CN105561721B - 钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法，其包括步骤：1)除尘；2)初步热交换，将除尘后的煅烧尾气排入废热锅炉系统中与工艺水进行热交换，煅烧尾气得到初步降温；3)再次热交换，初步降温后的煅烧尾气进入文丘里系统中通过废硫酸喷淋进一步降温；4)脱硫。本发明的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法采用了余热回收利用率高的废热锅炉系统并通过分步热交换，可高效地回收煅烧尾气中的热量并用于钛白粉生产线的其他工序，大大节约能耗和水耗，且通过脱硫使得煅烧尾气的脱硫率显著提高。

Description

钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法
技术领域
本发明属于钛白粉生产领域，具体涉及一种钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法。
背景技术
钛白粉(TiO2)是目前广泛使用的最主要的白色颜料，大量应用于涂料、造纸、油墨等领域，其需求量与GDP呈现正比例关系。目前全球钛白粉年产能在500万吨以上，国内钛白粉年产能在200万吨以上，售价约为15000-22000元/吨。在生产方法上，国内除锦州钛白粉厂采用氯化法外，其余全部采用硫酸法进行生产。当前硫酸法钛白生产过程中存在的一个比较突出的问题，是环保与节能。
目前硫酸法钛白粉生产工艺流程为：将钛矿或钛渣酸解后生成钛液，钛液经沉降、结晶、浓缩后得到纯净的浓钛液，再经水解、水洗与漂白获得纯净的偏钛酸，偏钛酸经过盐处理后进入回转窑进行煅烧，再经干磨后进行后处理，后处理包括打浆分散、砂磨分级、包膜、水洗过滤、干燥、气流粉碎等工序。
偏钛酸在回转窑内进行煅烧的过程中，会产生大量的煅烧尾气，煅烧尾气温度高，湿气含量大，有酸雾和硫氧化物、钛白粉粉尘、水蒸气、不凝性气体等，其排放速度和流量较均匀。每生产1t颜料级钛白粉大约排放1.5-2万立方米煅烧尾气，煅烧尾气温度高达300℃-400℃，含有酸雾1000-2000mg/m3，SO3约10g/m3，SO2100-500g/m3，TiO2约0.15g/m3，还含有N254％、H2O 35％、O27％、CO24％。
煅烧尾气必须经过处理后才能完全达标排放，国内部分钛白粉厂基本能做到，部分厂家经常难以做到。但是，温度高达300℃-400℃的煅烧尾气中含有大量热量，国内现有钛白粉生产厂家几乎都没有利用。
目前国内钛白粉生产厂家针对煅烧尾气处理，常见流程包括旋风收尘、文丘里喷淋系统、水洗塔、电除雾、烟囱等。回转窑内排出的煅烧尾气一般先在烟道内，通过惯性和重力沉降，或经过旋风收尘，除去大部分粗颗粒粉尘，然后先进入文丘里洗涤器，在文丘里管的喉管中气体被加速，水被高速气流击碎进行有效碰撞，当气、液进入文丘里管扩大段后而减速，使水滴与尘埃、气体再次碰撞冷却，部分SO3变成酸雾，粉尘被水滴捕获，凝聚成大颗粒随水排入回收池。此时，煅烧尾气温度降低至60-70℃，之后进入洗涤塔，使气体温度降至50℃以下进入电除雾器，在高压静电场作用下，酸雾和极少量的粉尘被除去。符合排放标准的煅烧尾气经风机送人烟囱排放。这种传统方法存在的问题，一是煅烧尾气余热没有利用，二是达标排放有时难以做到，即使达标，指标也是紧靠上限。
针对煅烧尾气处理存在的问题，国内研究人员提出了许多改进的方法。
专利(申请号：200610039260.5)公开了一种硫酸法钛白粉生产过程中转窑煅烧尾气和稀硫酸综合利用的方法，该方法将钛白粉生产中产生的稀硫酸及转窑煅烧尾气接触进行热交换，将得到的预浓缩硫酸保温沉降后，利用其自身温度进行中温浓缩，再进行真空和冷却结晶，再与98％硫酸分别配制成生产钛白粉或普通过磷酸钙所需的浓度。该方法存在的问题是余热利用效率低，而且还要配套建设废酸浓缩装置，且预浓缩硫酸还需保温。
