CN1033508A

CN1033508A - 干法净化含混合有害成分烟气的方法与装置

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Publication number: CN1033508A
Application number: CN 87108183
Authority: CN
Inventors: 何成本; 王伟华; 李荧; 李大奇; 王立夫; 阎长兴; 高振学; 边力; 王伟
Original assignee: Rare Earth Factory No1 Baotou Iron & Steel Co; ENVIRONMENTAL CONSERVATION RESEARCH INST BAOTOU IRON AND STEEL Co
Current assignee: Rare Earth Factory No1 Baotou Iron & Steel Co; ENVIRONMENTAL CONSERVATION RESEARCH INST BAOTOU IRON AND STEEL Co
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-28
Also published as: CN1012136B

Abstract

一种含氟等混合有害气体及粉尘的烟气干法净化方法与装置。本发明的特征在于采用密闭式集烟罩捕集烟气，重力除尘；粉状吸附剂在输送床中湍动扩散吸附有害气体，旋风除尘，错流式流动床颗粒层 (即砂滤器)过滤净化除尘。系统除氟效率大于 99％，除硫效率大于92％，除尘效率99％以上。本发明涉及的砂滤器结构简单，易于制造和维护，不仅解决了含磷粘性粉尘的除尘问题，而且对氟，硫均有深度净化作用。本发明与传统的湿法相比，工艺流程短，净化除尘效率高，工程投资少，生产费用低，技术先进，经济合理。

Description

本发明涉及一种含混合有害气体的烟气的净化方法，特别适合于含氟、硫、磷等高温粘性烟气的干法净化方法;本发明还涉及一种新型、高效净化除尘装置，特别适用于高温粘性烟尘的净化与除尘装置。属于工业废气粉尘治理技术领域。

现代工业的发展，特别是在处理含有氟、硫、磷等成分矿物的高温冶炼过程中，矿物中的氟化物、硫化物和磷化物分解产生大量的含有氟化氢（HF）、二氧化硫（SO₂）和五氧化二磷（P₂O₅）等有害气体及粉尘的烟气，对环境造成了严重污染。采用干法输送床净化技术及其颗粒层除尘器等装置，将上述致污物质吸附净化并除去，这是一种消除有害气体和粉尘，改善环境，保护人身健康行之有效的方法和装置。为此，寻求一种吸附剂，设计一套净化系统和一种新型、高效净化除尘装置，便成为实现这一干法净化除尘的关键。

目前，国内外关于电炉冶炼稀土等有色中间合金烟气净化技术还没有成熟的经验，只在冶炼铁合金和炼钢方面有一些报导，但都限于集烟除尘技术。而电炉冶炼稀土等有色中间合金的烟气中除含尘外，还含有氟、硫、磷等有害成份，这就给烟气的净化技术增加了难度，在除尘的同时还需考虑有害气体的净化。普遍采用的湿法净化氟、硫的工艺方法，流程复杂，设备多，工程投资大，净化效率低，存在结垢堵塞管道和腐蚀设备，且有含氟废水的二次污染问题。

美国乔埃（JOY）制造公司和丹麦尼洛（Niro）喷雾器公司共同研制的JOY/Niro干法脱硫工艺（冶金工业部出版社出版的《环保工作者实用手册》1984年11月第一版第244页）是采用石灰乳、碳酸钠和氨为吸附剂，但其除硫效率只有90%。

本发明的目的在于提供一种处理含氟、硫、磷等高温粘性烟气的干法净化除尘方法与装置，工艺流程简单、净化除尘效率高、技术先进、经济合理，净化后的烟气符合国家排放标准。

本发明是这样实现的：电炉冶炼所产生的烟气由集烟罩捕集引出，经重力沉降除去较大颗粒粉尘，用粉状吸附剂在一定长度的输送床中以一定的速度湍动扩散，吸附烟气中的氟、硫等有害气体，再经旋风除尘器和错流式流动床颗粒层除尘器，进一步吸附净化，气固分离，除去含氟、硫、磷的CaO粉尘及烟尘等，净化后的烟气经烟囱排入大气。

本发明的主要内容详细说明如下：

本发明系电炉冶炼稀土等有色中间合金所产生的烟气是多种气体的混合物，其中有害成份主要有氟化氢（HF）、二氧化硫（SO₂）和五氧化二磷（P₂O₅），其浓度含量：HF100～600mg/m³，SO₂150～1500mg/m³，P₂O₅1.00～5.00mg/m³。烟气中粉尘浓度0.18～7.10g/m³。

