一種抑制焚燒煙氣中產生二惡英的裝置的製作方法

2023-06-03 18:30:51

專利名稱：一種抑制焚燒煙氣中產生二惡英的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於環境保護領域，涉及大氣汙染物減排控制技術所使用的一種裝置，利用該裝置可以減少或抑制焚燒各種廢棄物時產生有害物質，具體涉及一種抑制焚燒煙氣中產生二惡英的裝置。
背景技術：
二惡英(目前在化學化工領域中仍以「二噁英」稱謂多見)類化合物是多氯代二苯並二惡英(Polychlorinated dibenzopdioxins PCDDs)和多氯代二苯並呋喃(Polychlorinated dibenzofuran, P(DFs)的總稱(簡寫為PCDD/F),是目前已知毒性最大的化合物之一，且具有不可逆的致癌、致畸、致突變「三致毒性」。二惡英非常穩定，7000C以上才開始分解，高溫降解需1100°C以上，廢棄物焚燒和鋼鐵及有色金屬的冶煉是二惡英十大排放源類別中的首要兩類排放源，關於對二惡英類POPS的控制國際上包括中國在內的127個國家和地區已經籤訂了《關於持久性有機汙染物的斯德哥爾摩公約》(簡稱POPs公約)，該公約具有強制性減排要求，各締約方應採取必要的措施，應用最佳可行技術/最佳環境實踐(BAT/BEP)，以實現二惡英控制和減排的目標。廢棄物焚燒過程中產生二惡英的機理主要有三種1)高溫合成,進入到焚燒爐中的廢物由於暫時性缺氧使部分有機物同氯化氫反應生成PCDD/F。2)低溫從頭合成，在低溫條件下碳、氫、氧分子與飛灰基質中的有機氯生成PCDD/F。3)前驅物合成，不完全燃燒及飛灰表面的不均勻催化反應可形成多種有機氣相前驅物，如多氯苯酚和二苯醚，再由這些前驅物生成PCDD/F，具體哪種機理起主要作用取決於爐型、工作狀態和燃燒條件，總之焚燒爐內存在有機氯或無機氯、存在氧、存在過渡金屬陽離子作為催化劑是生成PCDD/F的前提。有研究表明，在升溫或降溫區間(250°C 500°C)是生成P⑶D/F的敏感溫度區域，因此要有效控制PCDD/F的合成必須儘量減少焚燒煙氣在該區域的停留時間。現有的國內外消除ra)D/F的方法主要包括1)活性炭吸附採用活性炭顆粒床或向煙道中噴灑活性炭粉末對煙氣中的PCDD/F進行吸附，該方法只是對PCDD/F進行了轉移且通常與除塵洗滌等操作配合使用，吸附有P⑶D/F的活性炭還需進行再處理；該方法工藝複雜，運行成本較高。2)催化氧化在催化劑的作用下對煙氣中PCDD/F進行分解，但催化劑容易中毒，處理氣量規模小且運行成本高。3)採用電子束照射或等離子體高溫分解該類技術優點是操作過程耗時短，系統輕便，但由於產生電子束的電壓很高且處理能力有限，難以實現工業化應用。截至目前，缺乏一種工業上實用、工藝簡單的抑制焚燒煙氣中再次產生二惡英的有效方法及裝置。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種有效抑制焚燒煙氣中產生二惡英的裝置以及採用該裝置來處理高溫焚燒煙氣的方法，以解決現有焚燒煙氣二惡英處理方法存在的工藝複雜、運行成本較高或難於工業化應用等問題。[0006]發明人通過研究確認，廢棄物焚燒煙氣中的二惡英主要源於焚燒煙氣在產生二惡英的敏感溫度區域內的停留時間過長。針對這個問題，發明人利用流化床傳熱效率高的特點，開發了一種抑制焚燒煙氣中產生二惡英的方法和成套處理裝置，應用該裝置處理高溫煙氣可使焚燒煙氣急冷時間和溫度可控、急冷效果好、大大抑制了二惡英的生成，處理過程無廢固、廢液產生。本裝置的使用方法包括在焚燒煙氣降溫過程中，採用噴霧流化急冷塔急冷降溫，使焚燒煙氣在生成二惡英的敏感溫度區間段的停留時間小於O. Is。