专利(专利号：200410041226.2)公开了一种钛白粉生产过程中产生的废硫酸、废气的回收方法，包括将钛白粉生产过程中产生的煅烧尾气及废硫酸送入“钛白粉炉窑煅烧尾气提浓烯硫酸石墨塔”中混合、气液接触、浓缩、将酸与其中含有的钛白粉分离、将酸液中无机盐结晶、分离，并进一步将酸液送入碳化硅蒸发器中，并在负压状态下蒸发除去部分水分，使酸浓度达80～90％。该方法存在的问题是工厂必须要配备有一套提浓烯硫酸的石墨塔，而且容易出现设备故障。
专利(申请号：200710030100.9)公开了一种废热制冷节能减排技术，首先将转窑锻烧废热通过热交换器将循环水转换成热源水，再将热源水输入到非电空调设备中用于制冷，后将非电空调设备制冷利用在钛白粉生产过程中的冷冻结晶工艺中，由非电空调设备制冷后产生的冷水进行循环使用。该方法存在的问题是热效率利用低，需要单独配置非电空调设备，而且与已有冷冻设备重复，增加投资。
专利(申请号：201010278103.6)公开了一种自动控制风机风量的回转窑烟气处理装置，涉及钛白粉生产中所用回转窑的烟气处理设备。主要结构是：一级旋风除尘器连接回转窑，一级旋风除尘器连接二级旋风除尘器，二级旋风除尘器连接文氏管除尘器，文氏管除尘器连接酸雾洗涤塔，酸雾洗涤塔通过排气管连接烟囱，在排气管上安装有引风机，引风机上安装有变频器；在文氏管除尘器和酸雾洗涤塔的喷淋器和洗涤喷淋器分别连接给水管，给水管连接冷却沉淀池的供水泵，文氏管除尘器和酸雾洗涤塔底部的水池连接回水管，回水管连接冷却沉淀池。该方法存在的问题是没有进行热回收。
专利(申请号：201110036997.2)公开了一种硫酸法钛白粉生产中回转窑煅烧烟气热能利用的方法，它包括如下三个方面：①将回转煅烧窑中产生的煅烧尾气通过电除尘净化，干法收尘，回收的产品返回转窑重新煅烧；②净化后的高温烟气一部分用生产过程中产生的浓度20％的废酸来喷淋，进行传质传热，蒸发废酸中水份，将废酸浓度提高至30％，废酸浓缩后的70-80℃的低温煅烧尾气再经电除雾系统净化，煅烧尾气达标外排；③净化后的另一部分煅烧尾气再返回回转煅烧窑回用，补充热量，调节窑内温度梯度。该方法存在的问题是热废气在废酸喷淋过程中热损失较大，余热利用效率低，而且煅烧尾气中的有害无用气体重新返回炉窑后，对煅烧工序造成不利影响。
文献《钛白粉煅烧尾气处理工艺改进及余热利用的研究》(无机盐工业，2009年第4期)和文献《浅析钛白粉煅烧尾气的治理工艺》(中国化工贸易，2011年第9期)均介绍了一种简化钛白粉煅烧尾气处理流程、改善煅烧尾气排放效果的方法，通过将二次洗水用作煅烧尾气喷淋水，喷淋水回用作一次洗水,利用煅烧尾气余热,降低蒸汽的消耗。但该方法通过喷淋的方式利用余热的效率较低。
综上所述，现有技术存在钛白回转窑煅烧尾气余热没有利用或者余热利用效率较低，且排放煅烧尾气的硫化物难以治理，煅烧尾气常常不能达标的问题。在提倡节能降耗，加强环保的政策背景下，硫酸法钛白生产企业如何充分利用煅烧尾气余热并达标排放是一个急需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的技术问题，目的在于提供一种可显著提高煅烧尾气余热利用率，并能使煅烧尾气中的硫化物完全达标排放的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法。
本发明的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法包括以下步骤：
1)除尘；
2)初步热交换，将除尘后的煅烧尾气排入废热锅炉系统中与工艺水进行热交换，煅烧尾气得到初步降温；
3)再次热交换，初步降温后的煅烧尾气进入文丘里系统中通过废硫酸喷淋进一步降温；
4)脱硫。
步骤1)中，将煅烧尾气通过烟道排入一除尘器中进行除尘，所述除尘器为旋风除尘器，优选多管旋风除尘器，进一步优选多管陶瓷旋风除尘器。
