶瓷纤维管反应器的出口与省煤器入口相连。

31、省煤器是安装于锅炉尾部烟道下部用于回收所排烟的余热的一种装置，将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，由于它吸收高温烟气的热量，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率，所以称之为省煤器。

32、垃圾焚烧炉内产生的烟气初始温度可达上千度，经蒸发器、过热器回收热量并降温后，使烟气温度降至370-400℃左右引至烟道进行净化处理，经干法脱硫装置和触媒陶瓷纤维管反应器处理后，烟气温损很小，＜20℃，约350～390℃再直接引回到省煤器继续回收热量，直至烟气温度降至酸露点上20℃，使烟气中的热量被充分回收利用，进一步节能降耗。

33、进一步地，还包括后处理装置。

34、进一步地，所述后处理装置为活性炭喷射装置和布袋除尘器。

35、进一步地，所述活性炭喷射装置和布袋除尘器相连；所述省煤器出口与活性炭喷射装置入口相连，活性炭喷射装置的出口与布袋除尘器入口相连。

36、经省煤器出口排出的烟气，可通过增加后处理装置对降温可能析出的微量重金属和再生成的少量二噁英进一步吸附脱除。后处理装置可以采用活性炭喷射装置和布袋除尘器的组合，收集的粉尘由布袋除尘器出料口排出。此部分收集的飞灰相较传统垃圾焚烧处理工艺收集的飞灰大量减少，从而实现飞灰减排及资源化利用。

37、再一方面，本实用新型提供了一种垃圾焚烧烟气的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

38、1)烟气从垃圾焚烧炉省煤器引出后进入干法脱硫装置，通过喷入钙基脱硫剂，脱除烟气中的酸性污染物(hcl、hf和so2)；

39、2)向步骤1)得到的烟气中喷入氨水，烟气与氨水混合后进入触媒陶瓷纤维管反应器，脱除粉尘、重金属、氮氧化物和二噁英；所述二噁英被催化分解，氮氧化物被催化还原；

40、3)步骤2)得到的烟气进入省煤器回收热量；

41、4)经省煤器回收换热后的烟气通过后处理装置进一步脱除因降温析出的重金属或再生的二噁英，并收集粉尘；

42、5)通过烟囱外排。

43、进一步地，步骤1)所述的烟气从垃圾焚烧炉省煤器引出时的温度为370～400℃；所述钙基脱硫剂为熟石灰粉，比表面积≥38m2/g，气孔容量≥0.20cm3/g。

44、进一步地，步骤2)所述触媒陶瓷纤维管反应器内烟气温度为350～390℃，烟气流速为0.8～1.2m/min。

45、进一步地，步骤3)所述烟气进入省煤器换热回收热量，换热前烟气温度为330～370℃，换热后烟气温度为酸露点上20℃。

46、这里给出的温度，并不是表示对温度的限制，比如省煤器引出的温度可以为370～400℃附近的任意温度，比如360.1℃、…361.5℃、…362.3℃、…400.5℃、…411.2℃、…420.1℃等，在本实用新型所述的温度范围附近的温度，都属于本实用新型保护的范围。

47、传统方法主要采用旋转喷雾半干法进行脱硫，大量水分带走了烟气潜热，去除垃圾焚烧烟气的污染物后，烟气温度过低，对尾气的余热利用效率很低，很难回收利用。因为传统方法锅炉出口的烟气温度在230～250℃，进入尾气处理系统进行处理，尾气处理后的温度仅为140-150℃，从而导致240-140℃之间的烟气热量难以回收利用。

48、本实用新型采用全干法工艺，可以在高温段即可把烟气处理干净，从而能在比较高的温度段对烟气直接进行余热利用，在370-400℃将烟气由省煤器引出来进行处理，处理后降温至350℃左右，然后引回省煤器进行余热再利用，待烟温降120℃甚至更低进行排放，对烟温的利用温度段更宽广，热利用效率更高。同时干净的烟气对设备的腐蚀影响也能降至最低，没有粉尘还可以进一步地提高余热回收效率。

49、本实用新型采用的高温段干法脱硫和触媒陶瓷纤维滤筒的温损小(＜20℃)，处理完的干净烟气进行余热回收，几乎能覆盖100～350℃全温度段的烟气热量回收，回收效益高，同时干净的烟气可以减少空预器或后续换热设备换热面堵塞、腐蚀等的影响，提高换热效率，减少设备运行维护成本，达到节能降耗的目的。

50、进一步地，步骤4)所述后处理装置为活性炭喷射装置和布袋除尘器；后处理装置内烟气温度为140℃，布袋除尘器收集的粉尘中的重金属可进行回收再利用。

51、本实用新型后端布袋只需要收集喷入的活性炭粉末和吸收的低温段析出的少量重金属和二噁英等物质，收集的物质更纯粹，后期处理费用更低。

52、根据gb18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》中对于主要污染物的排放指标要求：颗粒物≤20mg/m3，氮氧化物(nox)≤250mg/m3，二氧化硫(so2)≤80mg/m3，氯化氢(hcl)≤50mg/m3，二噁英≤0.1ngteq/m3。

