焚烧炉的烟气净化装置的制作方法

专利名称：焚烧炉的烟气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及一种具有集成在其内的热回收装置和烟气净化装置的焚烧装置，尤其涉及一种用于焚烧诸如生活废物和工业废物等废物的焚烧装置。本发明还涉及用于废物和废物产物的焚烧或热处理(例如气化、热解和烘干)的这一焚烧装置的使用，所述废物和废物产物包括某一加工技术的残余馏分、生命体以及工业、农业或矿物来源的受污染的可燃物。这些可燃物可用集合名词“受污染可燃物”或“非原生可燃物”来称呼。
本发明的背景多年来，在改善废物焚烧装置中的焚烧过程控制，诸如在温度控制、空气供给和对燃烧着的废物层的控制等方面已经取得了相当大的进步。由于这些进步，例如，现在焚烧产生的烟气中一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的浓度已经降到远远低于各国政府颁布的现行标准。
用于焚烧受污染可燃物(例如废物、生命体、残余物或带有高硫含量的碳类物质)的焚烧装置的烟气中最重要的污染物是一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氧化硫(SOx)、重金属(灰尘)、聚氯联苯(PCB’s)、聚氯二苯二恶英(PCDD’s)、聚氯二苯呋喃(PCDF’s)以及其他卤化芳香族和脂肪族碳氢化合物。
烟气、燃烧气体和/或受污染可燃物热处理的气体(在下文中都单独地和集合地称为“烟气”)的处理通常包括下列主要步骤a.限制一氧化碳和未燃烧碳氢化合物的排放；b.除尘和除去或中和重金属；c.除去氮氧化物；d.脱硫和除去氢卤酸；e.除去二恶英和其它有机微量元素.
所有这些步骤都是单一地和几个在一起地从文献上和实践中可知的，以下分别对各步骤作一简述。
a.限制一氧化碳和未燃烧碳氢化合物的排放首先，为了限制一氧化碳和未燃烧碳氢化合物的排放，需要对焚烧过程进行最佳控制。这一问题是已知的，而且控制原理是都能接受的。因此，新一代焚烧炉都能达到当今的规定标准，没有任何问题。所以，本发明本身不包括任何用于防止这些污染物生成的措施。但是，焚烧过程的控制原理与用于防止其它污染物排放的功能之间的相互作用构成本发明的一部分。
b.除尘和除去或中和重金属美国专利US-A-5.501.161描述了一个用于产生于烟气净化中的尘粒和/或细化的固体颗粒的热处理的工艺。热处理可以毁掉卤化的尤其是芳香族的碳氢化合物以及除去氨气和/或其它挥发性的物质。固体颗粒是被以气流输送方式沿预先设置的路径送至过滤装置，气流至少应有热处理的温度。还可以对过滤之后的固体颗粒进行热的后处理。
欧洲专利EP-A-0.5.501.161描述了一个用于产生均质分离且定向的烟气流的装置，在这一装置中，用设在一个复式泄放柜中的几个端壁和用两或更多个串列的挡板(S1，S2，...Sn)使垂向流动的烟气流折弯，把尘粒从烟气中分离出来。这些挡板的位置和尺寸可使烟气的路径作几次突然的弯折，气流方向的这种突变可使烟气中携带的烟灰沉积到热回收锅炉房的下部去。
c.除去氮氧化物烟气通常含有大量的氮氧化物(NOx)，尤其是一氧化氮(NO)，它是在焚烧废物或矿物油时形成于空气中。如果将这种烟气不经净化就排放到大气中，其将引起许多问题，诸如----温室效应。温室效应部分地是由N2O引起的，的确，其存在量比CO2少得多， 但是，每个N2O分子在100年内的作用比CO2高290倍。NOx对臭氧的产生也有促进作用，而臭氧在低对流层内是主要的温室气体。
----臭氧的形成和消耗。如上所述，在低对流层内NOx可形成臭氧，因而会助长温室效应和光化学烟雾的形成。在高对流层和同温层，NOx还可与臭氧起反应， 因而其又会消耗起保护作用的臭氧层。NOx以直接和间接的方式对臭氧的消耗起一半的作用。
----酸沉积。酸沉积，也就是酸类化学物的沉降，例如硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐随雨、雪、雾、云、甚至干的颗粒下降到地球表面，到陆地上或水中。这些沉积物会使土壤和水酸化，损害生态系统、土壤、植物，并引起腐蚀和浸蚀。
----健康问题。光化学烟雾的形成和臭氧层的消耗对人类和动物的健康有损害作用，也对多种植物例如农作物有害。
用于从废物气体分离出氮氧化物的各种方法是已知的。在最常用的各方法中，是用氨来分离出氮氧化物。所以，将氨引入废物气体流，在其中氨与氮氧化物起反应，从而把氮氧化物还原成元素氮(N2)。
主要的全化学反应如下(1)(2)还有下列副反应发生(3)(4)(5)(6)(7)在原理上，降低NOX的排放有两种可能从NOX还原到N2的选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)。
SNCR过程是热反应，其中起还原作用的化学物质在不存在催化剂的情况下把NOX还原成氮(气体)。最常用的具体作法是将氨、尿素或其它能生成氨的物质以700℃与1100℃之间的某一温度注入焚烧炉或燃烧室，具体情况取决于用那一种还原剂。通过NO-和NH2-之间的原子团反应，生成N2和H2O(参见例如EP-A-0.079.171)。