煅烧尾气通过所述除尘器时，由于受自身重力和离心力的作用，煅烧尾气中80-95％的钛白粉粉尘和气体分离。所述除尘器底部下方设有一集尘器，煅烧尾气中的钛白粉粉尘被收尘并从所述除尘器底部落入集尘器中，钛白粉粉尘被收集后可回收转入打浆槽中进行打浆工序。
步骤2)中，在所述废热锅炉系统中煅烧尾气可与所述工艺水分步进行多梯度的热交换，煅烧尾气可由300-400℃降温到200-250℃，大部分热量已传递给所述工艺水，将所述工艺水加热产生高温蒸汽，产生的高温蒸汽可外供钛白粉生产线其他工序使用。所述工艺水优选除盐水，加热所述除盐水产生的高温蒸汽可外供钛白粉生产线的酸解工序使用。
步骤3)中，初步降温后的煅烧尾气先进入所述文丘里系统中的上升管，用22-25％废硫酸喷淋所述上升管中的煅烧尾气，使其温度降至90-100℃；然后再进入所述文丘里系统中的下降管，用工艺废水喷淋煅烧尾气使其温度降至60-80℃。其中22-25％废硫酸可进行循环喷淋使温度升至90-95℃再通过废酸中转泵送入预浓缩系统。
步骤4)中，进一步降温后的煅烧尾气排入脱硫塔，通过喷淋碱液除掉煅烧尾气中的硫化物。一较佳实施例中，进一步降温后的煅烧尾气可从所述脱硫塔的下部排入，并用8-10％碱液从脱硫塔上部喷淋进行逆流接触，既可以除去煅烧尾气中的硫化物，同时煅烧尾气中的部分烟尘也被除去。所述脱硫塔顶部设有除雾器，煅烧尾气经所述除雾器除雾后用引风机送入烟囱后达标排放。喷淋下来的碱液可送入污水处理站系统。
本发明的区别于现有技术的特征以及积极进步效果在于：
一、本发明在钛白粉生产过程中的煅烧尾气的处理方法的工艺流程中增设了废热锅炉系统，而废热锅炉系统是目前许多行业中进行废气余热回收利用率最高的设备之一；在废热锅炉系统中，煅烧尾气中的大部分热量可交换用于自产蒸汽，而蒸汽可外供钛白粉生产线的酸解等工序使用。
二、在文丘里系统中进行的废硫酸喷淋不是单次喷淋，而是循环喷淋，以使废硫酸进一步吸收热量提高至所需温度然后送入废硫酸蒸汽浓缩系统，进而节约废硫酸蒸汽浓缩系统中的蒸汽消耗量。
三、煅烧尾气先后经过废热锅炉系统和文丘里系统，温度由350-400℃降至60-80℃，散出的热量先后用于自产蒸汽和加热废硫酸，不仅大大提高的余热交换率和利用率，而且因采用工艺水和废硫酸对煅烧尾气进行降温，减少给煅烧尾气降温用的额外的循环水喷淋量，节约水耗和电耗。
四、本发明在钛白粉生产过程中的煅烧尾气的处理方法的工艺流程中还增设了脱硫塔，使得煅烧尾气的脱硫率显著提高。脱硫塔不仅具备除尘、除雾功能，而且可有效去除煅烧尾气中的硫化物。煅烧尾气经脱硫、除尘、除雾后可达标排放。
综上，本发明的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法不但可以回收煅烧尾气中的钛白粉；而且可高效地回收煅烧尾气中的热量并用于钛白粉生产线的其他工序，大大节约能耗和水耗，达到节能减排的目的；另外经脱硫处理后煅烧尾气的脱硫率显著提高可达标排放。
具体实施方式
以下举出较佳实施例，对本发明的目的、特征和效果作进一步说明。
将从一个年产能为6万吨的硫酸法钛白粉生产回转窑尾部排出的350-400℃的煅烧尾气通过回转窑主烟道接入一个多管陶瓷旋风器，经过旋风除尘后被通入废热锅炉系统中，煅烧尾气中90％的钛白粉粉尘被收集到多管陶瓷旋风器下部的收集器中，可回收转入打浆槽中进行打浆工序。
废热锅炉系统包括尾气通道和冷却水通道，尾气通道和冷却水通道分别流经除氧器、具有纵翅片热管的热水加热器、热管蒸发器和蒸汽聚集器。经过旋风除尘后的煅烧尾气被通入废热锅炉系统中的尾气通道后依次流经蒸汽聚集器、热管蒸发器、热水加热器和除氧器，同时将待加热的除盐水反向通入废热锅炉系统中的冷却水通道依次流经除氧器、热水加热器、热管蒸发器和蒸汽聚集器进行热交换。除盐水通过除氧器时，换热后温度升高到100-110℃后，进行热力除氧。除氧后的除盐水通过锅炉给水泵送入热水加热器，与煅烧尾气通过纵翅片热管换热后，除盐水变为150-160℃的热水。150-160℃的除盐水再通过热管蒸发器与煅烧尾气换热，变为250-260℃，压力为1.1-1.3Mpa的汽水混合物后进入蒸汽聚集器进行汽水分离，产生的蒸汽外供钛白生产线酸解工序使用。经过上述不同部位换热后煅烧尾气由350-400℃降温到220-250℃，并进入文丘里系统。
