CN108339361A - 一种焚烧含砷烟气的处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种焚烧含砷烟气的处理方法及装置，方法是将温度高于313℃的焚烧含砷烟气通入陶瓷管除尘器中除尘，除尘后烟气进入混合室，同时在混合室中通入液氮，液氮与烟气逆向接触使烟气温度降至30℃，降温析出的部分三氧化二砷颗粒沉降到混合室底部排出，另一部分三氧化二砷颗粒随烟气进入电除尘器完成捕收，除砷后烟气直接排放；本发明利用液氮汽化吸收大量的热，快速渡过非晶系三氧化二砷的固化范围，从而最大限度得到晶型三氧化二砷；进入烟气的液氮不与气体组分发生反应，不会改变气体组分的化学性质；利用电捕收砷，只进行了砷的脱除；整个过程没有水的使用，大大减少了用水量及后续水处理成本，还有工业级的三氧化二砷产品产生，提高了环境效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种焚烧含砷烟气的处理方法及装置，属于环境工程技术领域。
背景技术
为贯彻落实党中央提出的《关于加快推进生态文明的意见》，广西环江毛南族自治县农业局引进了蜈蚣草种植技术，蜈蚣草在生长过程中快速萃取、浓缩和富集土壤中的砷，通过定期收割蜈蚣草去除土壤中的砷，来实现修复土壤的目的。经农业局的介绍，蜈蚣草会进行焚烧处理，烟气采用“急冷+湿法除尘+布袋除尘”装置处理；灰渣中含有高浓度的砷，按照危险废物进行填埋处理。
焚烧温度不高是造成灰渣中含有高浓度的砷的重要原因。通常焚烧后的砷以三氧化二砷形式存在，而三氧化二砷的升华温度为313℃，故蜈蚣草在高于313℃的燃烧氛围中会大大降低灰渣中砷含量。同时，焚烧烟气中的砷含量会增加。
关于含砷烟气的处理，国内外一直在进行研究。德国Lurgi提出了湿法除砷工艺，将专利DE19823227063和DE3514471应用在了处理铜冶炼烟气湿法除砷中；山东恒邦冶炼股份有限公司提出了骤冷除砷工艺，将CN105536475A和CN205360870U应用在了处理冶金行业高砷矿高温烟气；中国恩菲工程技术有限公司提出了骤冷变相除砷工艺，将专利ZL.201310204680.4和ZL.201420831059.0应用在了处理有色金属行业含砷烟气；昆明理工大学提出了水闪蒸干法除砷工艺，将CN106377922A应用在了处理云铜冶炼烟气。上述各种方法均可使含砷烟气达标排放，但是通过降温方式改变了烟气成分，尤其是水的大量使用，使得后续水处理负荷量加重；收砷方式均采用布袋收砷。
布袋收砷就是将含三氧化二砷颗粒气体从下部孔板进入圆筒形滤袋内，气流通过滤布的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出，沉积于滤布上的三氧化二砷，在机械震荡的作用下从滤布表面脱落下来，落入灰斗中，完成收砷工作。该收砷方式的缺点是：（1）三氧化二砷容易黏附在布袋上，造成清理困难；（2）检查和更换滤袋时，需要进入箱体，含砷气氛对工作人员健康不利；（3）布袋除砷装置占地面积较大。
相比于上述所处理的冶炼含砷烟气，本次所处理的烟气有如下特征：（1）焚烧原料为广西环江县的蜈蚣草；（2）工业分析中，灰分含量为15.5%，相比于一般冶炼烟气的43.0%，灰分少；（3）蜈蚣草中的主要痕量元素的含量为318.39mg/Kg，而矿石中的砷含量一般为192mg/Kg，相比于冶炼原材料，砷含量高；（4）在XRD测试中，并没有发现S元素和Cl元素，相比于冶炼烟气，不需要考虑烟气酸露点温度；（5）蜈蚣草中在有N2、CO2气氛下，在600℃时As的迁移率达到最高，而冶炼烟气的温度一般在800℃以上，相比于冶炼烟气，蜈蚣草焚烧烟气温度较低；目前关于电捕收砷的文献及报道未见过。
发明内容
本发明的目的提供一种焚烧含砷烟气的处理方法，解决了诸如湿法除砷工艺带来的污水的产生量大和泥砷产生带来的二次污染的问题，其是将温度高于313℃的焚烧含砷烟气通入陶瓷管除尘器中除尘，除尘后烟气进入混合室，同时在混合室中通入液氮，液氮与烟气逆向接触使烟气温度降至30℃以下，降温析出的部分三氧化二砷颗粒沉降到混合室底部排出，另一部分三氧化二砷颗粒随着烟气进入电除尘器完成捕收，除砷后烟气排放。