用于除去NOX的SNCR过程装置典型地包括反应物储器模件、定量配料模件和注入喷管。反应物是被从储器模件泵到定量配料模件内。在定量配料模件内，反应物、加压的空气和喷射水按照相关的参数定量，最好是用喷射管把反应物、加压的空气和/或水喷入烟气中，而且最好是喷入锅炉的第一段烟道内。
在SCR过程装置，例如US-A-3.970.739所述的装置内，从原理上说，是注入同样的还原剂，不过，温度是在约150与700℃之间，这取决于烟气的成分。氨气生成物质典型地是在一个反应室内与废物气体混合，反应室内供入适当的催化剂。通过NH3在催化剂表面上的反应，NO被转化成N2。由于伴有副反应(3)和(4)发生，氨的实际消耗量通常略高于按化学反应计算的理论配比量。如果SO2的含量高，就由上述后三个反应的接连作用生成硫化氢氨。这一化合物在230-270℃温度下可能阻碍催化剂的作用和使催化剂丧失活化作用(取决于供入量和具体的过程条件)。所以，总是需要保持足够高的温度。
用于除去NOX的SCR过程装置典型地包括反应物储器模件、定量配料模件、多个注入喷管或一注入喷枪(grit)、和一个催化反应器。还可能需要例如用燃气燃烧器、蒸汽浴槽、热交换器等把炉子的气体再加热到所需的温度。在有些情况中，需要用热交换器之类的装置冷却炉子的气体。
反应物是被从储器模件泵到定量配料模件内。在定量配料模件内，反应物、加压的空气和喷射水按照相关的参数定量。反应物、加压的空气和/或水最好是注入或喷入炉子气体内。向炉子气体内注入反应物最好是用多个喷淋头进行，随后由烟道中的静止混合器进行混合，或用插入烟道内的一个喷枪注入。典型地，SCR装置是设在烟气净化装置之后且至少是在烟气的第一除尘段之后(例如在一个电滤器(electrofilter)内)。
众所周知，在SNCR过程和SCR过程中，不是全部氨量都与氮氧化物起反应。US-A-5.069.886描述了一个过程，在这一过程中用氨把存在于烟气中的氮氧化物还原成元素氮并且被循环回焚烧炉，这样可以减少释放到大气中的氨。
还有，一些文献中描述了用于还原氮氧化物的SNCR-SCR联合过程。参见例如US-A-4.978.514，US-A-5.465.690，US-A-5.853.683，WO96/27428，EP-0.583.771，EP-0.866.395，EP-0.803.278和EP-0.803.278。
d.脱硫和除去氢卤酸(尤其是盐酸)
由于硫往往存在于可燃物之中，氧化硫的生成不可避免。但是，可以在早期阶段通过引入一种或多种吸收剂(下文通称“吸收剂”)来吸收掉这些酸根。已知适用的吸收剂是例如石灰、氢氧化钙、碳酸氢钠、沸石和粘土矿物。
在上世纪六、七十年代直到八十年代初在燃煤电厂一直用石灰吸收SOX。自那时起，由于具有更高比表面和更高反应活性的石灰产品可供应用，与十几年前相比，吸收效果进一步改善了。另外，已经研发了对酸类有化学吸附作用的可替代反应物，诸如碳酸氢钠和沸石。
许多专利文献中描述了大量的烟气脱硫过程和装置及其改进，而且它往往兼有去除氮氧化物的功能。见例如US-A-4.149.858，DE-34.07.277，DE-35.44.367，DE-36.12.142，DE-36.12.143，EP-0.276.363，EP-0.623.047，US-A-5.585.081，US-5.567.394以及许多其它文献.
e.除去二恶英和其它有机微量元素.
在坚持不懈的科学研究的基础上，已经确定生活废物在被投入废物焚烧装置中焚烧时会产生二恶英和相关的或类似的化合物，诸如PCB’s、PCDD’s和PCDF’s。当然，在焚烧过程中它们也被烧毁。但是，当烟气冷却下来时，尤其是在450-250℃温度范围内，又会形成新的二恶英。另外，二恶英的形成因下列参数而被加强----烟气中的灰尘量，----灰尘中重金属、氯化物和碳等的含量，----烟气中的氧和水汽含量，以及----烟气中原先化合物的存在。
类似的因素也对PCB’s起作用。
按照这一领域的技术状态，可以通过让烟气与吸收剂亦即活性炭和/或催化剂(关于后者，参见例如US-5.512.259)接触来防止二恶英、呋喃和类似化合物的排放。吸收最好是在低于150℃的温度下进行，而用催化剂进行反应最好是在150与500℃之间的温度下进行。
虽然有许多描述有关烟气净化的各个不同过程步骤的文献，例如上面列举的那些，但是几乎没有一篇文献论述集成的净化系统，尤其是没有与焚烧炉结合起来。尽管Von Roll公司介绍了一个“4D”过滤系统，用该系统通过向炉子之后过滤器之前的烟气流中加入特殊的添加剂，但随后的四个步骤，即除尘，除去氮氧化物，除去二恶英和干吸收脱硫，则在一单个滤器内进行。
本发明的概述本发明的目的是提供一种具有集成在其内的热回收过程和烟气净化过程的焚烧装置，它适用于焚烧受污染可燃物，例如生活和工业废物，它包括焚烧、能量回收以及至少下列净化步骤----除尘和除去或中和重金属，----除去氮氧化物，----脱硫和除去氢卤酸，----除去二恶英和其它有机微量元素。
以上过程和步骤基本上是在集成为一个整体的系统内进行。
