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基于選擇性催化脫硝催化燃燒一體化的垃圾焚燒

垃圾焚燒處理具有減量化、無(wú)害化、資源化比較明顯等優(yōu)勢(shì)，得到迅速推廣應(yīng)用。但是，垃圾焚燒處理過(guò)程中不僅產(chǎn)生氮氧化物，還產(chǎn)生劇毒物質(zhì)二惡英(Dioxins)，威脅人類(lèi)的生存環(huán)境。垃圾焚燒處理過(guò)程中，二惡英的生成方式包括：爐內(nèi)生成和尾部煙道內(nèi)低溫合成。

通過(guò)“3T+E”工藝，即控制：焚燒溫度、煙氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間、煙氣的氣固湍動(dòng)程度和過(guò)量空氣量，可以有效控制二惡英在爐內(nèi)的生成。尾部煙道內(nèi)二惡英的低溫合成原理是尾部煙道煙氣溫度200℃至400℃的范圍內(nèi)，飛灰中的某些金屬化合物作催化劑，將垃圾未充分燃盡的碳顆粒和含碳有機(jī)物與氯元素反應(yīng)生成二惡英。由于垃圾焚燒爐的爐膛溫度在800℃以上，而煙囪入口的煙氣的一般在200℃以下，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣必然經(jīng)歷二惡英低溫合成的溫度區(qū)域，必然發(fā)生二惡英的低溫合成反應(yīng)。為了避免垃圾焚燒所產(chǎn)生的二惡英隨煙氣進(jìn)入到大氣中，垃圾焚燒廠在煙氣凈化處理中，在尾部煙道噴入活性炭、吸附煙氣中二惡英，并通過(guò)除塵裝置將活性炭捕集下來(lái)進(jìn)入到除塵器收集的飛灰中，最終隨著飛灰排放到環(huán)境中，飛灰中的二惡英造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于選擇性催化脫硝催化燃燒一體化的垃圾焚燒系統(tǒng)和方法，脫除煙氣中的飛灰和氮氧化物，消除煙氣中碳顆粒和含碳有機(jī)物，有效防止垃圾焚燒過(guò)程中二惡英的低溫合成、降低二惡英的排放總量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

基于選擇性催化脫硝催化燃燒一體化的垃圾焚燒系統(tǒng)，包括垃圾焚燒爐、高溫?fù)Q熱器、高溫除塵器、選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置、低溫?fù)Q熱器和煙氣凈化裝置；

所述垃圾焚燒爐的排煙口與所述高溫?fù)Q熱器相連接，高溫?fù)Q熱器煙氣出口與所述高溫除塵器相連接，高溫除塵器脫除煙氣中的灰塵、碳顆粒等大部分固態(tài)物質(zhì)，高溫除塵器煙氣出口與選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置相連接，通過(guò)選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置使煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)變成氮?dú)夂退?；煙氣中殘余的碳顆粒、以及煙氣中的含碳有機(jī)物催化燃燒生成二氧化碳和水；選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置煙氣出口連接低溫?fù)Q熱器，低溫?fù)Q熱器煙氣出口連接煙氣凈化裝置，煙氣經(jīng)煙氣凈化裝置凈化后排空。

進(jìn)一步，在所述高溫除塵器煙氣出口位置設(shè)置溫度傳感器，通過(guò)溫度傳感器監(jiān)測(cè)煙氣溫度。

進(jìn)一步，所述選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置包括煙道及安裝在煙道中沿著煙氣流動(dòng)方向依次設(shè)置的選擇性催化還原脫硝裝置和催化燃燒裝置，在選擇性催化還原脫硝裝置的煙氣入口設(shè)置有還原劑噴頭。

進(jìn)一步，所述高溫除塵器的除塵材料采用多孔金屬過(guò)濾材料、多孔陶瓷過(guò)濾材料或者多孔復(fù)合過(guò)濾材料。

進(jìn)一步，所述選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置的脫硝催化劑為以TiO₂為載體，以V₂O₅為主要活性成份，以WO₃、MoO₃為抗氧化、抗毒化輔助成份。

進(jìn)一步，所述選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置的脫硝催化劑的型式為板式、蜂窩式或者為波紋板式。

進(jìn)一步，所述選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置的催化燃燒催化劑為鈀催化劑、鉑催化劑或非貴金屬氧化物催化劑。

進(jìn)一步，所述選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置的催化燃燒催化劑為單一種催化劑，或者多種催化劑結(jié)合在一起構(gòu)成的復(fù)合催化劑。

進(jìn)一步，所述選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置采用的催化劑基體是多孔陶瓷基體、多孔金屬基體或多孔復(fù)合基體。

基于選擇性催化脫硝催化燃燒一體化的垃圾焚燒方法，包括如下步驟：

步驟一：將垃圾焚燒爐中垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ敫邷負(fù)Q熱器對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行降溫，將煙氣溫度降低到450℃±50℃；

