CN108421383B - 一种钢材酸洗废气脱氟脱硝装置及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢材酸洗废气脱氟脱硝装置及其运行方法，其结构设计合理、投资费用合理、运行经济稳定。钢材酸洗废气被收集烟道收集汇入碱洗塔，之后进入水洗塔；脱氟后的废气进入一级除雾器和二级除雾器；脱氟废气入口烟道中的废气经管壳式换热器与脱硝废气入口烟道中的废气换热后，脱氟废气出口烟道中的废气温度上升，脱硝废气出口烟道中的废气温度下降；脱氟废气出口烟道中的废气在天然气加热模块中被加热后进入混合模块，来自供氨模块的氨水和稀释水通过供氨管线进入混合模块；废气和氨气的混合气体经混合烟道进入低温反应器进行脱硝；脱硝废气出口烟道中的废气经引风机和排放烟道排至除氨塔，最后废气由除氨塔塔顶烟囱排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢材酸洗废气脱氟脱硝装置及其运行方法，属于酸洗废气处理领域。
背景技术
酸洗不仅可去掉钢材表面的氧化皮，而且还可以钝化其表面，提高其耐腐蚀性。当钢材采用混酸(HNO3+HF)酸洗，酸洗温度为40-60℃时，会产生大量HF、NOx等酸洗废气。传统处理含有HF、NOx酸洗废气的方法有：利用水或碱液喷淋吸收HF，高温SCR法、氧化吸收法或干式吸附法去除NOx。
《轧钢工业大气污染物排放标准》中规定HF的排放浓度≤6mg/Nm3、NOx排放浓度≤150mg/Nm3。随着国家标准的越来越严格，单一的处理模式和净化思路一方面处理效率低，不能满足废气的达标排放，另一方面系统运行不稳定、且能耗较高。因此，多种工艺的组合以及新技术的出现迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、投资费用合理、运行经济稳定的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置及其运行方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种钢材酸洗废气脱氟脱硝装置，其特征在于：包括喷淋洗涤部分、除雾部分、废热利用部分、加热注氨混合部分、低温催化反应部分和排放部分；
喷淋洗涤部分包括收集烟道、碱洗塔、连接烟道和水洗塔；收集烟道与碱洗塔的进口连接；碱洗塔的出口和水洗塔的进口通过连接烟道连接；
除雾部分包括缓冲烟道、一级除雾器、水平烟道和二级除雾器；水洗塔的出口和一级除雾器的进口通过缓冲烟道连接；一级除雾器的出口和二级除雾器的进口通过水平烟道连接；
废热利用部分包括脱氟废气入口烟道、脱氟废气出口烟道、管壳式换热器、脱硝废气入口烟道和脱硝废气出口烟道；二级除雾器的出口和管壳式换热器的冷流体入口通过脱氟废气入口烟道连接；
加热注氨混合部分包括天然气加热模块、高温烟道、混合模块、供氨模块和供氨管线；天然气加热模块的入口和管壳式换热器的冷流体出口通过脱氟废气出口烟道连接；天然气加热模块的出口和混合模块的脱氟废气入口通过高温烟道连接；供氨模块的出口和混合模块的氨气入口通过供氨管线连接；
低温催化反应部分包括混合烟道和低温反应器；混合模块的出口和低温反应器的进口通过混合烟道连接；低温反应器的出口和管壳式换热器的热流体入口通过脱硝废气入口烟道连接；
排放部分包括引风机、排放烟道和除氨塔；管壳式换热器的热流体出口和引风机的入口通过脱硝废气出口烟道连接；引风机的出口和除氨塔的入口通过排放烟道连接。
本发明所述的碱洗塔和水洗塔采用抗老化防紫外线PP板制作。
