CN102120130B - 一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半干法处理污泥焚烧尾气的装置及方法，属于固体废弃物领域。焚烧尾气通过半干脱酸塔，脱除效率可达90％左右，药品用量少，且无污水排放；膨胀反应器前的烟道上设石灰粉喷入口，石灰粉和烟气中的酸性气体充分发生化学反应，去除了剩余的酸性气体；作为吸附剂活性炭的喷入，进一步增强重金属和二噁英的去除率；搭配高效袋式除尘器，搜集未反应完全的Ca(OH)₂粉末及粉尘，能有效提高粉尘中的重金属、二噁英和酸性气体的去除率，使重金属的去除率可达99％(汞除外)，各类污染物排放均满足环保要求，能够有效地解决焚烧尾气给环境带来的二次污染。

Description

一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套装置及方法

技术领域

本发明涉及一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套装置及方法，属于废气处理领域。尤其涉及对污泥焚烧工艺产生的有害气体进行无害化、稳定化的净化处理成套装置。

背景技术

随着我国经济的高速发展和城市化进程地加快，我国城市污废水的处理量和产生污泥量也增加很快。污泥焚烧过程产生的尾气中含有大量的污染物(如烟尘、酸性气体、重金属等)，已成为环境保护的热点问题，各个国家都在制定更为严格地固体焚烧尾气排放标准，这也将给污泥焚烧工艺提出更高的要求。因此，开发处理效率高，对污染物进行有效控制，满足国家排放标准的尾气处理技术成为当务之急。

目前，污泥焚烧处理厂的尾气净化工艺和设备种类繁多，一般由酸性气体脱除系统、除尘系统和活性炭吸附系统三部分组成。酸性气体脱除技术是尾气净化技术的核心，常用的净化工艺系统有湿法、半干法和干法三种。湿法净化工艺的净化效率最高，并有后续的废水处理问题。干法净化工艺设备简单，工程费用最少，但净化效率相对较低，一般SO₂去除率仅30％、HCl仅50％。一般而言，干法脱硫较难满足尾气净化的要求。半干法净化工艺不仅可以达到较高的净化效率，还具有石灰耗量低，废水零排放，避免产生二次污染，反应残余物干燥可直接排出系统等优点，因此设计中要优先选用。

结合目前国内污泥市场发展需要，国家正在建立与完善污泥处理处置相关的技术、产业政策，制定污泥处理处置过程中相应的标准和法律法规。就国内的污泥焚烧厂无论在理论还是实践中，仍有处理效率低，达标难等大量问题有待于解决。

发明内容

为了克服上述现有技术结构的不足，本发明提供一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套装置及方法。

本发明提供一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套装置，对酸性气体及重金属有较高的去除率，并降低了二噁英的排放量，满足污染源监督监测和环境管理的需要。使尾气无害化处理技术实现本质、跨越式的进步，对污泥焚烧事业的健康、可持续发展具有重要意义。同时具有流程设备简单、投资运行费用低、过程中不产生废水避免造成二次污染等优点。

一种半干法处理污泥焚烧尾气的装置，主要包括半干脱酸塔、消石灰制备装置、膨胀反应器、石灰干粉输送装置、活性炭喷入装置、袋式除尘器、引风机、监测系统；

石灰浆输送泵出口处、雾化喷枪、半干脱酸塔依次通过管道相连；

焚烧尾气输送管道与半干脱酸塔顶部入口处相连；

半干脱酸塔、膨胀反应器、袋式除尘器、引风机、监测系统、烟囱依次通过管道相连；

罗茨风机、石灰粉罐与活性炭喷入烟道依次通过管道相连；

罗茨风机、活性炭罐与活性炭喷入烟道依次通过管道相连；

接自压缩空气罐的管道与布袋除尘器相连；

布袋除尘器灰斗与飞灰仓泵通过管道相连。

半干脱酸塔，即是酸性气体脱除，采用尾气中有害的酸性组分主要是指NOx、HCl、HF、SO₂。通过半干脱酸塔的气体，有较高的脱除效率(可达90％左右)，药品用量少，且无污水排放；

膨胀反应器，是加速烟气和吸收剂的混合装置。在混合过程中，能保证吸收剂迅速扩散到整个烟气流中。此外，膨胀反应器能减缓烟气流速，能够延长石灰与烟气的反应时间，除去尾气中剩余的酸性气体；