步驟二：降溫后的煙氣通入高溫除塵器進(jìn)行除塵凈化處理，高溫除塵器脫除煙氣中的灰塵、碳顆粒等大部分固態(tài)物質(zhì)；

步驟三：經(jīng)過(guò)高溫除塵器凈化后的煙氣進(jìn)入選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置，煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)變成氮?dú)夂退?；煙氣中殘余的碳顆粒、以及煙氣中的含碳有機(jī)物催化燃燒生成二氧化碳和水；

步驟四：完成除塵凈化、選擇性催化脫硝和催化燃燒后的煙氣通入低溫?fù)Q熱器，通過(guò)低溫?fù)Q熱器將煙氣溫度降低到200℃以下；

步驟五：低溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣凈化裝置，完成脫酸、除塵、脫除二惡英凈化措施后排空。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明垃圾焚燒排放的煙氣經(jīng)高溫?fù)Q熱器降溫后溫度達(dá)到450℃±50℃，隨后煙氣經(jīng)高溫除塵器進(jìn)行除塵凈化，此溫度范圍高于二惡英的低溫合成溫度范圍，不會(huì)發(fā)生二惡英的合成，飛灰中二惡英的濃度低、毒性小。因此，高溫除塵器收集的飛灰所含二惡英含量低，排放到環(huán)境中由二惡英帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)低。

經(jīng)過(guò)高溫除塵器的凈化，煙氣中的飛灰濃度大幅度降低，煙氣中殘存的垃圾焚燒未燃盡的碳顆粒也被高溫除塵器收集，相應(yīng)的煙氣中的未燃盡的碳顆粒濃度也大幅度降低。

(2)煙氣離開(kāi)高溫除塵器后進(jìn)入SCRCB裝置，在SCRCB裝置內(nèi)煙氣中的氮氧化物與噴入的還原劑在SCRCB裝置內(nèi)進(jìn)行選擇性催化還原反應(yīng)、生成氮?dú)夂退?；煙氣中殘余的碳顆粒和可燃性含碳有機(jī)物與氧氣在SCRCB裝置的催化劑表面發(fā)生催化燃燒反應(yīng)生成二氧化碳和水；消除了大部分二惡英低溫合成所必須的未燃盡碳顆粒和含碳有機(jī)物。

(3)煙氣離開(kāi)SCRCB裝置后進(jìn)入低溫?fù)Q熱器，煙氣溫度降低到200℃以下，雖然煙氣在低溫?fù)Q熱器內(nèi)經(jīng)歷二惡英低溫生成的400℃至200℃的溫度區(qū)間，但是低溫生成的二惡英總量卻非常少，是因?yàn)?a)煙氣中殘存的大部分未燃盡碳顆粒和含碳有機(jī)物已經(jīng)被高溫除塵器和SCRCB裝置脫除，缺少二惡英低溫生成的物質(zhì)條件；(b)煙氣中的飛灰已經(jīng)在高溫除塵器中脫除，而飛灰是二惡英低溫合成的催化劑，導(dǎo)致低溫?fù)Q熱器內(nèi)缺少二惡英低溫合成的催化劑條件，缺少物質(zhì)條件和催化劑條件，二惡英無(wú)法低溫生成，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

(4)由于低溫生成二惡英量非常少，煙氣中的二惡英總量非常少，被煙氣凈化裝置所收集的二惡英總量非常少，因此，排放到環(huán)境中的二惡英總量非常少，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大幅度降低。

(5)由于SCRCB裝置之前設(shè)置的高溫除塵器的凈化作用，煙氣離開(kāi)高溫除塵器后進(jìn)入SCRCB裝置，煙氣中的飛灰濃度大幅度降低，降低了飛灰對(duì)SCRCB裝置的沖刷磨損及對(duì)SCRCB裝置的催化劑的污染，SCRCB裝置的催化劑的壽命和化學(xué)反應(yīng)活性得到大幅度延長(zhǎng)，SCRCB裝置的選擇性催化脫硝反應(yīng)和催化燃燒反應(yīng)效果得到大幅度提高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本發(fā)明中選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：1-垃圾焚燒爐，2-高溫?fù)Q熱器，3-高溫除塵器，4-溫度傳感器，5-選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置，501-選擇性催化還原脫硝裝置，502-催化燃燒裝置，503-還原劑噴頭，6-低溫?fù)Q熱器，7-煙氣凈化裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

如圖1所示，本發(fā)明基于選擇性催化脫硝催化燃燒一體化的垃圾焚燒系統(tǒng)，包括垃圾焚燒爐1、高溫?fù)Q熱器2、高溫除塵器3、溫度傳感器4、選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置5、低溫?fù)Q熱器6、煙氣凈化裝置7。