一、含氟、硫、磷等有害气体的净化

1、氟、硫的净化：

由炉口烟罩和炉体密闭式集烟罩捕集的烟气，经重力沉降器进入输送床与吸附剂给料系统加入的粉状氧化钙吸附剂充分均匀接触，并以17～20m/s的速度湍动扩散。

CaO对HF、SO₂的净化作用实际上是固体表面的吸附作用。当气体分子在扩散过程接近固体表面时，固体表面分子间的范德华力和固体表面原子与气体原子间的化学键力，使其产生物理吸附和化学吸附。CaO对HF、SO₂的吸附主要是化学吸附。在吸附过程中，吸附传质速度受扩散速度、气膜阻力和固体吸附剂的比表面积的影响。采用小颗粒粉状固体作吸附剂，提供较大的吸附表面;使之与气相处于高度湍流状态，提高扩散速度，使吸附传质速度增大。当扩散速度和吸附表面一定时，化学吸附速度主要取决于气膜阻力。气相被吸附质浓度增大，其传质推动力亦大，则化学吸附速度加快。

本发明使用的CaO含量大于74%，其中有效CaO含量大于40%，粉料粒径小于200目，其中40～60μm大于40%。在输送床中当HF浓度在100～600mg/m³，SO₂浓度在150～1500mg/m³范围内，固气比15～60g/m³，烟气流速为17～20m/s时，除氟效率大于97%，除硫效率大于91%。

吸附含有氟、硫的氧化钙粉尘和烟气由输送床出口进入旋风除尘器，进入旋风除尘器的CaO仍有继续吸附氟、硫的能力，其净化效率随其进口氟、硫浓度的增加而增大。当进口浓度：HF1.00～6.00mg/m³，SO₂18.00～90.00mg/m³时，氟的净化效率大于50%，硫的净化效率大于40%。

由旋风除尘器出口的烟气进入错流式流动床颗粒层除尘器即砂滤器。砂滤器对烟气中的氟、硫具有深度净化的作用。这是因为滤料表面被粉状氧化钙包裹形成类似颗粒吸附剂，同时滤料与滤料之间也存在氧化钙，这样砂滤器的过滤层成了一个流动床净化装置，当烟气通过流动层时，烟气中的氟、硫得到进一步净化。当砂滤器入口浓度：HF大于8mg/m³，SO₂大于50mg/m³，氟的净化效率大于92%，硫的净化效率大于80%。

整个系统氟的净化效率大于99%，二氧化硫的净化效率大于92%。

2、磷的净化：

五氧化二磷是一种白色的固体粉末，在300℃时升华，当烟气温度在200℃以下时，五氧化二磷大部分以固态形式存在。集烟罩出口的烟气温度为100～210℃，烟气中五氧化二磷浓度含量1.00～5.00mg/m³，经过输送床、旋风除尘器和砂滤器净化后，砂滤器出口烟气中五氧化二磷的浓度为0.5～1.0mg/m³，磷的净化效率可达80%。

净化后的烟气含氟浓度小于1mg/m³，含二氧化硫浓度小于25mg/m³，含五氧化二磷浓度小于1mg/m³。

二、系统的净化、除尘装置

工业除尘器发展已有100多年的历史，早期的除尘器主要用于回收物料，除尘效率要求不高。随着工业的发展，工业粉尘对环境所造成的污染日趋严重，为了消除粉尘的危害和满足环境保护的严格要求，从而促进了除尘设备的发展。根据粉尘运动规律，各种捕尘机理的理论研究以及工业生产的需要，在生产实践中采用了多种多样的除尘器。

目前常用的除尘器有机械除尘器、电除尘器、湿式除尘器和过滤式除尘器等。过滤式除尘器一般有布袋除尘器和颗粒层除尘器。

就颗粒层除尘器而言，目前使用最为广泛的有耙式或沸腾式颗粒除尘器等，但其也存有不少缺陷，如结构复杂，体积庞大，间歇操作等。本发明净化、除尘系统除采用通常的机械类重力除尘器和旋风除尘器外，为适应电炉高温冶炼稀土等有色中间合金所产生的粘性粉尘而设计了一种错流式流动床颗粒层除尘器即砂滤器。该砂滤器除尘净化系统包括砂滤器、螺旋输送机、振动分离机和滤料循环斗式提升机等。砂滤器是有流动床层将其分隔为进气室和出气室。流动床层是由上下锥形砂斗、隔砂板和滤料组成，其床层厚度为120～145mm。隔砂板为可拆卸式的框板结构，其进气侧为3～5目的铁丝网或百叶窗式的若干个小框板组成，出气侧为10～14目铁丝网若干个小框板组成。整个主体由4～6mm钢板和角钢焊接而成。滤料可选用来源广泛，价格便宜，耐高温、耐磨、耐腐蚀的天然材料石英砂、河砂等，滤料粒径为2～5mm。

