一种烟气净化系统的制作方法

本实用新型属于环保技术领域，涉及一种烟气净化系统，适用于各种垃圾、危废、生物质焚烧、金属冶炼、煤焦化等产生的烟气的净化。

背景技术：

传统垃圾焚烧烟气处理技术为SNCR(选择性非催化还原技术)炉内脱硝+SDA(旋转喷雾半干法脱酸)+干法喷射+活性炭吸附+布袋除尘+GGH(烟气—烟气换热器)+SGH(蒸汽—烟气换热器)+低温SCR(选择性催化还原技术)脱硝，脱硝、脱二噁英和除尘分开处理，即采用SNCR+SCR进行脱硝脱二噁英，SDA旋转喷雾反应塔及干法喷射进行脱酸性气体，同时串联布袋除尘器进行除尘，并在布袋除尘器前面管道里喷入大量活性炭吸附二噁英和重金属。此技术不仅投资成本高，且脱二噁英效率低，活性炭需求量大；为防止SCR反应器很快失效，SCR需布置在SDA和布袋除尘器后面，并需要把酸性气体浓度降的很低，同时它还必须在烟温180℃以上才能正常运行，所以需消耗大量热能将烟气加热，并需定时更换布袋和催化剂，系统运行成本、维护成本都很高，而且还不可靠，更重要的是这样处理后的飞灰二噁英含量很高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种烟气净化系统，能高效脱除二噁英、粉尘、NOx(氮氧化合物)、SO2(二氧化硫)等，减少危废的产生。

本实用新型提供的烟气净化系统，包括TMSCR反应器、换热器、SDA反应器、除尘系统；所述TMSCR反应器的出口连接换热器的入口，换热器的出口连接SDA反应器的入口，SDA反应器的出口连接所述除尘系统；所述TMSCR反应器包括过滤器，所述过滤器中设置有滤芯，滤芯内具有催化剂层，所述TMSCR反应器用于过滤烟气中的灰尘，以及脱硝、脱二噁英；所述SDA反应器用于脱除烟气中的酸性气体。

本实用新型的TMSCR反应器可以在高温下运行，TMSCR反应器中喷入氨水，氨水与烟气混合进入过滤器，首先灰尘被过滤器过滤，无法进入滤芯内部，混合烟气进入滤芯内部后，在滤芯内的催化剂层的催化剂作用，NOx(氮氧化合物)与氨水发生反应，生成N2和水，二噁英则在催化剂的作用下彻底分解成CO2、H2O和HCl，无需再处理，且不消耗活性炭，除掉99.9％的粉尘、95％的NOx、99.5％的二噁英。经过TMSCR反应器的烟气被换热器降温至SDA反应器所需的温度，在SDA反应器内进行脱酸处理，保证酸性气体脱除率在95％以上，然后烟气进入除尘系统把脱酸产生的粉尘除了99.9％。由于在TMSCR反应器中同步进行除尘处理，大大降低烟气中的粉尘，使得烟气进入换热器时，因缺少碳源而无法进行二噁英的低温前驱物催化反应和从头合成反应。

为控制二噁英的从头合成反应，减少二噁英的合成，还包括干法喷射系统，所述TMSCR反应器通过干法喷射系统与换热器连接，即，TMSCR反应器的出口与干法喷射系统的入口连接，所述干法喷射系统的出口与换热器连接；所述干法喷射系统用于进一步脱除烟气中的HCL，HCL的去除，使得二噁英的从头合成反应缺少可用的氯源。同时，在启炉时，烟气的温度过低，TMSCR反应器对烟气的处理有限，本实用新型通过干法喷射系统对烟气进行脱酸，同时还可以进行脱二噁英处理，使得启炉期间的烟气排放也可以达标。

干法净化工艺要达到较高的反应活性与气固混合一致性，吸附剂必须有较大的比表面积与颗粒度的一致性。因此，吸附剂碳酸氢钠必须研磨至一定细度。本发明进入干法喷射系统后的烟气中混有碳酸氢钠或氢氧化钙，碳酸氢钠或氢氧化钙的细度D90<35μm，HCL的去除率可达99％。

为进一步提高排放标准，本实用新型还包括活性炭吸附系统，所述除尘系统的出口与活性炭吸附系统的入口连接，活性炭吸附系统吸附重金属以及未除尽的二噁英和酸性气体。本实用新型所述活性炭吸附系统采用固定床形式。活性炭吸附系统的活性炭为柱状活性炭。