在文丘里系统包括文丘里水箱、上升管和下降管，煅烧尾气依次流经上升管和下降管，从钛白粉生产线一洗工序过来的40-50℃废硫酸在上升管处喷淋与煅烧尾气换热升温后进入文丘里水箱，同时使煅烧尾气降温。文丘里水箱中的废硫酸通过溢流循环泵和喷淋循环泵在文丘里处与废锅系统中过来的220-250℃的煅烧尾气喷淋换热，煅烧尾气温度由220-250℃降为90-100℃，废硫酸温度升温到90-95℃。升温后的废硫酸通过废酸中转泵送入废酸预浓缩系统。煅烧尾气通过下降管处时，通过用从钛白粉生产线过来的一洗废水喷淋，煅烧尾气的温度进一步降温到60-80℃，然后进入脱硫塔。
煅烧尾气从脱硫塔下部排入，并在脱硫塔中与从石灰乳液槽过来的8-10％(以CaO计)的石灰石乳浊液逆向接触，完成脱硫并除去部分烟尘，此时煅烧尾气温度进一步降温至30-50℃，硫含量降至SO2120mg/m3，完全符合国家排放标准，再经过脱硫塔上部设有的除雾器除雾后即可通过引风机送入烟囱排放。脱硫后的石灰石乳液进入污水处理站进行处理。

Claims (6)

1.一种钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法，其包括步骤：
1)除尘；
2)初步热交换，将除尘后的煅烧尾气排入废热锅炉系统中与工艺水进行热交换，煅烧尾气得到初步降温，所述工艺水为除盐水，所述除盐水被加热产生高温蒸汽外供钛白粉生产线酸解工艺使用，煅烧尾气温度由300～400℃降至200～250℃；其中，所述废热锅炉系统包括尾气通道和冷却水通道，尾气通道和冷却水通道分别流经除氧器、具有纵翅片热管的热水加热器、热管蒸发器和蒸汽聚集器，经过旋风除尘后的煅烧尾气被通入所述废热锅炉系统中的所述尾气通道后依次流经所述蒸汽聚集器、所述热管蒸发器、所述热水加热器和所述除氧器，同时将待加热的所述除盐水反向通入所述废热锅炉系统中的所述冷却水通道依次流经所述除氧器、所述热水加热器、所述热管蒸发器和所述蒸汽聚集器进行热交换；
3)再次热交换，初步降温后的煅烧尾气进入文丘里系统中通过废硫酸喷淋进一步降温，所述初步降温后的煅烧尾气先进入所述文丘里系统中的上升管，用22～25％废硫酸循环喷淋所述上升管中的煅烧尾气，使其温度降至90～100℃；然后再进入所述文丘里系统中的下降管，用工艺废水喷淋煅烧尾气使其温度降至60～80℃；
4)脱硫。
2.如权利要求1所述的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法，其特征在于：步骤1)中，将煅烧尾气通过烟道排入除尘器中进行除尘，所述除尘器底部下方设有一集尘器，煅烧尾气中的钛白粉粉尘被收尘并从所述除尘器底部落入所述集尘器中。
3.如权利要求2所述的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法，其特征在于：所述除尘器为旋风除尘器。
4.如权利要求2所述的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法，其特征在于：所述除尘器为多管旋风除尘器。
5.如权利要求1所述的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法，其特征在于：步骤4)中，进一步降温后的煅烧尾气排入脱硫塔，通过喷淋碱液除掉煅烧尾气中的硫化物。
6.如权利要求5所述的钛白粉生产过程中煅烧尾气的处理方法，其特征在于：步骤4)中，进一步降温后的煅烧尾气从所述脱硫塔的下部排入，通过从脱硫塔上部喷淋8～10％碱液进行逆流接触来除去煅烧尾气中的硫化物与烟尘。
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