降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置

687 编辑：中冶有色技术网来源：榆林碳氢研究院股份有限公司

2023-12-20 10:18:08

权利要求书： 1.一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置，包括垃圾存储、垃圾破碎机、焚烧炉、等离子体燃烧炉、废热锅炉、一级布袋除尘器、脱硝塔、脱酸塔、空气预热器、二级布袋除尘器、引风机、烟囱、等离子体熔融炉，其特征在于，垃圾破碎机采用皮带连接焚烧炉；

所述焚烧炉的烟气出口与等离子体燃烧炉入口连接，所述焚烧炉底部设有排渣口；所述等离子体燃烧炉烟气出口与废热锅炉烟气入口连接，所述废热锅炉烟气出口与一级布袋除尘器入口相连，所述一级布袋除尘器烟气出口与脱硝塔烟气入口连接，所述脱硝塔出口与脱酸塔入口连接，所述脱酸塔烟气出口通过管路和空气预热器烟气入口相连，所述脱酸塔烟气出口与空气预热器之间管道设有消石灰喷洒装置；所述的空气预热器烟气出口和二级布袋除尘器烟气入口相连；所述二级布袋除尘器烟气和烟囱之间设有引风机用来将烟气从烟囱排出；所述等离子体燃烧炉、废热锅炉、一级布袋除尘器、二级布袋除尘器连接等离子体熔融炉，用来将收集的飞灰送入等离子体熔融炉，利用高温环境再次深度分解破坏吸附在飞灰表面的二噁英类物质；所述等离子体熔融炉烟气出口连接废热锅炉烟气入口。

2.根据权利要求1所述一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置，其特征在于所述焚烧炉设有干燥区和燃烧区，燃烧区设置3个对称分布的预热空气入口和垃圾入口，并设置垃圾分布器，以使垃圾不会偏流燃烧，同时设置臭气入口；所述臭气入口连接垃圾存储室顶部臭气出口，所述臭气入口与臭气出口间设有引风机。

3.根据权利要求1所述一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置，其特征在于所述的空气预热器烟气出口和二级布袋除尘器烟气入口连接管路内设有活性炭喷射装置。

4.根据权利要求3所述一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置，焚烧炉结构选择流化床炉或热解炉或回转窑炉或机械炉排式。

5.根据权利要求1所述一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置，其特征在于所述空气预热器出口和二级布袋除尘器前端连接管道设置消石灰干粉喷洒装置用以吸收酸性气。

6.根据权利要求1所述一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置，其特征在于，所述焚烧炉、等离子体燃烧炉选择甲醇作为燃料。

说明书：一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置技术领域[0001] 本实用新型是一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置，属于环境保护技术领域。特别涉及城市生活垃圾焚烧发电尾气包括源头控制、过程控制和末端控制的

脱硝、脱硫、除尘、除二噁英及重金属的组合系统装置，是一种垃圾发电尾气超低、超洁净排

放技术。

背景技术[0002] 随着城市人口的快速增长、经济的高速发展和城乡一体化稳步推进，城市生活垃圾产生量持续增长，2018年中国垃圾清运量为2.28亿吨，2019年2.46亿吨。目前，我国垃圾

积存量已达60多亿吨，占用耕地面积5亿平方米，全国660个城市中有200个城市陷入垃圾包

围之中。城市生活垃圾的无害化、减量化和资源化处理已成为我国城市生态环境和国民经

济可持续发展的关键问题。

[0003] 目前，城市垃圾的成熟的处理方式主要有卫生填埋、堆肥和焚烧。因填埋占用稀缺的土地资源、处理成本高，且会污染土壤和地下水等二次污染问题。垃圾焚烧技术凭借减量

化、无害化与资源利用的优势，成为当今国际社会垃圾清洁综合高效利用的主流方法，且炉

渣经过特殊手段可加工为绿色材料，飞灰可固化、稳定化填埋、利用。2018年我国垃圾焚烧

处理比例已达到垃圾无害化处理总能力的45%，根据《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处

理设施建设规划》要求，到2020年，城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理能力的50%以

上。

[0004] 然而，垃圾焚烧不可避免地带来二次污染物，特别是重金属和二噁英类等，其中二噁英类是一类剧毒化合物，影响人类健康发展。现行生活垃圾焚烧污染控制标准（GB

