專利名稱：用雙效反應器處理焚燒產生的煙氣的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用雙效反應器(Dual Purposes Reactor，DPR)處理由焚燒產生的煙氣的方法，尤其涉及一種利用高溫和堿性物料去除高溫焚燒煙氣中的酸性氣體和完全去除在焚燒煙氣中二噁英前體物質，同時能夠實現熱能回收利用的方法。
背景技術：
在工業(yè)生產中，高溫焚燒法的應用廣泛，包括水泥制造、煉鋼、火力發(fā)電和廢物焚燒等。焚燒過程中普遍會產生大量有毒有害氣體廢物，特別是酸性氣體和二噁英等有毒物。其中二噁英的英文名稱為Dioxins，它是一類毒性極強的有害物質，對人類有致癌性、致畸性和免疫毒性，因此工業(yè)處理中產生的二噁英必須進行嚴格處理。二噁英在焚燒過程中的生成機理，已成為二噁英研究內容中的重要組成部分。二噁英既可由烴類有機物和無機氯化物在催化劑存在的條件下生成，也可由二噁英的前體有機氯化物產生。人們普遍認為在焚燒過程中，烴類有機物與有機氯化物會經化學反應生成二噁英。從目前的研究來看，在廢物焚燒過程中二噁英的生成有以下幾種原因1.在有兩種或多種有機氯化物(如氯酚)存在的情況下，由于二聚作用，在適當的溫度和氧氣條件下就會結合成二噁英。2.多氯化二酚、多氯聯苯等一類化合物的不完全燃燒生成二噁英。3.由于氯及氯化物的存在，破壞了碳氫化合物(芳香族)的基本結構，而與木質素，如木材、蔬菜等廢棄物相結合，促使生成二噁英的化合物?？梢姡f英前體物質包括烴類有機物、有機氯化物和無機氯化物等。在焚燒煙氣中存在大量的二噁英前體物質。另外，焚燒過程產生的酸性氣體包括氯化氫氣體(HCl)、氟化氫氣體(HF)、氨氣 (NH3)、硫酸(H2SO4)、氰氫酸氣體(HCN)、硫化氫氣體( 等。酸性氣體會對環(huán)境帶來廣泛的危害，造成巨大的經濟損失，如腐蝕建筑物和工業(yè)設備；破壞露天的文物古跡；損壞植物葉面，導致森林死亡；使湖泊中魚蝦死亡；破壞土壤成分，使農作物減產甚至死亡；飲用酸化物造成的地下水，對人體有害。因此，高溫焚燒后的廢氣在排放前必須進行除酸除毒處理。經濟有效的處理技術可大大減輕焚燒廢氣對環(huán)境和生產成本的負擔。目前，高溫焚燒產生的廢氣處理技術多采用急速冷卻，噴淋堿液，活性炭吸附系統(tǒng)。如中國專利申請?zhí)?00610154696. 9 “危險廢物垃圾回轉窯焚燒設備系統(tǒng)”和中國專利號02238510. X “醫(yī)療垃圾氣控式熱解焚燒無害化集成處理裝置”。上述兩項申請中防止二噁英生成裝置都是采用急冷方式，將煙氣從1100°C高溫瞬間降至200°C以下，這樣雖然清除了二噁英，但是卻造成了熱能的浪費，而且水耗量大，加大了處理成本。中國專利申請?zhí)?00610154695. 4 “垃圾回轉窯焚燒設備中的煙氣凈化塔”采用凈化塔噴堿液裝置處理酸性尾氣，煙氣中的酸性氣體處理前容易引起煙道和急冷換熱設備的高溫腐蝕和低溫腐蝕，且設備體積龐大。在活性炭吸附系統(tǒng)中，由于活性炭吸附后，二噁英只是存在于活性炭之中，并沒有從根本上去除，需要進一步處理，價格昂貴。還有采用電子束照射延期的方法破壞煙氣中的二噁英，然而，用于產生電子束的電壓很高，處理容量不大，能耗大。因此，目前急需一種簡單、廉價、能夠有效去除高溫焚燒煙氣中的酸性氣體和完全去除在焚燒煙氣中二噁英前體物質的廢氣處理方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種利用高溫和堿性物料去除高溫焚燒煙氣中的酸性氣體， 完全去除在焚燒煙氣中二噁英前體物質，同時能夠回收熱能的方法及其系統(tǒng)。本發(fā)明提供了一種利用雙效反應器處理高溫焚燒廢氣的方法，所述雙效反應器由相連的焚燒反應室和氣固懸浮混合室所組成，該方法包括以下步驟廢氣處理方法，其包括以下步驟(a)將高溫焚燒煙氣輸入到雙效反應器的焚燒反應室；(b)將燃料注入到所述焚燒反應室進行燃燒；(c)將堿性物料輸入到所述焚燒反應室；(d)在高溫下，所述廢氣與所述堿性物料進入氣固懸浮混合室充分反應，廢氣中的酸性氣體、持久性有機污染物和二噁英前體物質被清除；(e)氣粉混合物進入高溫收塵器，氣固分離，氣體排出；(f)剩余未反應的堿性物料可回入焚燒反應室循環(huán)再用，或收集于儲灰倉，用作其他工業(yè)的原材料。