所述垃圾焚燒爐1的排煙口與所述高溫?fù)Q熱器2相連接，通過(guò)高溫?fù)Q熱器2對(duì)垃圾焚燒爐1排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)行降溫，所述高溫?fù)Q熱器2煙氣出口與所述高溫除塵器3相連接，高溫除塵器脫除煙氣中的灰塵、碳顆粒等大部分固態(tài)物質(zhì)，高溫除塵器3煙氣出口與選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置5連接，通過(guò)SCRCB裝置5將氮氧化物、殘余的碳顆粒、含碳有機(jī)物分解，SCRCB裝置5煙氣出口連接低溫?fù)Q熱器6，通過(guò)低溫?fù)Q熱器6將煙氣溫度降低到200℃以下，低溫?fù)Q熱器6煙氣出口連接煙氣凈化裝置7，經(jīng)煙氣凈化裝置進(jìn)一步完成凈化，煙氣滿(mǎn)足環(huán)保排放要求的條件下排放到大氣中。

在高溫除塵器3煙氣出口位置設(shè)置溫度傳感器4，通過(guò)溫度傳感器4監(jiān)測(cè)煙氣溫度，然后調(diào)節(jié)垃圾焚燒爐1的燃燒條件，保證高溫?zé)煔饨?jīng)高溫?fù)Q熱器2溫度降低到450℃±50℃。

所述高溫除塵器3的除塵材料可以采用多孔金屬過(guò)濾材料，也可以采用多孔陶瓷過(guò)濾材料，或者其他多孔復(fù)合過(guò)濾材料。

如圖2所示，所述選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置包括煙道及安裝在煙道中的沿著煙氣流動(dòng)方向依次設(shè)置的選擇性催化還原脫硝裝置(SCR)501和催化燃燒裝置502，在選擇性催化還原脫硝裝置(SCR)501的煙氣入口側(cè)設(shè)置有還原劑噴頭503，通過(guò)還原劑噴頭503噴射還原劑，高溫除塵器凈化后的煙氣進(jìn)入SCRCB裝置5后，在SCRCB裝置5中主要發(fā)生如下三類(lèi)催化反應(yīng)：

1、煙氣中的氮氧化物與噴入的還原劑在催化劑的作用下進(jìn)行選擇性催化還原反應(yīng)、轉(zhuǎn)變成氮?dú)夂退?/p>

2、煙氣中殘余的碳顆粒、以及煙氣中的含碳有機(jī)物在催化劑的作用下與氧氣發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，生成二氧化碳和水。

SCRCB裝置5具有選擇性催化脫硝功能和催化燃燒功能，催化燃燒催化劑可以是貴金屬催化劑鈀或者鉑，也可以是非貴金屬催化劑，如鎘金屬的氧化物、錳金屬的氧化物、鐵金屬的氧化物、鈷金屬的氧化物或銅金屬的氧化物，催化劑基體還可以是多孔陶瓷基體，也可以是多孔金屬基體，還可以是多孔復(fù)合基體，催化燃燒催化劑的種類(lèi)可以是單一種催化劑，也可以是多種催化劑結(jié)合在一起構(gòu)成的復(fù)合催化劑。

所述選擇性催化脫硝催化燃燒一體化裝置5的脫硝催化劑為以TiO₂為載體，以V₂O₅為主要活性成份，以WO₃、MoO₃為抗氧化、抗毒化輔助成份；脫硝催化劑的型式為板式、蜂窩式或者為波紋板式。

基于上述垃圾焚燒系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種基于選擇性催化脫硝催化燃燒一體化的垃圾焚燒方法，包括如下步驟：

步驟一：將垃圾焚燒爐1中垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ敫邷負(fù)Q熱器進(jìn)行降溫，煙氣溫度降低到450℃±50℃；

步驟二：降溫后的煙氣通入高溫除塵器進(jìn)行除塵凈化處理，高溫除塵器脫除煙氣中的灰塵、碳顆粒等大部分固態(tài)物質(zhì)；

步驟三：經(jīng)過(guò)高溫除塵器凈化后的煙氣進(jìn)入SCRCB裝置5，在SCRCB裝置5中煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)變成氮?dú)夂退?；煙氣中殘余的碳顆粒、以及煙氣中的含碳有機(jī)物催化燃燒生成二氧化碳和水；

步驟四：完成除塵凈化、選擇性催化脫硝和催化燃燒后的煙氣通入低溫?fù)Q熱器，通過(guò)低溫?fù)Q熱器6將煙氣溫度降低到200℃以下；

步驟五：低溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣凈化裝置，完成脫酸、除塵、脫除二惡英等凈化措施后，滿(mǎn)足環(huán)保排放要求的條件下排放到大氣中。

最后應(yīng)該說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本權(quán)利要求范圍當(dāng)中。