本发明的除尘系统为布袋除尘器。为提高TMSCR反应器的工作效果，本发明还包括电除尘器，所述电除尘器的出口与所述TMSCR反应器的入口连接，烟气先由电除尘器进行除尘，降低进入TMSCR反应器的烟气的含尘量。

本实用新型可实现工艺：烟气首先进入TMSCR反应器，对烟气进行除尘、脱硝、脱二噁英；对经过TMSCR反应器处理后的烟气进行降温处理；降温处理后的烟气送入SDA反应器，对烟气脱酸，对脱酸处理后的烟气进行除尘处理。

在TMSCR反应器除掉99.9％的粉尘、95％的NOx、99.5％的二噁英。在SDA反应器内进行脱酸处理，保证酸性气体脱除率在95％以上，然后对烟气除尘，把脱酸产生的粉尘除了99.9％。由于在TMSCR反应器中同步进行除尘处理，大大降低烟气中的粉尘，使得烟气进入换热器时，因缺少碳源而无法进行二噁英的低温前驱物催化反应和从头合成反应。

本实用新型适应于各种垃圾、危废、生物质焚烧、金属冶炼、煤焦化等产生的烟气的净化，能高效脱除二噁英、粉尘、重金属、NOx(氮氧化合物)、SO2(二氧化硫)、HCl(氯化氢)等酸性气体；并且工艺科学合理、运行成本低；能耗低，能源利用率高；运行稳定可靠，操作简单、故障率低。

本实用新型高效多级脱除烟气中多组分污染物，满足未来更加严苛的排放标准：(1)系统流程简单，维护方便，且运行成本每年至少减少50％。(2)催化剂完全催化裂解二噁英，脱除彻底，且脱除效率>99.5％，危废量少。(3)催化剂受滤芯表面过滤层保护，避免催化剂失效中毒，平均寿命>5年。(4)半干法脱硫，效率高，满足超洁净排放标准。(5)脱硝除尘效率高，脱硝效率达95％，处理后气体含尘量<10mg/Nm3，大大延长后面活性炭固定床中活性炭的使用寿命。(6)能源利用率高，烟气温度可降低到110度排放。(7)大大减少属于危废的飞灰量，属于危废的飞灰产生量很少，降低属于危废的飞灰处置成本，同时还破坏了二噁英低温合成的条件，大大减少二噁英的原始排放量，为后面实现二噁英的近零排放创造了有利条件。

附图说明

图1为本实用新型系统图。

图中：1-TMSCR反应器；2-干法喷射系统；3-SDA反应器；4-布袋除尘器；5-活性炭吸附系统。

具体实施方式

本实用新型采用先进的高温TMSCR(太棉催化滤芯一体化净化)气体净化+干法喷射+SDA脱酸+布袋除尘器+活性炭固定床吸附技术，在启炉期间可以利用干法喷射小苏打粉进行脱酸及脱二噁英，待烟温正常后启动主工艺，利用TMSCR反应器在一个温度区间同时脱硝、脱二噁英和除尘，利用干法喷射小苏打粉和SDA高效脱除气体中SO2及酸性气体，利用布袋除尘器进一步除尘，进入活性炭固定床吸附重金属、未除尽的二噁英及酸性气体。

如图1所示，本实用新型的烟气净化系统包括TMSCR反应器1、干法喷射系统2、换热器6、SDA反应器3、布袋除尘器4、活性炭吸附系统5。

1、TMSCR反应器

本实用新型TMSCR反应器中，氨水与烟气混合，氨水与烟气中的氮氧化物反应，实现脱硝。TMSCR反应器的脱硝原理与SNCR基本相同。

TMSCR反应器主要由过滤器和多功能滤芯组成，滤芯分组布置在过滤器壳体内。多功能滤芯是将纳米级的复合催化剂涂布烧结于高孔隙率的硅酸铝盐复合材料滤芯内部形成催化剂过滤层(约20毫米)，可同时实现脱二噁英、脱硝和除尘。根据GB18485—2014排放标准中3.5条对炉渣的定义，TMSCR反应器下的灰可以进入炉渣，所以真正属于危废的飞灰量将大大减少。TMSCR反应器可采用太棉公司的太棉高温过滤器实现。

混合有还原剂(氨水等)的烟气进入反应器，通过安装在反应器里的过滤器的滤芯时，烟气中的粉尘被拦截在滤芯的表面过滤层，除尘后的烟气进入滤芯内部，在滤芯内部复合催化剂层的催化剂作用下，烟气中的NOx被反应生成N2和水蒸气，二噁英被分解生成CO2和水蒸气后，排出反应器。本实用新型通过反吹气体反吹下TMSCR反应器的滤芯表面拦截的粉尘，对滤芯实现在线再生。

