基于选择性催化脱硝催化燃烧一体化的垃圾焚烧

垃圾焚烧处理具有减量化、无害化、资源化比较明显等优势，得到迅速推广应用。但是，垃圾焚烧处理过程中不仅产生氮氧化物，还产生剧毒物质二恶英(Dioxins)，威胁人类的生存环境。垃圾焚烧处理过程中，二恶英的生成方式包括：炉内生成和尾部烟道内低温合成。

通过“3T+E”工艺，即控制：焚烧温度、烟气在炉内的停留时间、烟气的气固湍动程度和过量空气量，可以有效控制二恶英在炉内的生成。尾部烟道内二恶英的低温合成原理是尾部烟道烟气温度200℃至400℃的范围内，飞灰中的某些金属化合物作催化剂，将垃圾未充分燃尽的碳颗粒和含碳有机物与氯元素反应生成二恶英。由于垃圾焚烧炉的炉膛温度在800℃以上，而烟囱入口的烟气的一般在200℃以下，垃圾焚烧产生的烟气必然经历二恶英低温合成的温度区域，必然发生二恶英的低温合成反应。为了避免垃圾焚烧所产生的二恶英随烟气进入到大气中，垃圾焚烧厂在烟气净化处理中，在尾部烟道喷入活性炭、吸附烟气中二恶英，并通过除尘装置将活性炭捕集下来进入到除尘器收集的飞灰中，最终随着飞灰排放到环境中，飞灰中的二恶英造成环境风险。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种基于选择性催化脱硝催化燃烧一体化的垃圾焚烧系统和方法，脱除烟气中的飞灰和氮氧化物，消除烟气中碳颗粒和含碳有机物，有效防止垃圾焚烧过程中二恶英的低温合成、降低二恶英的排放总量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于选择性催化脱硝催化燃烧一体化的垃圾焚烧系统，包括垃圾焚烧炉、高温换热器、高温除尘器、选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置、低温换热器和烟气净化装置；

所述垃圾焚烧炉的排烟口与所述高温换热器相连接，高温换热器烟气出口与所述高温除尘器相连接，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质，高温除尘器烟气出口与选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置相连接，通过选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置使烟气中的氮氧化物转变成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒、以及烟气中的含碳有机物催化燃烧生成二氧化碳和水；选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置烟气出口连接低温换热器，低温换热器烟气出口连接烟气净化装置，烟气经烟气净化装置净化后排空。

进一步，在所述高温除尘器烟气出口位置设置温度传感器，通过温度传感器监测烟气温度。

进一步，所述选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置包括烟道及安装在烟道中沿着烟气流动方向依次设置的选择性催化还原脱硝装置和催化燃烧装置，在选择性催化还原脱硝装置的烟气入口设置有还原剂喷头。

进一步，所述高温除尘器的除尘材料采用多孔金属过滤材料、多孔陶瓷过滤材料或者多孔复合过滤材料。

进一步，所述选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置的脱硝催化剂为以TiO₂为载体，以V₂O₅为主要活性成份，以WO₃、MoO₃为抗氧化、抗毒化辅助成份。

进一步，所述选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置的脱硝催化剂的型式为板式、蜂窝式或者为波纹板式。

进一步，所述选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置的催化燃烧催化剂为钯催化剂、铂催化剂或非贵金属氧化物催化剂。

进一步，所述选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置的催化燃烧催化剂为单一种催化剂，或者多种催化剂结合在一起构成的复合催化剂。

进一步，所述选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置采用的催化剂基体是多孔陶瓷基体、多孔金属基体或多孔复合基体。

基于选择性催化脱硝催化燃烧一体化的垃圾焚烧方法，包括如下步骤：

步骤一：将垃圾焚烧炉中垃圾焚烧产生的高温烟气通入高温换热器对高温烟气进行降温，将烟气温度降低到450℃±50℃；

步骤二：降温后的烟气通入高温除尘器进行除尘净化处理，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质；

步骤三：经过高温除尘器净化后的烟气进入选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置，烟气中的氮氧化物转变成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒、以及烟气中的含碳有机物催化燃烧生成二氧化碳和水；

步骤四：完成除尘净化、选择性催化脱硝和催化燃烧后的烟气通入低温换热器，通过低温换热器将烟气温度降低到200℃以下；

步骤五：低温烟气进入烟气净化装置，完成脱酸、除尘、脱除二恶英净化措施后排空。

本发明的有益效果是：

(1)本发明垃圾焚烧排放的烟气经高温换热器降温后温度达到450℃±50℃，随后烟气经高温除尘器进行除尘净化，此温度范围高于二恶英的低温合成温度范围，不会发生二恶英的合成，飞灰中二恶英的浓度低、毒性小。因此，高温除尘器收集的飞灰所含二恶英含量低，排放到环境中由二恶英带来的环境风险低。

经过高温除尘器的净化，烟气中的飞灰浓度大幅度降低，烟气中残存的垃圾焚烧未燃尽的碳颗粒也被高温除尘器收集，相应的烟气中的未燃尽的碳颗粒浓度也大幅度降低。

(2)烟气离开高温除尘器后进入SCRCB装置，在SCRCB装置内烟气中的氮氧化物与喷入的还原剂在SCRCB装置内进行选择性催化还原反应、生成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒和可燃性含碳有机物与氧气在SCRCB装置的催化剂表面发生催化燃烧反应生成二氧化碳和水；消除了大部分二恶英低温合成所必须的未燃尽碳颗粒和含碳有机物。