在本發(fā)明的一個方面，提供了一種利用雙效反應器處理高溫焚燒煙氣的方法，所述雙效反應器由相連的焚燒反應室和氣固懸浮混合室所組成，該方法包括以下步驟(a)高溫焚燒產生的煙氣經過高溫煙氣通道輸入到雙效反應器的焚燒反應室；(b)將燃料注入到所述焚燒反應室進行燃燒，把焚燒反應室加熱到高溫；(c)堿性物料經堿性物料入料口輸入到所述焚燒反應室進行加熱；(d)在保持所述高溫的條件下，所述煙氣與所述堿性物料的混合物切向進入雙效反應器的氣固懸浮混合室并螺旋前進，在氣氣固懸浮混合室充分混合反應，所述煙氣中的酸性氣體和二噁英前體物質被清除；(e)氣粉混合物離開雙效反應器進入高溫收塵器，氣固分離，氣體經熱能回收及除塵系統(tǒng)后，通過獨立煙囪排出溫度保持在120 150°C以上的無毒氣體；(f)剩余未反應的堿性物料通過三通閥回入焚燒反應室循環(huán)再用，或收集于儲灰倉。在本發(fā)明的又一個方面，所述方法中步驟(b)至(d)中保持850至950°C的溫度。 優(yōu)選的，所述方法中，步驟(b)至(d)中保持850至920°C的溫度，最優(yōu)選的，所述方法中步驟(b)至(d)中保持860至890°C的溫度。本發(fā)明使用的堿性物料可以是煙氣處理領域各種堿性固體物質。在本發(fā)明的一個方面，使用的是固體的堿性物料，例如石灰(包括生石灰和熟石灰)、石灰石、硅沙、氧化鋁和粘土，或其組合等。在本發(fā)明的方法中，所述固體以粉狀方式使用。石灰石主要成分是碳酸鈣。石灰有生石灰和熟石灰。生石灰的主要成分是氧化鈣，一般呈塊狀，純的為白色，含有雜質時為淡灰色或淡黃色。熟石灰主要成分是氫氧化鈣。熟石灰經調配成石灰漿、石灰膏、石灰砂漿等。粘土是一種礦物原料，由多種水合硅酸鹽和一定量的氧化鋁、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物組成，并含有石英、長石、云母及硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽等雜質。含硅量高的粘土更適合用于煙氣處理。相應地，本發(fā)明還提供了一種煙氣處理系統(tǒng)，該煙氣處理系統(tǒng)使用了本發(fā)明提供的方法進行煙氣處理及熱能回收。所述系統(tǒng)包括雙效反應器(10)、高溫收塵器(20)、熱能回收及除塵系統(tǒng)(30)、儲灰倉(40)和獨立煙囪(50)，其中所述雙效反應器由相連的焚燒反應室(11)和氣固懸浮混合室(12)組成。本發(fā)明包括以下優(yōu)點第一，通過在本發(fā)明煙氣處理系統(tǒng)的雙效反應器中采用堿性物料與有害氣體混合高溫煅燒的處理方式，在整個煙氣處理過程和系統(tǒng)的初始階段就進行有害氣體處理，從而省去了后續(xù)煙氣處理中常用的石灰噴灑裝置，同時，由于將處理步驟提前，有效地大大減小了酸性氣體對設備的腐蝕。第二，焚燒反應室排出的凈化氣體，其熱能的可利用空間為約850 950°C到約 120°C，從而對比現有的有害氣體凈化-熱回收系統(tǒng)有著更高的熱能回收效率。第三，有害氣體在焚燒反應室被加熱至約850至950°C，在高度保溫條件下進入氣固懸浮混合室，整個過程停留時間達6至10秒。因此焚燒反應室對二噁英及形成二噁英的烴類有機物、有機氯化物和無機氯化物等的去除極為徹底，其效果遠超過現有的方法。第四，在本發(fā)明的一個方面，在通過將足量的尿素和氨氣等還原劑通入氣固懸浮混合室，從而將氮氧化物(NOx)的產生控制為低于100mg/Nm3。第五，堿性物料可在本發(fā)明的煙氣處理系統(tǒng)中循環(huán)使用，減少了堿性物料的投入。本發(fā)明提供的煙氣處理方法及其系統(tǒng)具有能在高溫條件下連續(xù)運行、吸收酸性氣體和消除二噁英和/或其前體物質，包括烴類有機物、有機氯化物和無機氯化物等的功能。 該系統(tǒng)既能高度消除含有機質、毒性及酸性氣體中的有機物顆粒、C0、S02、HC1、HF酸性氣體及二噁英等有害物質，同時又能保持或提高處理氣體的溫度，使之成為可供利用的穩(wěn)定熱源。在高度凈化氣體的毒性及酸性氣體的同時，實現原有害氣體資源化。


