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焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一

电解铝行业中碳素厂的主要污染物是阳极焙烧过程中产生的焙烧烟气,其中含有沥青烟、粉尘、氟化物、二氧化硫、氮氧化物、苯并芘等有害成分。随着国家环保标准的提高,国家对各种污染物排放指标要求越来越严格,许多新建和现有企业均面临着巨大的环保压力。市场上碳素原材料中硫的成分增加导致焙烧炉出口烟气中二氧化硫含量大幅升高,使得排放的二氧化硫气体高于国家排放标准的要求。在个别污染物控制严格的区域,除了进行总量控制,也需要对氟化氢、二氧化硫等酸性气体以及氮氧化物进行特殊处理,使其远低于国家浓度排放标准的要求进行排放。

目前,焙烧烟气净化处理采用的主要方法有以下几种:

(1)电捕焦油器+干法的工艺

将从焙烧炉中产生的焙烧烟气经过电捕焦油器捕集焦油和粉尘,再经过氧化铝干法吸附除去其中的氟化氢气体。

这种方法可以去除掉烟气中的焦油、苯并芘、粉尘和氟化物,但是无法去除掉烟气中的二氧化硫及氮氧化物,且电捕焦油器捕集下来的焦油属于危险废弃物,需要对其进行二次处理。

(2)湿法喷淋+电捕焦油器

将从焙烧炉中产生的焙烧烟气经过冷却塔湿法洗涤,除去其中氟化氢和二氧化硫,再经过电捕焦油器除去其中的粉尘和焦油。

这种方法可以去除掉焙烧烟气中的焦油、二氧化硫、氟化物和部分粉尘,但是无法去除掉烟气中的苯并芘及氮氧化物,且粉尘和捕集下来的焦油需要二次处理。

(3)焚烧+氧化铝干法的工艺

将从焙烧炉来的焙烧烟气经过蓄热式焚烧炉除去其中的焦油和苯并芘,再经过干法除去其中的氟化物和粉尘等有害气体。

这种方法同样无法去除掉烟气中的二氧化硫及氮氧化物。

上述几种方法皆存在着系统能耗较高、二次污染难以处理、设备投资高、污染物处理不彻底、设备腐蚀严重等缺点。

同时,随着碳素行业的发展,污染物排放标准可能最终会向世界标准看齐,电解铝厂烟囱粉尘排放达到5mg/Nm3,总氟排放达到0.8mg/Nm3,氮氧化物排放达到100mg/Nm3,二氧化硫排放达到50mg/Nm3,焦油含量达到5mg/Nm3的最终目标值。因此,需要开发一种新的焙烧烟气净化治理工艺来处理新建碳素厂产生的焙烧烟气,或对现有的焙烧烟气净化系统进行全面的升级改造,以满足现在和未来国家环保标准的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理方法和系统,解决现有技术中系统能耗较高、二次污染难以处理、设备投资高、污染物处理不彻底、设备腐蚀严重等问题。

本发明的技术方案是:

一种焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理方法,采用蓄热式焚烧炉+脱硝+碱性干法吸附,彻底处理焙烧烟气污染物,具体处理过程如下:

焙烧烟气首先通过焙烧炉出口烟道,经过管道内设置的过滤器,过滤掉部分粉尘及焦油,再进入蓄热式焚烧炉,利用焚烧炉加入的燃气处理掉烟气中的焦油和苯并芘,在蓄热式焚烧炉高温区的还原剂喷嘴喷入氮氧化物还原剂,完成氮氧化物处理;蓄热式焚烧炉中的烟气经过除尘器烟道进入循环流化床反应器,在循环流化床反应器中加入吸附剂,冷水经水泵和冷水喷水口加入到循环流化床反应器进行降温增湿,在循环流化床反应器内与碱性颗粒物在喷入的雾化水作用下,完成吸附反应;吸附反应后的烟气与碱性颗粒物进入除尘器,完成过滤达到气固分离目的,处理后的烟气达标排放,烟气经除尘器后烟道和引风机,由烟囱排入大气,过滤掉的粉尘无害化填埋处理。