53、采用本实用新型提供的垃圾焚烧烟气处理系统，可使主要污染物的排放指标满足：颗粒物≤5mg/m3，氮氧化物(nox)≤50mg/m3，二氧化硫(so2)≤35mg/m3，氯化氢(hcl)≤1mg/m3，二噁英≤0.01ngteq/m3，其中颗粒物、氮氧化物和二氧化硫均能达到国家对燃煤电厂主要烟气污染物的超低排放要求，二噁英则远远低于欧盟垃圾焚烧污染物排放标准directive_2000中对于二噁英的排放浓度，带来很高的环境效益。

54、根据gb18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》，3.5焚烧炉渣定义为：生活垃圾焚烧后从炉床直接排出的残渣，以及过热器和省煤器排出的灰渣；焚烧飞灰定义为：烟气净化系统捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰，其中焚烧飞灰应按危险废物进行管理，在gb16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》6.1中规定生活垃圾焚烧炉渣(不包括焚烧飞灰)可以直接进入生活垃圾填埋场处置。

55、本实用新型提供的烟气处理系统中，烟气直接从省煤器之间的合适温度窗口引出，经处理后又引回省煤器，收集的灰渣本质上与炉渣一致，无需按危险废物处理，可直接进入生活垃圾填埋场处置或经检验合格可进行资源化利用。

56、对比传统垃圾焚烧尾气处理工艺，焚烧飞灰在余热回收利用后的低温段进行收集，二噁英的处理主要依靠喷入大量活性炭进行吸附收集，飞灰中重金属及再生成的二噁英含量高，必须作为危废进行处理，处置成本极高，排放尾气中二噁英仍有大概率超标风险。

57、本处理系统将烟气中灰渣提前在高温段结合干法脱酸和触媒陶瓷纤维滤管工艺进行大量捕集(捕集效率≥99％)，该灰渣性质与炉渣一致，可直接进入生活垃圾填埋场处置或经鉴定可进行资源化再利用，避免了该部分灰渣被定性为危废进行处理，而烟气中气态二噁英在穿过触媒陶纤管时被上面附着的催化剂氧化分解为无害物质，烟气在高温处理完后被引回省煤器进行余热利用，末端通过增加后处理装置，如活性炭喷射以及布袋除尘器对降温可能析出的微量重金属和再生成的少量二噁英进一步吸附脱除，收集的粉尘由所述布袋除尘器出料口排出，此部分收集的飞灰相较传统垃圾焚烧处理工艺收集的飞灰大量减少，从而实现飞灰减排及资源化利用。

58、传统的尾气处理工艺，需要降温后再通过蒸汽加热升温烟气进入scr脱硝装置进行氮氧化物脱除，原因在于scr催化剂需要在相对洁净的烟气并且合适的反应温度(250-320℃)运行，而传统工艺受限于布袋除尘的耐温性能，只能在布袋后(140℃)将烟气升温至180-200℃，消耗大量蒸汽，因此焚烧飞灰处置成本在总运行成本中占比超过40％；采用本烟气处理系统，可大幅降低垃圾焚烧处理厂的运行成本(结合余热回收综合降幅＞50％)，具有很高的经济效益。

59、本实用新型的有益效果：

60、(1)高温干法高效脱硫：采用高孔容高比表面积钙基脱硫剂作为吸收剂进行高温干法脱硫，利用高孔容高比表面积钙基脱硫剂在350-450℃温度范围时对高浓度酸性污染物的极高脱除效率，使其充分脱除垃圾焚烧烟气中的高浓度酸性污染物，无需研磨系统，飞灰产生量少，无废水产生，且对粘性烟气具有调质作用，对后续工艺段的陶瓷纤维管形成保护作用，延长使用寿命。

61、(2)高效一体化除尘、脱硝、脱二噁英：采用触媒陶瓷纤维管实现烟气的高温除尘、脱硝、脱二噁英一体化反应，缩短工艺流程，减少占地面积，提高装置运行稳定性和操作便携性降低投资成本和运行成本。

62、(3)高温干法脱硫和触媒陶瓷纤维管完美组合：采用高温干法脱硫和触媒陶瓷纤维管的组合，在前端高温下即可将污染物高效处理干净，以更短的工艺流程达到垃圾焚烧烟气超净排放要求，后端干净的烟气对设备的堵塞、腐蚀影响也能降至最低。

63、(4)余热回收效率高：烟气直接从省煤器之间的合适温度窗口引出，经高温段干法脱硫和触媒陶瓷纤维滤筒处理的温损小(＜20℃)，处理完的干净烟气引回省煤器进行余热回收，几乎能覆盖全温度段的烟气热量回收，回收效益高，解决了高温段去除掉污染物后再对余热进行高效回收利用的难题，达到节能降耗的目的。

64、(5)除尘灰安全并可资源化利用：通过验证收集除尘灰与炉渣性质基本一致，可直接进入生活垃圾填埋场处置或经检验合格可进行资源化利用，实现了飞灰减排及资源化利用。

65、(6)高温高效脱硝，无需重复加热：scr催化剂需要在相对洁净的烟气并且合适的反应温度(250-320)运行，传统工艺受限于布袋除尘的耐温性能，只能在布袋后(140℃)将烟气升温至180-200℃进行脱硝，消耗大量蒸汽，本实用新型通过先高温脱硫，再由触媒陶瓷纤维管实现高温除尘和scr脱硝，无需对烟气重复加热，而且高温下，可大幅降低烟气中abs生成造成影响，且催化剂在高温具有较高的活性，可以维持高效稳定的脱硝效率，延长设备使用寿命。