一种危险废物焚烧烟气多效冷却处理工艺及系统的制作方法

本发明属于危险废物焚烧烟气处理系统技术领域，尤其涉及一种危险废物焚烧烟气多效冷却处理工艺，还涉及一种危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统。

背景技术：

焚烧技术具有减量化程度高、可能源回收、处理效率高等优点，广泛用于工业危险废物和医疗垃圾的处理。由于危险废物来源复杂，焚烧过程中会产生脂溶性高、持久性强、毒性极大的多氯联苯并二噁英和多氯联苯并呋喃，合称二噁英，这类污染物即使在浓度低时毒性也相当大，对环境及人体造成极大的危害。根据二噁英的产生机理，其生成过程可能发生在两个温度区间，分别为高温焚烧区间和燃烧后区间(200℃～500℃)(曹玉春、严建华、李晓东、陈彤、岑可法，垃圾焚烧炉中二噁英生成机理的研究进展，热力发电，34(2005)，15-20)，目前，危险废物焚烧厂的烟气处理中针对二噁英的排放控制多采用“急冷+活性炭喷射+布袋除尘”的组合工艺，但是去除率不能完全满足环保标准，例如有学者调研了14座危险废物焚烧厂，二噁英的浓度在0.08～31.6ng I-TEQ/Nm³范围内，虽然有9座可以达到《危险废物焚烧污染控制标准》(GB-184842001)中0.5ng I-TEQ/Nm³的标准，但是对于试行标准(GB-184842014)中的0.1ng I-TEQ/Nm³还有一定差距，虽然通过向高温烟气中喷入冷却水，使其在瞬间冷却而快速越过易产生二噁英的“燃烧后区间”的方法，但实际上难以达到快速传热而使温度1s内下降至200℃以下，且在该温度区域无法设置能脱硝效率高的SCR反应器，因此，需进一步开发二噁英的脱除工艺。

公告号为CN 205065769U的中国实用新型专利公布了一种烟气急冷塔结构，烟气沿急冷塔本体圆柱面切线方向进入，使烟气在急冷塔冷却室内形成螺旋气流，以期提高降温速率；此外公告号为CN 103657343A的中国发明专利公开了一种抑制焚烧烟气中产生二噁英的方法及装置，包括控制降温和急冷过程,通过引风机的动力和分布板作用使喷雾流化急冷塔中的惰性载体呈流化状态，同时连续向塔内喷入冷却水，利用流化床传热效率高的特点加速冷却。以上发明在一定程度上提高了急冷塔效率，但仅依靠冷却的方式，受热质同时传递速率限制，仍无法抑制二噁英的生成。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统，在快速冷却而减少二噁英生成的基础上，采用抑制剂进一步抑制二噁英的生成，可显著降低二噁英的排放，在达到环境标准的前提下处理成本较低，具有良好的可行性；同时，抑制剂受热分解产生的氨气可在系统设置的SCR反应器中协同脱除烟气中氮氧化物和二噁英。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统，其特点是该系统包括第一冷却单元、SCR反应器、第二冷却单元、抑制剂输送单元及冷却水输送单元，所述第一冷却单元、SCR反应器和第二冷却单元依次串联，SCR反应器垂直设置在第一冷却单元上方，第二冷却单元与第一冷却单元水平并列设置，抑制剂输送单元将抑制剂雾化并喷淋到上述的第一冷却单元内，冷却水输送单元将冷却水雾化并喷淋到上述的第二冷却单元内。

在上述的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统中，可选的，所述第一冷却单元包括第一冷却管，第一冷却管下侧设有烟气入口，烟气入口与烟气管道连接连通，在烟气入口上方的第一冷却管内均匀设有若干布风板I。

在上述的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统中，可选的，所述抑制剂输送单元包括溶液箱、输送管、压力泵、滤网及第一磁力旋转雾化盘，输送管依次连接溶液箱、压力泵、滤网和第一磁力旋转雾化盘，其中滤网及第一磁力旋转雾化盘均置于上述的第一冷却管内。

在上述的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统中，可选的，所述第二冷却单元包括第二冷却管，第二冷却管下侧设有烟气出口，烟气出口与出气管道连接连通。

在上述的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统中，可选的，所述SCR反应器包括设置在反应器上的出口和入口、布风板II、孔板、温度计套管、栅板及催化剂排放口，在反应器内，由下至上依次设置布风板II、孔板、温度计套管及栅板，催化剂排放口位于孔板一侧上方，催化剂由排放口置于孔板上。

在上述的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统中，可选的，所述冷却水输送单元包括冷却水箱、输水管、水泵及第二磁力旋转雾化盘，输水管依次连接冷却水箱、水泵和第二磁力旋转雾化盘，其中第二磁力旋转雾化盘置于上述的第二冷却管内。

