專利名稱：一種抑制焚燒煙氣中產(chǎn)生二惡英的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于環(huán)境保護領(lǐng)域，涉及大氣污染物減排控制技術(shù)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(chǎn)生有害物質(zhì)，具體涉及一種抑制焚燒煙氣中產(chǎn)生二惡英的裝置。
背景技術(shù)：
二惡英(目前在化學(xué)化工領(lǐng)域中仍以“二噁英”稱謂多見)類化合物是多氯代二苯并二惡英(Polychlorinated dibenzopdioxins PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(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(wěn)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(guān)于對二惡英類POPS的控制國際上包括中國在內(nèi)的127個國家和地區(qū)已經(jīng)簽訂了《關(guān)于持久性有機污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(yīng)采取必要的措施，應(yīng)用最佳可行技術(shù)/最佳環(huán)境實踐(BAT/BEP)，以實現(xiàn)二惡英控制和減排的目標。廢棄物焚燒過程中產(chǎn)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于暫時性缺氧使部分有機物同氯化氫反應(yīng)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(zhì)中的有機氯生成PCDD/F。3)前驅(qū)物合成，不完全燃燒及飛灰表面的不均勻催化反應(yīng)可形成多種有機氣相前驅(qū)物，如多氯苯酚和二苯醚，再由這些前驅(qū)物生成PCDD/F，具體哪種機理起主要作用取決于爐型、工作狀態(tài)和燃燒條件，總之焚燒爐內(nèi)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(qū)間(250°C 500°C)是生成P⑶D/F的敏感溫度區(qū)域，因此要有效控制PCDD/F的合成必須盡量減少焚燒煙氣在該區(qū)域的停留時間?，F(xiàn)有的國內(nèi)外消除ra)D/F的方法主要包括1)活性炭吸附采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(zhuǎn)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；該方法工藝復(fù)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(guī)模小且運行成本高。3)采用電子束照射或等離子體高溫分解該類技術(shù)優(yōu)點是操作過程耗時短，系統(tǒng)輕便，但由于產(chǎn)生電子束的電壓很高且處理能力有限，難以實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。截至目前，缺乏一種工業(yè)上實用、工藝簡單的抑制焚燒煙氣中再次產(chǎn)生二惡英的有效方法及裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種有效抑制焚燒煙氣中產(chǎn)生二惡英的裝置以及采用該裝置來處理高溫焚燒煙氣的方法，以解決現(xiàn)有焚燒煙氣二惡英處理方法存在的工藝復(fù)雜、運行成本較高或難于工業(yè)化應(yīng)用等問題。[0006]發(fā)明人通過研究確認，廢棄物焚燒煙氣中的二惡英主要源于焚燒煙氣在產(chǎn)生二惡英的敏感溫度區(qū)域內(nèi)的停留時間過長。針對這個問題，發(fā)明人利用流化床傳熱效率高的特點，開發(fā)了一種抑制焚燒煙氣中產(chǎn)生二惡英的方法和成套處理裝置，應(yīng)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(chǎn)生。本裝置的使用方法包括在焚燒煙氣降溫過程中，采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(qū)間段的停留時間小于O. Is。
為了更好地實現(xiàn)本實用新型的目的并充分利用高溫焚燒煙氣的熱量，采用本實用新型的裝置抑制焚燒煙氣中產(chǎn)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(chǎn)生二惡英的安全溫度區(qū)間范圍，推薦采用余熱回收方式先將來自焚燒爐的高溫煙氣(通常高于IlO(TC)降至中溫段(如550-650°C)，然后在生成二惡英的敏感溫度區(qū)域?qū)嵤┘崩浣禍?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于國家標準規(guī)定的控制指標(O. 5TEQng/m3, GB18484-2001 )。然而，如果不考慮余熱利用、能源再生的因素(例如余熱回收可以副產(chǎn)蒸汽)，高溫段降溫也可以采用其他方式、如文丘里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，包括余熱鍋爐(I)、噴霧流化急冷塔(2)、引風(fēng)機(3)，上述各操作單元設(shè)備依次順序連接。