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焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一

電解鋁行業中碳素廠的主要污染物是陽極焙燒過程中產生的焙燒煙氣,其中含有瀝青煙、粉塵、氟化物、二氧化硫、氮氧化物、苯并芘等有害成分。隨著國家環保標準的提高,國家對各種污染物排放指標要求越來越嚴格,許多新建和現有企業均面臨著巨大的環保壓力。市場上碳素原材料中硫的成分增加導致焙燒爐出口煙氣中二氧化硫含量大幅升高,使得排放的二氧化硫氣體高于國家排放標準的要求。在個別污染物控制嚴格的區域,除了進行總量控制,也需要對氟化氫、二氧化硫等酸性氣體以及氮氧化物進行特殊處理,使其遠低于國家濃度排放標準的要求進行排放。

目前,焙燒煙氣凈化處理采用的主要方法有以下幾種:

(1)電捕焦油器+干法的工藝

將從焙燒爐中產生的焙燒煙氣經過電捕焦油器捕集焦油和粉塵,再經過氧化鋁干法吸附除去其中的氟化氫氣體。

這種方法可以去除掉煙氣中的焦油、苯并芘、粉塵和氟化物,但是無法去除掉煙氣中的二氧化硫及氮氧化物,且電捕焦油器捕集下來的焦油屬于危險廢棄物,需要對其進行二次處理。

(2)濕法噴淋+電捕焦油器

將從焙燒爐中產生的焙燒煙氣經過冷卻塔濕法洗滌,除去其中氟化氫和二氧化硫,再經過電捕焦油器除去其中的粉塵和焦油。

這種方法可以去除掉焙燒煙氣中的焦油、二氧化硫、氟化物和部分粉塵,但是無法去除掉煙氣中的苯并芘及氮氧化物,且粉塵和捕集下來的焦油需要二次處理。

(3)焚燒+氧化鋁干法的工藝

將從焙燒爐來的焙燒煙氣經過蓄熱式焚燒爐除去其中的焦油和苯并芘,再經過干法除去其中的氟化物和粉塵等有害氣體。

這種方法同樣無法去除掉煙氣中的二氧化硫及氮氧化物。

上述幾種方法皆存在著系統能耗較高、二次污染難以處理、設備投資高、污染物處理不徹底、設備腐蝕嚴重等缺點。

同時,隨著碳素行業的發展,污染物排放標準可能最終會向世界標準看齊,電解鋁廠煙囪粉塵排放達到5mg/Nm3,總氟排放達到0.8mg/Nm3,氮氧化物排放達到100mg/Nm3,二氧化硫排放達到50mg/Nm3,焦油含量達到5mg/Nm3的最終目標值。因此,需要開發一種新的焙燒煙氣凈化治理工藝來處理新建碳素廠產生的焙燒煙氣,或對現有的焙燒煙氣凈化系統進行全面的升級改造,以滿足現在和未來國家環保標準的需要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理方法和系統,解決現有技術中系統能耗較高、二次污染難以處理、設備投資高、污染物處理不徹底、設備腐蝕嚴重等問題。

本發明的技術方案是:

一種焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理方法,采用蓄熱式焚燒爐+脫硝+堿性干法吸附,徹底處理焙燒煙氣污染物,具體處理過程如下:

焙燒煙氣首先通過焙燒爐出口煙道,經過管道內設置的過濾器,過濾掉部分粉塵及焦油,再進入蓄熱式焚燒爐,利用焚燒爐加入的燃氣處理掉煙氣中的焦油和苯并芘,在蓄熱式焚燒爐高溫區的還原劑噴嘴噴入氮氧化物還原劑,完成氮氧化物處理;蓄熱式焚燒爐中的煙氣經過除塵器煙道進入循環流化床反應器,在循環流化床反應器中加入吸附劑,冷水經水泵和冷水噴水口加入到循環流化床反應器進行降溫增濕,在循環流化床反應器內與堿性顆粒物在噴入的霧化水作用下,完成吸附反應;吸附反應后的煙氣與堿性顆粒物進入除塵器,完成過濾達到氣固分離目的,處理后的煙氣達標排放,煙氣經除塵器后煙道和引風機,由煙囪排入大氣,過濾掉的粉塵無害化填埋處理。