本发明所述的碱液喷淋层和水洗层的喷嘴为螺旋实心锥形式，喷射角度90度。
本发明所述的一级除雾器和二级除雾器均为水平布置。
本发明所述的混合模块中设置有氨水喷枪。
本发明所述的低温反应器内按烟气流通方向依次设置有第一列灰斗、第一列催化剂层、第二列灰斗、第二列催化剂层、第三列灰斗和第三列催化剂层。
本发明所述的除氨塔内按烟气流通方向依次设置两层水喷淋层和两层除雾层。
本发明所述的除雾部分还包括第一自动疏水管线和第二自动疏水管线；第一自动疏水管线和第二自动疏水管线分别位于一级除雾器和二级除雾器底部。
本发明所述的收集烟道、连接烟道、缓冲烟道、水平烟道、脱氟废气入口烟道均为FRP材质，所述的脱氟废气出口烟道、高温烟道、混合烟道、脱硝废气入口烟道、脱硝废气出口烟道、排放烟道均为碳钢材质。
一种钢材酸洗废气脱氟脱硝装置的运行方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1) 、钢材酸洗废气被收集烟道收集汇入碱洗塔，除去废气中大部分HF；之后进入水洗塔，废气中HF被充分吸收净化；同时废气中的粉尘及其他杂质也一同被清洗分离；
(2)、脱氟后的废气进入一级除雾器和二级除雾器，一级除雾器为粗过滤，二级除雾器为精过滤；
(3) 、脱氟废气入口烟道中的废气经管壳式换热器与脱硝废气入口烟道中的废气换热后，脱氟废气出口烟道中的废气温度上升，脱硝废气出口烟道中的废气温度下降；
(4) 、脱氟废气出口烟道中的废气在天然气加热模块中被加热后进入混合模块，来自供氨模块的氨水和稀释水通过供氨管线进入混合模块；
(5)、废气和氨气的混合气体经混合烟道进入低温反应器进行脱硝；
(6) 、脱硝废气出口烟道中的废气经引风机和排放烟道排至除氨塔，最后废气由除氨塔塔顶烟囱排放。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
(1) 、碱洗塔+水洗塔的组合，共一层均气层+两层碱液喷淋层+两层水洗层，可灵活有效的去除酸洗废气中的HF及其他酸性杂质，使得酸洗废气更加清洁干净；
(2) 、单独水平布置的一级除雾器和二级除雾器，方便检修，且粗过滤和精过滤的结合互补，可深层次降低废气中的雾滴，为后续工艺的良好运行提供保障；
(3) 、管壳式换热器的选择，既可使脱氟废气出口烟道中的废气在进入天然气加热模块之前温度升高，又可使脱硝废气出口烟道中的废气排出温度降低，在保证废热利用的同时，既可减少天然气的用量，又可降低排放部分的投资成本，如引风机和排放烟道不需要按照200℃以上的高温来选型设计；
(4)、除氨塔的设置，进一步净化吸收废气中的氨气，且净化液可回收至供氨模块再次利用。
(5)、当酸洗废气中HF初始浓度≤400mg/Nm3，NOx初始浓度≤4000mg/Nm3时，通过本发明，可满足《轧钢工业大气污染物排放标准》中规定的污染物排放要求，使得酸洗废气能够达标洁净排放。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本发明实施例包括喷淋洗涤部分、除雾部分、废热利用部分、加热注氨混合部分、低温催化反应部分和排放部分。
一、喷淋洗涤部分包括收集烟道1.1、碱洗塔1.2、连接烟道1.3和水洗塔1.4。
收集烟道1.1与碱洗塔1.2进口连接。碱洗塔1.2出口和水洗塔1.4进口通过连接烟道1.3连接。碱洗塔1.2内按烟气流通方向依次设置一层均气层和两层碱液喷淋层。水洗塔1.4内按烟气流通方向依次设置两层水洗层。
碱洗塔1.2和水洗塔1.4采用抗老化防紫外线PP板制作。