應(yīng)用該裝置，來自焚燒爐(4)的高溫煙氣通過余熱鍋爐換熱，溫度降至550-650°C后進入噴霧流化急冷塔，以引風(fēng)機作動力和向塔內(nèi)噴入冷卻水使煙氣在O. Is時間內(nèi)迅速降溫至120-200°C ;急冷后的煙氣除塵凈化、經(jīng)引風(fēng)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；整個操作系統(tǒng)為負壓，適宜操作壓力范圍是_3000Pa至-7000Pa (表壓)。向塔內(nèi)噴入的冷卻水也可以采用堿性水、例如利用某些生產(chǎn)中排放的堿性廢水作冷卻水，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(jié)約水資源。本實用新型采用的噴霧流化急冷塔為塔式流化床結(jié)構(gòu)，包括熱風(fēng)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(jié)構(gòu)特征為I)噴霧流化急冷塔的下部為切線進風(fēng)的有一定調(diào)溫空間的熱風(fēng)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(fēng)室與流化室中間設(shè)分布板用以承載惰性流化介質(zhì)和分配調(diào)節(jié)來自熱風(fēng)室的熱風(fēng)(即中溫煙氣)；噴灑冷卻液的霧化器位于流化室中。本實用新型采用的噴霧流化急冷塔具有急冷、除塵凈化于一體的功能。2)分布板(C)結(jié)構(gòu)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；分布板的開孔率范圍為3-9%。3)噴灑冷卻液的霧化器可以為上噴式或下噴式，設(shè)置數(shù)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(jié)構(gòu)形式可以是二流式或壓力式。優(yōu)選采用二流式霧化器，二流式霧化器的氣液質(zhì)量比為O. Γι. 0，噴嘴的霧化角為30。 120。。噴霧流化急冷塔內(nèi)裝填的流化介質(zhì)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于河沙、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(fēng)機和分布板作用下，控制塔內(nèi)流化速度在O. 5-2. 5m/s范圍內(nèi)，保持惰性粒子處于穩(wěn)定流化狀態(tài)。惰性粒子的裝填量根據(jù)煙氣處理量確定，這一點是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的。經(jīng)過高溫段的煙氣進入噴霧流化急冷塔熱風(fēng)室后，霧化器開始向流化急冷塔內(nèi)噴入冷卻水，噴霧所需的霧化介質(zhì)來源于空壓機，噴入的冷卻水與煙氣在急冷塔流化床內(nèi)呈逆流接觸，使來自于高溫段控溫設(shè)備的煙氣在穿過分布板和固體惰性載體床層時被經(jīng)霧化的液體瞬間(O. Is時間內(nèi))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(xiàn)煙氣凈化。根據(jù)煙氣的酸堿性，也可以適當向流化塔中噴霧一些堿性或酸性廢水，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(tài)，流化床中出現(xiàn)壓差較大變化時可以通過加料口和排料口對塔內(nèi)惰性粒子進行補充或更新。當急冷塔內(nèi)壓降小于2500Pa時，需要通過加料口補充惰性粒子；當急冷塔內(nèi)壓降大于7000Pa時，需要通過排料口將惰性粒子適當排出。急冷塔內(nèi)最佳的控制壓力差為3500Pa至 4500Pa?！婌F流化急冷塔上裝有測溫儀表并與進水閥門聯(lián)鎖，根據(jù)床層操作溫度自動調(diào)節(jié)噴水量。本實用新型提供的利用噴霧流化技術(shù)抑制焚燒煙氣中產(chǎn)生二惡英的裝置具有如下優(yōu)點I)適用范圍廣，可應(yīng)用于垃圾焚燒、工業(yè)廢棄物焚燒，日處理能力在幾噸至幾百噸的各種規(guī)格的焚燒均可進行；2)應(yīng)用效果好，經(jīng)過本實用新型的裝置處理后煙氣中二惡英類有害物質(zhì)含量低于O. ITEQng/m3,實現(xiàn)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(wěn)定可靠；5)無廢固、廢水產(chǎn)生，避免了二次污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(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
結(jié)合說明書附圖對本實用新型作進一步描述，以便于更好地理解本實用新型。然而本實用新型絕非僅限于此，在權(quán)利要求限定范圍內(nèi)，對噴霧流化急冷塔的型式、結(jié)構(gòu)和操作條件的改變來實現(xiàn)高溫煙氣急冷的過程屬于本實用新型范疇，均可有效控制排放尾氣中