通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖1是根據本發(fā)明的煙氣處理方法的一種具體實施方式
的流程圖；圖2是使用圖1示出的煙氣處理方法的處理系統(tǒng)的一種具體實施方式
的結構示意圖。
具體實施例方式使用了帶有雙效反應器(Dual Purposes Reactor，DPR)的本發(fā)明的方法和系統(tǒng)在產業(yè)中進行了小試和中試。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
請參考圖1，圖1是根據本發(fā)明的煙氣處理方法的一種具體實施方式
的流程圖，該方法包括步驟SlOl，將焚燒煙氣輸入到雙效反應器的焚燒反應室；所述煙氣可能來自于水泥制造、煉鋼、火力發(fā)電、醫(yī)療垃圾焚燒、城市及生活廢物燃燒等。所述煙氣可以經過煙氣通道進入焚燒反應室，如果所述廢物的溫度很高時，還可以采用由耐高溫材料制成的高溫煙氣通道。所述通道與焚燒反應室可通過液壓閥門連接。步驟S102，將燃料注入到焚燒反應室進行燃燒，為了使燃料與氧氣充分接觸，可采用燃料噴嘴將燃料噴入焚燒反應室，以便燃燒更加充分。步驟S103，將堿性物料輸入到焚燒反應室進行加熱；其中，堿性物料為粉狀固體，其選自石灰、石灰石、硅沙、氧化鋁和黏土，或其組合。 含硅量高的粘土更適合用于煙氣處理。本發(fā)明中消除酸性氣體的反應包括但不限于HCl+NaOH — NaCl+H202HC1+Ca (OH) 2 — CaCl2+2H20HF+NaOH — NaF+H202HF+Ca (OH) 2 — CaF2+2H20S02+2Na0H — Na2S03+H20S02+Ca (OH) 2 — CaS03+H20為了能夠達到本發(fā)明充分去除煙氣中酸性氣體和二噁英前體物質的目的，焚燒反應室中的堿性物料的用量為其化學反應所需摩爾質量的20至85倍，遠超過吸收酸性氣體等有害物質所需的用量，堿性物料在整個煙氣處理過程中會持續(xù)保有化學吸收及物理吸附的雙重除酸除毒效果。所述氣固懸浮混合室可采用噴騰型、旋流型、或噴騰和旋流復合型的模式，令堿性物料在煙氣流中形成渦流，以達到堿性物料在氣固懸浮混合室中均勻分布，并與熱氣體充分混合接觸的效果。在本發(fā)明的一個方面，氣固懸浮混合室采用噴騰和旋流復合型的模式。步驟S104，在高溫下，所述煙氣與所述堿性物料進入氣固懸浮混合室反應，煙氣中的酸性氣體、持久性有機污染物和二噁英生成組分被清除；優(yōu)選的，還可以將足夠的尿素和氨氣等還原劑加入氣固懸浮混合室，可將氮氧化物(NOx)的產生減至低于100mg/Nm3。步驟S102至S104均保持在攝氏850-950°C之間發(fā)生。優(yōu)選的所述方法中，步驟 S102至S104中保持850至920°C的溫度，最優(yōu)選的，所述方法中步驟S102至S104中保持 860至890°C的溫度。所述煙氣在雙效反應器中停留時間合共為6至10秒，優(yōu)選8至10秒。步驟S105，氣粉混合物進入高溫收塵器，氣固分離，氣體排出。在本發(fā)明的一個方面，使用獨立煙 將經過本發(fā)明的方法和系統(tǒng)處理后的氣體排出。獨立煙 是指不用于排出來自其它系統(tǒng)、設備、方法的氣體或煙氣，也就是說，本發(fā)明的系統(tǒng)使用的煙囪與其它系統(tǒng)或設備的分開。優(yōu)選的，氣固分離后，為了更好地利用熱能資源，減少污染，要使氣固分離后的氣體再通過熱能回收及除塵系統(tǒng)，之后將無毒氣體排出系統(tǒng)。本發(fā)明的方法經獨立煙 穩(wěn)定排出溫度保持在120 150°C以上的無毒氣體。