3 3

18485?2014）要求氮氧化物限值250mg/m ，颗粒物限值20mg/m ，二噁英类限值0.1ngTEQ/

3 3 3 3

m ，SO2限值80mg/m ，氯化氢限值60mg/m ，镉、铊及化合物限值0.1mg/m 。通过传统的燃烧

控制及净化吸附工艺处理，难以达标排放，所以亟须开发一种高效、先进、可靠的组合系统

垃圾焚烧尾气净化处理系统的装置。

发明内容[0005] 本实用新型为解决现有垃圾焚烧发电尾气超标排放超标问题，根据二噁英的生成机理和重金属的迁移机理，提供一种系统处理垃圾、降低尾气中颗粒物、氮氧化物、硫化物、

二噁英类和重金属等污染物的系统装置，使得尾气超洁净、超低排放，减轻对环境和人类健

康的影响。

[0006] 为实现上述目的，本实用新型一种降低垃圾焚烧发电尾气中污染物系统处理的装置，采用以下技术方案。

[0007] A预处理[0008] 将垃圾从中转站密闭运输统一收集存放于垃圾库，垃圾库采取完全密封措施，并且保持负压状态，置换出的恶臭气体引入炉内作为助燃气，保证环境的空气质量清新。通过

人工、机械等方法进行筛分拣选，剔除金属、水泥、厨余等不可燃组分和含氯、含重金属的垃

圾，降低氯源和重金属入炉，并且对原生垃圾筛选分类、集中分区堆放发酵，同时充分脱除

渗滤液水分，当然，渗滤液收集池也需密闭负压状态。然后将垃圾破碎、压缩制成品质较好、

粒径均匀、比表面积大、热值较高的垃圾衍生燃料，保证垃圾稳定均质燃烧，维持良好持续

的燃烧工况。

[0009] B燃烧[0010] 严格按照“3T+E”燃烧原则操作，引入120℃预热空气，同时在焚烧炉内添加二噁英类抑制剂，辅以独特的炉膛结构（如长炉床）和配风扰风系统，保证投料稳定和床温恒定，垃

圾燃烧充分、稳定、均质，持续良好的燃烧工况，有效分解垃圾中固有的二噁英类，同时避免

不完全燃烧产生有机碳和CO为二噁英类从头合成提供碳源，避免产生二噁英前驱物氯酚等

发生前驱物缩合反应生成二噁英类。同时，焚烧炉配置助燃系统、监控系统。

[0011] C二次燃烧[0012] 出焚烧炉烟气含有少量二噁英类，为最大限度地分解残余二噁英，烟气再与甲醇雾化液滴在等离子体燃烧炉内进行1000℃以上二次燃烧，二噁英类分解效率可高达99%。

[0013] D快速降温[0014] 出燃烧炉高温烟气通过废热锅炉快速冷却技术，降温速率在200℃/s以上，回收烟气显热降温到200℃?300℃，缩短烟气在300℃?500℃段的停留时间，降低二噁英前驱物合

成反应和的从头合成反应，因为二噁英类的低温异相催化合成反应在垃圾焚烧燃后区300

℃?500℃之间反应程度最大、最剧烈。

[0015] E除尘除毒[0016] 降温后烟气通过一级布袋除尘器脱除颗粒物等粉尘及二噁英及重金属等，同时降低对后系统脱硝催化剂的毒害。

[0017] F脱硝[0018] 采用SCR低温选择性催化还原技术脱除NOX,在220℃?240℃，使用2O5/WO3?TiO2低温过滤催化剂,使用液氨为还原剂，氨氮比控制在0.8?1范围内，烟气中NOX降解率可达

95%，同时，该脱硝技术可协同分解二噁英类，当烟气通过催化剂微孔时，二噁英类被催化氧

化成CO2、H2O、HCl，分解率可达98%。

[0019] G脱酸[0020] 采用半干法和干法耦合工艺脱除酸性气，使用石灰石浆液和消石灰中和吸收SO2、HCl、HF等，根据酸性气浓度调整石灰石浆液浓度为15%?30%，反应塔为旋转雾化器半干式，

反应温度180℃?220℃，脱酸效率可达96%。在空气预热器出口和二级布袋除尘器前端连接

管道设置消石灰干粉喷洒装置用以吸收酸性气。

[0021] H吸附过滤[0022] 脱酸气体通过空气预热器降温至135℃回收热量，保证后续工艺系统不会出现粘结现象，但保证温度在烟气露点以上防止腐蚀设备管道。

[0023] 在二级布袋除尘器前端烟道管内利用虹吸原理喷射活性炭粉末，在布袋表面形成活性炭与飞灰混合的粉层，活性炭孔隙发达，比表面积大，吸附能力强，可同时吸附气态、固