為了更好地實現本實用新型的目的並充分利用高溫焚燒煙氣的熱量，採用本實用新型的裝置抑制焚燒煙氣中產生二惡英的方法包括以下三個分段處理過程對高溫段煙氣控制降溫、中溫段噴霧流化急冷和低溫段除塵吸收。在不會產生二惡英的安全溫度區間範圍，推薦採用餘熱回收方式先將來自焚燒爐的高溫煙氣(通常高於IlO(TC)降至中溫段(如550-650°C)，然後在生成二惡英的敏感溫度區域實施急冷降溫(200°C或更低，如120-200°C)，從而保證排放的焚燒煙氣中二惡英的含量大大低於國家標準規定的控制指標(O. 5TEQng/m3, GB18484-2001 )。然而，如果不考慮餘熱利用、能源再生的因素(例如餘熱回收可以副產蒸汽)，高溫段降溫也可以採用其他方式、如文丘裡管配通入空氣降溫等都是可以的。本實用新型提供了一套處理高溫焚燒煙氣的裝置，包括餘熱鍋爐(I)、噴霧流化急冷塔(2)、引風機(3)，上述各操作單元設備依次順序連接。應用該裝置，來自焚燒爐(4)的高溫煙氣通過餘熱鍋爐換熱，溫度降至550-650°C後進入噴霧流化急冷塔，以引風機作動力和向塔內噴入冷卻水使煙氣在O. Is時間內迅速降溫至120-200°C ;急冷後的煙氣除塵淨化、經引風機送至煙囪排入大氣，捕集的細粉塵返回噴霧流化急冷塔中；整個作業系統為負壓，適宜操作壓力範圍是_3000Pa至-7000Pa (表壓)。向塔內噴入的冷卻水也可以採用鹼性水、例如利用某些生產中排放的鹼性廢水作冷卻水，這樣既可以中和煙氣中的酸性組分，又減少了三廢排放，同時節約水資源。本實用新型採用的噴霧流化急冷塔為塔式流化床結構，包括熱風室(a)、流化室(b)、分布板(C)、霧化器(d)和除塵器(e)五個主要部分，還包括進料口(f)和出料口(g)。噴霧流化急冷塔的主要結構特徵為I)噴霧流化急冷塔的下部為切線進風的有一定調溫空間的熱風室，中部為倒錐形下接直筒段的氣固相流化室，上部裝有除塵器；熱風室與流化室中間設分布板用以承載惰性流化介質和分配調節來自熱風室的熱風(即中溫煙氣)；噴灑冷卻液的霧化器位於流化室中。本實用新型採用的噴霧流化急冷塔具有急冷、除塵淨化於一體的功能。2)分布板(C)結構形式為多孔式或錐帽式或蓋板式；分布板的開孔方式為圓形，正三角形或正方形排列；分布板的開孔率範圍為3-9%。3)噴灑冷卻液的霧化器可以為上噴式或下噴式，設置數量可以是單支或多支均布；當布置多個霧化器時，可以是單層或多層方式排列；霧化器結構形式可以是二流式或壓力式。優選採用二流式霧化器，二流式霧化器的氣液質量比為O. Γι. 0，噴嘴的霧化角為30。 120。。噴霧流化急冷塔內裝填的流化介質強化煙氣與霧化水分之間的熱交換，大大縮短煙氣急冷時間，可以選擇直徑為l_2mm的惰性粒子，這些惰性粒子可以選自但不限於河沙、石英砂、玻璃珠、無機鹽(例如氯化鈉、硫酸鈉、氫氧化鈣)等。在引風機和分布板作用下，控制塔內流化速度在O. 5-2. 5m/s範圍內，保持惰性粒子處於穩定流化狀態。惰性粒子的裝填量根據煙氣處理量確定，這一點是本領域的技術人員所熟悉的。