收集烟道1.1内废气流速8-10m/s；碱洗塔1.2和水洗塔1.4内空塔流速2m/s左右；一级除雾器2.2和二级除雾器2.5内废气流速1.5-2m/s。合理的流速选择，使气-液、气-气接触更充分，提高系统稳定性，降低有害气体逃逸率。
碱液喷淋层和水洗层的喷嘴为高效率螺旋实心锥形式，喷射角度90度，材质选择碳化硅。
二、除雾部分包括缓冲烟道2.1、一级除雾器2.2、第一自动疏水管线2.3、水平烟道2.4、二级除雾器2.5和第二自动疏水管线2.6。
水洗塔1.4出口和一级除雾器2.2进口通过缓冲烟道2.1连接。一级除雾器2.2出口和二级除雾器2.5进口通过水平烟道2.4连接。第一自动疏水管线2.3和第二自动疏水管线2.6分别位于一级除雾器2.2和二级除雾器2.5底部。
第一自动疏水管线2.3和第二自动疏水管线2.6中分别设置有两个U型弯，可使除雾器工作时连续自动排水，又能在其不工作时起到液封的作用。
一级除雾器2.2和二级除雾器2.5均为水平布置，一级除雾器2.2为粗过滤，通过多面空心球填料实现，二级除雾器2.5为精过滤，通过多次改变烟气流向实现。
第一自动疏水管线2.3和第二自动疏水管线2.6所有弯头连接处均采用法兰连接。
三、废热利用部分包括脱氟废气入口烟道3.1a、脱氟废气出口烟道3.1b、管壳式换热器3.2、脱硝废气入口烟道3.3a和脱硝废气出口烟道3.3b。
二级除雾器2.5的出口和管壳式换热器3.2的冷流体入口通过脱氟废气入口烟道3.1a连接。
管壳式换热器3.2之前烟道（如：收集烟道1.1、连接烟道1.3、缓冲烟道2.1、水平烟道2.4、脱氟废气入口烟道3.1a）为FRP材质，脱氟废气入口烟道3.1a中的废气经管壳式换热器3.2温度升高，之后烟道（如：脱氟废气出口烟道3.1b、高温烟道4.2、混合烟道5.1、脱硝废气入口烟道3.3a、脱硝废气出口烟道3.3b、排放烟道6.2）采用碳钢材质。
四、加热注氨混合部分包括天然气加热模块4.1、高温烟道4.2、混合模块4.3、供氨模块4.4和供氨管线4.5。
天然气加热模块4.1的入口和管壳式换热器3.2的冷流体出口通过脱氟废气出口烟道3.1b连接。天然气加热模块4.1的出口和混合模块4.3的脱氟废气入口通过高温烟道4.2连接。供氨模块4.4的出口和混合模块4.3的氨气入口通过供氨管线4.5连接。混合模块4.3中含有氨水喷枪。
天然气加热模块4.1中的上部烧嘴和下部烧嘴错位布置，可使火焰全覆盖，以达到合理分配能量和均匀温度，并且能够燃烧充分，没有CO等有害气体产生，不会造成二次污染。烧嘴材质采用碳化硅。燃料为管道天然气，低热值：8500千卡/Nm3。
供氨模块4.4中还原剂选用(wt)20%浓度氨水，(wt)20%浓度氨水作为脱硝还原剂，一方面氨水汽化温度低，另一方面氨水投资运行成本均低于尿素。
混合模块4.3中的氨水喷枪采用双流体扇形喷嘴，喷射角度60度，喷枪和喷嘴材质选用310S。
供氨管线4.5含有氨水和稀释水管线，采用不锈钢材质，均设置压缩空气吹扫。
五、低温催化反应部分包括混合烟道5.1、低温反应器5.2、第一列催化剂层5.21、第一列灰斗5.22、第二列催化剂层5.23、第二列灰斗5.24、第三列催化剂层5.25和第三列灰斗5.26。
混合模块4.3的出口和低温反应器5.2的进口通过混合烟道5.1连接。低温反应器5.2的出口和管壳式换热器3.2的热流体入口通过脱硝废气入口烟道3.3a连接。
低温反应器5.2内按烟气流通方向依次设置有第一列灰斗5.22、第一列催化剂层5.21、第二列灰斗5.24、第二列催化剂层5.23、第三列灰斗5.26和第三列催化剂层5.25。