本发明还设计了一种炉体密闭式集烟罩，其特征是该集烟罩在电炉电极母线通过部分的封闭采用伸缩滑板式结构（图中未画出）。该集烟罩的集烟效率高，比敞开式矮烟罩的11000M³/h减少到3800M³/h（以标准状态计），冶炼车间内有害气体成份浓度和粉尘浓度均低于国家标准。

整个系统的除尘过程是：

由集烟罩捕集的大量烟气，首先进入重力沉降器，当重力沉降器阻力为100～450Pa，烟气入口粉尘浓度为0.18～7.10g/m³时，利用重力自然沉降，除去较大颗粒粉尘，除尘效率大于44%。

由重力沉降器引出的烟气进入输送床，与粉状氧化钙吸附剂湍动扩散，吸附含氟、硫等有害成分的氧化钙及粉尘，一同进入旋风除尘器。当旋风除尘器的阻力为150～700Pa，烟气入口粉尘浓度为13.00～50.00g/m³时，平均除尘效率大于82%。

由旋风除尘器排灰口排出的含有氟、硫的氧化钙可循环使用，循环次数可达5次，新旧氧化钙之比为1∶5。

由旋风除尘器出口含有五氧化二磷粘性粉尘和剩余部分吸附含氟、硫等氧化钙粉尘的烟气进入砂滤器。砂滤器的除尘效率与过滤风速、阻力、滤料粒度和进口粉尘浓度等有关。除尘效率随过滤风速的增加而降低，随阻力增加而增大，随滤料粒径减小而提高。当过滤风速为0.1～0.4m/s，阻力为1500～3000Pa，滤料粒径为2～5mm，砂滤器进气室断面气流速度小于1m/s，粉尘浓度小于20g/m³范围内，除尘效率为95～99.5%。

载有含氟、硫、磷等有害成分的氧化钙粉料和烟尘的滤料由砂滤器出砂口排出，经螺旋输送机送入振动分离机进行颗粒分离，除去粉尘和小于2mm的碎小滤料，粒径2～5mm的滤料进入斗式提升机，返回砂滤器循环使用。为保证砂滤器流动床层充满滤料，应补充适量新砂。

为消除振动分离机和补充新砂料所产生的粉尘，特设计管道和风机将其引回旋风除尘器进行气固分离，以减少二次扬尘量。

本发明的优点的是以氧化钙粉料为吸附剂输送床干法净化含氟、硫、磷等有害气体和粉尘，与传统的湿法相比：工艺流程短，净化除尘效率高，工程投资少，生产费用低，技术先进，经济合理。本发明提供的砂滤器装置结构简单，易于制造和维护，不仅解决了含磷粘性粉尘的除尘问题，而且对氟、硫均有深度净化的作用。净化后的烟气中含氟、硫、磷等有害物质和粉尘均符合国家的排放标准。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明：

图1是系统净化工艺流程示意图;

图2是砂滤器正视示意图;

图3是砂滤器A-A剖视图。

如图1所示。电炉冶炼稀土等有色中间合金所产生的有害烟气，由炉口烟罩（1）和炉体密闭式集烟罩（2）捕集后，首先进入重力沉降器（3）除去较大颗粒粉尘外排处理。

烟气随即进入输送床（5）与吸附剂给料系统（4）加入的吸附剂粉料以17～20m/s的速度湍动扩散吸附后，进入旋风除尘器（6），旋风分离除去大部分含有氟、硫的氧化钙粉尘，烟气最后进入砂滤器（7）的除尘系统。

如图2、3所示。由旋风除尘器（6）出口的烟气，从砂滤器的进气口（17）进入进气室（18），以0.1～0.4m/s的过滤风速由进气侧隔砂板（19）通过流动床（20），与进砂口（21）加入的移动速度为1.5～3.0cm/min、粒径为2～5mm的滤料接触过滤净化，净化后的烟气由出气侧隔砂板（22）进入出气室（23），再经排气口（24）由风机（16）〔如图1所示〕引入烟囱（9）排入大气。载有含氟、硫、磷等有害成分的氧化钙粉料和烟尘的滤料，由出砂口（25）排入螺旋输送机（10）〔如图1所示〕，再输入振动分离机（11）进行颗粒分离，烟尘和氧化钙粉料进入贮灰槽（12）回收利用，碎砂进入碎砂槽（13）外排、最后是滤料进入斗式提升机（8），返回砂滤器循环使用，并补入适量新滤砂（14）。