經過高溫段的煙氣進入噴霧流化急冷塔熱風室後，霧化器開始向流化急冷塔內噴入冷卻水，噴霧所需的霧化介質來源於空壓機，噴入的冷卻水與煙氣在急冷塔流化床內呈逆流接觸，使來自於高溫段控溫設備的煙氣在穿過分布板和固體惰性載體床層時被經霧化的液體瞬間(O. Is時間內)降溫至120 200°C，大大抑制了降溫過程中二惡英二次合成，實現煙氣淨化。根據煙氣的酸鹼性，也可以適當向流化塔中噴霧一些鹼性或酸性廢水，在降溫的同時保障排放尾氣符合GB18484-2001的控制指標。噴霧流化急冷塔上裝有差壓變送器，可以定性地反映床層中惰性粒子的量和流化狀態，流化床中出現壓差較大變化時可以通過加料口和排料口對塔內惰性粒子進行補充或更新。當急冷塔內壓降小於2500Pa時，需要通過加料口補充惰性粒子；當急冷塔內壓降大於7000Pa時，需要通過排料口將惰性粒子適當排出。急冷塔內最佳的控制壓力差為3500Pa至 4500Pa。·噴霧流化急冷塔上裝有測溫儀表並與進水閥門聯鎖，根據床層操作溫度自動調節噴水量。本實用新型提供的利用噴霧流化技術抑制焚燒煙氣中產生二惡英的裝置具有如下優點I)適用範圍廣，可應用於垃圾焚燒、工業廢棄物焚燒，日處理能力在幾噸至幾百噸的各種規格的焚燒均可進行；2)應用效果好，經過本實用新型的裝置處理後煙氣中二惡英類有害物質含量低於O. ITEQng/m3,實現了二惡英減排；3)操作簡單，噴霧流化急冷塔對處理煙氣的急冷時間和溫度可控，急冷效果好；4)流程短，裝置運行穩定可靠；5)無廢固、廢水產生，避免了二次汙染物的生成與處理的麻煩。

圖I是處理高溫焚燒煙氣的裝置流程圖。圖2是噴霧流化急冷塔結構示意圖。
具體實施方式
結合說明書附圖對本實用新型作進一步描述，以便於更好地理解本實用新型。然而本實用新型絕非僅限於此，在權利要求限定範圍內，對噴霧流化急冷塔的型式、結構和操作條件的改變來實現高溫煙氣急冷的過程屬於本實用新型範疇，均可有效控制排放尾氣中
二惡英的含量。以國內某農藥企業為例。該企業採用迴轉窯式焚燒爐處理生產中產生的廢液和固體廢物，其中含有化學物質包括有機氯化物和無機氯化物等，裝置日處理能力為固體廢渣72噸其中含可燃燒有機物的量15%，廢液12噸熱值21000Kj/kg。廢渣熱解產生的煙氣在二燃室高溫處理，焚燒溫度1100 1200°C，停留時間2s，焚燒產生的煙氣量約26000Nm3/h。採用本實用新型提供的的裝置及使用方法對上述煙氣進行淨化處理。篩分選取顆粒粒徑在I-2mm的河沙，實測堆積密度1200kg/m3，臨界流化速度O. 34m/s ;通過投料口加入到直徑2. 4m、高8m的噴霧流化急冷塔中，加入量約1800kg ;流化急冷塔分布板採用蓋帽式，開孔率6%，流化速度控制在I. 4-1. 5m/s，在引風機作用下流化床中的河沙呈穩定流化狀態，流化床周圍均勻布置6支霧化水霧化器，以壓縮空氣作為霧化介質，氣液比O. 3 (w/w)，霧化角60°。來自焚燒爐的高溫煙氣先經過熱管式餘熱鍋爐，將煙氣溫度降至600°C左右後進入噴霧流化急冷塔熱風室，再上升至流化室；連續向流化室內噴入冷卻水使煙氣得到急冷，通過調節噴入的水量控制流化室溫度保持在150°C左右；降溫後的煙氣通過急冷塔上部的布袋除塵器分離細粉塵後通過引風機送入煙囪，布袋除塵器收集的粉塵返回流化室。採用上述淨化方法，副產蒸汽(I. OMPa) 8. Ot/h，煙氣有效急冷時間< O. I秒，處理後煙氣採樣分析，二惡英含量〈O. ITEQng/m3。·