(3)烟气离开SCRCB装置后进入低温换热器，烟气温度降低到200℃以下，虽然烟气在低温换热器内经历二恶英低温生成的400℃至200℃的温度区间，但是低温生成的二恶英总量却非常少，是因为(a)烟气中残存的大部分未燃尽碳颗粒和含碳有机物已经被高温除尘器和SCRCB装置脱除，缺少二恶英低温生成的物质条件；(b)烟气中的飞灰已经在高温除尘器中脱除，而飞灰是二恶英低温合成的催化剂，导致低温换热器内缺少二恶英低温合成的催化剂条件，缺少物质条件和催化剂条件，二恶英无法低温生成，具有显著的经济效益和环境效益。

(4)由于低温生成二恶英量非常少，烟气中的二恶英总量非常少，被烟气净化装置所收集的二恶英总量非常少，因此，排放到环境中的二恶英总量非常少，环境风险大幅度降低。

(5)由于SCRCB装置之前设置的高温除尘器的净化作用，烟气离开高温除尘器后进入SCRCB装置，烟气中的飞灰浓度大幅度降低，降低了飞灰对SCRCB装置的冲刷磨损及对SCRCB装置的催化剂的污染，SCRCB装置的催化剂的寿命和化学反应活性得到大幅度延长，SCRCB装置的选择性催化脱硝反应和催化燃烧反应效果得到大幅度提高。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图

图2是本发明中选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置结构示意图

图中：1-垃圾焚烧炉，2-高温换热器，3-高温除尘器，4-温度传感器，5-选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置，501-选择性催化还原脱硝装置，502-催化燃烧装置，503-还原剂喷头，6-低温换热器，7-烟气净化装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明基于选择性催化脱硝催化燃烧一体化的垃圾焚烧系统，包括垃圾焚烧炉1、高温换热器2、高温除尘器3、温度传感器4、选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置5、低温换热器6、烟气净化装置7。

所述垃圾焚烧炉1的排烟口与所述高温换热器2相连接，通过高温换热器2对垃圾焚烧炉1排出的高温烟气进行降温，所述高温换热器2烟气出口与所述高温除尘器3相连接，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质，高温除尘器3烟气出口与选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置5连接，通过SCRCB装置5将氮氧化物、残余的碳颗粒、含碳有机物分解，SCRCB装置5烟气出口连接低温换热器6，通过低温换热器6将烟气温度降低到200℃以下，低温换热器6烟气出口连接烟气净化装置7，经烟气净化装置进一步完成净化，烟气满足环保排放要求的条件下排放到大气中。

在高温除尘器3烟气出口位置设置温度传感器4，通过温度传感器4监测烟气温度，然后调节垃圾焚烧炉1的燃烧条件，保证高温烟气经高温换热器2温度降低到450℃±50℃。

所述高温除尘器3的除尘材料可以采用多孔金属过滤材料，也可以采用多孔陶瓷过滤材料，或者其他多孔复合过滤材料。

如图2所示，所述选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置包括烟道及安装在烟道中的沿着烟气流动方向依次设置的选择性催化还原脱硝装置(SCR)501和催化燃烧装置502，在选择性催化还原脱硝装置(SCR)501的烟气入口侧设置有还原剂喷头503，通过还原剂喷头503喷射还原剂，高温除尘器净化后的烟气进入SCRCB装置5后，在SCRCB装置5中主要发生如下三类催化反应：

1、烟气中的氮氧化物与喷入的还原剂在催化剂的作用下进行选择性催化还原反应、转变成氮气和水；

2、烟气中残余的碳颗粒、以及烟气中的含碳有机物在催化剂的作用下与氧气发生催化燃烧反应，生成二氧化碳和水。

SCRCB装置5具有选择性催化脱硝功能和催化燃烧功能，催化燃烧催化剂可以是贵金属催化剂钯或者铂，也可以是非贵金属催化剂，如镉金属的氧化物、锰金属的氧化物、铁金属的氧化物、钴金属的氧化物或铜金属的氧化物，催化剂基体还可以是多孔陶瓷基体，也可以是多孔金属基体，还可以是多孔复合基体，催化燃烧催化剂的种类可以是单一种催化剂，也可以是多种催化剂结合在一起构成的复合催化剂。

所述选择性催化脱硝催化燃烧一体化装置5的脱硝催化剂为以TiO₂为载体，以V₂O₅为主要活性成份，以WO₃、MoO₃为抗氧化、抗毒化辅助成份；脱硝催化剂的型式为板式、蜂窝式或者为波纹板式。

基于上述垃圾焚烧系统，本发明还提供了一种基于选择性催化脱硝催化燃烧一体化的垃圾焚烧方法，包括如下步骤：

步骤一：将垃圾焚烧炉1中垃圾焚烧产生的高温烟气通入高温换热器进行降温，烟气温度降低到450℃±50℃；

步骤二：降温后的烟气通入高温除尘器进行除尘净化处理，高温除尘器脱除烟气中的灰尘、碳颗粒等大部分固态物质；

步骤三：经过高温除尘器净化后的烟气进入SCRCB装置5，在SCRCB装置5中烟气中的氮氧化物转变成氮气和水；烟气中残余的碳颗粒、以及烟气中的含碳有机物催化燃烧生成二氧化碳和水；

步骤四：完成除尘净化、选择性催化脱硝和催化燃烧后的烟气通入低温换热器，通过低温换热器6将烟气温度降低到200℃以下；

步骤五：低温烟气进入烟气净化装置，完成脱酸、除尘、脱除二恶英等净化措施后，满足环保排放要求的条件下排放到大气中。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。