本发明的焚烧装置至少包括下列各段----一个焚烧室或焚烧炉；----一个集成在焚烧炉或燃烧室内的热回收段；----一个或多个除酸段，它集成在焚烧炉、焚烧室和/或热回收段内；----一个或多个氮氧化物去除段，它集成在焚烧炉、焚烧室、热回收段和/或用于净化烟气的其它段内；----一个分级的除尘段，它包括集成在焚烧炉、焚烧室、热回收段和/或用于净化烟气的其它段内的一段或多段；----一个或多个用于除去氯化碳氢化合物的段，它集成在焚烧炉、焚烧室、热回收段和/或用于净化烟气的其它段内；----一个适配的用于控制烟气净化和热回收的各个步骤的测量和控制段，它适用于焚烧受污染可燃物的装置。
按照本发明的装置的一个实施例，所述集成的焚烧装置的各不同段可以单独工作或相互搭接，因此在一个段内有多种污染物被同时处理或存在。
按照本发明的装置的另一个实施例，各个段的不同的作用可能在焚烧装置的一单个部分内进行。
本发明还包括一集成的焚烧装置的使用，如这里描述和定义的，是用于焚烧诸如生活和工业废物的受污染可燃物。
本发明的这些和其它方面，诸如本发明的各较佳实施例，将在下面结合附图作详细的描述。
附图的简要说明

图1是本发明的装置的示意透视图，该图示出了焚烧炉、一个蒸汽炉形式的热回收装置以及用于烟气净化的各不同段。
本发明的详细说明本发明提供一个焚烧装置，该装置包括一个焚烧炉，它带有集成在其内的热回收装置，热回收装置可以是例如一个蒸汽炉或热油炉或气体-气体热交换器；一个完全或部分地集成在其内的烟气净化装置，该烟气净化装置包括用于防止污染物生成和排放的主要或辅助装置，借以在焚烧/能量回收过程中在尽可能早的阶段截留住和毁掉污染物。
在本说明书中，“主要装置”是指直接干预焚烧过程用的装置，而辅助装置是指用于限制污染物的重新生成或截获和/或毁掉生成的污染物用的装置。至此，按照本发明，烟气净化过程尽可能地集成在带有集成在其内的热回收装置的焚烧炉装置(下文中也将称为“焚烧炉-热回收炉”)内。这种集成已导致出现了一个全新的概念，即焚烧炉-热回收炉装置，用这一装置烟气中的污染物含量将达到很低。这种集成允许将烟气净化装置串联起来工作，作为一个安全滤器或“监检滤器(police filter)”。这意味着它可以作为一个第二步骤而工作，截留最终的排放物高峰，这样，甚至在净化过程出现故障时也不会使排放物超标。
在这一说明书中，“烟道”是指每当烟气流改变其方向(例如转90°或180°)时焚烧装置的可被相互分开来的各不同部分，图1中表示出了三个空的烟道和一个水平的烟道。
“节热器”是蒸汽炉的一部分，其中的水经与热烟气的热交换而被加热，但并不蒸发(蒸发是在蒸发器中发生)。
集成在焚烧炉中的烟气净化过程的各重要段将在下文详细描述。
a.焚烧室或焚烧炉用在本发明的装置中的焚烧室或焚烧炉通常是常规型式的。焚烧室或焚烧炉基本上包括一个可燃物盛器、一个用于挥发性物质焚烧的空间以及一个后焚烧室(after-incineration chamber)。按照本发明，最好是用炉排式焚烧炉、流化床焚烧炉或静止焚烧炉作为本装置的焚烧炉，但对于熟悉本技术领域的人，不排除用其它型式的焚烧炉。后焚烧室是一个串联于所述焚烧炉或焚烧室的空间。这一空间，依靠补充供应的焚烧空气，在有或没有后援可燃物的情况下用于使来自诸如气化、热解或烘干等热处理的气体完全被焚烧(氧化)。
废物或可燃物被送到炉排上，用适配的送料机构送入流化床或静止焚烧炉。一旦废物或可燃物被送入焚烧炉，立即发生各不同的过程，即废物的干燥、废物的脱气、废物的气化、导致挥发性物质的生成，它流向空的焚烧炉空间和后焚烧室，固态的化合物被热解，而气体被焚烧。
焚烧过程的控制严重地影响烟气的成分。各个参数，例如流过废物层或流化床的空气量、废物层或流化床的温度以及废物层内的或流过流化床的空气的速度，都对烟气中例如重金属的形式和浓度、烟气中飞灰的成分、氮氧化物的含量、飞灰形成二恶英的可能性等有影响。另外，可以通过向废物中添加反应物来控制烟气中污染物的形成。
本发明也涉及其它的热过程，诸如气化、热解和烘干，用这些过程可将固态的、糊状的、液态的或气态的受污染可燃物相当程度地转化成气体。
b.热回收段用在本发明的装置中的热回收段一般可以是常规型式的，并且是被完全或部分地集成在焚烧炉或焚烧室或后焚烧室内。热回收段包括尺度适当的热交换表面，它与来自热过程的气体接触，以把可用能量传递至另一介质。按照本发明，最好是用蒸汽炉、热油炉或热有机流体炉、气体-气体热交换器作为热回收段，但对于熟悉本技术领域的人，不排除用其它型式的热交换器。
一个典型的实施例包括一个蒸汽炉，焚烧炉和后焚烧室完全集成在这一炉子内。根据这一炉子是从气侧或水侧来定义，各不同的段可以在炉子内区分开。
从气相来说，可以区分为下列各部分----辐射段，在这一段内，烟气介质和水之间的传热主要是靠辐射来实现。在这一辐射部分内，气体的温度很高，对于受污染可燃物，这一部分通常是一个有壁的空的空间(“烟道”)，壁面构成热交换表面。这意味着，在是一个蒸汽炉的情况下，这些壁面由管排构成，水和蒸汽的混合物从管子中流过。
----对流部分，在这一部分内，烟气介质和水之间的传热主要是靠对流来实现。这一部分内温度相对较低。对流部分通常包括管束，水和蒸汽的混合物从管子中流过。壁的构造通常是与辐射部分的相同。
从水相来说，可以区分为下列部分----节热器(economizer)热回收炉的给水在其中加热到不会蒸发的一个特定温度，这样就不会有蒸汽产生。在某些实施例中，在热回收炉的某些热负荷下，蒸汽可能在该节热器内形成。
