一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置及其方法

2023-06-25 05:32:36

專利名稱：一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置及其方法
技術領域：
本發明是一種在中高溫條件下深度脫除垃圾焚燒過程中產生的酸性氣體的裝置和方法，屬於城市生活垃圾焚燒處理技術領域。
背景技術：
隨著城市化進程的加快和物質消費的日趨現代化，城市生活垃圾的生產量急劇增力口，垃圾無害化處理已經迫在眉睫。焚燒法能最大限度的實現城市生活垃圾的減量化、無害化、資源化，並且其產生的熱能可以用來發電。但是垃圾焚燒會產生許多有害物質，特別是焚燒爐煙氣中酸性氣體(主要為HC1，SO2),如果得不到有效淨化處理，那麼隨著垃圾焚燒處理在我國日益推廣，必將對環境產生嚴重汙染。 同時煙氣中的酸性氣體對設備的也有很大的危害。煙氣中的酸性氣體如S02、HCl均為強酸性，會造成爐膛受熱面的高溫腐蝕損毀和尾部受熱面的低溫腐蝕，還會導致蒸汽參數的提高，引起受熱交換器表面的腐蝕，會嚴重縮短設備的使用壽命。並且還會促進NOx的生成。特別是煙氣中的HCl氣體易與脫硫系統中的脫硫劑發生反應生成可揮發性的氯化物，使脫硫效果變差，並且阻塞管道系統。已有研究證明，HCl與P⑶D/P⑶F的生產過程直接相關，特別是在300 400°C的時候。因此，在中高溫的時候除去酸性氣體是焚燒爐尾氣處理的核心任務之一。目前對酸性氣體的脫除大多採用固定床或流動床，但煙氣中酸性氣體脫除的各種工藝路線或多或少都存在問題，至今尚無得到國際公認的工藝技術路線。當前，國際上許多研究者正紛紛尋求新的思路，研發深度高效脫除酸性氣體尤其是脫氯的新技術。

發明內容
本發明的目的是針對酸性氣體對管道的腐蝕以及由於酸性氣體的存在而造成的管道堵塞，特別是在中高溫下HCl促進rcDD/P⑶F生成等問題，提供一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置。本發明的另一個目的是提供一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的方法。本發明採用的技術方案是一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置，包括分料鬥、一級加料鬥、二級加料鬥、三級加料鬥、一級錯流移動床反應器、二級錯流移動床反應器、三級錯流移動床反應器、一級可調式星形卸料器、二級可調式星形卸料器、三級可調式星形卸料器、煙氣進口、煙氣出口、回收倉、乾燥器、補給倉、新鮮物料補給倉、垃圾焚燒爐煙氣管道和空氣預熱器；
所述新鮮物料補給倉下方設有補給倉，補給倉下端與分料鬥連接，分料鬥下端分別與一級加料鬥、二級加料鬥、三級加料鬥連接，一級加料鬥下端與一級錯流移動床反應器連接，二級加料鬥下端與二級錯流移動床反應器連接，三級加料鬥下端與三級錯流移動床反應器連接；
所述一級錯流移動床反應器底部下料段與一級可調式星形卸料器相連，一級可調式星形卸料器底部出口只有一路，直接連接回收倉，所述二級錯流移動床反應器和三級錯流移動床反應器底部下料段分別與由二級可調式星形卸料器和三級可調式星形卸料器相連，二級可調式星形卸料器和三級可調式星形卸料器底部出口均分兩路，一路直接連接回收倉，另一路連接乾燥器後連接到補給倉；
所述煙氣進口、一級錯流移動床反應器、二級錯流移動床反應器、三級錯流移動床反應器、煙氣出口依次並排連接設置，它們兩兩之間依次採用第一層多孔板、第二層多孔板、第三層多孔板、第四層多孔板隔開；
所述煙氣進口與垃圾焚燒爐煙氣管道連接，所述煙氣出口與空氣預熱器連接，所述一級錯流移動床反應器、二級錯流移動床反應器、三級錯流移動床反應器內分別填充有一級吸附劑顆粒，二級吸附劑顆粒，三級吸附劑顆粒。本發明採用多級錯流移動床反應器，中高溫的垃圾焚燒煙氣依次通過錯流移動床 反應器，並在反應器中與吸附劑錯向接觸進行酸性氣體的多級深度脫除，減少酸性氣體對管路和設備的腐蝕和堵塞，實現垃圾焚燒煙氣的淨化排放。作為優選，所述分料鬥為封閉式分料鬥，以防止煙氣由分料鬥溢出。作為優選，所述一級錯流移動床反應器、二級錯流移動床反應器、三級錯流移動床反應器的床層深度依次增加，一級錯流移動床反應器床層深度為D，二級錯流移動床反應器、三級錯流移動床反應器、的床層深度分別為I. 