一种利用炉渣中碱资源清洁烟道气的工艺的制作方法
【专利摘要】一种利用固渣中碱资源清洁烟道气的工艺，它是由高温烟气热利用系统、碱资源萃取系统、烟气净化系统运作所组成。生活垃圾经高温焚烧或热解气化燃烧后产生的烟道气温度一般在800－1100℃，高温烟道气通入热利用系统E1产生高压水蒸气（发电或供下游用户直接使用）后，烟气被冷却进入烟气净化系统，即1号反应吸收塔T1和2号反应吸收塔T2，来自于高温炉渣经中水萃取得到的混合混合碱溶液配置的工艺喷淋液与烟气进行逆流接触，反应吸收烟气中的酸性气体并同时洗涤烟气，使烟气得到净化。净化后的烟气指标优于国家和国际有关排放标准。
【专利说明】一种利用炉渣中碱资源清洁烟道气的工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及生活垃圾热解炉固渣的碱资源利用以及烟道气净化的技术。
【背景技术】
[0002]近年来，随着各国经济的发展和城市化进程的加快，生活垃圾产生的总量也呈快速增长趋势，垃圾无害化处理越来越成为各类城市面对的一道环境难题。以我国为例，据国家有关部门统计，2006年，我国城市生活垃圾总量已经达到1.4亿吨，并以8%?10%的年增长率逐年增加，少数城市如北京的年增长率则达到15%?20%，大大超出世界的平均增长速度。
[0003]从技术上讲，对城市生活垃圾进行热处理是解决城市生活垃圾污染的最有效办法。目前已得到工业化的热处理方法大致分为三种:直接焚烧法、热解气化燃烧法和气化燃烧_熔融法。
[0004]三种热处理方法各有其优缺点，但无论哪种方法都会产生含有多种有毒有害成分的烟道气，如S0x、C0x、N0x、HCl、HBr、重金属、以及痕量含氯有机物等等。如不对烟气进行彻底的处理，它将严重危害大气环境。而目前的技术在处理烟气时，基本上都是向系统加入人造化学品，如石灰，氨气和活性炭。加石灰之目的就是中和烟气中的酸性成分，同时也是为了抑制热处理过程中二噁英的产生；加氨气主要是还原垃圾在热处理过程产生的NOx，使其转变为无害的N2和H2O ;而加活性炭主要是吸附二噁英等高毒性有机物。但是，加入人造化学品无疑会加大垃圾热处理的成本，同时又会产生新的污染源。
[0005]从化学上讲，生活垃圾通过高温炉(800-1100°C)处理过程后会在炉底得到固渣(炉渣)，其主要成分为无机氧化物，其中不乏钾、钠、钙、镁等金属氧化物，也就是说其中蕴藏着丰富的碱资源。若对它们进行化学处理，即向高温炉渣中加入适量水进行反应，并经过滤，即可得到所需的混合碱溶液。这种混合碱溶液经适当调配，完全可用作垃圾热处理装置烟气的中和与反应试剂。如此，不仅能解决生活垃圾热处理装置对人造化学碱的依赖，节约烟气净化成本，提高经济效益，同时也可减少炉渣在排放时由于含有过量碱可能对环境的二次污染。
[0006]针对以上情况，本发明提出一种新型、高效、低成本的利用垃圾热处理固渣中碱资源清洁烟道气中酸性气体的新工艺，该工艺不仅可以充分净化垃圾热处理过程中产生的酸性气体，更能充分利用固渣中的碱资源，大幅度降低处理烟道气的成本，使处理后的烟道气符合相应环境排放标准，同时也减少固渣的过量碱污染。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种利用垃圾气化炉或焚烧炉固渣中碱资源清洁烟道气中酸性气体的新工艺。为实现以上目标，本发明的技术方案如下:
