一种有效抑制固废焚烧烟气中二噁英的工艺方法与流程

本发明属于垃圾处理燃烧技术领域，具体涉及一种有效抑制固废焚烧烟气中二噁英的工艺方法。

背景技术：

r.j.kociba等人在1978年发表文章称，经过两年大鼠致癌性试验后发现二噁英的致癌浓度低于沙林和氰化物，二噁英（dioxin，dxn）成为“最强的毒性物质”。进入生物体系统后，可长期溶解，导致生物体的畸形诱导和生殖毒性，产生免疫系统的破坏甚至致癌等慢性毒性的作用。另外，由于二噁英在常规环境下几乎难以分解消除，一旦产生，将长期残留在我们的生活环境。因此，二噁英对环境的污染已经成为世界各国生态环保中一个不可忽视的主要社会问题。世界卫生组织（who）1998年的报告中提到，人类的可耐受摄入量（tdi）由最高4pg-teq/kg/日降至不高于1pg-teq/kg/日。

随着人们对环境要求的提高，城市垃圾、市政污泥、工业油泥和煤泥以及其他农业生产、城市绿化等生物质固体废弃物的产生量也日益增多，目前多采用填埋、堆肥与焚烧等方式进行处置，然而由于土地资源紧张和固废处置不彻底、重金属富集等问题导致填埋和堆肥固废处置方式不能有效解决现有大量固废产生的实际难题。焚烧固废进行减量化、无害化和资源化的工艺技术显得日益重要，并根据环保技术的全面发展，固废焚烧处置方式已得到大力发展和应用，于2017年12月28日国家发布最新的《环境二噁英类监测技术规范》，从多个方面规定了水、气、土壤、沉积物和固体废弃物中二噁英类污染物的监测技术要求。然而，在焚烧排放物中的二噁英、重金属以及nox等尾气污染物却成了焚烧技术发展和应用的绊脚石，因此全面认识污染物产生原理、潜在危害到控制/处理技术、成套设备等，彻底消除人们“谈烧色变”的心理障碍，以推动固废焚烧技术的应用显得尤为重要，发展实际可行的固废焚烧污染物控制技术是推动固废环保行业健康发展的关键。

目前国内外固废焚烧产生的二恶英的处置办法，烟气排放的最严标准0.1ng-teq/nm³，以及现有固废焚烧过程中存在工艺复杂和烟气能量回收效率低，工艺控制不稳定。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种有效抑制固废焚烧烟气中二噁英的工艺方法，控制二噁英形成的最重要的三个关键环节是控制形成源、切断形成途径以及采取有效的尾气净化技术，即源头控制、过程控制和末端控制，进一步简化焚烧工艺路线和提高能量回收效率，降低焚烧处置成本。本技术适用于城市垃圾、市政污泥、工业油泥和煤泥以及其他农业生产、城市绿化等生物质固体废弃物和工业固体、液体废弃等焚烧处置工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种有效抑制固废焚烧烟气中二噁英的工艺方法，包括焚烧炉、除尘系统、能量回收系统、脱酸急冷系统、飞碱性溶液储存系统，其特征在于，抑制固废焚烧烟气中二噁英的工艺方法包括以下步骤：

1）焚烧原料与燃烧空气在炉内充分接触和混合，炉内燃烧温度控制在≥850℃，燃烧物燃烧停留时间≥2s，高温下发生燃烧反应而燃烧生成高温烟气，并从焚烧炉顶部排出，其中高温烟气中氧含量控制≥6%；

2）步骤1）中焚烧原料在焚烧炉内燃烧反应过程中，通过脱硝、脱酸，使燃烧反应中组分里含有的的污染性元素n、s、cl等污染性元素部分进行反应；

3）经过步骤2）的脱硝、脱酸处理，从焚烧炉排出的高温烟气进入除尘系统内被除尘，采用在温度550~1100℃范围内除尘净化处理，处理后从除尘系统排出，同时从被净化的烟气中脱除的固体颗粒物（飞灰）排出到飞灰收集系统，使经过除尘系统的烟气中颗粒物含量降至<2mg/m³；