态二噁英类，还可吸附重金属，采用活性炭和布袋除尘器组合二噁英类去除率达98%。

[0024] 利用二级布袋除尘器除去烟气中的固态颗粒及未被活性炭吸附的部分二噁英类和重金属，同时可捕集活性炭进行再生提高其利用率，或者专业无害化处理。

[0025] I飞灰熔融[0026] 将布袋除尘器过滤收集的飞灰、锅炉积灰和等离子体燃烧炉底灰输送入等离子体熔融炉，利用高温环境再次深度分解破坏吸附在飞灰表面的二噁英类，同时可将凝结于飞

灰表面的重金属转移到飞灰的玻璃熔渣中，起到封存固化重金属的作用，降低其浸出特性。

[0027] 烟气引入废热锅炉产生蒸汽后进入后续净化系统。[0028] J排放[0029] 经过系列处理的尾气通过引风机进入45m以上烟囱有组织高空达标排放。[0030] 本实用新型中，焚烧炉可选流化床、热解、回转窑和机械炉排式。[0031] 作为优选，焚烧炉采用机械炉排炉，该炉型垃圾适应性强，处理规模弹性大，技术成熟可靠，运行维护简单，燃烧效率高。

[0032] 本实用新型中严格执行“3T+E”燃烧原则，即温度（Temperature）、时间(Time)、混合充分均匀(Turbulence)和过量空气系数(Excessoxygen)，具体来说就是首先保证焚烧

炉内任意点温度在850℃以上，其次，烟气在此温度以上炉内停留时间必须大于2秒；第三，

增加二次配风使得垃圾及烟气需与空气混合均匀，形成湍流，形成垃圾充分燃烧状态；第

四，过量空气系数必须达到1.8以上，即要保证烟气中氧气过量6%?11%。

[0033] 作为优选，为使垃圾燃烧均匀，炉内湍流强度雷诺数需达到10000以上。[0034] 本实用新型中，焚烧炉需配置助燃器，当垃圾热值较低或开停车阶段，助燃器可自动开启，保持炉膛内温度在850℃以上，保证炉内垃圾完全充分连续燃烧。助燃物可选择甲

醇或者高硫煤。

[0035] 作为优选，选择甲醇作为助燃物，同样地，二次燃烧炉和等离子体熔融炉选择甲醇为燃料，甲醇清洁低碳，相比其他任何燃料，不会额外产生新的污染物，且来源广泛可靠。

[0036] 本实用新型中，二噁英类抑制剂包括含硫化合物、氮化物和碱性化合物。[0037] 作为优选，选择含硫化合物作为抑制剂，硫抑制主要通过消耗气氛中Cl2转变为HCl，氯化能力减弱减少二噁英前驱物的生成。同时与飞灰中金属催化剂CuCl2反应生成硫

酸铜盐，降低催化剂活性，实现降低二噁英的生成量。气相中控制S/Cl摩尔比大于1。

[0038] 作为优选，S/Cl摩尔比为6。[0039] 本实用新型中通过先进冷却设备，实施快速冷却技术使烟气降温到200℃?300℃，缩短烟气在300℃?500℃温度窗口停留时间，该温度窗口是二噁英重新生成最剧烈区段，以

减少停留时间来弱化二噁英的从头合成反应及前驱物反应，降低二噁英的生成量。

[0040] 作为优选，烟气降温到230℃?250℃。[0041] 本实用新型中，优选2O5和WO3/TiO2催化剂后，操作温度230℃，调整氨氮比为3 3

0.9，可将NOx和二噁类的排放量分别控制在50mg/Nm 和0.01ngTEQ/Nm 以下，使烟气中

NOx和二噁英类的降解率分别达到90%和98%。低温SCR反应能够将烟气中的有害物质转化

为水和氮。

[0042] 本实用新型中，采用半干法耦合干法脱酸，利用酸碱中和脱酸反应去除HCl、SOX等酸性气，消石灰浆液和消石灰中和HCl、SOX等反应生成细小固体颗粒。

[0043] 在半干式反应塔和布袋除尘器之间烟道管内喷射消石灰干粉，消石灰在烟道内和布袋除尘器的滤袋表面与酸性气发生酸碱中和反应。通常情况下，只喷射消石灰即可满足