----鼓筒来自节热器的水收集在鼓筒或一个类似的容器内，而后从这里流向热回收炉的各不同蒸发器。蒸发器的水-蒸汽混合物也回流到鼓筒内。如果愿意，可以加装一个设备，让蒸汽随后从鼓筒(或类似容器)的上部经过这一设备流向过热器。
----蒸发器来自鼓筒的水流向各蒸发器，在其中水转化成(饱和)蒸汽。
----过热器来自鼓筒的饱和蒸汽在过热器内被加热至超过饱和温度的温度。
本发明的一个特点是，焚烧炉和(后)焚烧室可取地构成热回收段的一部分。并且集成的程度是由受污染可燃物的热值来决定，在此，应该理解对于低热值的可燃物，热回收段仅是部分地或者完全不是集成在焚烧炉或(后)焚烧室内。
c.除酸段氧化硫和氢卤酸为一方与例如生石灰、氢氧化钙、石灰石和碳酸氢钠的吸收剂为一方之间的反应与温度的关系极大。如前文所定义的，吸收剂包括一种和多种吸收剂。而且，反应的产量也取决于温度。在吸收剂可与烟气中的各酸成分在一个或多个温度范围内反应时，一种或多种吸收剂的消耗量可达到最佳。
本发明提出，将一种或多种吸收剂以最好是在900至1050℃范围内的某一温度注入后焚烧室内。待到一个大致较低的温度(低于100℃)时，并覆盖一个大致的温度范围，再把反应物和反应产物从烟气中除去，这样各反应物和烟气就在各不同的最佳温度下有足够长的接触时间。还有，废物焚烧装置中烟气的成分与烧矿物油的装置相比是不同的。所以，与已有技术相比，本发明在废物焚烧中在高温下应用吸收剂是一个本质上的进步。
吸收剂注入烟气中以及氧化硫和包含盐的卤化物的生成导致炉灰的成分不同于各焚烧装置的典型的炉灰成分。为了最大可能地减少飞灰沉积和防止炉子排管腐蚀，炉子的净化机理、炉内温度的形成(既要从气侧也要从水侧来看)以及炉子的几何形状都需要适配于改变了的飞灰成分。
减少本发明的焚烧装置的SOx的排放可以用下列一个或多个步骤来达到----注入一种或多种吸收剂，例如在高温下注入生石灰、氢氧化钙、碳酸氢钠和/或石灰石，这样，可以在尽早的阶段截留住SOx和卤化物。硫酸盐可被与飞灰一起截住；----在低温下引入最好是注入一种或多种吸收剂。这一注入可以考虑作为第二步骤，用这一步骤可以同时达到去除量高而消耗量低；----在NOx还原之前，随同还原剂一起注入一种或多种吸收剂(见下文)；----注入一种或多种吸收剂，例如粘土矿物和天然的和/或人造的沸石；----把一种或多种吸收剂装入装置内，例如在烟气流中设置一个静止床、运动的床或流化床反应器。
d.Nox去除段首先，焚烧过程中NOx的生成可以通过调整温度控制和空气供应使之达到分级焚烧来限制。长时间以来，这些措施一直是现代装置的焚烧炉控制的组成部分。如果愿意，可以让烟气循环以进一步防止NOx的生成。用这些原始的措施可将废物焚烧装置的烟气中NOx的浓度限制于大约200-400mg/Nm3(11％氧，无水)的水平。
按照本发明，可在焚烧装置中用NOx去除段来达到更低的排放标准。这一段，通过注入还原剂，例如氨或诸如尿素的含氮有机化合物或不饱和碳氢化合物，可将烟气中的氮氧化物还原成氮气。
按照本发明的一个方面，一个两级的除去氮氧化物的装置集成在焚烧装置的焚烧炉-热回收炉部分内。用这一结构在第一级中用SNCR原理将NOx从初始值降低到一个预先设定的值，这发生在后焚烧室内。一个催化剂容积(catalystvolume)设置在蒸汽炉的出口处， 而且最好是在蒸发器管束与经济器之间，催化剂容积的前面还作一次附加的还原剂注入。在这一第二级中，NOx被进一步降低到预定的排放值。
另外，本发明包括带有吸收剂的还原剂和吸收剂例如石灰和沸石的混合注入。这样的混合注入有如下优点分子碰撞的程度较高(还原剂是悬浮在石灰和沸石中)使得反应物的反应活性较高，装置简化，过程控制也简化，而且效率增高(反应物的消耗量较低)。
本发明的焚烧炉装置中NOx排放的降低是用下列一个或多个步骤来达到----最好是以注入方式加入一种或多种还原剂，例如尿素、氨或不饱和碳氢化合物，以及加入一种或多种吸收剂，例如石灰，用以截住和中和酸成分，为了达到NOx与NH3之间的更有效的反应，还原剂可以注入焚烧室内(SNCR位置)或就在催化剂之前注入；----在未经净化的或部分地净化了的烟气中应用一种或多种SCR除去NOx催化剂，催化剂最好是有净化机理或是有自净作用的；----一个包括SNCR和SCR除去NOx组合的两级NOx去除装置，它基本上是已有技术中已知的。这种SNCRNOx去除装置可以以大量的氨渣水工作并有高的还原产量，用这一装置，与SNCRNOx去除装置串联的SCR除去NOx催化剂的必要容积可以最佳化；----NO氧化成NO2，随后注入用于NO2的吸收剂，例如可以在适当的吸收温度下注入粘土矿物、天然沸石、人造沸石、Al2O3、SiO2、Al2O3-MgO、TiO2、SnO2和/或ZrO2，这样，NOx化合物就在炉子中被装入的吸收剂回流到炉子而毁掉。
----NO氧化NO2成可以例如用固体催化剂来发生，固体催化剂包括整块结构的、加在热回收段的一部分上的固体催化剂、加在载体矿物上的固体催化剂和/或以粉末或悬浮颗粒形式注入烟气中的催化剂。
e.除尘段按照本发明，焚烧炉中，亦即焚烧过程中或热转化过程中是用一个或多个下列措施来限制灰尘的形成----降低初始空气对总的焚烧空气的比值。初始空气是从焚烧炉内的废物床下面吹入，因此它是灰尘形成的主要原因之一。采用分级的焚烧(在炉排上干燥，在后焚烧室内完全焚烧)可降低初始空气需要量。通过单独地控制每一个焚烧空气注入点(例如对每一部分炉排用单独的风机)可以很精确地控制焚烧过程，这样可将初始空气需要量降至最小(例如，如果废物的焚烧是良好的，最后的炉排下面就不必吹空气，这意味着烟灰中的有机碳一定为最少)。