高效袋式除尘器，尾气净化系统末端的除尘装置。袋式除尘器不仅能收捕一般颗粒物，而且能收捕挥发性重金属或其氯化物、硫酸盐或氧化物凝结成直径≤0.5μm的气溶胶，还能收除吸附在灰分或活性炭颗粒上的二噁英等有机类污染物。受布袋玻璃纤维的耐热强度限制，尾气温度一般须控制在250℃左右，低于二噁英的再合成温度。

膨胀反应器前的烟道上设石灰粉喷入口，通过给料机和风机连续均匀地将石灰粉(Ca(OH)₂)喷入膨胀反应器入口烟道内，石灰粉和烟气中的酸性气体充分发生化学反应，从而被去除。由于在半干脱酸塔内喷水，汽化后变成水蒸气随烟气进入膨胀反应器，Ca(OH)₂吸收烟气中的水分后，反应速度加快。

高效袋式除尘器入口烟道上设活性炭投加口，靠活性炭的吸附作用提高尾气中二噁英和重金属污染物的去除率。

本发明采用“半干脱酸塔+膨胀反应器+高效袋式除尘器”半干法尾气净化工艺，高温烟气在半干脱酸塔内通过喷雾化的石灰浆液(6％左右)，急剧冷却至150～170℃左右，能够避免二噁英再聚合机会，焚烧炉烟气中85％～90％的二噁英(Dioxin)和重金属，被吸附剂吸附而存在粉尘中，吸附在粉尘中的二噁英(Dioxin)和粉尘一起被袋式除尘器除去；在膨胀反应器中，石灰粉(Ca(OH)₂)和尾气中的SO₂、SO₃等有害气体充分发生化学反应，生成CaSO₃、CaSO₄和其它附着物。在膨胀反应器与袋式除尘器之间喷入干活性炭粉，对烟气中的二噁英和重金属等污染物进行净化处理。进而烟气进入袋式除尘器，烟气中的有害气体和消石灰反应，形成的固态硫酸钙和其它附着物，附着在粉尘上或凝聚成细微颗粒，随粉尘一起被袋式除尘器收集下来。

本发明提供一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套方法，主要包括：半干脱酸塔和膨胀反应器对酸性气体的脱除；活性炭对有机物(二噁英)及重金属的去除；高效袋式除尘器对粉尘、活性炭颗粒上的二噁英、挥发性重金属等有机类污染物的捕获。含有以下步骤：

(1)焚烧尾气首先进入半干脱酸塔，Ca(OH)₂溶液一般由喷嘴或者旋转喷雾器喷入反应器中，形成粒径极细的石灰浆液，借助于水分的挥发以降低尾气的温度并提高其湿度，使尾气中的酸性气体与吸收剂发生化学反应生成盐类，掉落至塔底部经过灰斗排出；

(2)尾气随后进入膨胀反应器，与喷入的石灰干粉发生接触反应；石灰粉和烟气中的酸性气体充分发生化学反应，从而被去除；

(3)尾气进入最后一个处理装置-袋式除尘器，将尾气与固体物质分离，粉尘被截留在滤袋外表面，从而得到净化；袋式除尘器设有脉冲反吹在线清灰装置和旁通管路，当袋式除尘器滤袋表面积灰越来越多，烟气阻力也越来越大时，脉冲反吹装置自动启动，清除滤袋表面积灰，保证系统负压运行；另外，当启动或运行中系统出现故障时，布袋除尘器前出现超温(≥220℃)或低温(≤150℃)时，自动打开旁通管路阀门，烟气不经袋式除尘器直接由旁通管路通过烟囱排放，防止烧袋或糊袋，有效保护了布袋；

(4)经过净化的达标尾气由引风机引出，进入烟囱高空排放，引风机后设置在线监测系统，实时对尾气进行检测，以便调整工艺参数，保证尾气排放达标。

本发明具有的特点：

(1)去除效率高。采用半干法尾气处理工艺能脱除90％以上的酸性气体，高速旋转地喷雾装置，充分保证石灰浆的雾化效果，强化与尾气的接触反应，使得脱酸效率提高，石灰耗量降低。

(2)去除污染物种类多，净化效果好。半干式脱酸塔和膨胀反应器对HCl的去除率达90％以上，对一般有机污染物及重金属具有良好的去除效率；作为吸附剂活性炭的喷入，进一步增强重金属和二噁英的去除率；搭配高效袋式除尘器，搜集未反应完全的Ca(OH)₂粉末及粉尘，能有效提高粉尘中的重金属、二噁英和酸性气体的去除率，使重金属的去除率可达99％(汞除外)，各类污染物排放满足环保要求。