排放标准，半干式反应塔只有冷却烟气的效果，当烟气中酸性气含量高或排放标准提高时，

同时在半干式反应塔内喷射消石灰浆液，可确保烟气达标排放。

[0044] 本实用新型中，采用高效活性炭喷射吸附装置吸附二噁英类和重金属，活性炭比表面积大，吸附能力强，速率快。

[0045] 作为优选，木质活性炭吸附效率优于煤质活性炭，通常粒径在200?400um，最优孔径在3nm左右。

[0046] 更优的选择，碳纳米管作为吸附剂。[0047] 本实用新型中，布袋除尘器是一种耐温材料，[0048] 作为优选，采用除尘效果最好的e?PTFE的布袋，根据工艺需要可选择憎水性滤袋。[0049] 本实用新型中，需定期清除掉竖井烟道中的积灰，是减少燃烧后低温区域再生成二噁英的重要控制手段。因竖井烟道中锅炉热交换器、管道及换热面表面的飞灰中含有二

噁英，也含有合成二噁英所需要的主要碳源、氯源、前驱物及催化剂。

[0050] 本实用新型中，焚烧炉底部排除的炉渣经特殊处理，可作为建筑材料等使用。[0051] 本实用新型中，二级布袋除尘器捕集的活性炭需做危废特殊处理，活性炭再生利用。

[0052] 本实用新型中，玻璃熔渣可作卫生填埋或者陶瓷、砖等建筑材料。[0053] 本实用新型的有益效果是：[0054] 本实用新型设计了一种降低垃圾焚烧尾气污染物系统的装置，本装置可靠、有效去除尾气中多种有害物质，粉尘脱除效率99％，HF脱除效率95%，HCl脱除效率98%，SO2脱除

3

效率97%，NOx的脱除效率95%，二噁英浓度低于0.01ngTEQ/Nm ；多项指标优于国家标准排

放，极大地改善了环境质量，具有良好的社会效益和环境效益。

附图说明[0055] 图1为本实用新型所述的降低垃圾焚烧发电尾气中污染物浓度系统处理系统的装置示意图

[0056] 1?垃圾存储2?垃圾破碎机3?焚烧炉4?等离子体燃烧炉[0057] 5?废热锅炉6?一级布袋除尘器7?脱硝塔8?脱酸塔[0058] 9?空气预热器10?二级布袋除尘器11?引风机12?烟囱[0059] 13?等离子体熔融炉。具体实施方式[0060] 以下实施例采用如图1所示的处理系统实施：[0061] 所述的垃圾存储室1采用密闭措施，且保持负压，防止臭气外泄。并设置垃圾渗滤液排出系统，污水去处理厂，设置可开启的垃圾入口，顶部设置臭气出口，通过引风机直接

与焚烧炉臭气入口相连。

[0062] 所述的垃圾破碎机2可将垃圾制备成颗粒、品质均匀的垃圾衍生燃料，并通过皮带传送带送至焚烧炉垃圾入口。

[0063] 所述的垃圾焚烧炉3为分段燃烧炉排炉，设有干燥区和燃烧区，燃烧区设置3个对称分布预热空气入口和垃圾入口，并设置垃圾分布器，以使垃圾不会偏流燃烧，同时设置臭

气入口。

[0064] 所述的焚烧炉空气入口与空气预热器9空气出口连接，所述的空气预热器9的空气由引风机送入；

[0065] 所述的垃圾焚烧炉3的烟气出口与等离子体燃烧炉4入口连接，等离子体燃烧炉5出口与废热锅炉5烟气入口连接，废热锅炉5烟气出口一级布袋除尘器6入口相连，一级布袋

除尘器6烟气出口与脱硝塔7烟气入口连接，脱硝塔7出口与脱酸塔8入口连接，脱酸塔8烟气

出口通过管路和空气预热器9烟气入口相连，并设置消石灰喷洒装置。

[0066] 所述的空气预热器9烟气出口和二级布袋除尘器10烟气入口相连，连接管路内设置活性炭喷射装置。

[0067] 所述的二级布袋除尘器烟气通过引风机从烟囱达标排出。[0068] 所述的等离子体燃烧炉4、废热锅炉5与一二级布袋除尘器6、10收集的飞灰输送入等离子体熔融炉13，烟气返回废热锅炉5降温、脱硝、脱酸等净化，熔渣通过固化稳定后填埋

或利用。