----避免燃烧着的废物层的突然运动。这可以通过调整炉排控制来达到(例如用比例控制阀门(proportionally controlled valve))。可取的是，用的是SEGHERS_炉排，用这种炉排，可以相互独立地控制水平(滑板)和垂向(火钩)运动，与市场上可用的其它炉排相比，可以根据废物的焚烧特性控制燃烧着的废物层的运动。换言之，可以根据达到良好燃烧的需要控制废物的搅动、以及搅动速度和频度。
----用这样的炉子设计，允许在烟气温度降至450℃之前把灰尘尽可能多地从烟气中分离出去。
----对炉子的对流传热部件采用一个尽可能有效的净化系统。
----安装一些机械捣棒。
----选择卧式炉子，这样可以以快速而有效的方式把灰尘分离出去。以及----通过限制燃烧着的废物层的温度(气化而不是焚烧)和/或利用金属氧化物、金属氯化物、金属硫化物以及其它盐的形成中的有利差异作用限制金属和金属化合物的蒸发。
知道了用于防止PCDD、PCDF、PCB和其它化合物的形成的中间除尘的重要性，就可评价各不同的除尘技术在不同工作条件(温度)下的效用。下列措施似乎是有效的，而且，它们或单独地或几个合起来构成本发明的一部分----在450与650℃之间的温度处在炉子内集装多个旋风除尘器，----装入一个由几个顶面滤器或几层陶瓷布构成的陶瓷滤器，
----装入一个由不起化学反应的填充物构成的运动床滤器，使填充物在两个多孔的壁之间从顶部向底部慢慢下落，填充物和被截获的灰尘被收集在滤器的底部，经过滤出灰尘后再把填充物输送到顶部。
----装入一个包括几层过滤布和几个顶面滤器的滤器，最好是用金属或金属合金制成。
----调整炉子的几何形状，使得在空的烟道内可达到最大的除尘效果(在450℃以上的温度)。
----喷入不起化学反应的颗粒，让它们起凝结表面的作用而形成更容易分离出去的较大颗粒。
按照本发明，除尘最好是以两个步骤进行第一步除尘是在炉子的空烟道(辐射部分)内或是在空的烟道与过热器管束之间的过渡部分之前，随后的第二步除尘是在炉子的出口处，例如用传统的金属丝布滤器。这第一步是新增的，尤其是，它与第二步相结合，与已有技术相比，构成实质性的改进。第二步是已知的，而且现在被用在大多数HVI中。用这一新技术可达到低于2mg/Nm3的灰尘浓度。
下列补充措施也是本发明的一部分----用于防止灰尘形成的主要措施，例如限制废物层的搅动，限制初始焚烧空气的流量和/或速度等。
----通过调整在第二和第三空的烟道以下的烟筒内的流态，在炉子的第二与第三空烟道之间的过渡部分截获灰尘。
----就在对温度高于450℃的最初烟气进行除尘(烟筒、旋风除尘器、滤器)之前人为地增大灰尘的重量，使挥发的(重的)金属凝结在灰尘表面上，借以形成较大的颗粒，以此增高除尘效率。
----在450℃以下的温度或在灰尘的最低“变形”温度以下，向炉子内引入一种或多种上述灰尘分离物。
f.除去二恶英段按照本发明，PCDD、PCDF、PCB和其它卤化芳香族或脂肪族碳氢化合物的排放量是用下列一个或多个步骤来降低----在PCDD、PCDF和类似化合物不可能重新生成的温度下对它们进行催化氧化；
----在挥发的重金属或金属化合物凝结到灰尘颗粒上的过程中控制可能存在的重金属，通过提供合适的接触化合物使凝结作用最好在较高的温度发生，或者在适当的温度下用含有氮或硫的阻化物来使重金属失去活性；----对焚烧炉进行空气管理(air magagement)，使之达到适配，使过量氧为最少，限制废物层的温度，使较少的重金属达到气相，同时也可减少可能随烟气流跑出的未燃烧的碳的量；----优化烟气在各不同的温度曲线图的停留时间，延长其在600℃以上温度的停留时间，而缩短其在约200与450℃之间的温度的停留时间；----注入可抑制二恶英形成的吸收剂，诸如向后焚烧室注入石灰，因为这类化合物可使二恶英和/或其原先物质积聚在注入的吸收剂表面上，吸收一种或多种可生成二恶英的基团，诸如氯；----就在初始烟气的灰尘滤器之前在约200℃的温度下人为地增大灰尘的重量，这样，二恶英的形成可能就不存在，金属化合物也会被吸收在飞灰颗粒上。
在集成在焚烧炉-热回收炉内的烟气净化过程中，本发明提供了可防止或限制PCDD、PCDF、PCB和类似化合物重新形成的特点，这些特点包括下列一种或多种实施作法----对高温(450℃以上)的烟气进行除尘；----通过注入吸收剂截获可生成有害物质的前体(precursor)；----通过注入阻化剂降低飞灰的催化作用；----优化焚烧炉的燃烧控制以限制氧含量；以及----通过延长烟气在高温下的停留时间降低飞灰中的碳含量。