4）从步骤3）所述的除尘系统排出的净化烟气进入到能量回收系统，通过与冷介质换热或驱动烟气轮机做功（产出加压空气或电能）回收净化烟气中热能，将净化烟气降温成低温，低温烟气温度350℃~550℃，烟气从能量回收系统排出；

5）从能量回收系统排出的低温烟气进入到脱酸急冷系统，通过脱酸系统由碱性溶液储存系统提供大量的碱性溶液喷淋快速地将低温烟气进行急冷，快速冷却至<200℃，时间应控制在≤1s，从除尘系统排出的飞灰，当累积足量后可进行相应的合理外排和处置。

优选地，所用焚烧温度为>850℃，炉内停留时间>2s。

优选地，焚烧炉排出高温烟气中氧含量控制在6~8%间。

优选地，除尘系统滤料选用耐高温型金属或者陶瓷纤维管过滤器，高温除尘工作温度≥550℃，除尘精度<2mg/m³，>2μm颗粒物去除率>99.9%。

所述的步骤2）中，焚烧原料在焚烧炉内燃烧反应过程中，根据其组分中n、s、cl等污染性元素，经脱硝、脱酸系统分别投加相应药剂，系统分别投加相应药剂，即脱硝用氨水、尿素等脱硝剂，脱硫用石灰石等脱硫剂，实现燃烧过程中的n、s、cl等污染性元素部分反应。

所述的步骤3）中焚烧炉排出的烟气在除尘系统中，采用在温度≥550℃状态下除尘净化处理，可去除烟气中大部分的盐类和催化性重金属物质，防止净化烟气中有机化合物的异催化合成苯环类物质，降低二噁英二次合成所需条件的残留碳和催化剂含量，将降低烟气中残留微量c元素和cl元素催化合成dxn的几率。

所述的步骤4）中，冷介质换热中的冷介质采用生产用工艺水、空气等能够进行热量交换的物质。

所述的步骤5）中，低温烟气从能量回收系统排出后进入脱酸急冷系统，在碱性溶液的喷淋降温过程，在<1s内降至<200℃，快速吸收烟气中残留的含氯元素，同时抑制二恶英的产生，也可冷却已合成的二恶英物质，进一步降低烟气中二噁英物质的扩散，从而达到缩短二噁英在低温段二次合成的时间，并同时实现烟气中酸性组分如sox\hcl\nox等去除，可去除烟气中大部分的盐类和催化性重金属物质，防止净化烟气中有机化合物的异催化合成苯环类物质。

所述的步骤1）中，焚烧炉中焚烧原料以均匀形态方式送入焚烧炉内，在炉内快速均匀地分散并与于燃烧空气充分接触和混合在高温下发生燃烧反应而燃烧生成高温烟气；

所述的焚烧炉高温烟气出口与除尘系统进口相连，所述的除尘系统的高温烟气进口与焚烧炉的高温烟气出口相连，其净化烟气出口与能量回收系统的净化烟气进口相连，其底部留有飞灰排出口；所述的能量回收系统的净化烟气进口与除尘系统的净化烟气出口相连，其低温净化烟气出口与脱酸急冷系统的低温净化烟气进口相连；所述的脱酸急冷系统的低温净化烟气进口与能量回收系统的低温净化烟气出口相连，其低温脱酸烟气出口达标后排入大气；所述的脱酸急冷系统的碱液进口与碱性溶液储存系统的出口连接，其碱液进口与碱性溶液储存系统的进口连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明适用于城市垃圾、市政污泥、工业油泥和煤泥以及其他农业生产、城市绿化等生物质固体废弃物和工业固体、液体废弃等焚烧处置工艺。用此技术方法目的是提出实际可行的焚烧系统有效控制烟气中二噁英排放的工艺，从二噁英形成的最重要的三个关键环节进行有效控制，即源头控制、过程控制和末端控制，进一步简化焚烧工艺路线和提高能量回收效率，降低焚烧处置成本。