[0008]一种利用炉渣中碱资源清洁烟道气的工艺，它是由热利用系统、碱资源萃取系统、废气净化系统所组成，其工艺流程如附图1所示，它包括以下步骤:[0009](I)预处理粉碎后的生活垃圾通过垃圾加料斗I送入生活垃圾热处理炉Fl和Cl进行气化燃烧或焚烧，热处理过程最终产生大量烟气，其温度约在800-1100°C之间，烟气的成分除N2和O2夕卜，还含有大量S02、CO2, NOx、HC1、HF等酸性气体，它们将通过高温烟道气输送管道3送至热利用系统El (产生高压水蒸气发电、供暖等)，经充分利用热能后，冷却至1200C以下，再经过低温烟气输送管道4送至I号反应吸收塔Tl的底部，并与顶部喷淋而下的已配置好的碱液逆流充分接触传质和反应，除去烟气中的绝大部分强酸性气体(S02、N0x、HCl、HF等)，同时也可使部分重金属解毒；烟气经反应吸收塔Tl清洁处理后，从反应吸收塔Tl的顶部输出，并送至2号反应吸收塔T2的底部。
[0010](2)如前所述，在生活垃圾热处理过程中，热处理炉Fl底部会源源不断得到炉渣，温度为850?1100°C之间，它们是生活垃圾高温燃烧之后剩下的不可燃物质，其主要成分为无机氧化物，其中不乏钾、钠、钙、镁等金属氧化物，将此高温炉渣通过高温炉渣输送管道6送至固洛萃取池SI,与来自于中水管道5的中水进行反应萃取，即可萃取出含有Ca(OH) 2、KOH,NaOH或Al (OH) 3等的混合碱溶液，混合碱溶液通过管道8送至混合碱液储槽S2，再经适当调配制成适当浓度的碱溶液，再通过碱液输送泵Pl和管道10输送至I号反应吸收塔Tl的顶部，进行喷淋。
[0011]上述的清洁烟道气的工艺，所述的配制好的碱液，其pH=7?10，优选的为8?9.5 ;温度在5?40°C，优选的为8?20°C。
[0012]上述的清洁烟道气的工艺，所述的I号反应吸收塔Tl的操作压力为0.15?
0.1lMPa,优选的为 0.13 ?0.115MPa。
[0013](3)由于烟道气中含有CO2，但由于其反应速度较慢，故在I号反应吸收塔Tl中主要是S02、NO2, HC1、HF等强酸性气体与混合碱液发生反应，而当从固渣萃取池SI中萃取得到的混合碱当量大于烟气中强酸性气体的酸当量时，则剩余的碱当量可用来作为烟气固碳的碱源，具体方法为:在输送泵Pl的出口处设置管线12，多余的碱液通过此管线被送至2号反应吸收塔T2的顶部喷淋，并与来自I号反应吸收塔Tl顶部经一次净化处理后的烟气再次接触，与CO2发生化学反应，除去烟气中的部分C02，从而起到固碳作用，同时，在I号反应吸收塔Tl中尚没有得到彻底清除的强酸性气体，可在2号反应吸收塔T2得到进一步净化，烟气经2号反应吸收塔T2再次净化处理后，经2号反应吸收塔T2顶部管道13输出，可送至烟?排放大气。
[0014]理论上，若经一次净化后剩余的碱当量越多，则固碳就越多。这样的两步法净化烟气，既可以优先除去烟气中的强酸性气体，又可以利用剩余的碱资源来捕集固定烟气中一定量的CO2，可谓科学调配，尽善尽美。
[0015]上述的清洁烟道气的工艺，所述的2号反应吸收塔T2的操作压力可以低于I号反应吸收塔Tl的操作压力，2号反应吸收塔T2的温度可以略高于I号反应吸收塔Tl。
[0016]通过I号反应吸收塔Tl的一次净化，烟道气中S02、NO2, HC1、HF等强酸性气体几乎完全被碱液所吸收，CO2在T2中的二次反应中也会得到部分固化。
[0017]经检测，通过上述步骤之后，烟气中的各类强酸性物质的含量可分别控制在:SOx ( 2mg/m3、N0x ( 55mg/m3、HCl ( lmg/m3、HF ( 0.2mg/m3，CO2 也有 10-40% 左右的下降。这些指标已远远优于国内外有关烟道气的排放标准。