利用液氮汽化吸收大量的热在瞬间冷却使烟气温度降低到30℃，从而使三氧化二砷形成结晶状小颗粒，被电除尘器捕集。整个流程收砷的原理是利用三氧化二砷的饱和浓度、晶型与温度的关系，非晶系三氧化二砷为无色无定形的玻璃状物质，温度在175~250℃析出，晶态三氧化二砷在烟气温度降低至120℃以下时以颗粒状被电除尘器捕集。
本发明是烟气干法除砷的方法，即电捕收砷，就是将焚烧烟气通过陶瓷管除尘器除掉灰分，然后与液氮混合，迅速降温，析出三氧化二砷颗粒，一部分落入混合室的卸料器中，另一部分经过电除尘器，完成砷的脱除。
该方式的特点就是：（1）附着在电除尘器的捕集板上的三氧化二砷颗粒物在断电后容易脱落；（2）不需要换电晕极，减少了维护费用；（3）整个流程的装置占地面积小，操作简便，易于实现自动化控制。
本发明另一目的是提供一种焚烧含砷烟气的处理装置，其包括陶瓷管除尘器、液氮瓶、混合室、电除尘器；陶瓷管除尘器上设置有进气口，陶瓷管除尘器底部设置有卸灰口，陶瓷管除尘器出口与混合室底部连通，液氮瓶通过阀门与混合室上部的液氮入口连通，混合室上部出口与电除尘器连通，电除尘器上设置有排气口，混合室底部设置有卸料口。
所述液氮瓶与混合室之间设置有流量计。
所述混合室出口处设置有温度监测仪。
本发明的另一目的在于使用所述装置进行焚烧含砷烟气电捕收砷的方法，为了验证技术方案的可行性，在实验室做了如下工作，具体实验步骤如下：
（1）将焚烧含砷烟气从入气口进入陶瓷管除尘器装置中，将灰分等固体物收集下来并进入卸料器，且烟气进入混合室；
（2）步骤（1）的烟气进入混合室后，液氮气瓶中的液氮进入混合室，迅速汽化，与高温烟气逆向混合，吸收大量的热，快速度过175~250℃，降低至30℃，产生更多的晶态三氧化二砷颗粒，此时气体除了氮气的绝对量增加外，其他气体含量保持不变，且对后续气体的处理无影响。由于重力作用，部分颗粒会进入混合室底部的卸料器从而被去除，还有一部分则会进入电除尘器，实现了用混合室通过温度控制的作用达到部分气固分离的作用，温度监测仪对混合室出来的烟气进行监控，如果烟气没有达到要求，则通过阀门来控制进入混合室的流量进而达到所需烟气温度；
（3）步骤（2）降温后的烟气进入电除尘器，烟气降温，晶体三氧化二砷直接被捕极板捕收，除砷后的烟气可直接排出。
捕极板在气流刚进入的一段距离，不会有颗粒物，主要是气体态的三氧化二砷不会在陶瓷管除尘器中荷电，只有在形成颗粒状时才能荷电。
本发明的有益效果：
（1）本发明只有液氮参与反应，不会产生二次污染，没有废水产生，对环境保护具有重要的意义。
（2）降温后的烟气与大气温度相同，不会造成周边热污染。
（3）收集的三氧化二砷纯度较高，可作为企业生产原材料，产生了经济效益。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图。
图中，1-进气口，2-陶瓷管除尘器，3-液氮瓶，4-混合室，5-电除尘器，6-阀门，7-温度监测仪，8-流量计，9-卸灰口，10-卸料口，11-排气口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明，但本发明保护范围并不限于如下所述内容。
实施例1
本实施例所用蜈蚣草取自广西环江县，取蜈蚣草的上部，在70℃的恒温箱中烘干，再用粉碎机粉碎，最后过0.18mm筛获取实验样品，称取样品在焚烧炉中进行焚烧，温度是620℃，气氛是空气；并以400mL/min的速率通过图1所示装置，该装置包括陶瓷管除尘器2、液氮瓶3、混合室4、电除尘器5；陶瓷管除尘器上设置有进气口1，陶瓷管除尘器底部设置有卸灰口9，陶瓷管除尘器出口与混合室4底部连通，液氮瓶3通过阀门6与混合室4上部的液氮入口连通，混合室4上部出口与电除尘器连通，电除尘器上设置有排气口11，混合室4底部设置有卸料口10；混合室4出口处设置有温度监测仪7，所述液氮瓶与混合室之间设置有流量计8。