25D和I. 5D ;所述一級錯流移動床反應器、二級錯流移動床反應器、三級錯流移動床反應器的床層高度和床層寬度相同；所述一級錯流移動床反應器、二級錯流移動床反應器、三級錯流移動床反應器下料段的傾角分別為60°、45°、30° ;採用不同的可調節星形卸料器控制三個錯流移動床反應器的下料，可實現三個反應器的差速卸料，下料速率依次為U、0. 75U、0. 5U。作為優選，所述第一層多孔板、第二層多孔板、第三層多孔板、第四層多孔板均為邊長L的正方形且分別採用不同的孔布置方式和開孔率
開孔率依次為第一層多孔板80%、第二層多孔板75%、第三層多孔板70%、第四層多孔板
75%。所述第一層多孔板、第二層多孔板、第三層多孔板均採用孔徑比D1 =D2=L 02-1. I兩種孔；
其中第一層多孔板在距多孔板底部0. 19L和距多孔板頂部0. 19L範圍內均採用孔徑為D2的小孔，多孔板剩餘部分採用孔徑為D1的大孔，孔間距均為14. 3mm ；
第二層多孔板在分別距多孔板底部和距頂部0. 2L的範圍內採用孔徑為D2的小孔，剩餘部分採用孔徑為D1的大孔布置方式，孔間距均為15_ ；
第三層多孔板在距多孔板底部和頂部均為0. 21L的範圍內採用孔徑為D2的小孔，剩餘部分採用孔徑為D1的大孔，孔間距均為15. 7mm ；
第四層多孔板採用單一孔徑的布置方式，孔徑D= (DJD2)/2，孔間距為14.2mm。一種使用上述裝置的高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體方法經垃圾焚燒爐排出的中高溫煙氣經水平的煙氣進口依次進入三級錯流移動床反應器與床內自上而下運動的固體吸附載體顆粒錯向接觸反應，煙氣中的酸性氣體經三級深度脫除吸附在固體吸附載體上，並隨載體顆粒排出反應器，淨化的煙氣經由水平煙氣出口流出進入空氣預熱器。有益效果與現有技術相比，本發明具有如下的特色及優點I.本發明採用多級錯流移動床作為深度脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的主要裝置，脫除效率高，構造簡單，且採用了吸附劑的循環系統，吸附劑的利用更加充分。2.在中高溫下對酸性氣體的深度脫除，減小了酸性氣體設備的損害。並且由於在中高溫下既已對HCl進行了脫除，減輕了 HCl對後面吸附劑和催化劑的毒害作用，同時減少了 P⑶D/P⑶F的生成，減少了環境汙染。3.在多級錯流移動床反應器之間設置了多孔板，一方面實現了氣固分離，減少了飛灰和煙塵，另一方面由於採用了不同的孔布置方式和開孔率，使煙氣更好的分布以實現更高的脫除效率，並且由於多孔板的存在，多級錯流移動床反應器與相同容積的錯流移動床相比減少了顆粒層貼壁的壓降。4.所述的多級錯流移動床反應器的底部分別採用了不同的傾斜角和採用不同的排料開口寬度，對反應器的下料速度的控制起到了協助作用。 5.所述的多級錯流移動床反應器均採用了可調式星形卸料器，使吸附載體排料速率均可根據不同反應器的自身工況需要而進行調節，並且實現了多級錯流移動床之間差速卸料。可以使煙氣在二級和三級反應器中與吸附載體顆粒接觸時間變長，使吸附劑的利用更充分，對酸性氣體的脫除效率更好。


圖I是本發明高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置示意 圖2是本發明中第一層多孔板的開孔布置；
圖3是本發明中第二層多孔板的開孔布置；
圖4是本發明中第三層多孔板的開孔布置；
圖5是本發明中第四層多孔板的開孔布置。其中有分料鬥I、一級加料鬥2、二級加料鬥3、三級加料鬥4、一級錯流移動床反應器5、二級錯流移動床反應器6、三級錯流移動床反應器7、一級可調式星形卸料器8、二級可調式星形卸料器9、三級可調式星形卸料器10、煙氣進口 11、煙氣出口 12、第一層多孔板
13、第二層多孔板14、第三層多孔板15、第四層多孔板16、一級吸附劑顆粒17、二級吸附劑顆粒18、三級吸附劑顆粒19、回收倉20、乾燥器21、補給倉22、新鮮物料補給倉23、垃圾焚燒爐煙氣管道24、空氣預熱器25。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明