在上述的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统中，可选的，在所述压力泵与滤网之间的输送管上设置有切断阀。

在上述的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统中，可选的，所述抑制剂为磷酸氢二铵，质量浓度为5～20％，可在300℃～500℃将催化二噁英生成的CuCl₂和FeCl₃转化为Cu(PO₃)₂和Fe₂(PO₃)₃，抑制二噁英的生成，且不存在二次污染。

本发明的另一目的是提供一种危险废物焚烧烟气多效冷却处理工艺，按以下步骤具体进行：

步骤S101、抑制剂溶液箱内磷酸氢二铵采用压力泵提升至喷入点前，根据烟气中NO_x含量调节流量，喷入量为5～30g/Nm³；

步骤S102、降温至550℃～500℃的焚烧烟气由烟气入口进入，由下向上通过第一冷却管，与经第一磁力旋转雾化盘充分雾化至0.5μm的磷酸氢二铵雾化液逆流混合，在300℃～500℃条件下，停留时间为2s，将CuCl₂和FeCl₃转化为Cu(PO₃)₂和Fe₂(PO₃)₃，同时生成NH₃；

步骤S103、磷酸氢二铵受热分解产生的NH₃与烟气共同进入SCR反应器，SCR反应器中使用的催化剂为V₂O₅-WO₃/TiO₂蜂窝状催化剂，平均孔径为95nm，SCR反应器的反应器温度为300℃，烟气在SCR反应器中停留时间为2s，烟气中的NO_x在V₂O₅-WO₃/TiO₂的催化作用下，与NH₃发生催化还原反应生成氮气和水；

步骤S104、脱硝后烟气进入第二冷却管，与经第二磁力旋转雾化盘喷入的雾化冷却水同向运动，停留时间为0.5s，温度降至200℃，冷却水由冷却水箱经输水管和压力泵提升至喷入点。

与现有技术相比，有益效果是：

1)、本发明采用冷却和化学抑制的双重手段，从根本上抑制二噁英的生成，解决了传统急冷塔仅靠急速冷却而达到冷却效率的瓶颈；

2)、本发明采用的抑制剂具有抑制效果明显、价格低廉、无二次污染的有点，具有良好的经济和环保效益；

3)、本发明采用的抑制剂受热分解产生的NH₃作为还原剂，可在适宜催化还原反应的温度设置SCR反应器，达到协同脱除烟气中NO_x的目的，SCR反应器中选择的催化剂亦兼具抑制二噁英生成的作用，不存在二噁英的再生成。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是本发明危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统的结构示意图；

图2是本发明危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统的SCR反应器结构示意图。

图中：1-溶液箱、2-输送管、3-压力泵、4-切断阀、5-第一磁力旋转雾化盘、6-滤网、7-第一冷却管、71-布风板I、72-烟气入口、8-SCR反应器、81-反应器入口、82-布风板II、83-孔板、84-温度计套管、85-栅板、86-催化剂排放口、87-反应器出口、9-第二冷却管、10-第二磁力旋转雾化盘、11-水泵、12-输水管、13-冷却水箱。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能没有在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

请结合参考图1、图2，下面就通过这个给出的实施例来对本发明危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统进行示例性说明。

如图1、图2所示，一种危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统，该系统包括第一冷却单元、SCR反应器8、第二冷却单元、抑制剂输送单元及冷却水输送单元，所述第一冷却单元、SCR反应器8和第二冷却单元依次串联，SCR反应器8垂直设置在第一冷却单元上方，第二冷却单元与第一冷却单元水平并列设置，抑制剂输送单元将抑制剂雾化并喷淋到上述的第一冷却单元内，冷却水输送单元将冷却水雾化并喷淋到上述的第二冷却单元内。

其中，第一冷却单元包括第一冷却管7，第一冷却管下侧设有烟气入口72，烟气入口与烟气管道连接连通，在烟气入口上方的第一冷却管内均匀设有若干布风板I71；第二冷却单元包括第二冷却管9，第二冷却管下侧设有烟气出口91，烟气出口与出气管道连接连通。

进一步的，抑制剂输送单元包括溶液箱1、切断阀4、输送管2、压力泵3、滤网6及第一磁力旋转雾化盘5，输送管2依次连接溶液箱1、压力泵3、滤网6和第一磁力旋转雾化盘5，其中滤网6及第一磁力旋转雾化盘5均置于上述的第一冷却管7内；在压力泵3与滤网6之间的输送管2上设置有切断阀4。

进一步的，冷却水输送单元包括冷却水箱13、输水管12、水泵11及第二磁力旋转雾化盘10，输水管12依次连接冷却水箱13、水泵11和第二磁力旋转雾化盘10，其中第二磁力旋转雾化盘10置于上述的第二冷却管9内。