振动分离机（11）和补充新滤砂（14）所产生的粉尘，由管道风机（15）将其引回旋风除尘器（6）进行气固分离。

实施例：

由炉口烟罩（1）和炉体密闭式集烟罩（2）捕集的烟气，烟气量约3800m³/h，从集烟罩（2）出口烟气的温度为138℃，压力为69Pa，含HF浓度为201.4mg/m³、SO₂浓度为899.8mg/m³、P₂O₅浓度为3.04mg/m³，固气比为20g/m³。烟气首先进入重力沉降器（3），沉降器入口粉尘浓度为1.810g/m³，阻力为340Pa，出口粉尘浓度为1.22g/m³，除尘效率为32.6%。

大量烟气以18s/m的流速在20m输送床（5）中与滤料氧化钙吸附剂湍动扩散，烟气中的HF、SO₂等有害气体被吸附，随后进入旋风除尘器（6），旋风除尘器的入口烟气温度为85℃，阻力为400Pa，烟气中含HF浓度为5.84mg/m³，含SO₂浓度为61.1mg/m³，含粉尘14.08g/m³。经旋风除尘器除去含有氟、硫的氧化钙粉尘。旋风除尘器出口烟气温度95℃，压力为2000Pa，含HF浓度为0.75mg/m³，含SO₂浓度为11.57mg/m³，含粉尘浓度为1.80mg/m³。除氟效率为99.63%，除硫效率为98.71%，除尘效率为87.2%。

旋风除尘器出口的含有五氧化二磷粘性粉尘的烟气进入砂滤器（7），在砂滤器床层厚度为120mm，滤料为石英砂，粒径为3～5mm，滤砂移动速度为1.5～3.0cm/min，阻力为2000Pa，过滤风速为0.3m/s，烟气中粉尘入口浓度为4.353g/m³，出口浓度为0.106g/m³，除尘效率为97.6%。砂滤器出口烟气中含HF浓度为0.59mg/m³，除氟效率为21.33%;含SO₂浓度为7.09mg/m³，除硫效率38.72%。全系统净化效率为：除氟99.71%，除二氧化硫99.21%，除尘99%以上。

Claims

1、一种含混合有害气体及粉尘的烟气净化方法，特别适合于含氟、硫、磷等高温粘性烟尘的干法净化方法，它包括集烟罩捕集烟气、重力除尘、输送床吸附、旋风除尘和颗粒层除尘净化等，本发明的特征在于密闭式集烟罩捕集烟气，重力除尘，粉状吸附剂在输送床中湍动扩散吸附有害气体，经旋风除尘，错流式流动床颗粒层过滤净化除尘，气固分离，除去含有害成分的粉尘，净化后的烟气排入大气。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的粉状吸附剂为氧化钙粉料，其CaO含量大于74%，其中有效CaO含量大于40%，粉料粒径小于200目，其中40～60μm大于40%。

3、根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于其中所说的氧化钙粉料可循环使用，循环次数可达5次，新鲜CaO和含有氟、硫的CaO之比为1∶5。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的混合有害气体为氟化氢（HF）、二氧化硫（SO₂）和五氧化二磷（P₂O₅）等，其浓度含量：HF为100～600mg/m³;SO₂为150～1500mg/m³;P₂O₅为1.00～5.00mg/m³。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于捕集烟气中粉尘浓度为0.18～7.10g/m³。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于输送床的烟气流速为17～20m/s，固气比为15～60g/m³。

7、为实现权利要求1所述的方法，全净化除尘系统采用了集烟罩、重力沉降器、输送床、旋风除尘器和颗粒层除尘器等装置，本发明的特征在于采用了密闭式集烟罩和错流式流动床颗粒层除尘净化装置。

8、根据权利要求7所述装置，其特征在于所说的密闭式集烟罩在电炉电极母线通过部分的封闭采用伸缩滑板式结构。

9、根据权利要求7所述的装置，其特征在于所说的颗粒层除尘净化系统包括错流式流动床颗粒层除尘器即砂滤器、螺旋输送机、振动分离机和滤料循环斗式提升机。

10、根据权利要求7、9所述的装置，其特征在于所说的砂滤器是由流动床层将其分隔为进气室和出气室，流动床层由上下锥形砂斗、隔砂板和滤料组成，其床层厚度为120～145mm。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于其中所说的隔砂板为可拆卸式框板结构，其进气侧为3～5目铁丝网或百叶窗式若干个小框板组成;出气侧为10～14目铁丝网若干个小框板组成。

12、根据权利要求10所述的装置，其特征在于其中所说的滤料为石英砂或河砂等，其粒径为2～5mm。

13、根据权利要求1所述的方法，其特征在于滤料在流动床层内的移动速度为1.5～3.0cm/min，砂滤器进气室断面气流速度小于1m/s，砂滤器入口粉尘浓度小于20mg/m³，过滤风速为0.1～0.4m/s。