用存在于烟气中的或加入到烟气中的氧化剂在催化剂作用下对PCDD、PCDF、和PCB(以及CO、CxHy)进行氧化构成本发明的一部分。催化剂技术是几年来在废物焚烧装置领域证明为可行的技术，但是，那是在把氧化催化剂(一种传统的SCR催化剂)放在传统的烟气净化装置的末端，也就是放在清洁的烟气中的情况。而按照本发明，现在催化剂是放在几乎未净化的烟气中，因而达到了所要求的例如使各种盐沉积在催化剂表面的特点，可以避免催化剂被硷金属和硫以及灰尘的沉积毒化的情况，或者说，其结果可被补偿。按照本发明，这些特点包括下列一个或多个步骤----对高温的烟气进行除尘；----在焚烧炉-热回收炉中用上述技术之一对烟气进行脱硫(除去SOx)；----用耐磨的涂层或保护涂层处理催化剂，这可减少盐沉积或有利于催化剂的再生；----用蒸汽、空气、烟气、水或声波使催化剂净化。
g.测量和控制段因为各不同的过程在气相发生以及要把各种反应物注入运动着的、温度不断下降的烟气流中，所以对烟气流在净化过程的各不同阶段的参数(温度、速度、成分)进行正确的控制是最重要的。
在已有的废物发电厂，仅测量炉膛内的污染物，可能在烟气净化各步骤之一之前或之后测量了要限制的若干化合物(例如，在炉子出口处的氧、在半湿反应器之前的HCl、在套袋式滤器后的灰尘、等等)。
本发明的最本质的部分包括实行不同的测量原理和控制理论。借此，对诸如高温下的不可用性、灰尘或其它化学成分的干扰、在一个平面而不是在一点上测量数值的可能性等各因素都已进行了评价。
本发明提供有一个测量和控制段，它包括一个或多个下列步骤----根据炉子内和/或其后的一个或多个位置的NO/NO2、NH3、O2、H2O、烟气流量和/或温度等的测量值，控制NOx去除步骤的反应物注入；----根据炉子内和/或其后的一个或多个位置的SOx和或HCl、O2、H2O、烟气流量和/或温度等的测量值，控制脱硫步骤的反应物注入；----根据催化剂放入前和放入后SO2的浓度、水汽含量、氨残余量，确定适当的催化剂工作温度；----根据NOx除去情况、反应物的注入流量和氨残余量，确定适当的催化剂工作和/或清洁温度；图1给出了本发明的焚烧装置的一个实施例，其中，示出了带有后焚烧室(其可能也是第一烟道的一部分或的辐射部分的一部分)的焚烧炉、包括辐射部分和对流部分的热回收炉、以及用于烟气净化的各段，同时表示出了几个对应的较佳温度曲线图。在这一图中，烟气流依次流过脱硫段(DeSOx)和氢卤化合物中和段、用于除去氧化氮的段(DeNOx)、用于除尘和除去重金属的段(DeDust)、以及用于除去二恶英和与之相关的化合物的段(DeDiox)。并且通过像上述那样控制气化-焚烧过程，将CO的生成和未燃碳氢化合物(CxHy)限制为最少。
熟悉本技术领域的人会很清楚，各净化步骤的顺序可以改变，最佳温度曲线图也可以作些改动。
本发明不仅限于上述实施例，而是包括基于本说明书的所有变化，不管其是否结合现在的技术状态，也不管其是否在熟悉本技术领域的人的知识范围内，只要是包括本发明的变化的实施例都包括在本发明的范围内。所要求的权利由权利要求书确定。
权利要求
1.一种适用于焚烧例如废物的受污染可燃物的焚烧装置，其特征在于，它包括焚烧、能量回收以及至少下列烟气净化步骤----除尘和除去或中和重金属，----除去氮氧化物，----脱硫和除去氢卤酸，----除去二恶英和其它微量有机化合物，这些过程基本上是在一个集成的系统内进行。
2.如权利要求1所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述装置至少包括下列各段----一个焚烧室或一个焚烧炉；----一个集成在所述焚烧炉或焚烧室内的热回收段；----一个或多个除酸段，所述一个或多个除酸段集成在所述焚烧炉、焚烧室和/或热回收段内；----一个或多个集成在所述焚烧炉、焚烧室、热回收段和/或用于烟气净化的其它各段内的NOx去除段；----一个分级除尘段，它包括集成在所述焚烧炉、焚烧室、热回收段和/或用于烟气净化的其它各段内的一段或多段；----一个或多个集成在所述焚烧炉、焚烧室、热回收段和/或用于烟气净化的其它各段内的用于除去氯化碳氢化合物的段；以及----一个适配的用于控制烟气净化和热回收过程的各不同步骤的、适用于焚烧受污染的可燃物的测量和控制段。
3.如权利要求1或2所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述各不同的段独立地工作或相互搭接地工作，因此，在一个段内多种污染物可同时被处理或存在。
4.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，各段都被制成为所述装置的一个简单的部分。
5.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述装置包括用于向所述焚烧室或焚烧炉供应含氧的空气的装置，借以在所述装置工作时把含氧空气以低于化学配比的量(0.5＜λ＜0.99)导入废物层，以及借以在所述焚烧室与所述装置的第一垂向烟道之间的过渡部分，以空气系数增大到1.3＜λ＜1.5的方式把辅助含氧空气导入。
6.如权利要求5所述的集成的焚烧装置，其特征在于，在烟气温度处于约800与1200℃之间时，随同所述辅助空气一起把一种或多种吸收剂引入所述后焚烧室。
7.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，在所述辅助空气进口点上方，把一种或多种还原剂，例如氨或可生成氨的物质或不饱和的碳氢化合物，引入到所述装置的所述辐射部分。