2、在此燃烧过程中，确保焚烧原料在焚烧炉内的3t条件（temperature，time，turbulence），减少高温烟气中未燃尽原料的量，进而到达完全燃烧。燃烧空气由送风系统按照与焚烧原料燃烧所需空气对应的量送入，确保燃烧的空气量是合理和经济的，同时温度越高越好，更容易彻底分解二噁英物质；

3、碱性溶液的喷淋降温过程，在<1s内降至<200℃，快速吸收烟气中残留的含氯元素，同时抑制二恶英的产生，也可冷却已合成的二恶英物质，进一步降低烟气中二噁英物质的扩散，从而达到缩短二噁英在低温段二次合成的时间，并同时实现烟气中酸性组分如sox\hcl\nox等去除，可去除烟气中大部分的盐类和催化性重金属物质，防止净化烟气中有机化合物的异催化合成苯环类物质。

4、烟气在除尘系统中，采用在温度≥550℃状态下除尘净化处理，可去除烟气中大部分的盐类和催化性重金属物质，防止净化烟气中有机化合物的异催化合成苯环类物质，降低二噁英二次合成所需条件的残留碳和催化剂含量，将降低烟气中残留微量c元素和cl元素催化合成dxn的几率。

5、通过本发明工艺方法，从二噁英形成的最重要的三个关键环节进行有效控制，即源头控制、过程控制和末端控制，进一步简化焚烧工艺路线和提高能量回收效率，降低焚烧处置成本，有效抑制固废焚烧烟气中二噁英的排放。

附图说明

图1为本发明的冷介质换热工艺流程图。

图2为本发明的驱动烟气轮机做功工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进一步叙述。

一种有效抑制固废焚烧烟气中二噁英的工艺方法，包括焚烧炉、除尘系统、能量回收系统、脱酸急冷系统、飞碱性溶液储存系统，其特征在于，抑制固废焚烧烟气中二噁英的工艺方法包括以下步骤：

1）焚烧原料与燃烧空气在炉内充分接触和混合，炉内燃烧温度控制在≥850℃，燃烧物燃烧停留时间≥2s，高温下发生燃烧反应而燃烧生成高温烟气，并从焚烧炉顶部排出，其中高温烟气中氧含量控制≥6%；

2）步骤1）中焚烧原料在焚烧炉内燃烧反应过程中，通过脱硝、脱酸，使燃烧反应中组分里含有的污染性元素n、s、cl等污染性元素部分进行反应；

3）经过步骤2）的脱硝、脱酸处理，从焚烧炉排出的高温烟气进入除尘系统内被除尘，采用在温度550℃~1100℃范围内除尘净化处理，处理后从除尘系统排出，同时从被净化的烟气中脱除的固体颗粒物（飞灰）排出到飞灰收集系统，使经过除尘系统的烟气中颗粒物含量降至<2mg/m³；

4）从步骤3）所述的除尘系统排出的净化烟气进入到能量回收系统，通过与冷介质换热或驱动烟气轮机做功（产出加压空气或电能）回收净化烟气中热能，将净化烟气降温成低温，低温烟气温度350℃~550℃，烟气从能量回收系统排出；

5）从能量回收系统排出的低温烟气进入到脱酸急冷系统，通过脱酸系统由碱性溶液储存系统提供大量的碱性溶液喷淋快速地将低温烟气进行急冷，快速冷却至<200℃，时间应控制在≤1s，从除尘系统排出的飞灰，当累积足量后可进行相应的合理外排和处置。