[0018]本发明的突出优点为:[0019]首先，直接利用生活垃圾在高温气化燃烧或焚烧后所剩的固体残渣(炉渣)中所含的碱资源，将其制成净化该过程烟气的碱溶液，而不需要在购买人造化学碱。这样不仅充分利用了垃圾自身的资源，变废为宝，降低的废弃物处理成本，提高了经济效益，而且也同时减轻了固渣排放后的过量碱污染。
[0020]此外，萃取碱资源所用的工艺水是垃圾烟气经冷凝后得到的液态水，由它再经中和与初步净化后的获得的中水，这样水资源也来自垃圾本身，就地取材，不需再采用干净的自来水或去离子水，从而可进一步节省水资源和处理成本。
[0021]再者，采用两步净化法可充分利用炉渣中剩余的碱当量来固定烟气中部分CO2,实现碱资源充分利用之目的。
[0022]因此，该工艺流程科学性和先进性明显，且创造性突出，国内外尚未见公开报道，并易于在工业中实施。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的利用炉渣中碱资源清洁烟道气工艺流程示意图，其中:1为垃圾加料斗；2为可燃气输送管道；3为高温烟道气输送管道；4为低温烟道气输送管道；5为中水管道；6为高温炉洛输送通道；7为萃取后炉洛排出通道；8?10为混合碱液输送管道；11为净化后烟气输送管道；12为混合碱液输送管道；13为净化后烟气排出管道；14，15, 16为烟气净化后反应液出口管道；F1为生活垃圾热处理炉(热解气化炉或焚烧炉)；T1为I号反应吸收塔；T2为2号反应吸收塔；C1为可燃气燃烧系统；S1为固渣萃取池；S2为混合碱液储罐；E1为热利用系统；P1为碱液输送泵。
【具体实施方式】:
[0024]下面通过实施例对本发明进行具体描述，但不能理解为对本发明专利保护范围的限制。
[0025]实施例1
[0026]某生活垃圾焚烧装置为200t/d，处理每吨生活垃圾排出的固渣质量平均为155Kg/d，吨垃圾焚烧后产生烟道气约为2980Nm3，以体积分数计，烟道气中含CO2为5%，SO2为 266mg/m3 ；Ν0χ (以 NO2 为计)800mg/m3 ；HC1 为 196mg/m3 ；HF 为 56mg/m3,烟道气温度为920。。。
[0027]采用本发明工艺，高温烟道气经过高温烟道气输送管道3进入热利用系统El产生高压水蒸气，用于发电及厂区供暖和制冷。经热利用后，烟道气温度下降到118°C，经过低温烟道气输送管道4通入I号反应吸收塔Tl底部。生活垃圾焚烧炉Fl底部的炉渣温度为905°C，通过高温炉渣输送通道6输送至固渣萃取池SI，萃取用水经中水管道5流入SI，对炉渣进行萃取和洗涤。固液分离后，固渣萃取池SI中的不溶性残渣将通过炉渣排出通道7输出，并作它用；而液相则为混和碱溶液，PH=Il左右，经混合碱液输送管道8输送至混合碱液储罐S2。经冷却、调制，保持溶液pH=8.5左右。该溶液将通过碱液输送泵Pl送至I号反应吸收塔Tl顶部进行喷淋，I号反应吸收塔Tl中安装有塔板或填料等气液接触塔内件，以便强化烟气与碱液的反应与传质。I号反应吸收塔Tl操作压力在0.115MPa，操作温度为20°C，液相喷淋密度为25m3/(m2 -h)。经I号反应吸收塔Tl净化后的烟气由管道11输入2号反应吸收塔T2的底部进行二次净化操作。I号反应吸收塔Tl的液相则通过其底部管道14与管道16相连，最后送去废水综合处理。进入2号反应吸收塔T2底部的烟气，经与来自管道12的碱液从2号反应吸收塔T2顶部喷淋反应，脱去部分CO2后，从顶部管道13排向烟囱。2号反应吸收塔T2中也安装有塔板或填料等气液接触塔内件，操作压力为0.1lMPa,操作温度在25°C，液相喷淋密度为35m3/ (m2.h)。2号反应吸收塔T2的液相则通过其底部管道15与管道16相连，最后送去废水综合处理。