所述的焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理方法,吸附劑由罐車一打料到物料倉,再由旋轉給料閥二加入到風動溜槽二,加入到循環流化床反應器,在循環流化床反應器中與煙氣完成吸附反應后一起進入除塵器;在除塵器內完成氣固分離,過濾掉的吸附劑由風動溜槽一進入氣力提升機或壓力罐,羅茨風機提供動力,將反應后的吸附劑提升到返回倉,由旋轉給料閥三下料到罐車三中進行后續處理。

所述的焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理方法,蓄熱式焚燒爐內噴射的還原劑由罐車三輸送到還原劑儲罐,經噴嘴噴入蓄熱式焚燒爐的高溫區,完成對爐內氮氧化物還原;從除塵器分離下來的吸附劑,部分經過旋轉給料閥一進入風動溜槽三,再由風動溜槽三輸送到循環流化床反應器中。

一種焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理系統,具體結構如下:

焙燒爐出口煙道分兩路:一路上依次設置過濾器、蓄熱式焚燒爐、除塵器煙道、循環流化床反應器、除塵器、除塵器后煙道、引風機、煙囪,另一路依次通過事故煙道一、事故煙道三與煙囪內的下部相連通,事故煙道一通過一個管路與除塵器煙道相連通,事故煙道一還通過事故煙道二與除塵器后煙道相連通。

所述的焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理系統,蓄熱式焚燒爐在過濾器與循環流化床反應器中間,蓄熱式焚燒爐內的上部高溫區設有還原劑噴嘴,還原劑噴嘴通過管路與還原劑儲罐的底部相連通,還原劑儲罐的頂部通過管路與盛放還原劑的罐車二相連通,還原劑噴嘴連續噴射還原劑,將進入蓄熱式焚燒爐的煙氣中氮氧化物還原為N2

所述的焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理系統,水泵通過管路連接冷水噴水口,冷水噴水口設置于循環流化床反應器內,循環流化床反應器內噴入霧化冷卻水;物料倉的頂部通過管路與罐車一相連通,物料倉的底部通過管路與風動溜槽二的一端相連通,風動溜槽二的另一端與循環流化床反應器內的下部相連通。

所述的焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理系統,水泵通過管路連接事故噴水口,事故噴水口位于事故煙道一內,冷水經水泵和管路連至事故噴水口,事故煙道一噴入內冷卻水,應急處理出現煙道著火的情況。

所述的焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理系統,除塵器位于循環流化床反應器和引風機之間,除塵器的底部通過一個管路與風動溜槽三的一端相連通,風動溜槽三的另一端與循環流化床反應器內的下部相連通;除塵器的底部通過另一管路與風動溜槽一的一端相連通,風動溜槽一的另一端通過管路與氣力提升機或壓力罐內的頂部相連通;氣力提升機或壓力罐內的頂部還通過管路與返回倉的頂部相連通,返回倉的底部通過管路與罐車三相連通,氣力提升機或壓力罐內的底部通過管路與羅茨風機相連通。

所述的焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理系統,系統內的吸附劑為堿性顆粒,堿性顆粒為Ca(OH)2、CaCO3、MgCO3、Mg(OH)2和NaOH中的一種或兩種以上的混合物,堿性顆粒粒徑為1μm~2cm;或者,系統內吸附劑為以CaO、MgO氧化物為主的混合物,或添加金屬催化劑的混合物形式。

所述的焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理系統,系統內的還原劑是氨NH3、尿素(CO(NH2)2)、氫氨酸((HCNO)3)或其他改性的氨基還原劑。

本發明的設計思想是:

為了處理焙燒煙氣復雜的污染物成分,本發明特采用焙燒煙氣一體化處理技術。從焙燒爐來的煙氣首先經過蓄熱式焚燒爐(RTO)去除煙氣中的瀝青煙、苯丙芘;在RTO中噴入特制的脫硝劑,進行高溫選擇性非催化還原脫硝,除去煙氣中的氮氧化物;從RTO排除的煙氣進入循環流化床半干法脫硫(CFD)系統或NID(New Integrated Desulfurization)干法脫硫技術,與加入的Ca(OH)2粉末反應,處理掉煙氣中二氧化硫;煙氣再進入布袋除塵器,過濾掉煙氣中的粉塵,凈化后的煙氣再經過風機和煙囪排入大氣。吸附完二氧化硫的反應物進行填埋或建材使用,經過RTO的高溫煙氣可進行余熱回收利用。