如圖I所示，首先選用平均粒徑為IOmm的CaO為固體吸附劑，新鮮的CaO由補給倉22進入封閉的分料鬥1，然後分別經過一級加料鬥2、二級加料鬥3、三級加料鬥4進入一級錯流移動床反應器5、二級錯流移動床反應器6和三級錯流移動床反應器7。選用的一級錯流移動床反應器床層深度為lm，二級反應器為I. 25m，三級反應器為I. 5m，三個反應器的高度和寬度均為3m。多級錯流移動床反應器底部下料段的出口的寬度分別為400mm，320mm，240mm,卸料速度分別選為 0. 9kg/s, 0. 675kg/s 和 0. 45kg/s。中高溫的垃圾焚燒煙氣24由水平煙氣進口 11經過開孔率為80%的第一層多孔板13，如圖2所示，進入一級錯流移動床反應器5，與自上而下運動的一級吸附劑顆粒(Ca0)17錯向接觸後發生吸附反應，由於煙氣中SO2濃度遠高於其它酸性氣體，因此，SO2先與CaO以及氧氣(O2)反應生成CaSO4,也會有少量的HCl會與CaO反應生成CaCl2和H20。在一級錯流移動床反應器中進行了垃圾焚燒煙氣的一級脫除。經過一級脫除的煙氣經由第二層多孔板14，開孔率為75%，如圖3所示，進入二級錯流移動床。由於此時煙氣中酸性氣體的濃度降低，為保證低濃度的酸性氣體能被充分吸附，二級錯流移動床反應器6的床層深度有了一定的增加，卸料速度也減慢，從而使煙氣與二級吸附劑顆粒18 (CaO)有更長的接觸時間，反應更充分，使酸性氣體得到了進一步的淨化。經過二級淨化的煙氣經由開孔率為70%的第三層多孔板15，如圖4所示，進入三級錯流移動床反應器7中，此時煙氣中酸性氣體的濃度已非常低，為保證酸性氣體被徹底脫除，三級反應器的床層寬度進一步增加，卸料速度為僅為一級反應器的一半。經過三級淨化的煙氣中，酸性氣體幾乎為0，達到淨化要求。一級錯流移動床中的一級吸附劑顆粒(Ca0)17由一級可調式星形卸料器8控制直接排入回收倉20中，二級和三級錯流移動床反應器中的吸附劑CaO均分為兩路排出一條 路直接排入回收倉20，另一條路經過乾燥器21進入補給倉22，與新鮮物料補給倉23中的新鮮吸附劑相混合，循環使用；經過三級淨化的煙氣經開孔率為75%的多孔板，如圖5所示，由水平煙氣出口 12流入空氣預熱器25中。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置，其特徵在於包括分料鬥(I)、一級加料鬥(2)、二級加料鬥(3)、三級加料鬥(4)、一級錯流移動床反應器(5)、二級錯流移動床反應器(6)、三級錯流移動床反應器(7)、一級可調式星形卸料器(8)、二級可調式星形卸料器(9)、三級可調式星形卸料器(10)、煙氣進口(11)、煙氣出口(12)、回收倉(20)、乾燥器(21)、補給倉(22)、新鮮物料補給倉(23)、垃圾焚燒爐煙氣管道(24)和空氣預熱器(25)； 所述新鮮物料補給倉(23 )下方設有補給倉(22 )，補給倉(22 )下端與分料鬥(I)連接，分料鬥(I)下端分別與一級加料鬥(2)、二級加料鬥(3)、三級加料鬥(4)連接，一級加料鬥(2 )下端與一級錯流移動床反應器(5 )連接，二級加料鬥(3 )下端與二級錯流移動床反應器(6)連接，三級加料鬥(4)下端與三級錯流移動床反應器(7)連接； 所述一級錯流移動床反應器(5)底部下料段與一級可調式星形卸料器(8)相連，一級可調式星形卸料器(8)底部出口只有一路，直接連接回收倉(20)，所述二級錯流移動床反應器(6 )和三級錯流移動床反應器(7 )底部下料段分別與由二級可調式星形卸料器(9 )和三級可調式星形卸料器(10)相連，二級可調式星形卸料器(9)和三級可調式星形卸料器(10)底部出口均分兩路，一路直接連接回收倉(20)，另一路連接乾燥器(21)後連接到補給倉(22)； 所述煙氣進口(11)、一級錯流移動床反應器(5)、二級錯流移動床反應器(6)、三級錯流移動床反應器(7)、煙氣出口(12)依次並排連接設置，它們兩兩之間依次採用第一層多孔板(13)、第二層多孔板(14)、第三層多孔板(15)、第四層多孔板(16)隔開； 所述煙氣進口(11)與垃圾焚燒爐煙氣管道(24)連接，所述煙氣出口(12)與空氣預熱器(25)連接，所述一級錯流移動床反應器(5)、二級錯流移動床反應器(6)、三級錯流移動床反應器(7)內分別填充有一級吸附劑顆粒(17)，二級吸附劑顆粒(18)，三級吸附劑顆粒(19)。