优选地，所用焚烧温度为>850℃，炉内停留时间>2s。

优选地，焚烧炉排出高温烟气中氧含量控制在6~8%间。

优选地，除尘系统滤料选用耐高温型金属或者陶瓷纤维管过滤器，高温除尘工作温度≥550℃，除尘精度<2mg/m³，>2μm颗粒物去除率>99.9%。

所述的步骤2）中，焚烧原料在焚烧炉内燃烧反应过程中，根据其组分中n、s、cl等污染性元素，经脱硝、脱酸系统分别投加相应药剂，系统分别投加相应药剂，即脱硝用氨水、尿素等脱硝剂，脱硫用石灰石等脱硫剂，实现燃烧过程中的固n、s、cl等污染性元素。

所述的步骤3）中焚烧炉排出的烟气在除尘系统中，采用在温度≥550℃状态下除尘净化处理，可去除烟气中大部分的盐类和催化性重金属物质，防止净化烟气中有机化合物的异催化合成苯环类物质，降低二噁英二次合成所需条件的残留碳和催化剂含量，将降低烟气中残留微量c元素和cl元素催化合成dxn的几率。

所述的步骤4）中，冷介质换热中的冷介质采用生产用工艺水、空气等能够进行热量交换的物质。

所述的步骤5）中，低温烟气从能量回收系统排出后进入脱酸急冷系统，在碱性溶液的喷淋降温过程，在<1s内降至<200℃，快速吸收烟气中残留的含氯元素，同时抑制二恶英的产生，也可冷却已合成的二恶英物质，进一步降低烟气中二噁英物质的扩散，从而达到缩短二噁英在低温段二次合成的时间，并同时实现烟气中酸性组分如sox\hcl\nox等去除，可去除烟气中大部分的盐类和催化性重金属物质，防止净化烟气中有机化合物的异催化合成苯环类物质。

所述的步骤1）中，焚烧炉中焚烧原料以均匀形态方式送入焚烧炉内，在炉内快速均匀地分散并与于燃烧空气充分接触和混合在高温下发生燃烧反应而燃烧生成高温烟气；

所述的焚烧炉高温烟气出口与除尘系统进口相连，所述的除尘系统的高温烟气进口与焚烧炉的高温烟气出口相连，其净化烟气出口与能量回收系统的净化烟气进口相连，其底部留有飞灰排出口；所述的能量回收系统的净化烟气进口与除尘系统的净化烟气出口相连，其低温净化烟气出口与脱酸急冷系统的低温净化烟气进口相连；所述的脱酸急冷系统的低温净化烟气进口与能量回收系统的低温净化烟气出口相连，其低温脱酸烟气出口达标后排入大气；所述的脱酸急冷系统的碱液进口与碱性溶液储存系统的出口连接，其碱液进口与碱性溶液储存系统的进口连接。

实施例1

如图1所示，采用冷介质换热如下：

1）在某一含油污泥焚烧项目中，湿油泥经喷雾装置均匀进入流化床焚烧炉内，与燃烧空气充分接触和混合在高温下发生燃烧反应而燃烧生成高温烟气，并从焚烧炉顶部烟道排出。炉内燃烧温度控制在890℃，燃烧物炉内燃烧停留时间≥4s。在此燃烧过程中，含油污泥在焚烧炉内燃烧过程满足3t条件（temperature，time，turbulence），燃烧效率达99.99%，高温烟气中氧含量6.5%，烟气中固体颗粒物含量达到10g/m³。

2）含油污泥在焚烧炉内燃烧反应过程中，根据其组分中n、s、cl等污染性元素，投加脱硝用氨水进行nox脱除，投加脱硫用石灰石药剂进行sox脱除。

3）从流化床焚烧炉顶部排出的高温烟气在840℃温度条件下脱除烟气的固体颗粒物（飞灰），并从除尘系统排出净化烟气；除尘系统底部排出固体颗粒物（飞灰）。经过除尘系统的烟气中颗粒物含量<0.8mg/m³。