[0028]通过上述步骤之后，经检测，烟道气中的各类酸性物质的含量为:S0x ≤ 2mg/m3、NOx < 51mg/m3、HCl ≤ lmg/m3、HF ≤ 0.2mg/m3、固体颗粒物 < 9mg/m3、CO2 体积分数比净化前降低16%左右。
[0029]实施例2[0030]某地处理量为300t/d生活垃圾热解-气化燃烧设施，处理每吨生活垃圾热解气化炉平均排出固渣148Kg，气体燃烧系统产生烟道气2890Nm3，烟道气中含CO2为6.2%，SO2为22lmg/m3 ;Ν0χ(以 NO2 为计)780mg/m3 ；HC1 为 202mg/m3 ；HF 为 35mg/m3，烟道气温度为 1048°C。S2中经冷却、调制后的碱溶液为pH=8.2。I号反应吸收塔Tl的操作压力在0.14MPa，操作温度为16°C，液相喷淋密度为28m3/(m2.h)。2号反应吸收塔T2的操作压力在0.135MPa，操作温度为25°C，液相喷淋密度为30m3/(m2.h)。操作方法与实施例1同。
[0031]通过上述步骤之后，经检测，烟道气中的各类酸性物质的含量为:S0x ≤ 3mg/m3、NOx < 42mg/m3、HCl ^ 1.2mg/m3、HF ^ 0.3mg/m3、固体颗粒物≤ 6mg/m3、CO2 体积分数比净化前降低23%左右。
[0032]实施例3
[0033]某地处理量为120t/d生活垃圾热解-气化燃烧设施，处理每吨生活垃圾热解气化炉平均排出固渣163Kg，气体燃烧系统产生烟道气3108Nm3，烟道气中含CO2为5.3%，SO2为198mg/m3 ;Ν0χ(以 NO2 为计)669mg/m3 ；HC1 为 254mg/m3 ；HF 为 67mg/m3，烟道气温度为 1032°C。S2中经冷却、调制后的碱溶液为pH=9.0。I号反应吸收塔Tl的操作压力在0.125MPa，操作温度为11°C，液相喷淋密度为22m3/(m2 -h)。2号反应吸收塔T2的操作压力在0.12MPa，操作温度为28°C，液相喷淋密度为27m3/(m2.h)。操作方法与实施例1、2同。
[0034]通过上述步骤之后，经检测，烟道气中的各类酸性物质的含量为:S0x ≤ 5mg/m3、NOx < 32mg/m3>HCl ≤ 1.0mg/m3、HF ≤ 0.12mg/m3、固体颗粒物< 9mg/m3、C02 体积分数比净化前降低18%左右。
[0035]实施例4
[0036]某地处理量为500t/d生活垃圾焚烧设施，处理每吨生活垃圾热解气化炉平均排出固渣172Kg，气体燃烧系统产生烟道气1970Nm3，烟道气中含CO2为5.1%, SO2为172mg/m3 ；NOx (以 NO2 为计)553mg/m3 ；HC1 为 316mg/m3 ；HF 为 48mg/m3，烟道气温度为 930。。。S2 中经冷却、调制后的碱溶液为pH=8.4。I号反应吸收塔Tl的操作压力在0.115MPa，操作温度为260C，液相喷淋密度为34m3/ (m2.h)。2号反应吸收塔T2的操作压力在0.1lMPa,操作温度为33°C，液相喷淋密度为38m3/(m2.h)。操作方法与实施例1同。