所述的焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理方法,吸附剂由罐车一打料到物料仓,再由旋转给料阀二加入到风动溜槽二,加入到循环流化床反应器,在循环流化床反应器中与烟气完成吸附反应后一起进入除尘器;在除尘器内完成气固分离,过滤掉的吸附剂由风动溜槽一进入气力提升机或压力罐,罗茨风机提供动力,将反应后的吸附剂提升到返回仓,由旋转给料阀三下料到罐车三中进行后续处理。

所述的焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理方法,蓄热式焚烧炉内喷射的还原剂由罐车三输送到还原剂储罐,经喷嘴喷入蓄热式焚烧炉的高温区,完成对炉内氮氧化物还原;从除尘器分离下来的吸附剂,部分经过旋转给料阀一进入风动溜槽三,再由风动溜槽三输送到循环流化床反应器中。

一种焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理系统,具体结构如下:

焙烧炉出口烟道分两路:一路上依次设置过滤器、蓄热式焚烧炉、除尘器烟道、循环流化床反应器、除尘器、除尘器后烟道、引风机、烟囱,另一路依次通过事故烟道一、事故烟道三与烟囱内的下部相连通,事故烟道一通过一个管路与除尘器烟道相连通,事故烟道一还通过事故烟道二与除尘器后烟道相连通。

所述的焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理系统,蓄热式焚烧炉在过滤器与循环流化床反应器中间,蓄热式焚烧炉内的上部高温区设有还原剂喷嘴,还原剂喷嘴通过管路与还原剂储罐的底部相连通,还原剂储罐的顶部通过管路与盛放还原剂的罐车二相连通,还原剂喷嘴连续喷射还原剂,将进入蓄热式焚烧炉的烟气中氮氧化物还原为N2

所述的焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理系统,水泵通过管路连接冷水喷水口,冷水喷水口设置于循环流化床反应器内,循环流化床反应器内喷入雾化冷却水;物料仓的顶部通过管路与罐车一相连通,物料仓的底部通过管路与风动溜槽二的一端相连通,风动溜槽二的另一端与循环流化床反应器内的下部相连通。

所述的焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理系统,水泵通过管路连接事故喷水口,事故喷水口位于事故烟道一内,冷水经水泵和管路连至事故喷水口,事故烟道一喷入内冷却水,应急处理出现烟道着火的情况。

所述的焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理系统,除尘器位于循环流化床反应器和引风机之间,除尘器的底部通过一个管路与风动溜槽三的一端相连通,风动溜槽三的另一端与循环流化床反应器内的下部相连通;除尘器的底部通过另一管路与风动溜槽一的一端相连通,风动溜槽一的另一端通过管路与气力提升机或压力罐内的顶部相连通;气力提升机或压力罐内的顶部还通过管路与返回仓的顶部相连通,返回仓的底部通过管路与罐车三相连通,气力提升机或压力罐内的底部通过管路与罗茨风机相连通。

所述的焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理系统,系统内的吸附剂为碱性颗粒,碱性颗粒为Ca(OH)2、CaCO3、MgCO3、Mg(OH)2和NaOH中的一种或两种以上的混合物,碱性颗粒粒径为1μm~2cm;或者,系统内吸附剂为以CaO、MgO氧化物为主的混合物,或添加金属催化剂的混合物形式。

所述的焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理系统,系统内的还原剂是氨NH3、尿素(CO(NH2)2)、氢氨酸((HCNO)3)或其他改性的氨基还原剂。

本发明的设计思想是:

为了处理焙烧烟气复杂的污染物成分,本发明特采用焙烧烟气一体化处理技术。从焙烧炉来的烟气首先经过蓄热式焚烧炉(RTO)去除烟气中的沥青烟、苯丙芘;在RTO中喷入特制的脱硝剂,进行高温选择性非催化还原脱硝,除去烟气中的氮氧化物;从RTO排除的烟气进入循环流化床半干法脱硫(CFD)系统或NID(New Integrated Desulfurization)干法脱硫技术,与加入的Ca(OH)2粉末反应,处理掉烟气中二氧化硫;烟气再进入布袋除尘器,过滤掉烟气中的粉尘,净化后的烟气再经过风机和烟囱排入大气。吸附完二氧化硫的反应物进行填埋或建材使用,经过RTO的高温烟气可进行余热回收利用。