进一步的，SCR反应器8包括设置在反应器上的出口87和入口81、布风板II82、孔板83、温度计套管84、栅板85及催化剂排放口86，在反应器内，由下至上依次设置布风板II82、孔板83、温度计套管84及栅板85，催化剂排放口86位于孔板一侧上方，催化剂由排放口置于孔板83上。

本发明最佳优选的抑制剂为磷酸氢二铵，质量浓度为5～20％。在燃烧后区间发生的从头合成和前驱物合成是目前公认的最主要的二噁英生成途径，即飞灰表面的残炭或烟气中二噁英前驱体(氯苯、氯酚等)在金属化合物的催化作用下缩合、重聚形成二噁英，其中，CuCl₂和FeCl₃的催化能力远强于其它金属化合物的事实已被证实(陆胜勇，严建华，李晓东，陈彤，倪明江，岑可法，废弃物焚烧飞灰中从头合成二噁英的实验研究—氧、碳、催化剂的影响，中国电机工程学报，11(2003)，178-183)。将CuCl₂和FeCl₃转化为其它金属化合物，通过同时传质和传热，可达到冷却抑制和化学抑制二噁英生成的双重目的。

因此，在上述的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统的基础上，提供了一种危险废物焚烧烟气多效冷却处理工艺，按以下步骤具体进行：

步骤S101、抑制剂溶液箱1内磷酸氢二铵采用压力泵3提升至喷入点前，根据烟气中NO_x含量调节流量，喷入量为5～30g/Nm³；

步骤S102、降温至550℃～500℃的焚烧烟气由烟气入口72进入，由下向上通过第一冷却管7，与经第一磁力旋转雾化盘5充分雾化至0.5μm的磷酸氢二铵雾化液逆流混合，在300℃～500℃条件下，停留时间为2s，将CuCl₂和FeCl₃转化为Cu(PO₃)₂和Fe₂(PO₃)₃，同时生成NH₃，具体的，抑制剂磷酸氢二铵通过如下化学反应：

2(NH₄)₂HPO₄+CuCl₂＝Cu(PO₃)₂+4NH₃+2HCl+2H₂O

3(NH₄)₂HPO₄+FeCl₃＝Fe₂(PO₃)₃+6NH₃+3HCl+3H₂O

将CuCl₂和FeCl₃转化为Cu(PO₃)₂和Fe₂(PO₃)₃，降低或消除金属氯化物对二噁英生成的催化作用；此外抑制剂由N、H、P和O元素组成，不含其它能产生二次污染的元素，当温度大于300℃时，上述反应均可在瞬间发生，在急冷塔中烟气停留2s可满足传质传热条件；

步骤S103、磷酸氢二铵受热分解产生的NH₃与烟气共同进入SCR反应器8，SCR反应器中使用的催化剂为V₂O₅-WO₃/TiO₂蜂窝状催化剂，平均孔径为95nm，SCR反应器的反应器温度为300℃，烟气在SCR反应器中停留时间为2s，烟气中的NO_x在V₂O₅-WO₃/TiO₂的催化作用下，与NH₃发生催化还原反应生成氮气和水，具体的，反应化学式如下：

(NH₄)₂HPO₄＝2NH₃+H₂O+HPO₃

4NO+4NH₃+O₂＝4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂＝3N₂+6H₂O

NH₃作为还原剂，与烟气中的NO_x在V₂O₅-WO₃/TiO₂的催化作用下，于300℃发生催化还原反应生成氮气和水；同时，当催化剂选择V₂O₅-WO₃/TiO₂时，亦可实现协同脱硝脱二噁英的目的；

步骤S104、脱硝后烟气进入第二冷却管9，与经第二磁力旋转雾化盘10喷入的雾化冷却水同向运动，停留时间为0.5s，温度降至200℃，冷却水由冷却水箱经输水管和压力泵提升至喷入点。

实施例1

危险废物处置中心的焚烧厂，处理能力为50t/d，稳定运行状态下焚烧烟气流量约25000Nm³/h，氮氧化物的含量为1000mg/Nm³(以NO₂计)，经回转窑和二燃室焚烧后，平均温度为1100℃的烟气进入余热锅炉作为蒸汽提供热能，温度降为550℃，后进入上述的危险废物焚烧多效冷却处理系统中。经过处理后，经测定，二噁英的抑制效率可达到91％，NO_x的抑制效率可达95％。

实施例2

危险废物处置中心的焚烧厂，处理能力为70t/d，稳定运行状态下焚烧烟气流量约28000Nm³/h，氮氧化物的含量为2000mg/Nm³(以NO₂计)，与实施例1不同之处，在于抑制剂溶液的喷入量为30g/Nm³。经测定，二噁英的抑制效率可达到98％，NO_x的抑制效率可达99％。

以上仅以举例方式来详细阐明本发明的危险废物焚烧烟气多效冷却处理系统，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。