专利名称：用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法
技术领域：
本发明涉及一种用以处理戴奥辛类化合物的焚化方法，特别是涉及一种用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法。
背景技术：
许多文献报告便已明白指出，戴奥辛类化合物对大众健康是一严重威胁，也证实出长期暴露于存有戴奥辛类化合物环境中时，极可能引起肝毒症、癌症、流产、生产缺陷等生殖危害，并伤害神经、内分泌、免疫系统等等。很显然地，戴奥辛确实为已知毒性最强化合物的一种。而举凡炼钢业的烧结炉、电弧炉、二次铝(铜)精炼厂、火葬场、都市垃圾焚化炉、医疗废弃物焚化炉、中小型垃圾焚化炉、柴油车及汽、机车等均为戴奥辛类化合物的排放源，其中尤以焚化炉为主要排放源。
因此，为有效管理焚化炉的戴奥辛排放量，各国政府皆订定严格的排放标准，而焚化炉业者最为普遍使用的戴奥辛排放控制处理技术主要有两种1.洗涤塔、活性碳喷入及袋式集尘器其中以洗涤塔、活性碳喷入及袋式集尘器的组合为最常用的戴奥辛排放控制技术。把活性碳喷注入将进入袋式集尘器中的排放气流中，活性碳随着排放气流而流入滤袋内，并在滤袋内面形成一可吸附去除烟道气中的戴奥辛的活性碳层，使用一定时间后，将活性碳残渣连同其他焚化后产生粉尘一并清除。由经验数据显示出，所能达到戴奥辛去除效率约在60％～95％。
此一处理技术虽然能满足让排放气中所含戴奥辛浓度低于排放管制值的要求，但于实务上仍然存在如下问题
(1)要是利用将气态形式的戴奥辛予以物理性吸附于活性碳上去除，戴奥辛于实质上并未被破坏，反而因而产生难处理的固态戴奥辛废弃物。
(2)活性碳无法重复使用，使焚化炉操作成本增加。
(3)活性碳喷入后成为飞灰(fly ash)的一部份，这些飞灰含有戴奥辛与重金属(特别是汞)而属有害事业废弃物，需经固化处理以防戴奥辛等有毒物质溶出，相对增加后续处理成本。
(4)一般来说，实务上于焚化炉炉腔出口装置如洗涤塔或填充塔等设备以去除酸气与粉尘，并降低气流温度，由于经洗涤塔或填充塔的气流含较高的水份，使得活性碳对戴奥辛的吸附效率降低。
2.使用氧化或还原触媒的触媒分解技术常见的选择性触媒(Selective catalytic reduction，SCR)单元以运用于某些都市垃圾焚化厂及炼钢烧结炉中。其中最先进者为以V2O5/TiO2当触媒。经过广泛研究与实厂验证指出，SCR系统依据其操作温度与触媒处理单元的不同其对戴奥辛的去除率介于21％到97％间(Kim S.C.et al.，Removal Efficiencies ofPCDDs/PCDFs by Air Pollution Control Devices inMunicipal Solid Waste Incinerators Chemosphere(2001)，43773-776)。另有文献指出，SCR对都市垃圾焚化炉戴奥辛的去除率分别为90.5％～97.4％与90％(Fujii T.et al.，Removal Technology of PCDDs/PCDFsin Flue Gas from MSW Incinerators by Fabric Filter andSCR System Organohalogen Compounds(1993)，1249-52；Hyun C.C.et al.，C atalytic Destruction ofPCDDs/DFs by the SCR UnitsOrganohalogenCompounds(2000)，45387-390)。
由于商业化的SCR触媒大部分由Ti、V与W所构成且操作范围约在300-400℃。在都市垃圾焚化厂SCR只能装在洗涤塔与袋式集尘器的后，避免SCR单元的触媒活性受温度影响而急速降低。
然而经袋式集尘器处理后的烟道气温度一般低于150℃，在如此低的温度下，SCR分解戴奥辛的效能并不高。因此，若SCR单元放置在尾端时需要将烟道气再加热至300℃～400℃，所需能源需求量增高。再者，虽然此技术方法可以将戴奥辛加以反应分解，然SCR触媒使用二年后将面临活性衰退而必须更换，由于触媒价格较高与能源需求量高，使得整体操作成本明显增高；而且，如果操作不当，反而会造成戴奥辛大量合成，产生严重反效果，所以，触媒分解技术很少于戴奥辛处理实务上被应用。