本發明的優點及有益效果是:

1、本發明適用于碳素廠焙燒煙氣凈化,也適用于生產過程中產生焦油、粉塵及含酸性氣體的行業或領域,如:煉焦等。本發明去除煙氣中的粉塵、焦油、苯并芘、氟化氫、二氧化硫及氮氧化物等污染物,是一種治理多污染物氣體的綜合方法。

2、本發明可實現對有機污染物的徹底治理,尤其是處理各類成分復雜的煙氣,系統穩定性高;設備、管道、煙囪無腐蝕,杜絕二次污染,設備維護便捷,自控程度高。目前,焙燒煙氣一體化處理技術已經進行分體化實驗和工程化應用,正在進行技術整合應用研究和市場推廣,具有較高的市場前景。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的流程示意圖。

圖中:1、焙燒爐出口煙道;2、蓄熱式焚燒爐;3、除塵器煙道;4、循環流化床反應器;5、除塵器;6、除塵器后煙道;7、引風機;8、事故煙道一;9、事故煙道二;10、事故煙道三;11、高壓離心風機;12、羅茨風機;13、氣力提升機或壓力罐;14、風動溜槽一;15、旋轉給料閥一;16、旋轉給料閥二;17、罐車一;18、物料倉;19、返回倉;20、煙囪;21、水泵;22、冷水噴水口;23、事故噴水口;24、旋轉給料閥三;25、過濾器;26、還原劑儲罐;27、還原劑噴嘴;28、罐車二;29、罐車三;30、風動溜槽二;31、風動溜槽三。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明加以詳細描述,但本發明的保護范圍不受示意圖所限。

如圖1所示,本發明焙燒煙氣脫氟、除塵、脫瀝青煙、脫硫、脫硝一體化處理系統,該系統中主要設備和部件為管道、過濾器、蓄熱式焚燒爐、反應器(氣固混合器)、除塵器、引風機、噴霧增濕裝置、過濾器、物料輸送裝置、管道、附屬風機等,主要分體結構包括:焙燒爐出口煙道1、蓄熱式焚燒爐2、除塵器煙道3、循環流化床反應器4、除塵器5、除塵器后煙道6、引風機7、事故煙道一8、事故煙道二9、事故煙道三10、高壓離心風機11、羅茨風機12、氣力提升機或壓力罐13、風動溜槽一14、旋轉給料閥一15、旋轉給料閥二16、罐車一17、物料倉18、返回倉19、煙囪20、水泵21、冷水噴水口22、事故噴水口23、旋轉給料閥三24、過濾器25、還原劑儲罐26、還原劑噴嘴27、罐車二28、罐車三29、風動溜槽二30、風動溜槽三31等,具體結構如下:

焙燒爐出口煙道1分兩路:一路上依次設置過濾器25、蓄熱式焚燒爐2、除塵器煙道3、循環流化床反應器4、除塵器5、除塵器后煙道6、引風機7、煙囪20,蓄熱式焚燒爐2的進口處和出口處分別設置閥門1#和閥門2#,除塵器煙道3上設置閥門3#,循環流化床反應器4、除塵器5相通的管路上設置閥門4#,除塵器5、除塵器后煙道6相通的管路上設置閥門5#,引風機7的進口處和出口處分別設置閥門6#和閥門7#。另一路依次通過事故煙道一8、事故煙道三10與煙囪20內的下部相連通,焙燒爐出口煙道1與事故煙道一8相通處設置閥門9#,事故煙道三10與煙囪20相通處設置閥門11#,事故煙道一8通過一個管路(所述管路上設置閥門10#)與除塵器煙道3相連通,事故煙道一8還通過事故煙道二9(事故煙道二9上設置閥門8#)與除塵器后煙道6相連通。