步驟S106，剩余未反應的堿性物料可經高溫固料管道通過高溫三通閥隨物料循環(huán)管道回入焚燒反應室循環(huán)再用，或通過高溫三通閥經管道排出系統(tǒng)收集于儲灰倉作其他工業(yè)應用。結合圖2進行參考，圖2是使用圖1示出的煙氣處理方法的煙氣處理系統(tǒng)的一種具體實施方式
的結構示意圖，該系統(tǒng)包括雙效反應器10、高溫收塵器20、熱能回收及除塵系統(tǒng)30、儲灰倉40和獨立煙囪50，其中雙效反應器由相連的焚燒反應室11和氣固懸浮混合室12組成。下面結合圖1示出的方法對該系統(tǒng)的各部分進行說明。本實施例中，在該系統(tǒng)獨立運行的情況下，在雙效反應器10的焚燒反應室11內加入粉狀堿性物料，排出氣體的除水含氧率為8至11%，滌氣溫度850至950°C，停留時間時間6至10秒。如圖1所示，首先，將燃料通入雙效反應器10的焚燒反應室11，優(yōu)選地，為使燃料與氧氣有效混合燃燒，可以利用燃料噴嘴將燃料噴入燃料反應室11。其次，將粉狀堿性物料加入焚燒反應室11。粉狀堿性物料先行預熱至所需溫度，所述溫度不超過950°C。通過燃燒加熱，使滌氣溫度保持850至950°C，優(yōu)選850至920°C，最優(yōu)選860至890°C的溫度。再次，經過煅燒后，由焚燒反應室11排出氣粉混合物，將該氣粉混合物通入雙效反應器10的氣固懸浮混合室12。氣固懸浮混合室12中采用噴騰和旋流復合式的模式，令前述氣粉混合物中的高溫粉狀堿性物料和高溫煙氣在反應室中充分均化、混合、接觸和反應；最終達到氣體凈化的效果。之后，充分反應后的氣粉混合物由氣固懸浮混合室12內進入高溫收塵器20。通常氣固懸浮混合室12和高溫收塵器20可以通過氣固混合管道連接。在該高溫收塵器20中所述氣粉混合物中的粉塵與氣體分離，將所述氣粉混合物中的粉塵凈化后，余下高溫氣體進行下一步處理。本發(fā)明使用的高溫收塵器收塵效率> 92%。最后，氣固分離后高溫氣體進入熱能回收及除塵系統(tǒng)30，最終排入大氣，在熱能回收及除塵系統(tǒng)30可以與其他系統(tǒng)相連接，對排出的氣體進行再利用。在本發(fā)明的一個方面，氣固分離后高溫氣體直接與排出裝置相連，將處理后的氣體排入大氣，例如，可以使用獨立煙囪50。堿性物料則回到焚燒反應室11循環(huán)使用。本發(fā)明的方法經獨立煙囪50穩(wěn)定排出溫度保持在120 150°C以上的無毒氣體。當在實際操作中發(fā)現堿性物料性能不良、需要快速更換時，從高溫收塵器出來的堿性物料也可以直接進入儲灰倉40，同時加大焚燒反應室11的堿性物料投入量并增加燃料用量，直至堿性物料的比重達到反應要求且溫度恢復正常。通常燃料反應室11、高溫收塵器20和儲灰倉40之間可以通過一高溫三通閥進行連接，用于循環(huán)使用回收的堿性粉末和熱能。本發(fā)明的雙效反應器內整個過程保持溫度在850至950°C，優(yōu)選保持850至920°C 的溫度，最優(yōu)選保持860至890°C的溫度。另外，氣體停留時間為6至10秒，優(yōu)化工藝選擇為8至10秒。經過六個月的中試，使用本發(fā)明雙效反應器(Dual PurposesReactor，DPR)的系統(tǒng)最后釋放出的氣體的二噁英低于0. 018ngTEQ/m3，總揮發(fā)性有機碳低于3mg/m3，氯化氫氣
7體(HCl)低于3mg/m3，氟化氫氣體(HF)低于0. 03mg/m3, SO2低于20mg/m3(以標準狀態(tài)下含 11% O2的干煙氣為參考值轉換)。排出的氣體的各項指標符合歐盟和中國的大氣污染物綜合排放標準。本發(fā)明處理煙氣的方法和系統(tǒng)簡化了傳統(tǒng)方法的步驟和設備，并在去除了酸性氣體的同時，徹底的抑制和焚盡了二噁英前體物質，使二噁英在降溫過程中難以重新形成。對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化涵括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，顯然“包括” 一詞不排除其他單元或步驟，單數不排除復數。系統(tǒng)權利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現。