发明内容本发明的目的是提供一种热回收效果佳而省能源、戴奥辛去除效率高，且整体操作成本低廉的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法。
为达到上述目的，本发明的一种用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于包含一预热步骤、一戴奥辛分解步骤，以及一蓄热备用步骤，于该预热步骤中，备置一蓄热式焚化装置，是包含一第一蓄热材、一第二蓄热材，以及一设置于该第一、二蓄热材间的高温的加热区，首先对该第一蓄热材进行预热；于该戴奥辛分解步骤中，是将含有戴奥辛类化合物的废气流依序导流经预热的第一蓄热材与高温的加热区，利用该第一蓄热材释放出所蓄积高热加以预热废气流，并使废气流中的戴奥辛类化合物于加热区产生高温分解作用，废气流便转成一携带有高热的干净气流而持续流往该第二蓄热材；于该蓄热备用步骤中，于干净气流流经该第二蓄热材时，该第二蓄热材能将干净气流中所携带的高热予以吸收蓄积而备用，该干净气流便得以降温而排出。
所述的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于该第一、二蓄热材可为陶瓷粒或砾石。
该第一、二蓄热材的Biot数可介于0.3～1.0间。
该第一、二蓄热材可以采取堆积式装填工法予以进行充填。
于该蓄热备用步骤中，可再将另一道含有戴奥辛类化合物的废气流反向地依序导流经蓄积有高热的第二蓄热材、高温的加热区，以及第一蓄热材，用以让废气流所含戴奥辛类化合物得以高温分解去除，废气流将转换成干净气流排出，且干净气流所携带高热则转而被第一蓄热材所吸收、蓄积以备用。
所述的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于该蓄热式焚化装置更包含一温度控制单元，用以辅助供应蓄热能量予该第一、二蓄热材，并维持该加热区处于高温状态。
本发明的功效在于利用第一、二蓄热材所发挥良好的蓄热能力，整体热回收效率高，用以能反复变换气流流向，将气流中的戴奥辛有效分解去除，整体戴奥辛去除效率高达90％以上，且能有效节省能源成本，整体操作成本低廉；即1.戴奥辛去除效率佳由上述采样分析结果可知，自该进气管21排入的进气气流所含初始戴奥辛浓度约2.91ng-TEQ/Nm3，经高温处理过后，自该排气管22排出的排出气流所含戴奥辛浓度降至约0.132ng-TEQ/Nm3，戴奥辛去除效率高达约95.5％，整体戴奥辛去除效率佳，有效改善习知利用活性碳喷注入袋滤式集尘器中，吸附去除戴奥辛效率不彰此问题。
2.热回收效率佳，能源成本低廉再由前述分析结果可知，利用第一、二蓄热材3、4优异的蓄热能力，有效回收、蓄积戴奥辛类化合物高温分解时所释放出的大量高热，整体热回收率高达90％以上，换句话说，只需将所欲处理气体的温度提高40℃(即从进气35～40℃提高到排气50～70℃)，利用极小的能量损耗，便能将气流中所含戴奥辛类化合物有效氧化分解去除，所耗费能源成本低，有效改善习知设置于袋滤式集尘器后端的SCR单元处理排气中的戴奥辛，必须予以再大幅地增温加热，以致于能源损失大而需求量高此问题。
3.操作成本低廉再者，相较于习知活性碳喷注去除技术必须耗费大量活性碳，与选择性触媒分解技术的触媒成本高昂，本案能选用砾石或陶瓷粒作为第一、二蓄热材3、4，于设备成本上明显经济，且取得相当便利；而且，系统整体热回收效率高于90％以上，所需辅助燃料能源成本低，整体操作成本则相对低廉。
另外，利用高温分解去除气流中所含戴奥辛类化合物，处理过后的排出气流所含戴奥辛浓度能明显低于排放管制标准，而能直接排放不需其他后续处理，处理过程中也无有害副产物产生，有效改善习知利用活性碳喷注入袋滤式集尘器中以吸附去除排气中戴奥辛，产生处理繁琐的有害废弃物，后续处理成本高此问题。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明图1是一步骤流程图，说明本发明用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法的一较佳实施例；图2是一设备示意图，说明该较佳实施例所使用的一蓄热式焚化装置；图3是一操作流程说明图，说明该较佳实施例用以将二道废气流以不同流向导入该蓄热式焚化装置中，进行一双向操作循环处理作业；图4是一流径示意图，说明该较佳实施例将第一道废气流以第一路径方向于该蓄热式焚化装置中流动；图5是一流径示意图，说明该较佳实施例将第二道废气流以第二路径方向于该蓄热式焚化装置中流动。