4）从除尘系统排出的净化烟气进入余热锅炉（能量回收系统）回收烟气中的热能，低温净化烟气出口温度为350℃；余热锅炉（能量回收系统）的冷介质进口为32℃的工艺水，出口为165℃的低压水蒸汽。通过余热锅炉（能量回收系统）回收了净化烟气中约45%的热能，提高了焚烧系统的热能利用效率。

5）从余热锅炉（能量回收系统）排出的低温净化烟气进入到脱酸塔（脱酸急冷系统），通过脱酸系统由碱性溶液储存系统提供大量的烧碱溶液（碱性溶液）喷淋快速地将低温净化烟气进行急冷，急冷时间<1s，有效缩短二噁英在低温时的再合成时间，并同时去除烟气中sox\hcl\nox等酸性物质，以排放烟气中氧气浓度为6.5%时检测，所排放烟气中各污染物组分sox为1ppm，hcl为1ppm，nox为10ppm。所排放烟气二噁英类毒性污染物取样检测平均浓度为0.038ng-teq/nm³，可满足目前烟气排放对二噁英要求最严格的欧盟标准。

6）从除尘系统排出的飞灰，经冷却回收飞灰中热能后，并累积足量后进行相应的合理外排和处置。

实施例2

如图2所示，采用驱动烟气轮机做功如下：

1）在某一大型污水处理厂的城市污水污泥焚烧项目运行过程中，污泥经泵送分散均匀进入流化床焚烧炉内，在流化床内分散、干燥与燃烧空气充分接触，在炉内高温下发生燃烧反应而燃烧生成高温烟气，燃烧烟气从焚烧炉顶部排出。炉内燃烧温度控制在875℃，燃烧物炉内燃烧停留时间≥4s。燃烧过程满足污泥焚烧规范的3t条件（temperature，time，turbulence），炉内可燃分燃烧效率达99.8%，高温烟气中氧含量7.5%，烟气中固体颗粒物含量达到17g/m³。

2）城市污水污泥在炉内燃烧反应过程中，根据其组分中n、s、cl等污染性元素，投加脱硝用氨水进行nox脱除，投加脱硫用石灰石药剂进行sox脱除。

3）从流化床焚烧炉顶部排出的高温烟气在650℃温度条件下脱除烟气的固体颗粒物（飞灰），并从除尘系统排出净化烟气；除尘系统底部排出固体颗粒物（飞灰）。经过除尘系统的烟气中颗粒物含量<0.8mg/m³。

4）从除尘系统排出的净化烟气进入烟气轮机回收烟气中的热能，低温净化烟气出口温度为550℃；烟气轮机做功带动发电装置发电，产生电能30000万千瓦/日，回收了净化烟气中约35%的热能，将烟气中的热能转化为实际生产过程中高效利用的经济价值。

5）从烟气轮机排出的低温净化烟气进入到脱酸塔（脱酸急冷系统），通过脱酸系统由碱性溶液储存系统提供大量的烧碱溶液（碱性溶液）喷淋快速地将低温净化烟气进行急冷，急冷时间<1s，有效抑制烟气再合成二噁英和去除已产生的二噁英类污染物，同时去除烟气中sox\hcl\nox等酸性物质。以排放烟气中氧气浓度为8%时检测，所排放烟气中各污染物组分sox为5ppm，hcl为2.5ppm，nox为15ppm。所排放烟气二噁英类毒性污染物取样检测平均浓度为0.0086ng-teq/nm³，可满足目前烟气排放对二噁英要求最严格的欧盟标准。

6）从除尘系统排出的飞灰，经冷却回收飞灰中热能后，并累积足量后进行相应的合理外排和处置。

综上所述，根据实施例1和实施例2所示，通过本发明工艺方法，从二噁英形成的最重要的三个关键环节进行有效控制，即源头控制、过程控制和末端控制，进一步简化焚烧工艺路线和提高能量回收效率，降低焚烧处置成本，有效抑制固废焚烧烟气中二噁英的排放。