(1)除尘：

含尘气体从除尘过滤器下部进入过滤器，从滤材的外表面进入滤芯，固体粉尘被滤材截留于滤材的外表面。过滤后的洁净气体向上经过管板排出过滤器壳体。当达到设置设定反吹时间或者过滤器的过滤压降达到设定值，启动反吹程序，对滤芯反吹。反吹中从滤芯表面剥离的固体粉尘沉积在过滤器的锥底积尘室。

本实用新型采用以时间为主，辅以压差控制反吹，即过滤达到设定时间或压差达到设定值(初步设定为30分钟反吹周期及2.5kPa反吹压差设定值，两参数均可调，以先行达到者进行反吹)，自动进行反吹，无需人工操作；TMSCR反应器由多组滤芯组成，每组滤芯设置一台反吹脉冲阀，反吹进行时时序控制对滤芯进行在线反吹再生。

(2)脱硝：

本实用新型通过计量与调节装置根据不同负荷的要求，控制氨进料量并送入反应器。在滤芯中的催化剂作用下有选择性地与烟气中的NOx发生化学反应，生成氮气和水。

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(主反应)

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

(3)脱二噁英：

二噁英在催化剂的作用下彻底分解成CO2、H2O和HCl，无需再处理，且不消耗活性炭。

为提高TMSCR反应器的工作效率，可以在TMSCR反应器布置电除尘器，利用电除尘器对烟气中的灰尘进行除尘作业，降低进入TMSCR反应器的烟气的含尘量。

2、干法喷射系统

采用碳酸氢钠的干法烟气净化反应方程式：

2NaHCO3＝Na2CO3+H2O+CO2

NaHCO3+HCl＝NaCl+CO2+H2O

Na2CO3+SO3＝Na2SO4+CO2

Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2

Na2CO3+2HF＝2NaF+H2O+CO2

干法喷射系统实现烟气干法净化工艺，将碳酸氢钠细粉直接喷入高温烟气，一方面直接与酸性污染物反应吸附，另一方面在高温下碳酸氢钠分解生成碳酸钠Na2CO3、H2O和CO2，进一步与烟气中的酸性污染物反应。由于在高温烟气分解产生的碳酸钠Na2CO3(颗粒纳米化)在生成瞬间有高度的反应活性，需要保障高温烟气与吸附剂粉体的充分混合与反应，用略微过量的碳酸氢钠来保障净化性能。

干法净化工艺要达到较高的反应活性与气固混合一致性，吸附剂必须有较大的比表面积与颗粒度的一致性。因此在注入烟气管道前，吸附剂碳酸氢钠必须研磨至一定细度，一般为去除SO2，碳酸氢钠细度要达到D90＜20μm，为去除HCl则要求D90＜35μm。烟气净化时温度在200-300℃左右，可以去除95％以上的SO2；HCl的去除率可达99％。

总之，吸附剂用碳酸氢钠为主要原料的烟气干法净化设备及系统需要在线运行，兼容脱硫脱氯工艺的温度参数，而且工艺流程简单、设备耐用与系统智能化，与其它烟气净化方式相比，它的投资和运营成本均较低。当然，也可以采用喷射Ca(OH)2的方式。

3、SDA反应器及布袋除尘器

SDA反应器脱硫采用Ca(OH)2粉作吸收剂，SDA反应器与现有技术基本一致。SDA反应器与布袋除尘器相配套，正常运行时布袋除尘器出口烟气温度大于等于150℃，并确保尾部烟气不结露。

除尘器本体的漏风率保证值≤2％；除尘器的运行阻力设计值≤1200Pa，保证值≤1500Pa。除尘器顶部检修门为双层结构，以防止外界冷空气对上箱体的腐蚀。布袋除尘器设置活性炭喷入装置，以保证二噁英和重金属的含量等有害物质均达到排放标准。活性炭贮存在活性炭仓内。

4、活性炭吸附系统。

经过前面工艺处理的烟气中，含有少量的二噁英及重金属等有害物质，活性炭吸附装置可以有效的去除烟气中的二噁英和重金属等有害物质，使烟气排放达到排放指标。

活性炭吸附系统采用固定床形式。可以有效的对烟气中含有的二噁英进行吸收。为方便更换，设置为抽屉式反应器，可以快速对吸附塔内使用过的活性炭进行更换。活性炭吸附系统设置有效的保温来保证温度保持在最有利于活性炭吸收二噁英的温度。为了保证在长期、连续运营的情况下，活性炭的高效率，必须采用高吸附性、高强度的活性炭。防止由于强度不够而产生的活性炭粉末携带二噁英进入烟囱排放进入大气。为了降低系统的阻力，本实用新型选用了柱状活性炭，在保证与烟气充分接触的同时，也有效降低了系统的阻力。