(3)废水零排放。细小均匀的石灰浆颗粒与尾气充分混合，并且在脱酸塔内有很长的停留时间，这就保证了水分完全蒸发，反应残余物充分干燥，处理过程没有废水产生，避免产生了二次污染。

(4)能耗低，经济效益高。半干脱酸塔操作温度高于150℃，尾气经粒状物去除设备后可直接排放；所用耗水量比湿式反应塔少。同其它尾气净化工艺相比较，投资和运行费用低，设备流程简单，经济效益好。此外，半干法尾气净化技术较为成熟，技术也都已国产化，已投产运行的焚烧工艺表明，采用半干法-“半干脱酸塔+膨胀反应器+高效袋式除尘器”净化污泥焚烧尾气完全满足环保要求。

污泥焚烧工艺产生的尾气中，含有大量的污染物(如烟尘、酸性气体、重金属等)，对环境有着不同程度的危害。采用半干法净化工艺不仅可以达到较高的净化效率，还具有石灰耗量低，废水零排放，反应残余物干燥可直接排出系统等优点。经过半干法尾气净化工艺，使得排放烟气中的粉尘、HCl、SO2和其它污染物如二噁英、重金属等的排放浓度达到国家排放标准。选择时，应充分考虑我国城市污泥的特性、焚烧尾气的组分，并根据当地经济、资源和环境保护要求，结合工程的具体情况，做到经济、实用、安全、可靠。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套方法的工艺流程图。

图2为本发明一种半干法处理污泥焚烧尾气的装置结构示意图。

图中：半干脱酸塔1、膨胀反应器2、布袋除尘器3、引风机4、在线监测系统5、烟囱6、石灰粉罐7、罗茨风机8、活性炭罐9、石灰浆输送泵10、雾化喷枪11、焚烧尾气输送管道12、石灰粉喷入烟道13、活性炭喷入烟道14、接自压缩空气罐的管道15、飞灰仓泵16。

具体实施方式

参照图1至图2对本发明的实施例进行说明。

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：

1)石灰浆输送泵10出口处、雾化喷枪11、半干脱酸塔1依次通过管道相连；

2)焚烧尾气输送管道12与半干脱酸塔1顶部入口处相连；

3)半干脱酸塔1、膨胀反应器2、袋式除尘器3、引风机4、监测系统5、烟囱6依次通过管道相连；

4)罗茨风机8、石灰粉罐7与活性炭喷入烟道13依次通过管道相连；

5)罗茨风机8、活性炭罐9与活性炭喷入烟道14依次通过管道相连；

6)接自压缩空气罐的管道15与布袋除尘器3相连；

7)袋式除尘器3灰斗与飞灰仓泵16通过管道相连。

半干法处理污泥焚烧尾气工艺不仅在污泥处理领域，适用于大中型污泥焚烧厂，在其它焚烧领域如固废、危废处理，生活垃圾等方面也可以应用。结合附图，具体实施方式如下：

(1)首先，焚烧尾气通过焚烧尾气输送管道12进入半干脱酸塔1，与雾化喷枪11喷射出的吸收剂(石灰浆液)充分混合，急剧冷却到150～170℃左右，减少了二噁英再聚合的机会，为后端高效脱酸创造了有利的工艺条件。其中，喷水量根据塔进口烟气温度实行自动调节，以确保用液量的经济性。烟气中的酸性气体与吸收剂发生化学反应生成盐类，从而得到去除，少量粉尘落入半干脱酸塔1底部经过灰斗排出。

(2)半干脱酸塔1采用消石灰浆液，其制备装置包括消石灰仓、制备罐、石灰浆输送泵10和管道等。消石灰仓置于制备罐顶部，出料重力投入制备罐。在制备罐内制备确保脱酸工艺要求的溶液浓度。石灰浆通过石灰浆输送泵10输送至半干脱酸塔1。

(3)接着尾气进入膨胀反应器2，与喷入的石灰干粉接触反应。通过石灰干粉除去烟气中的剩余酸性气体；在进入袋式除尘器3前的活性炭喷入烟道14上，喷入活性炭粉末，通过活性炭吸附烟气中的污染物(主要是二噁英类有机物质、重金属Hg等)。

包括石灰干粉输送步骤，石灰干粉储存在石灰粉罐7内，通过圆盘给料机、罗茨风机8连续均匀地将石灰粉(Ca(OH)₂)喷入膨胀反应器入口的石灰粉喷入烟道13内，Ca(OH)₂和烟气中的SO₂、SO₃等有害气体充分发生化学反应，生成CaSO₃、CaSO₄和其它附着物。同时烟气中有CO₂存在，还会消耗一部分Ca(OH)₂生成CaCO₃。由于在半干脱酸塔内喷水，汽化后变成水蒸气随烟气进入膨胀反应器2，Ca(OH)₂吸收烟气中的水分后，反应速度加快。