蓄熱式焚燒爐2與焙燒爐之間布置過濾器25,過濾器25為鋼絲過濾器或非金屬過濾器,作用是過濾掉煙氣中的顆粒和部分焦油。過濾器25的數量為1~10個,可以相互備用。

蓄熱式焚燒爐2在過濾器25與循環流化床反應器4中間,蓄熱式焚燒爐2內噴燃氣,在蓄熱式焚燒爐2內完成焙燒煙氣焚燒任務,蓄熱式焚燒爐2散發熱量可以回收余熱,用于加熱焙燒煙氣或其他工序。蓄熱式焚燒爐2的數量為1~10個,蓄熱式焚燒爐2設有自動清理裝置,可以采用高溫煙氣清理設備內部的粉塵和焦油。蓄熱式焚燒爐2內的上部高溫區設有還原劑噴嘴27,還原劑噴嘴27通過管路(所述管路上設置閥門12#)與還原劑儲罐26的底部相連通,還原劑儲罐26的頂部通過管路與盛放還原劑的罐車二28相連通,還原劑噴嘴27連續噴射還原劑,將進入蓄熱式焚燒爐2的煙氣中氮氧化物還原為N2

循環流化床反應器4的材質為普通鋼、耐磨鋼或其它合金,作為氣體和固體顆粒物混合反應器。水泵21通過管路連接冷水噴水口22,冷水噴水口22設置于循環流化床反應器4內,循環流化床反應器4內噴入霧化冷卻水,霧化冷卻水可以由高壓循環水泵提供或水泵與壓縮空氣匯合提供。循環流化床反應器4的數量為1~10個,循環流化床反應器4設置回流系統,保證循環流化床反應器4入口的煙氣流量可控。物料倉18的頂部通過管路與罐車一17相連通,物料倉18的底部通過管路與風動溜槽二30的一端相連通,風動溜槽二30的另一端與循環流化床反應器4內的下部相連通。

另外,水泵21通過管路連接事故噴水口23,事故噴水口23位于事故煙道一8內,在整套系統運行過程中,冷水經水泵21和管路連至事故噴水口23,事故煙道一8噴入內冷卻水,應急處理出現煙道著火的情況。

除塵器5位于循環流化床反應器4和引風機7之間,起到過濾粉塵的作用。除塵器5可以是脈沖布袋除塵器、反吹風布袋除塵器或旋轉噴吹布袋除塵器,除塵器5的數量為1~10臺。除塵器5的底部通過一個管路(所述管路上設置旋轉給料閥一15)與風動溜槽三31的一端相連通,風動溜槽三31的另一端與循環流化床反應器4內的下部相連通。除塵器5的底部通過另一管路與風動溜槽一14的一端相連通,風動溜槽一14的另一端通過管路與氣力提升機或壓力罐13內的頂部相連通。氣力提升機或壓力罐13內的頂部還通過管路與返回倉19的頂部相連通,返回倉19的底部通過管路(所述管路上設置旋轉給料閥三24)與罐車三29相連通,氣力提升機或壓力罐13內的底部通過管路與羅茨風機12相連通。

引風機7位于除塵器5和煙囪20之間,引風機7的數量為1~4臺,可為變頻風機、工頻風機、高壓風機或低壓風機。高壓離心風機11分別通過管路連接:物料倉18、風動溜槽二30、風動溜槽三31、風動溜槽一14、返回倉19,其作用是:高壓離心風機提供物料水平輸送所需氣源。

整套凈化系統內部設置多條備用通道,在個別設備發生故障或進行維修情況下,不影響系統整體運行。系統內的吸附劑為堿性顆粒,堿性顆粒為Ca(OH)2、CaCO3、MgCO3、Mg(OH)2和NaOH中的一種或兩種以上的混合物,堿性顆粒粒徑為1μm~2cm。系統內吸附劑也可為以CaO、MgO等氧化物為主的混合物,或添加金屬催化劑的混合物形式。系統內選擇性非催化還原脫硝所選擇的反應劑(還原劑)是氨NH3、尿素(CO(NH2)2)、氫氨酸((HCNO)3)或其他改性的氨基還原劑,在蓄熱式焚燒爐2高溫區噴入還原劑,將氮氧化物還原為氮氣。系統設有物料倉18和煙囪20,物料倉18的數量為1~4座,煙囪20的數量為1~4座。