烟气首先通过TMSCR反应器，除掉99.9％的粉尘、95％的NOx、99.5％的二噁英。然后进入干法喷射系统，进行初步脱酸，在干法喷射系统中可以去除氯化氢、氟化氢和硫氧化物。干法脱酸后的烟气进入锅炉换热器，把烟温降低到160度再进入SDA反应器进一步脱酸，干法脱酸时未反应完的脱酸剂在SDA反应器增湿后活性增加，并和喷射的脱酸浆液一起进一步把酸性气体脱除，保证酸性气体脱除率在95％以上，把烟温降低至130度左右；然后烟气进入布袋除尘器把脱酸产生的粉尘除了99.9％；除尘器出来的烟气进入活性炭吸附系统吸附重金属、未除尽的二噁英及酸性气体；然后从烟囱排进大气，实现烟气超洁净排放。130度区域并且粉尘浓度低的情况下活性炭的吸附效率最高。活性炭吸附系统出口烟气中的含尘量小于10mg/Nm³，NOx含量小于50mg/Nm³，SO2含量小于50mg/Nm³，HCL含量小于10mg/Nm³，二噁英含量小于0.1ng.TEQ/Nm³。

由于干法喷射工艺的成本较高，本实用新型可以不经过干法喷射系统处理，即，烟气经TMSCR反应器后进入换热器，经换热器降温后送入SDA反应器。经过干法喷射系统处理更有利于实现烟气的超洁净排放。

在启炉期间，由于温度较低，TMSCR反应器、SDA反应器的温度达不到要求，处理能力较低，本实用新型可以在启炉期间启动干法喷射系统，利用干法喷射小苏打粉等进行脱酸及脱二噁英，二噁英被小苏打粉吸附，待烟温正常后，烟气经TMSCR反应器、SDA反应器处理，干法喷射系统退出运行，从而节约成本。

当燃烧温度高于800℃,停留时间超过2s时，烟气中二恶英的分解率达到99％以上。因此，在良好组织的燃烧条件下，保证燃烧温度高于800℃和停留时间大于2s，绝大部分入炉垃圾带入的二恶英可以被分解，很少进入焚烧产物中。烟气排放中的二噁英多数为后期低温前驱物催化反应生成或者从头反应生成。

二噁英的低温前驱物催化反应机理是在200～500℃之间生成：二噁英的低温前驱物催化反应包括气相前驱物的生成、气相前驱物与飞灰表面吸附前驱物的异相催化生成及固相前驱物的生成。低温催化反应的前驱物可以是氯酚、氯苯等化学结构与二噁英相似的前驱物，也可以是分子结构不相似的不含氯有机物，如脂肪族化合物、芳香族化合物、乙炔和丙烯等。氯苯和氯酚为代表性的前驱物。由于烟气温度相对较低，气相反应生成的二噁英很少，PCDD/Fs最佳生成温度为280～450℃。在该温度段生成的二噁英主要为飞灰表面催化作用生成的。本实用新型采用飞灰高温分离技术，在关键温度范围之前，利用TMSCR反应器除尘，减少烟气的飞灰含量，可以有效降低二噁英的排放。现有技术中，除尘放在工艺后段，基于飞灰表面催化作用生成大量的二噁英，增加了处理成本。

二噁英还可以由化学结构不相近的化合物如聚氯乙稀或不含氯的有机物如聚苯乙烯、纤维素、木质素、煤和颗粒碳与氯源反应生成。更重要的是碳、氢、氧和氯等元素通过基元反应生成二噁英，在从头合成反应所需的氯主要由DeaconProcess反应生成，即在催化剂(Cu2+)的作用下，从HCl转化而来。“denovo”反应生成二噁英时(最佳反应温度300℃)，飞灰可以被看作碳源、催化剂和氯源。颗粒上碳的氧化反应可以形成PCDDs和PCDFs。HCl的存在是二噁英从头合成的必要条件。本实用新型通过干法喷射系统出去HCL，降低烟气的HCL的量，从而破坏二噁英再合成的条件，最终达到降低二噁英排放的目的。现有技术的干法喷射工艺设置在SDA半干法脱酸之后，起到辅助脱酸的作用，无法解决二噁英的从头合成反应问题。

本实用新型与背景技术的传统工艺对比表：