權利要求1.一種處理高溫焚燒煙氣的裝置，其特徵在於包括餘熱鍋爐(I)、噴霧流化急冷塔(2 )、引風機(3 )，上述各操作單元設備依次順序連接。
2.按照權利要求I所述的裝置，其特徵在於噴霧流化急冷塔(2)為塔式流化床結構，包括熱風室(a)、流化室(b)、分布板(C)、霧化器(d)和除塵器(e)五個主要部分；噴霧流化急冷塔下部為切線進風的有一定調溫空間的熱風室，中部為倒錐形下接直筒段的氣固相流化室，上部裝有除塵器；熱風室與流化室中間設分布板用以承載惰性流化介質和均勻分布來自熱風室的熱風；噴灑冷卻液的霧化器位於流化室中。
3.按照權利要求2述的裝置，其特徵在於分布板(c)結構形式為多孔式、錐帽式或蓋板式；分布板的開孔方式為圓形，正三角形或正方形排列；分布板的開孔率範圍為3-9%。
4.按照權利要求2所述的裝置，其特徵在於霧化器(d)為上噴式或下噴式、單支或多支均布，單層或多層方式排列；霧化器結構形式為二流式或壓力式。
5.按照權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述的霧化器(d)結構形式為二流式，二流式霧化器的氣液質量比為O. Γ1. O，噴嘴的霧化角為30° 120°。
6.按照權利要求2所述的裝置，其特徵在於噴霧流化急冷塔內裝填的惰性流化介質為l-2mm的惰性粒子，所述的惰性粒子選自河沙、石英砂、玻璃珠或無機鹽；在引風機和分布板布風作用下，控制塔內流化速度在O. 5-2. 5m/s範圍內，保持惰性粒子處於穩定流化狀態。
7.按照權利要求I所述裝置的用途，其特徵在於處理高溫焚燒煙氣時抑制二惡英的生成。
8.按照權利要求7所述裝置的用途，其特徵在於採用以下方法處理採用以下方法處理高溫焚燒煙氣來自焚燒爐的高溫煙氣通過餘熱鍋爐(I)換熱，溫度降至550-650°C後進入噴霧流化急冷塔(2)，以引風機(3)作動力和向塔內噴入冷卻水為輔助手段使煙氣在小於O. Is時間內迅速降溫至120-200°C ;急冷後的煙氣除塵淨化、經引風機送至煙囪排入大氣，捕集的細粉塵返回噴霧流化急冷塔(2)中；整個作業系統為負壓，適宜操作壓力範圍是-3000Pa 至-7000Pa。
專利摘要本實用新型公開了一種抑制焚燒煙氣中產生二噁英的裝置。該裝置包括餘熱鍋爐(1)、噴霧流化急冷塔(2)、引風機(3)，上述各操作單元設備依次順序連接。採用本裝置抑制焚燒煙氣中產生二噁英的方法包括以下三個過程對高溫段煙氣控制降溫、中溫段噴霧流化急冷和低溫段除塵吸收。在不產生二噁英的安全溫度區間範圍，採用餘熱回收方式先將來自焚燒爐的高溫煙氣降至中溫段，然後在生成二惡英的敏感溫度區域實施急冷降溫，保證排放的焚燒煙氣中二噁英的含量大大低於國家標準規定的控制指標。本實用新型提供的裝置及其使用方法具有急冷時間和溫度可控、急冷效果好、無廢固、廢水產生等特點，適用於各類廢棄物焚燒煙氣的淨化，實現二噁英減排。
文檔編號B01D53/18GK202778217SQ20122044479
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者龍飛, 張軍, 王洪發, 馮越, 韓永博, 馬寶剛, 陳強 申請人:中國中化股份有限公司, 瀋陽化工研究院有限公司, 瀋陽化工研究院設計工程有限公司