二惡英的含量。以國內(nèi)某農(nóng)藥企業(yè)為例。該企業(yè)采用回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐處理生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢液和固體廢物，其中含有化學(xué)物質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)生的煙氣量約26000Nm3/h。采用本實用新型提供的的裝置及使用方法對上述煙氣進行凈化處理。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 ;流化急冷塔分布板采用蓋帽式，開孔率6%，流化速度控制在I. 4-1. 5m/s，在引風(fēng)機作用下流化床中的河沙呈穩(wěn)定流化狀態(tài)，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(zhì)，氣液比O. 3 (w/w)，霧化角60°。來自焚燒爐的高溫煙氣先經(jīng)過熱管式余熱鍋爐，將煙氣溫度降至600°C左右后進入噴霧流化急冷塔熱風(fēng)室，再上升至流化室；連續(xù)向流化室內(nèi)噴入冷卻水使煙氣得到急冷，通過調(diào)節(jié)噴入的水量控制流化室溫度保持在150°C左右；降溫后的煙氣通過急冷塔上部的布袋除塵器分離細粉塵后通過引風(fēng)機送入煙囪，布袋除塵器收集的粉塵返回流化室。采用上述凈化方法，副產(chǎn)蒸汽(I. OMPa) 8. Ot/h，煙氣有效急冷時間< O. I秒，處理后煙氣采樣分析，二惡英含量〈O. ITEQng/m3。·
權(quán)利要求1.一種處理高溫焚燒煙氣的裝置，其特征在于包括余熱鍋爐(I)、噴霧流化急冷塔(2 )、引風(fēng)機(3 )，上述各操作單元設(shè)備依次順序連接。
2.按照權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于噴霧流化急冷塔(2)為塔式流化床結(jié)構(gòu)，包括熱風(fēng)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(fēng)的有一定調(diào)溫空間的熱風(fēng)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(fēng)室與流化室中間設(shè)分布板用以承載惰性流化介質(zhì)和均勻分布來自熱風(fēng)室的熱風(fēng)；噴灑冷卻液的霧化器位于流化室中。
3.按照權(quán)利要求2述的裝置，其特征在于分布板(c)結(jié)構(gòu)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；分布板的開孔率范圍為3-9%。
4.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于霧化器(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(jié)構(gòu)形式為二流式或壓力式。
5.按照權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的霧化器(d)結(jié)構(gòu)形式為二流式，二流式霧化器的氣液質(zhì)量比為O. Γ1. O，噴嘴的霧化角為30° 120°。
6.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于噴霧流化急冷塔內(nèi)裝填的惰性流化介質(zhì)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(fēng)機和分布板布風(fēng)作用下，控制塔內(nèi)流化速度在O. 5-2. 5m/s范圍內(nèi)，保持惰性粒子處于穩(wěn)定流化狀態(tài)。
7.按照權(quán)利要求I所述裝置的用途，其特征在于處理高溫焚燒煙氣時抑制二惡英的生成。
8.按照權(quán)利要求7所述裝置的用途，其特征在于采用以下方法處理采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余熱鍋爐(I)換熱，溫度降至550-650°C后進入噴霧流化急冷塔(2)，以引風(fēng)機(3)作動力和向塔內(nèi)噴入冷卻水為輔助手段使煙氣在小于O. Is時間內(nèi)迅速降溫至120-200°C ;急冷后的煙氣除塵凈化、經(jīng)引風(fēng)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；整個操作系統(tǒng)為負壓，適宜操作壓力范圍是-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(chǎn)生二噁英的裝置。該裝置包括余熱鍋爐(1)、噴霧流化急冷塔(2)、引風(fēng)機(3)，上述各操作單元設(shè)備依次順序連接。采用本裝置抑制焚燒煙氣中產(chǎn)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(chǎn)生二噁英的安全溫度區(qū)間范圍，采用余熱回收方式先將來自焚燒爐的高溫煙氣降至中溫段，然后在生成二惡英的敏感溫度區(qū)域?qū)嵤┘崩浣禍?，保證排放的焚燒煙氣中二噁英的含量大大低于國家標準規(guī)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(chǎn)生等特點，適用于各類廢棄物焚燒煙氣的凈化，實現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者龍飛, 張軍, 王洪發(fā), 馮越, 韓永博, 馬寶剛, 陳強 申請人:中國中化股份有限公司, 沈陽化工研究院有限公司, 沈陽化工研究院設(shè)計工程有限公司