具体实施方式如图1所示，本发明用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法的该较佳实施例，是包含一预热步骤6、一戴奥辛分解步骤7，以及一蓄热备用步骤8。
如图2所示，首先，先备置一蓄热式焚化装置。该蓄热式焚化装置包含一焚化炉体1、一设置于该焚化炉体1底部内的导气单元2、一填装于该焚化炉体1内的第一蓄热材3、一填装于该焚化炉体1内的第二蓄热材4，以及一设置于该焚化炉体1内且分布于在该第一、二蓄热材3、4间的温度控制单元5。
该焚化炉体1具有一供该第一蓄热材3填装的长柱形第一蓄热区11、一与该第一蓄热区11连通且供该第二蓄热材4填装的第二蓄热区12，以及一连通地位于该第一、二蓄热区11、12顶部间而供该温度控制单元5容置的加热区13。
其中，该第一、二蓄热材3、4可以是陶瓷粒，或砾石等蓄热材质。本实施例中，该第一、二蓄热材3、4是粒径为0.0125m的砾石，采取堆积式装填工法以充填于该第一、二蓄热区11、12中，而第一、二蓄热材3、4的孔隙分率(voidfraction)ε约为0.405，所以，该第一、二蓄热材3、4的总孔隙体积约为0.0182m3。
最重要的是，该第一、二蓄热材3、4的Biot值(Biotnumber)(就相当于气固间对流热导速率/固体内热传导速率)约介于0.3～1.0间，以使热传阻力在气固间，让固体内温度处于均匀状态。Biot值的推算公式如下所示Biot number＝hdp/ks其中，h为气固间热对流热传系数(W/m2K)；dp为粒径(m)；ks为热传导系数(W/mK)。本实施例中，于空塔流速约0.5～1.0m/s条件下，该第一、二蓄热材3、4的Biot数测值约为0.4～0.6，表示该第一、二蓄热材3、4内部易达到热平衡状态，所能达到蓄热效果佳，整体得以充分利用、发挥蓄热与导热成效。
另外，该导气单元2具有一用以将废气流导送入该焚化炉体1内的进气管21、一用以将废气流导离出该焚化炉体1外的排气管22、一连通设置于该排气管22上且位在该焚化炉体1外的鼓风机23、一可连通于该进气管21与该第一蓄热区11的第一气管24、一可连通于该第二蓄热区12与该排气管22的第二气管25、一可连通于该进气管21与该第二蓄热区12的第三气管25’、一可连通于该第一蓄热区11与该排气管22的第四气管24’、一设置于该第一气管24上的第一电磁阀28、一设置于该第二气管25上的第二电磁阀29、一设置于该第三气管25’上的第三电磁阀29’、一设置于该第四气管24’上的第四电磁阀28’，以及一与该第一～四电磁阀28、29、29’、28’电性连接的定时控制件20、一连通设置于该进气管21上的气体流量件26，以及一连通设置于该进气管21上的流量控制阀27。该鼓风机23具有一用以控制其对于废气流的抽引速率的调整开关件23，利用该鼓风机23产生抽引作用以驱使废气流依序流经该进气管21、该焚化炉体1内部(包含分别位于第一、二蓄热区11中的第一、二蓄热材3、4，与位在该加热区13中的温度控制单元5)与该排气管22而排出。另借能显现出气流流量值的该气体流量件26，与该流量控制阀27相配合，以调整废气流的进气流量。
如图4与图5所示，该定时控制件20能控制该第一～四电磁阀28、29、29’、28’的开关状态，并于一预定时间差(例如二分钟)交替地输出一第一讯号与一第二讯号。于输出该第一讯号时，该第一、二电磁阀28、29呈开启状态，该第三、四电磁阀29’、28’呈关闭状态，此时，该气流会沿一第一路径流动(如图4的箭头方向所示)，而依序流经该进气管21、第一气管24、第一蓄热区11、加热区13、第二蓄热区12、第二气管25，与该排气管22而排出；接续于输出该第二讯号时，该第一、二电磁阀28、29呈关闭状态，该第三、四电磁阀29’、28’呈开启状态，该气流会沿相反于该第一路径的第二路径流动(如图5的箭头方向所示)，而依序流经该进气管21、第三气管25’、第二蓄热区12、加热区13、第一蓄热区11、第四气管24’，与该排气管22而排出。借由该定时控制件20与该第一～四电磁阀28、29、29’、28’相配合，以控制气流于该焚化炉体1内产生双向流动。