本发明的优点及有益效果是:

1、本发明适用于碳素厂焙烧烟气净化,也适用于生产过程中产生焦油、粉尘及含酸性气体的行业或领域,如:炼焦等。本发明去除烟气中的粉尘、焦油、苯并芘、氟化氢、二氧化硫及氮氧化物等污染物,是一种治理多污染物气体的综合方法。

2、本发明可实现对有机污染物的彻底治理,尤其是处理各类成分复杂的烟气,系统稳定性高;设备、管道、烟囱无腐蚀,杜绝二次污染,设备维护便捷,自控程度高。目前,焙烧烟气一体化处理技术已经进行分体化实验和工程化应用,正在进行技术整合应用研究和市场推广,具有较高的市场前景。

附图说明

图1是本发明实施例1的流程示意图。

图中:1、焙烧炉出口烟道;2、蓄热式焚烧炉;3、除尘器烟道;4、循环流化床反应器;5、除尘器;6、除尘器后烟道;7、引风机;8、事故烟道一;9、事故烟道二;10、事故烟道三;11、高压离心风机;12、罗茨风机;13、气力提升机或压力罐;14、风动溜槽一;15、旋转给料阀一;16、旋转给料阀二;17、罐车一;18、物料仓;19、返回仓;20、烟囱;21、水泵;22、冷水喷水口;23、事故喷水口;24、旋转给料阀三;25、过滤器;26、还原剂储罐;27、还原剂喷嘴;28、罐车二;29、罐车三;30、风动溜槽二;31、风动溜槽三。

具体实施方式

下面结合附图对本发明加以详细描述,但本发明的保护范围不受示意图所限。

如图1所示,本发明焙烧烟气脱氟、除尘、脱沥青烟、脱硫、脱硝一体化处理系统,该系统中主要设备和部件为管道、过滤器、蓄热式焚烧炉、反应器(气固混合器)、除尘器、引风机、喷雾增湿装置、过滤器、物料输送装置、管道、附属风机等,主要分体结构包括:焙烧炉出口烟道1、蓄热式焚烧炉2、除尘器烟道3、循环流化床反应器4、除尘器5、除尘器后烟道6、引风机7、事故烟道一8、事故烟道二9、事故烟道三10、高压离心风机11、罗茨风机12、气力提升机或压力罐13、风动溜槽一14、旋转给料阀一15、旋转给料阀二16、罐车一17、物料仓18、返回仓19、烟囱20、水泵21、冷水喷水口22、事故喷水口23、旋转给料阀三24、过滤器25、还原剂储罐26、还原剂喷嘴27、罐车二28、罐车三29、风动溜槽二30、风动溜槽三31等,具体结构如下:

焙烧炉出口烟道1分两路:一路上依次设置过滤器25、蓄热式焚烧炉2、除尘器烟道3、循环流化床反应器4、除尘器5、除尘器后烟道6、引风机7、烟囱20,蓄热式焚烧炉2的进口处和出口处分别设置阀门1#和阀门2#,除尘器烟道3上设置阀门3#,循环流化床反应器4、除尘器5相通的管路上设置阀门4#,除尘器5、除尘器后烟道6相通的管路上设置阀门5#,引风机7的进口处和出口处分别设置阀门6#和阀门7#。另一路依次通过事故烟道一8、事故烟道三10与烟囱20内的下部相连通,焙烧炉出口烟道1与事故烟道一8相通处设置阀门9#,事故烟道三10与烟囱20相通处设置阀门11#,事故烟道一8通过一个管路(所述管路上设置阀门10#)与除尘器烟道3相连通,事故烟道一8还通过事故烟道二9(事故烟道二9上设置阀门8#)与除尘器后烟道6相连通。