包括活性炭喷入步骤，活性炭储存在活性炭罐9内，通过圆盘给料机、罗茨风机8连续均匀地将活性炭粉末喷入在进入袋式除尘器前的活性炭喷入烟道14上，通过活性炭吸附尾气中的二噁英类、重金属等污染物。

(4)然后尾气进入高效袋式除尘器3。经过袋式除尘器的滤袋时，烟气中的粉尘被截留在滤袋外表面，从而得以净化。由于粉尘、反应物和活性炭等颗粒物附着汞、重金属和二噁英等污染物，因而在除尘的同时也就将这些污染物从尾气中清除。

袋式除尘器3设有脉冲反吹在线清灰装置和旁通管路，当袋式除尘器滤袋表面积灰越来越多，烟气阻力也越来越大时，脉冲反吹装置自动启动，清除滤袋表面积灰，保证系统负压运行。另外，当启动或运行中系统出现故障时，袋式除尘器前出现超温(≥220)或低温(≤150℃)时，自动打开旁通管路阀门，烟气不经袋式除尘器直接由旁通管路通过烟囱排放，防止烧袋或糊袋，有效保护了布袋。

(5)最后，引风机4后设置在线监测系统5，实时对尾气进行检测，以便调整工艺参数，保证尾气排放达标。经过净化的达标尾气由引风机4引出，进入烟囱6高空排放。

本发明提到各单元设备是市售产品。

实施例2：

一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套方法，主要包括：半干脱酸塔和膨胀反应器对酸性气体的脱除；活性炭对有机物(二噁英)及重金属的去除；高效袋式除尘器对粉尘、活性炭颗粒上的二噁英、挥发性重金属等有机类污染物的捕获。含有以下步骤：

(1)焚烧尾气首先进入半干脱酸塔，Ca(OH)₂溶液一般由喷嘴或者旋转喷雾器喷入反应器中，形成粒径极细的石灰浆液，借助于水分的挥发以降低尾气的温度并提高其湿度，使尾气中的酸性气体与吸收剂发生化学反应生成盐类，掉落至塔底部经过灰斗排出。

还包括石灰浆制备步骤，石灰浆制备系统包括消石灰仓、制备罐、输送泵和管路。其主要作用是按反应器对石灰浆浓度和石灰浆量的要求连续将石灰浆供至脱酸塔。消石灰仓置于制备罐顶部，出料重力投入制备罐。制备罐要确保石灰浆溶液浓度保证脱酸工艺要求，由输送泵将石灰浆输送至脱酸塔。

所述消石灰浆液设计浓度为3～4％，溶解系统最大配置能力按6％设计。

所述脱酸石灰浆液设计用量为每台半干脱酸塔200～300kg/h。

(2)尾气随后进入膨胀反应器，与喷入的石灰干粉发生接触反应。石灰粉和烟气中的酸性气体充分发生化学反应，从而被去除。

还包括石灰干粉输送步骤，石灰干粉储存在石灰仓内，通过圆盘给料机、罗茨风机连续均匀地将石灰粉(Ca(OH)₂)喷入膨胀反应器入口烟道内，使Ca(OH)₂和烟气中的SO₂、SO₃等有害气体充分发生化学反应，生成CaSO₃、CaSO₄和其它附着物。同时烟气中有CO₂存在，还会消耗一部分Ca(OH)₂生成CaCO₃。由于在半干脱酸塔内喷水，汽化后变成水蒸气随烟气进入膨胀反应器，Ca(OH)₂吸收烟气中的水分后，反应速度加快。

(3)尾气进入最后一个处理装置-袋式除尘器，将尾气与固体物质分离，粉尘被截留在滤袋外表面，从而得到净化。由于粉尘、反应物和活性炭等颗粒物附着汞、重金属和二噁英等污染物，因而在除尘的同时也就将这些污染物从尾气中清除。

袋式除尘器设有脉冲反吹在线清灰装置和旁通管路，当袋式除尘器滤袋表面积灰越来越多，烟气阻力也越来越大时，脉冲反吹装置自动启动，清除滤袋表面积灰，保证系统负压运行。另外，当启动或运行中系统出现故障时，布袋除尘器前出现超温(≥220)或低温(≤150℃)时，自动打开旁通管路阀门，烟气不经袋式除尘器直接由旁通管路通过烟囱排放，防止烧袋或糊袋，有效保护了布袋。