權利要求
1.一種利用雙效反應器處理高溫焚燒煙氣的方法，所述雙效反應器由相連的焚燒反應室和氣固懸浮混合室所組成，該方法包括以下步驟(a)高溫焚燒產生的煙氣經過高溫煙氣通道輸入到雙效反應器的焚燒反應室；(b)將燃料注入到所述焚燒反應室進行燃燒，把焚燒反應室加熱到高溫；(c)將堿性物料輸入到焚燒反應室；(d)在保持所述高溫的條件下，所述煙氣與所述堿性物料的混合物切向進入雙效反應器的氣固懸浮混合室并螺旋前進，在氣固懸浮混合室充分混合反應，所述煙氣中的酸性氣體和二噁英前體物質被清除；(e)氣粉混合物離開雙效反應器進入高溫收塵器，氣固分離，氣體經熱能回收及除塵系統(tǒng)后，經獨立煙囪排出溫度保持在120 150°C以上的無毒氣體；(f)剩余未反應的堿性物料通過三通閥回入焚燒反應室循環(huán)再用，或收集于儲灰倉。
2.根據權利要求1所述的方法，所述堿性物料為粉狀固體，其選自石灰、石灰石、硅沙、 氧化鋁和粘土，或其組合。
3.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(b)至(d)中保持850至950°C的溫度，優(yōu)選的，保持850至920°C的溫度，最優(yōu)選的，保持860至890°C。
4.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(c)中堿性物料輸入到焚燒反應室前預熱到接近到步驟(b)中所述焚燒反應室的高溫。
5.根據權利要求1所述的方法，其中氣固懸浮混合室采用噴騰和旋流復合模式，堿性物料在氣流中反復翻騰，堿性物料在氣固懸浮混合室中均勻分布，并與氣體充分混合接觸。
6.根據權利要求5所述的方法，所述堿性物料的用量為其化學反應所需摩爾質量的20 至85倍。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述煙氣在雙效反應器中停留時間為6至10秒， 優(yōu)選8至10秒。
8.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(d)中在氣固懸浮混合室還加入尿素和氨氣等還原劑，降低氮氧化物(NOx)的產生。
9.一種用于如權利要求1-8中任一項定義的煙氣處理方法的系統(tǒng)，其包括雙效反應器(10)、高溫收塵器(20)、熱能回收及除塵系統(tǒng)(30)、儲灰倉00)和獨立煙囪(50)，其中所述雙效反應器由相連的焚燒反應室(11)和氣固懸浮混合室(1 組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用雙效反應器處理高溫焚燒煙氣的方法和其系統(tǒng)。本發(fā)明的方法包括以下步驟將高溫焚燒煙氣輸入到雙效反應器的焚燒反應室；將燃料和堿性物料輸入到焚燒反應室進行加熱；所述煙氣與所述堿性物料進入雙效反應器的氣固懸浮混合室充分反應，煙氣中的酸性氣體和二噁英前體物質被清除；氣粉混合物進入高溫收塵器，氣固分離，氣體經獨立煙囪排出；剩余未反應的堿性物料可循環(huán)再用，或收集于儲灰倉。本發(fā)明還提供了一種用于上述煙氣處理方法的系統(tǒng)，其包括雙效反應器、高溫收塵器、熱能回收及除塵系統(tǒng)、儲灰倉和獨立煙囪，其中所述雙效反應器由相連的焚燒反應室和氣固懸浮混合室組成。
文檔編號B01D53/70GK102302891SQ20101061218
公開日2012年1月4日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者梁青照 申請人:圣達瀚科技有限公司