另外，该温度控制单元5具有一设置于该焚化炉体1顶部的加热区13内的加热件51，以及多数间隔设置于该加热区13与第一、二蓄热区11、12中的测温件52。利用该加热件51适时地辅助供应蓄热能量予该第一、二蓄热材3、4，让该第一、二蓄热材3、4恒维持于既定作用温度下，且第一、二蓄热区11、12与加热区13保持有一定蓄热温度。本实施例中，加热件51是电热器，测温件52是温度计。
如图2～4所示，以下则以利用该蓄热式焚化装置连续进行二道废气流处理的一双向操作循环模式作说明，其中每一半循环9、9’是包含一预热步骤6、一戴奥辛分解步骤7、7’与一蓄热备用步骤8、8’，用以处理一道废气流。于进行第一个半循环9(即第一道废气流所含戴奥辛类化合物去除作业)时先进行该预热步骤6，主要利用该温度控制单元5的加热件51对该第一蓄热材3进行预热，让第一蓄热区11与加热区13增温至约800～850℃，该第一蓄热材3则蓄积有高热。
同时，利用该定时控制件20输出该第一讯号，以使该第一、二电磁阀28、29呈开启状态，该第三、四电磁阀29’、28’呈关闭状态，该鼓风机23将驱动该第一道废气流沿如图4所示的第一路径流动。
接着，于该戴奥辛分解步骤7中，主要是以气体流量约1.0立方公尺/分、进气温度约35～40℃，且炉内停留时间约为0.2～0.3秒的进气条件操作下，将含有初始戴奥辛浓度约2.91ng-TEQ/Nm3(11％O2，273K)的第一道废气流经由该进气管21、第一气管24而导送入第一蓄热区11中。
第一道废气流流经位在该第一蓄热区11中的第一蓄热材3时，利用该第一蓄热材3的均匀、良好的热传导能力，将释放出所预先蓄积的高热能量以预热废气流，配合废气流持续流经蓄积高热的加热区13时，废气流中的戴奥辛类化合物便产生高温分解作用而得以被分解去除而转换成一第一道干净气流。同时，于戴奥辛产生高温分解作用后，干净气流呈现出高达约700℃的高温状态，而持续流往该第二蓄热区12。
再来，于该蓄热备用步骤8中，当所含戴奥辛类化合物已被有效去除且温度高达约700℃的干净气流流入该第二蓄热区12中，并流经该第二蓄热材4时，利用该第二蓄热材4的良好的蓄热能力，能将干净气流中所携带高热予以吸收蓄积于其中而备用；同时，原本呈高温状态的干净气流将因失热而降至约50～70℃间的较低温状态，再依序经由第二气管25、排气管22而排出。
如图2、3、5所示，连续操作约三分钟(约第一个半循环所耗时间)后，该定时控制件20会自动输出该第二讯号，转而让该第三、四电磁阀29’、28’呈开启状态，该第一、二电磁阀28、29呈关闭状态，该鼓风机23将驱动第二道废气流沿如图5所示的第二路径方向流动，以预备接续进行第二个半循环(即第二道废气流所含戴奥辛类化合物去除作业)。
由于前揭第一个半循环9的蓄热备用步骤8即相当于后续第二个半循环9’的预热步骤，第二蓄热材4是利用吸收、蓄积第一道干净气流中所携带大量高热而呈现高温状态。
因此，能紧接着进行戴奥辛分解步骤7’，让第二道废气流将经由该进气管21、该第三气管25’而依序导送入该第二蓄热区12与加热区13中，借由该第二蓄热材4将于前第一个半循环9中所蓄积大量高热能予以释放出而对废气流进行预热，配合持续流经呈高温状态的该加热区13，第二道废气流中的戴奥辛类化合物得以于加热区13中被有效分解去除而成第二道干净气流，而经高温分解作用后的第二道干净气流也因携带高热而呈高温状态。
同样于该蓄热备用步骤8’中，高温的第二道干净气流接续流入该第一蓄热区11中时，由于该第一蓄热材3于前第一个半循环9作业中已因逐渐释出热量而遂呈冷却状态，此时第一蓄热材3便得以进一步有效吸收、蓄积所遭遇此股高温的干净气流所携带的大量高热以备用，该第二道干净气流相对则因失热而冷却呈较低温状态，经由第四气管24’、排气管22而排出。至此便完成一双向操作循环作业。
当然，过程中于该温度控制单元5持续监控下，若发现该第一、二蓄热区11、12的蓄热温度，或第一、二蓄热材3、4的蓄热温度稍有不足时，该加热件51将适时辅助加热增温，确保该第一、二蓄热区11、12与加热区13恒维持于既定蓄热或高温状态下，以利戴奥辛类化合物的高温分解作用顺畅进行。
于该进、排气管21、22的开口处进行连续采样，并以所公告标准检测方法进行采样分析结果显示，自该排气管22排出的排出气流所含戴奥辛浓度降至约0.132ng-TEQ/Nm3(11％O2，273K)，相较于进气气流所含初始戴奥辛浓度约2.91ng-TEQ/Nm3(11％O2，273K)，整体戴奥辛去除效率高达约95.5％。另一方面，整体的热回收率R约为R＝(炉内气体最高温度-排气温度)/(炉内气体最高温度/进气温度)＞90％更加证明出整体热回收率佳而高达90％以上，确实具有能大为节省加热能源量的潜力。