2.根據權利要求I所述的一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置，其特徵在於所述分料鬥(I)為封閉式分料鬥的，以防止煙氣由分料鬥溢出。
3.根據權利要求I所述的一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置，其特徵在於所述一級錯流移動床反應器(5)、二級錯流移動床反應器(6)、三級錯流移動床反應器(7)的床層深度依次增加，一級錯流移動床反應器(5)床層深度為D，二級錯流移動床反應器(6)、三級錯流移動床反應器、(7)的床層深度分別為I. 2 和I. 5D ;所述一級錯流移動床反應器(5)、二級錯流移動床反應器(6)、三級錯流移動床反應器(7)的床層高度和床層寬度相同；所述一級錯流移動床反應器(5)、二級錯流移動床反應器(6)、三級錯流移動床反應器(7)下料段的傾角分別為60°、45°、30° ;採用不同的可調節星形卸料器控制三個錯流移動床反應器的下料，可實現三個反應器的差速卸料，下料速率依次為U、0. 75U、0. 5U。
4.根據權利要求I所述的一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置，其特徵在於所述第一層多孔板(13)、第二層多孔板(14)、第三層多孔板(15)、第四層多孔板(16)均為邊長L的正方形且分別採用不同的孔布置方式和開孔率 開孔率依次為第一層多孔板(13 ) 80%、第二層多孔板(14 ) 75%、第三層多孔板(15 ) 70%、第四層多孔板(16) 75%。
5.根據權利要求4所述的一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置，其特徵在於所述各多孔板的孔布置方式為第一層多孔板(13)、第二層多孔板(14)、第三層多孔板(15)均採用孔徑比D1 D2=L 02-1. I 兩種孔； 其中第一層多孔板(13)在距多孔板底部0. 19L和距多孔板頂部0. 19L範圍內均採用孔徑為D2的小孔，多孔板剩餘部分採用孔徑為D1的大孔，孔間距均為14. 3mm ； 第二層多孔板(14)在分別距多孔板底部和距頂部0. 2L的範圍內採用孔徑為D2的小孔，剩餘部分採用孔徑為D1的大孔布置方式，孔間距 均為15_ ； 第三層多孔板(15)在距多孔板底部和頂部均為0. 21L的範圍內採用孔徑為D2的小孔，剩餘部分採用孔徑為D1的大孔，孔間距均為15. 7mm ； 第四層多孔板(16)採用單一孔徑的布置方式，孔徑D= (DJD2)/2，孔間距為14.2mm。
6.一種使用權利要求I所述裝置的高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體方法，其特徵在於經垃圾焚燒爐排出的中高溫煙氣經水平的煙氣進口(11)依次進入三級錯流移動床反應器與床內自上而下運動的固體吸附載體顆粒錯向接觸反應，煙氣中的酸性氣體經三級深度脫除吸附在固體吸附載體上，並隨載體顆粒排出反應器，淨化的煙氣經由水平煙氣出口(12)流出進入空氣預熱器(25)。
全文摘要
本發明公開了一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的裝置，包括分料鬥、一級加料鬥、二級加料鬥、三級加料鬥、一級錯流移動床反應器、二級錯流移動床反應器、三級錯流移動床反應器、一級可調式星形卸料器、二級可調式星形卸料器、三級可調式星形卸料器、煙氣進口、煙氣出口、回收倉、乾燥器、補給倉、新鮮物料補給倉、垃圾焚燒爐煙氣管道和空氣預熱器。本發明還公開了一種高溫脫除垃圾焚燒煙氣中酸性氣體的方法。本發明採用多級錯流移動床反應器，中高溫的垃圾焚燒煙氣依次通過錯流移動床反應器，並在反應器中與吸附劑錯向接觸進行酸性氣體的多級深度脫除，減少酸性氣體對管路和設備的腐蝕和堵塞，實現垃圾焚燒煙氣的淨化排放。
文檔編號B01D53/08GK102716643SQ20121017521
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者仲兆平, 曹俊, 王愷, 金保昇, 鍾文琪, 陶敏, 黃亞繼 申請人:東南大學