蓄热式焚烧炉2与焙烧炉之间布置过滤器25,过滤器25为钢丝过滤器或非金属过滤器,作用是过滤掉烟气中的颗粒和部分焦油。过滤器25的数量为1~10个,可以相互备用。

蓄热式焚烧炉2在过滤器25与循环流化床反应器4中间,蓄热式焚烧炉2内喷燃气,在蓄热式焚烧炉2内完成焙烧烟气焚烧任务,蓄热式焚烧炉2散发热量可以回收余热,用于加热焙烧烟气或其他工序。蓄热式焚烧炉2的数量为1~10个,蓄热式焚烧炉2设有自动清理装置,可以采用高温烟气清理设备内部的粉尘和焦油。蓄热式焚烧炉2内的上部高温区设有还原剂喷嘴27,还原剂喷嘴27通过管路(所述管路上设置阀门12#)与还原剂储罐26的底部相连通,还原剂储罐26的顶部通过管路与盛放还原剂的罐车二28相连通,还原剂喷嘴27连续喷射还原剂,将进入蓄热式焚烧炉2的烟气中氮氧化物还原为N2

循环流化床反应器4的材质为普通钢、耐磨钢或其它合金,作为气体和固体颗粒物混合反应器。水泵21通过管路连接冷水喷水口22,冷水喷水口22设置于循环流化床反应器4内,循环流化床反应器4内喷入雾化冷却水,雾化冷却水可以由高压循环水泵提供或水泵与压缩空气汇合提供。循环流化床反应器4的数量为1~10个,循环流化床反应器4设置回流系统,保证循环流化床反应器4入口的烟气流量可控。物料仓18的顶部通过管路与罐车一17相连通,物料仓18的底部通过管路与风动溜槽二30的一端相连通,风动溜槽二30的另一端与循环流化床反应器4内的下部相连通。

另外,水泵21通过管路连接事故喷水口23,事故喷水口23位于事故烟道一8内,在整套系统运行过程中,冷水经水泵21和管路连至事故喷水口23,事故烟道一8喷入内冷却水,应急处理出现烟道着火的情况。

除尘器5位于循环流化床反应器4和引风机7之间,起到过滤粉尘的作用。除尘器5可以是脉冲布袋除尘器、反吹风布袋除尘器或旋转喷吹布袋除尘器,除尘器5的数量为1~10台。除尘器5的底部通过一个管路(所述管路上设置旋转给料阀一15)与风动溜槽三31的一端相连通,风动溜槽三31的另一端与循环流化床反应器4内的下部相连通。除尘器5的底部通过另一管路与风动溜槽一14的一端相连通,风动溜槽一14的另一端通过管路与气力提升机或压力罐13内的顶部相连通。气力提升机或压力罐13内的顶部还通过管路与返回仓19的顶部相连通,返回仓19的底部通过管路(所述管路上设置旋转给料阀三24)与罐车三29相连通,气力提升机或压力罐13内的底部通过管路与罗茨风机12相连通。

引风机7位于除尘器5和烟囱20之间,引风机7的数量为1~4台,可为变频风机、工频风机、高压风机或低压风机。高压离心风机11分别通过管路连接:物料仓18、风动溜槽二30、风动溜槽三31、风动溜槽一14、返回仓19,其作用是:高压离心风机提供物料水平输送所需气源。

整套净化系统内部设置多条备用通道,在个别设备发生故障或进行维修情况下,不影响系统整体运行。系统内的吸附剂为碱性颗粒,碱性颗粒为Ca(OH)2、CaCO3、MgCO3、Mg(OH)2和NaOH中的一种或两种以上的混合物,碱性颗粒粒径为1μm~2cm。系统内吸附剂也可为以CaO、MgO等氧化物为主的混合物,或添加金属催化剂的混合物形式。系统内选择性非催化还原脱硝所选择的反应剂(还原剂)是氨NH3、尿素(CO(NH2)2)、氢氨酸((HCNO)3)或其他改性的氨基还原剂,在蓄热式焚烧炉2高温区喷入还原剂,将氮氧化物还原为氮气。系统设有物料仓18和烟囱20,物料仓18的数量为1~4座,烟囱20的数量为1~4座。