因此借由该定时控制件20于预定时差内控制该第一～四电磁阀28、29、29’、28’产生交替启闭作用，配合该第一、二蓄热材3、4优异的蓄热能力与热传导能力(即由Biot数可显现)，整体蓄热成效佳而有极佳的热回收率，使得欲处理的废气流能以相反的第一、二路径方向而于该焚化炉体1内进行高效率的戴奥辛分解去除，同时大为降低所需能源成本。
归纳上述，本发明用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，透过第一、二蓄热材3、4所发挥良好的蓄热能力，整体热回收效率高，用以能反复更换气流流向，有效运用所回收热能，将废气流中的戴奥辛有效分解去除，整体戴奥辛去除效率高达90％以上，且能有效节省能源成本，整体操作成本低廉，所以，确实能达到本发明的目的。
权利要求
1.一种用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于包含一预热步骤、一戴奥辛分解步骤，以及一蓄热备用步骤，于该预热步骤中，备置一蓄热式焚化装置，是包含一第一蓄热材、一第二蓄热材，以及一设置于该第一、二蓄热材间的高温的加热区，首先对该第一蓄热材进行预热；于该戴奥辛分解步骤中，是将含有戴奥辛类化合物的废气流依序导流经预热的第一蓄热材与高温的加热区，利用该第一蓄热材释放出所蓄积高热加以预热废气流，并使废气流中的戴奥辛类化合物于加热区产生高温分解作用，废气流便转成一携带有高热的干净气流而持续流往该第二蓄热材；于该蓄热备用步骤中，于干净气流流经该第二蓄热材时，该第二蓄热材能将干净气流中所携带的高热予以吸收蓄积而备用，该干净气流便得以降温而排出。
2.如权利要求1所述的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于该第一、二蓄热材为陶瓷粒。
3.如权利要求1所述的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于该第一、二蓄热材是砾石。
4.如权利要求2或3所述的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于该第一、二蓄热材的Biot数介于0.3～1.0间。
5.如权利要求1所述的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于该第一、二蓄热材是采取堆积式装填工法予以进行充填。
6.如权利要求1所述的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于于该蓄热备用步骤中，能再将另一道含有戴奥辛类化合物的废气流反向地依序导流经蓄积有高热的第二蓄热材、高温的加热区，以及第一蓄热材，用以让废气流所含戴奥辛类化合物得以高温分解去除，废气流将转换成干净气流排出，且干净气流所携带高热则转而被第一蓄热材所吸收、蓄积以备用。
7.如权利要求1所述的用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，其特征在于该蓄热式焚化装置更包含一温度控制单元，用以辅助供应蓄热能量子该第一、二蓄热材，并维持该加热区处于高温状态。
全文摘要
一种用以处理戴奥辛类化合物的蓄热式焚化方法，包含一预热步骤、一戴奥辛分解步骤，以及一蓄热备用步骤，即先将一废气流导流经预热的第一蓄热材，用以使废气流中的戴奥辛类化合物产生高温分解，废气流便转成一带有高热的高温干净气流。接着，干净气流流经该第二蓄热材，该第二蓄热材能将干净气流中所携带高热予以吸收蓄积而备用，该干净气流便得以降温而排出。利用第一、二蓄热材所发挥良好的蓄热能力与热传导能力，整体热回收效率高，用以能反复变换气流流向，将气流中的戴奥辛有效分解去除，整体戴奥辛去除效率高达90％以上，且能有效节省能源成本，整体操作成本低廉。
文档编号F23G5/14GK1782496SQ20041009826
公开日2006年6月7日 申请日期2004年12月1日 优先权日2004年12月1日
发明者李伟山, 周明显, 张简国平 申请人:正修科技大学, 周明显, 苏佳庆