8.如权利要求7所述的集成的焚烧装置，其特征在于，在供入氨或可生成氨的物质时烟气的温度是在约820与1050℃之间。
9.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述除尘段包括一个或多个用以改变烟气的流动方向的窄的通道和/或挡板，借以在烟气流动方向改变时分离出烟气中的灰尘和飞灰。
10.如权利要求9所述的集成的焚烧装置，其特征在于，在除尘段，烟气的最高温度是450℃。
11.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述装置还包括一个节热器段，在这一段中，PCDD、PCDF和PCB之类的卤化碳氢化合物被催化氧化。
12.如权利要求11所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述催化剂是从包括人造沸石、Al2O3、SiO2、Al2O3-MgO、TiO2、SnO2、和ZrO2的一组化合物或它们的混合物中选择，而氧化是在从150到350℃的范围内的温度进行。
13.如权利要求11所述的集成的焚烧装置，其特征在于，催化剂是从贵金属选择，而氧化是在从150到550℃的范围内的一个温度进行。
14.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述过程是以下列方式控制----根据所述空的烟道中的氧量和已经吹入的辅助空气流量计算需要的初始空气量；----辅助空气量作为总的燃烧空气量的百分数来计算，其最小值为0％而最大值为50％，并且是用所述过程设定点(process setpoint)与蒸汽流量的过程值之间的偏差来控制，如这里所定义的，过程设定点是定义为所述过程控制指向的预先设定植，而“过程值”是观察到的过程中的实际值；----根据过程设定点与在450℃在除尘之后测量的HCl值的过程值(processvalue)之间的偏差控制吸收剂的量；以及----根据过程设定点与在450℃在除尘之后测量的NOx值的过程值之间的偏差控制还原剂的量。
15.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述吸收剂是从包括生石灰(CaO)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸钠(NaCO3)、碳酸钙(CaCO3)、粘土矿物、天然沸石、人造沸石、硅藻土、C、Al2O3、SiO2、Al2O3-MgO、TiO2、SnO2、WO3和/或ZrO2的一组化合物或它们的混合物中选取的。
16.如权利要求15所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述吸收剂是以粉末状或颗粒状注入烟气内并且随后在除尘区分离于烟气，借以达到部分地除去NOx。
17.如权利要求16所述的集成的焚烧装置，其特征在于，在加入所述吸收剂之后引入还原剂以进一步除去NOx。
18.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述可以生成氨的物质是从包括氨、尿素、残渣烘干装置的蒸气、粪便处理装置的蒸气、粪便处理装置的废水、潮湿的残渣之类的含氮物质的一组物质中选取的。
19.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，根据过程设定点与在450℃在除尘之后测量的SOx或SO2或SO3值而不是HCl值的过程值之间的偏差控制所述吸收剂的量。
20.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述节热器是一个受控制的节热器，其中催化剂的工作温度控制在50℃左右。
21.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，释放出的飞灰被冷却到温度低于300℃，并被回流流过热回收炉的空烟道，以产生供挥发的重金属凝结的热表面。
22.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述吸收剂是在所述热回收炉的第一与第二空的烟道之间的过渡部分注入，或是在所述热回收炉的各空烟道内的一个或多个位置注入，以产生供挥发的重金属凝结的热表面并使残余的酸成分与石灰吸收剂之间发生第二反应。
23.如权利要求1所述的集成的焚烧装置，其特征在于，一种或多种吸收剂和还原剂是用压缩空气或蒸汽吹入后焚烧室而成为一种悬浮状态，而且可取的是，在约850与950℃之间的温度下吹入。
24.如前面一个或多个权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，除去NOx的过程包括下列步骤----在焚烧炉内以低的过量空气进行焚烧，以减少NOx的生成；----应用SNCR原理进行第一步除去NOx----在除尘后并在低于450℃的温度注入附加量的氨或可生成氨的物质，借以进行补充地除去NOx；----在所述热回收炉的节热器段注入除去NOx催化剂；----用喷入蒸汽或加压的空气或净化过的烟气或声波作用于催化剂的表面对催化剂进行线上净化(on-line purification)；