另外,根據需要在系統內設置多處溫度和壓力檢測設備,實時監控運行情況,隨時調整運行參數。系統內設置著火檢測和大水、蒸汽滅火裝置。系統設有物料輸送和計量系統,便于堿性顆粒物料及還原劑的輸送。

如圖1所示,本發明是一種焙燒爐煙氣一體化治處理技術,采用蓄熱式焚燒爐+脫硝+堿性干法吸附,徹底處理焙燒煙氣污染物,具體處理過程如下:

焙燒煙氣首先通過焙燒爐出口煙道1,經過管道內設置的過濾器25,過濾掉部分粉塵及焦油,再進入蓄熱式焚燒爐2,利用焚燒爐加入的燃氣處理掉煙氣中的焦油和苯并芘,在蓄熱式焚燒爐2高溫區的還原劑噴嘴27噴入氮氧化物還原劑,完成氮氧化物處理。蓄熱式焚燒爐2中的煙氣經過除塵器煙道3進入循環流化床反應器4,在循環流化床反應器4中加入吸附劑,冷水經水泵21和冷水噴水口22加入到循環流化床反應器4進行降溫增濕,在循環流化床反應器4內與堿性顆粒物在噴入的霧化水作用下,完成吸附反應。吸附反應后的煙氣與堿性顆粒物進入除塵器5,完成過濾達到氣固分離目的,處理后的煙氣達標排放,煙氣經除塵器后煙道6和引風機7,由煙囪20排入大氣,過濾掉的粉塵無害化填埋處理。

吸附劑由罐車一17打料到物料倉18,再由旋轉給料閥二16加入到風動溜槽二30,加入到循環流化床反應器4,在循環流化床反應器4中與煙氣完成吸附反應后一起進入除塵器5。在除塵器5內完成氣固分離,過濾掉的吸附劑由風動溜槽一14進入氣力提升機或壓力罐13,羅茨風機12提供動力,將反應后的吸附劑提升到返回倉19,由旋轉給料閥三24下料到罐車三29中進行后續處理。

從除塵器5分離下來的吸附劑,部分經過旋轉給料閥一15進入風動溜槽三31,再由風動溜槽三31輸送到循環流化床反應器4中。

蓄熱式焚燒爐2內噴射的還原劑由罐車三29輸送到還原劑儲罐26,經噴嘴27噴入蓄熱式焚燒爐2的高溫區,完成對爐內氮氧化物還原。

當系統處理正常工作狀態時,閥門8#、9#、10#、11#處于關閉狀態。其它閥門處于打開狀態,煙氣經過焙燒爐出口煙道1、過濾器25、蓄熱式焚燒爐2、除塵器煙道3、循環流化床反應器4、除塵器5、除塵器后煙道6、引風機7,由煙囪20排入大氣。

當系統中蓄熱式焚燒爐2需要檢修時,閥門1#、2#、8#、11#處于關閉狀態,管道上其它閥門處于打開狀態,煙氣經過焙燒爐出口煙道1、除塵器煙道3、循環流化床反應器4、除塵器5、除塵器后煙道6、引風機7,由煙囪20排入大氣。

當系統中還原劑輸送系統發生故障時,關閉閥門1#、2#、8#、11#、12#,打開管道上其它閥門,煙氣經過焙燒爐出口煙道1、除塵器煙道3、循環流化床反應器4、除塵器5、除塵器后煙道6、引風機7,由煙囪20排入大氣。

當系統中除塵器系統或物料輸送出現故障時,閥門3#、5#、9#、11#處于關閉狀態,管道上其它閥門處于打開狀態,煙氣經過焙燒爐出口煙道1、過濾器25、蓄熱式焚燒爐2、除塵器煙道3、事故煙道一8、事故煙道二9、引風機7,由煙囪20排入大氣。

當煙道著火,或者焚燒爐2、除塵器5均出現問題時,閥門9#、11#處于打開狀態,其它閥門處于關閉狀態,煙氣由焙燒爐出口煙道1、事故煙道一8、事故煙道三10,由煙囪20排入大氣。

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