焚烧含砷烟气的处理步骤具体如下：
（1）将焚烧含砷烟气从进气口1进入陶瓷管除尘器2，将烟气中的灰分等固体物截留下来后，灰分会进入陶瓷管除尘器2底部并通过卸灰口9回收，除尘后烟气进入混合室4；
（2）步骤（1）的烟气进入混合室4后，与液氮进行混合，混合方式为逆向接触，烟气温度迅速下降到30℃，会析出大量的三氧化二砷晶体小颗粒；由于烟气中没有酸性气体，不用考虑酸露点温度，由于烟气的成分是空气，且蜈蚣草也已经脱水，当温度接近常温30℃时不会达到空气的露点温度，所以析出的三氧化二砷颗粒是干燥的；当温度继续下降时，会增加液氮的使用量，且析出的三氧化二砷颗粒很少，经济成本增加，一般不建议低于30℃。析出的颗粒一部分会掉落至混合室的卸料口处，另一部分会随烟气进入电除尘器5中；温度监测仪7对从混合室出来的烟气进行监测，当温度没有达到要求，则通过阀门6来控制进入混合室的液氮流量来调整吸热量；
（3）步骤（2）降温后的烟气进入电除尘器5中，颗粒状三氧化二砷会被电除尘器的捕集板捕集，除砷后的烟气通过排气口11直接排放。
本实施例烟气中砷的脱除率达到98%，得到三氧化二砷晶体纯度达到99%。
实施例2
本实施例所用蜈蚣草取自广西环江县，取蜈蚣草的上部，在70℃的恒温箱中烘干，再用粉碎机粉碎，最后过0.18mm筛获取实验样品，称取样品在焚烧炉中进行焚烧，燃烧温度是610℃，气氛是空气，并以300mL/min的速率通过图1装置，装置结构同实施例1；
焚烧含砷烟气的处理步骤具体如下：
（1）将焚烧含砷烟气从进气口1进入陶瓷管除尘器2，将烟气中的灰分等固体物截留下来后，灰分会进入陶瓷管除尘器2底部并通过卸灰口9回收，除尘后烟气进入混合室4；
（2）步骤（1）的烟气进入混合室4后，与液氮进行混合，混合方式为逆向接触，烟气温度迅速下降到30℃，会析出大量的三氧化二砷晶体小颗粒；由于烟气中没有酸性气体，不会考虑酸露点温度，由于烟气的成分是空气，且蜈蚣草也已经脱水，当温度接近常温30℃时不会达到空气的露点温度，所以析出的三氧化二砷颗粒是干燥的；当温度继续下降时，会增加液氮的使用量，且析出的三氧化二砷颗粒很少，经济成本增加，一般不建议低于30℃。析出的颗粒一部分会掉落至混合室的卸料器中，另一部分会进入电除尘器5中；温度监测仪7对从混合室出来的烟气进行监测，当温度没有达到要求，则通过阀门6、流量计8来控制进入混合室的液氮流量来调整吸热量；
（3）步骤（2）降温后的烟气进入电除尘器5中，颗粒状三氧化二砷会被电除尘器的捕集板捕集，除砷后的烟气通过排气口11直接排放。
本实施例烟气中砷的脱除率达到99%，得到三氧化二砷晶体纯度达到99%。
Claims (4)
1.一种焚烧含砷烟气的处理方法，其特征在于：将温度高于313℃的焚烧含砷烟气通入陶瓷管除尘器中除尘，除尘后烟气进入混合室，同时在混合室中通入液氮，液氮与烟气逆向接触使烟气温度降至30℃，降温析出的部分三氧化二砷颗粒沉降到混合室底部排出，另一部分三氧化二砷颗粒随烟气进入电除尘器完成捕收，除砷后烟气直接排放。
2.完成权利要求1所述的焚烧含砷烟气的处理方法的装置，其特征在于：包括陶瓷管除尘器（2）、液氮瓶（3）、混合室（4）、电除尘器（5）；陶瓷管除尘器上设置有进气口（1），陶瓷管除尘器底部设置有卸灰口，陶瓷管除尘器出口与混合室（4）底部连通，液氮瓶（3）通过阀门与混合室（4）上部的液氮入口连通，混合室（4）上部出口与电除尘器连通，电除尘器上设置有排气口，混合室（4）底部设置有卸料口。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：液氮瓶（3）与混合室（4）之间设置有流量计。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：混合室（4）出口处设置有温度监测仪。
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