25.如权利要求24所述的集成的焚烧装置，其特征在于，催化剂保持在下列温度范围内----氧化钛基的催化剂 200-450℃----沸石基的催化剂 200-450℃----氧化铁基的催化剂 350-450℃----活性炭/焦碳 100-150℃
26.如权利要求24和25所述的集成的焚烧装置，其特征在于，NOx去除段构造成使存在于烟气中的NOx的至少50％与氨起反应以及NOx的最多50％与所述催化剂上/或里的氨起反应。
27.如权利要求24-26中之任一要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，用超声波对催化剂进行净化。
28.如权利要求24-26中之任一要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，通过暂时性地升高催化剂的温度对催化剂进行净化。
29.如权利要求28所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述升高温度是从外部进行。
30.如权利要求29所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述升高温度是在内部在催化剂表面上不存在碳和未燃烧的碳氢化合物的情况下依靠聚集物发生的放热反应来进行，而且它们被氧化剂氧化。
31.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述挡板是用水冷却的。
32.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述挡板是非紧固地悬挂的，以便可以用振动来去掉其上的灰尘，而且可以从冷却表面除去收集起来的灰尘。
33.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述焚烧装置包括一个下列型式之一的焚烧炉----流化床式的；----运动炉排式的；----静止炉排式的。
34.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，补充除尘是用旋风除尘器、陶瓷滤器或金属丝滤器进行，而且，可取的是在温度低于450℃情况下进行，另外，所述补充除尘是可取地完全集成在热回收炉的对流部分内。
35.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，在所述焚烧装置的一部分内用一种吸收剂以一种可控制的方式与烟气流接触，以避免所述吸收剂被烟气带走。
36.如权利要求35所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述吸收剂是借助一连串的移动床滤器(moving bed filter)与烟气接触。
37.如权利要求35或36所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述吸收剂是在几个不同的温度下与烟气接触。
38.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，用多种吸收剂与烟气接触，每一种在一特定的温度下接触，这些特定的温度可能是相同的也可能是不同的。
39.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述各滤器是从包括下列各种型式的一组滤器中选取的----孔板型式----以预定角度定位的许多薄板型式----薄板和孔板混合型式----安装在框架上或没有框架的金属丝布型式。
40.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，还将一种氧化催化剂在250与550℃之间的一温度引入烟气内，用于将NO氧化成NO2，将SO2氧化成SO3以及将CO氧化成CO2。
41.如前面任一权利要求所述的集成的焚烧装置，其特征在于，所述焚烧装置适用于焚烧各种废物，诸如生活和工业废物、工业副产物或工业余渣、脏污的矿物油、以及诸如木头、各种草、农作物、粪便、骨头和肉类等的植物和/或动物来源的有机物。
42.一种用于焚烧诸如生活和工业废物、工业副产物或余渣、脏污的矿物油、以及诸如木头、各种草、农作物、粪便、骨头和肉类等的植物和/或动物来源之有机物的各类废物的焚烧工艺，其特征在于，所述焚烧工艺是在由上述权利要求1-41中的任一要求所定义的焚烧装置中进行。
全文摘要
一种其中集成有热回收和烟气净化过程的焚烧装置，它包括至少下列基本上集成在一起的各段(a)一个焚烧室或焚烧炉；(b)热回收段；(c)一个或多个用于除去酸的段；(d)一个或多个用于除去氮氧化物的段；(e)分级的除尘段；(f)一个或多个用于除去氯化碳氢化合物的段；(g)适配的用于控制烟气净化和热回收的各不同步骤的测量和控制段。本发明还包括用这样一个集成化的焚烧装置焚烧诸如生活和工业废物之类的废物的受污染可燃物的使用方法。
文档编号F23J7/00GK1543552SQ02816008
公开日2004年11月3日 申请日期2002年6月27日 优先权日2001年6月29日
发明者H·塞格尔斯, H 塞格尔斯 申请人:西格斯吉宝科技集团股份有限公司