还包括活性炭喷入步骤，活性炭储存在活性炭罐内，通过圆盘给料机、罗茨风机连续均匀地将活性炭粉末喷入在进入袋式除尘器前的烟道上，通过活性炭吸附尾气中的污染物(主要是二噁英类物质、重金属Hg等)，使尾气和活性炭在进入除尘器前得到良好的混合和吸附。

(4)经过净化的达标尾气由引风机引出，进入烟囱高空排放，引风机后设置在线监测系统，实时对尾气进行检测，以便调整工艺参数，保证尾气排放达标。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种半干法处理污泥焚烧尾气的成套方法，主要包括：半干脱酸塔和膨胀反应器对酸性气体的脱除；活性炭对二噁英类物质和重金属Hg的去除；高效袋式除尘器对粉尘、活性炭颗粒上的二噁英类物质和重金属Hg的捕获，含有以下步骤：

1)焚烧尾气首先进入半干脱酸塔，Ca(OH)₂溶液一般由喷嘴或者旋转喷雾器喷入反应器中，形成粒径极细的消石灰浆液，借助于水分的挥发以降低尾气的温度并提高其湿度，使尾气中的酸性气体与吸收剂发生化学反应生成盐类，掉落至塔底部经过灰斗排出，其中，消石灰浆液的制备步骤具体为：所述消石灰浆液的设计浓度为3～4%，溶解系统最大配置能力按6%，所述消石灰浆液用量为每台半干脱酸塔200～300kg/h；

2)尾气随后进入膨胀反应器，与喷入的Ca(OH)₂干粉发生接触反应，Ca(OH)₂干粉和烟气中的酸性气体充分发生化学反应，从而被去除，其中，所述Ca(OH)₂干粉的输送步骤具体为：Ca(OH)₂干粉储存在石灰仓内，通过圆盘给料机、罗茨风机连续均匀地将Ca(OH)₂干粉喷入膨胀反应器入口烟道内，使Ca(OH)₂和烟气中的SO₂、SO₃有害气体充分发生化学反应，生成CaSO₃、CaSO₄和其它附着物，同时烟气中有CO₂存在，还会消耗一部分Ca(OH)₂生成CaCO₃，由于在半干脱酸塔内喷水，汽化后变成水蒸气随烟气进入膨胀反应器，Ca(OH)₂吸收烟气中的水分后，反应速度加快；

3)尾气进入最后一个处理装置—袋式除尘器，将尾气与固体物质分离，粉尘被截留在滤袋外表面，从而得到净化；袋式除尘器设有脉冲反吹在线清灰装置和旁通管路，当袋式除尘器滤袋表面积灰越来越多，烟气阻力也越来越大时，脉冲反吹装置自动启动，清除滤袋表面积灰，保证系统负压运行；另外，当启动或运行中系统出现故障时，布袋除尘器前≥220℃或≤150℃时，自动打开旁通管路阀门，烟气不经袋式除尘器直接由旁通管路通过烟囱排放，防止烧袋或糊袋，有效保护了布袋，活性炭储存在活性炭罐内，通过圆盘给料机、罗茨风机连续均匀地将活性炭粉末喷入在进入袋式除尘器前的烟道上，通过活性炭吸附尾气中的二噁英类物质和重金属Hg，使尾气和活性炭在进入除尘器前得到良好的混合和吸附；

4)经过净化的达标尾气由引风机引出，进入烟囱高空排放，引风机后设置在线监测系统，实时对尾气进行检测，以便调整工艺参数，保证尾气排放达标。

2.一种半干法处理污泥焚烧尾气的装置，其特征是主要包括：半干脱酸塔、消石灰制备装置、膨胀反应器、Ca(OH)₂干粉输送装置、活性炭喷入装置、袋式除尘器、引风机、监测系统：

1)消石灰浆液输送泵（10）出口处、雾化喷枪（11）、半干脱酸塔（1）依次相连；

2)焚烧尾气输送管道（12）与半干脱酸塔（1）顶部入口处相连；

3)半干脱酸塔（1）、膨胀反应器（2）、袋式除尘器（3）、引风机（4）、监测系统（5）、烟囱（6）依次相连；

4)罗茨风机（8）、石灰粉罐（7）与活性炭喷入烟道（13）依次通过管道相连；

5)罗茨风机（8）、活性炭罐（9）与活性炭喷入烟道（14）依次通过管道相连；

6)接自压缩空气罐的管道（15）与布袋除尘器（13）相连；

7)布袋除尘器（13）灰斗与飞灰仓泵（16）相连。

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