另外,根据需要在系统内设置多处温度和压力检测设备,实时监控运行情况,随时调整运行参数。系统内设置着火检测和大水、蒸汽灭火装置。系统设有物料输送和计量系统,便于碱性颗粒物料及还原剂的输送。

如图1所示,本发明是一种焙烧炉烟气一体化治处理技术,采用蓄热式焚烧炉+脱硝+碱性干法吸附,彻底处理焙烧烟气污染物,具体处理过程如下:

焙烧烟气首先通过焙烧炉出口烟道1,经过管道内设置的过滤器25,过滤掉部分粉尘及焦油,再进入蓄热式焚烧炉2,利用焚烧炉加入的燃气处理掉烟气中的焦油和苯并芘,在蓄热式焚烧炉2高温区的还原剂喷嘴27喷入氮氧化物还原剂,完成氮氧化物处理。蓄热式焚烧炉2中的烟气经过除尘器烟道3进入循环流化床反应器4,在循环流化床反应器4中加入吸附剂,冷水经水泵21和冷水喷水口22加入到循环流化床反应器4进行降温增湿,在循环流化床反应器4内与碱性颗粒物在喷入的雾化水作用下,完成吸附反应。吸附反应后的烟气与碱性颗粒物进入除尘器5,完成过滤达到气固分离目的,处理后的烟气达标排放,烟气经除尘器后烟道6和引风机7,由烟囱20排入大气,过滤掉的粉尘无害化填埋处理。

吸附剂由罐车一17打料到物料仓18,再由旋转给料阀二16加入到风动溜槽二30,加入到循环流化床反应器4,在循环流化床反应器4中与烟气完成吸附反应后一起进入除尘器5。在除尘器5内完成气固分离,过滤掉的吸附剂由风动溜槽一14进入气力提升机或压力罐13,罗茨风机12提供动力,将反应后的吸附剂提升到返回仓19,由旋转给料阀三24下料到罐车三29中进行后续处理。

从除尘器5分离下来的吸附剂,部分经过旋转给料阀一15进入风动溜槽三31,再由风动溜槽三31输送到循环流化床反应器4中。

蓄热式焚烧炉2内喷射的还原剂由罐车三29输送到还原剂储罐26,经喷嘴27喷入蓄热式焚烧炉2的高温区,完成对炉内氮氧化物还原。

当系统处理正常工作状态时,阀门8#、9#、10#、11#处于关闭状态。其它阀门处于打开状态,烟气经过焙烧炉出口烟道1、过滤器25、蓄热式焚烧炉2、除尘器烟道3、循环流化床反应器4、除尘器5、除尘器后烟道6、引风机7,由烟囱20排入大气。

当系统中蓄热式焚烧炉2需要检修时,阀门1#、2#、8#、11#处于关闭状态,管道上其它阀门处于打开状态,烟气经过焙烧炉出口烟道1、除尘器烟道3、循环流化床反应器4、除尘器5、除尘器后烟道6、引风机7,由烟囱20排入大气。

当系统中还原剂输送系统发生故障时,关闭阀门1#、2#、8#、11#、12#,打开管道上其它阀门,烟气经过焙烧炉出口烟道1、除尘器烟道3、循环流化床反应器4、除尘器5、除尘器后烟道6、引风机7,由烟囱20排入大气。

当系统中除尘器系统或物料输送出现故障时,阀门3#、5#、9#、11#处于关闭状态,管道上其它阀门处于打开状态,烟气经过焙烧炉出口烟道1、过滤器25、蓄热式焚烧炉2、除尘器烟道3、事故烟道一8、事故烟道二9、引风机7,由烟囱20排入大气。

当烟道着火,或者焚烧炉2、除尘器5均出现问题时,阀门9#、11#处于打开状态,其它阀门处于关闭状态,烟气由焙烧炉出口烟道1、事故烟道一8、事故烟道三10,由烟囱20排入大气。