[0037]通过上述步骤之后，经检测，烟道气中的各类酸性物质的含量为:S0x ≤ 6mg/m3、NOx < 54mg/m3>HCl ≤ 2.0mg/m3>HF ≤ 0.3mg/m3、固体颗粒物< llmg/m3、C02 体积分数比净化前降低13%左右。
【权利要求】
1.一种利用炉渣中碱资源清洁烟道气的工艺，其特征是:它是由热利用系统、碱资源萃取系统和废气净化系统的运作所组成，它包括以下步骤: 步骤1.预处理粉碎后的生活垃圾通过垃圾加料斗(I)送入生活垃圾热处理炉(Fl)和可燃气燃烧系统(Cl)进行气化燃烧或焚烧，热处理过程最终产生大量烟气，其温度约在800-1100°C之间，烟气的成分除N2和O2外，还含有大量SO2、CO2、NOx、HCl、HF等酸性气体，它们将通过高温烟道气输送管道(3)送至热利用系统(E1)，经充分利用热能后，冷却至120°C以下，再经过低温烟气输送管道(4)送至I号反应吸收塔(Tl)的底部，并与顶部喷淋而下的已配置好的碱液逆流充分接触传质和反应，除去烟气中的绝大部分强酸性气体，同时也可使部分重金属解毒；烟气经反应吸收塔(Tl)清洁处理后，从反应吸收塔(Tl)的顶部输出，并送至2号反应吸收塔(T2)的底部； 步骤2.如步骤I所述，在生活垃圾热处理过程中，热处理炉(Fl)底部会源源不断得到炉渣，温度为850?1100°C之间，它们是生活垃圾高温燃烧之后剩下的不可燃物质，其主要成分为无机氧化物，其中不乏钾、钠、钙、镁等金属氧化物，将此高温炉渣通过高温炉渣输送管道(6)送至固渣萃取池(SI)，与来自于中水管道(5)的中水进行反应萃取，即可萃取出含有Ca (OH)2、KOH、NaOH或Al (OH)3的混合碱溶液，混合碱溶液通过管道(8)送至混合碱液储槽(S2)，再经适当调配制成适当浓度的碱溶液，再通过碱液输送泵(Pl)和管道(10)输送至I号反应吸收塔(Tl)的顶部，进行喷淋；所述的配制好的碱液，其pH=7?10，温度在5?400C ;所述的I号反应吸收塔(Tl)的操作压力为0.15?0.1lMPa ； 步骤3.由于烟道气中含有CO2，但由于其反应速度较慢，故在I号反应吸收塔(Tl)中主要是S02、N02、HC1、HF强酸性气体与混合碱液发生反应，而当从固渣萃取池(SI)中萃取得到的混合碱当量大于烟气中强酸性气体的酸当量时，则剩余的碱当量可用来作为烟气固碳的碱源，具体方法为:在输送泵(Pl)的出口处设置管线(12)，多余的碱液通过此管线被送至2号反应吸收塔(T2)的顶部喷淋，并与来自I号反应吸收塔(Tl)顶部经一次净化处理后的烟气再次接触，与CO2发生化学反应，除去烟气中的部分CO2，从而起到固碳作用，同时，在I号反应吸收塔(Tl)中尚没有得到彻底清除的强酸性气体，在2号反应吸收塔(T2)得到进一步净化，烟气经2号反应吸收塔(T2)再次净化处理后，经2号反应吸收塔(T2)顶部管道(13)输出，送至烟囱排放大气。
2.根据权利要求1所述的清洁烟道气的工艺，其特征是:所述的2号反应吸收塔(T2)的操作压力低于I号反应吸收塔(Tl)的操作压力，2号反应吸收塔(T2)的温度高于I号反应吸收塔(Tl)的温度。
【文档编号】B01D53/68GK103785277SQ201410044805
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2014年2月7日
【发明者】张志炳, 韩旭, 王宝荣, 周政, 张锋 申请人:南京大学