低温反应器5.2为卧式结构，三列灰斗均布置于低温反应器5.2下方。
低温反应器5.2中的催化剂层选用低温催化剂，其活性温度区间为180-260℃，低温催化剂的活性温度低于高温催化剂，进一步降低了能源损耗和系统配置。
六、排放部分包括引风机6.1、排放烟道6.2和除氨塔6.3。
管壳式换热器3.2的热流体出口和引风机6.1的入口通过脱硝废气出口烟道3.3b连接。引风机6.1的出口和除氨塔6.3的入口通过排放烟道6.2连接。除氨塔6.3内按烟气流通方向依次设置两层水喷淋层和两层除雾层。
除氨塔6.3为烟塔合一结构，采用不锈钢材质。
一种钢材酸洗废气脱氟脱硝装置的运行方法，包括以下步骤：
(1) 、钢材酸洗废气被收集烟道1.1收集汇入碱洗塔1.2，在均气层中均流分布，经两层碱液逆流喷淋，除去废气中大部分HF，之后进入水洗塔1.4，再通过两层水逆流洗涤，废气中HF被充分吸收净化，同时废气中的粉尘及其他杂质也一同被清洗分离进入碱液和水溶液中，为之后的低温催化剂系统稳定运行提供保证，防止其被废气中的粉尘及杂质磨损、以及避免其被HF等卤化物杂质毒化；喷淋层和水洗层的投入运行层数可根据负荷变化灵活调整。
(2)、脱氟后的废气经缓冲烟道2.1进入一级除雾器2.2和二级除雾器2.5，一级除雾器2.2为粗过滤，通过多面空心球填料实现；二级除雾器2.5为精过滤，通过多次改变烟气流向，使得气体中的液滴不断与除雾器板面碰撞、凝聚后掉落，达到除雾的效果。经一级除雾器2.2和二级除雾器2.5除掉的液滴通过第一自动疏水管线2.3和第二自动疏水管线2.6排出，第一自动疏水管线2.3和第二自动疏水管线2.6能连续自动排水，不工作时也可起到液封的作用。
(3) 、脱氟废气入口烟道3.1a中的废气（温度为40-50℃）经管壳式换热器3.2与脱硝废气入口烟道3.3a中的废气（温度为200-250℃）换热后，脱氟废气出口烟道3.1b中的废气温度为80-100℃，可避免系统中设备被腐蚀，换热后脱硝废气出口烟道3.3b中的废气温度降至100-150℃。
(4) 、脱氟废气出口烟道3.1b中的废气（温度为80-100℃）在天然气加热模块4.1中被加热至180-260℃进入混合模块4.3，来自供氨模块4.4的氨水和稀释水通过供氨管线4.5进入氨水喷枪，在混合模块4.3中稀释后的氨水充分汽化混合。氨水和稀释水管线不设置伴热和保温，停机后，利用压缩空气将冲洗后的氨水和稀释水管线吹扫干净，即利于检修，又能防止管线内的余液结冰堵塞。
(5) 、废气和氨气的混合气体经混合烟道5.1进入低温反应器5.2，在低温催化剂的作用下，达到脱硝的效果。低温反应器5.2中不设置吹灰装置，灰尘及杂质靠重力沉降收集在每列催化剂层前的灰斗中。
(6) 、脱硝废气出口烟道3.3b中的废气经引风机6.1和排放烟道6.2排至除氨塔6.3，为保证脱硝效率，供氨模块4.4需供给过量的氨水至混合模块4.3中，其中一部分氨气与NOx反应形成氮气和水，剩余的氨气则随之进入除氨塔6.3，经过两层水逆流洗涤，可将废气中的氨气吸收净化，待净化液达到一定浓度，可回收至供氨模块4.4再次利用。最后废气经除雾后由除氨塔6.3塔顶烟囱排放。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种钢材酸洗废气脱氟脱硝装置， 其特征在于：包括喷淋洗涤部分、除雾部分、废热利用部分、加热注氨混合部分、低温催化反应部分和排放部分；
喷淋洗涤部分包括收集烟道、碱洗塔、连接烟道和水洗塔；收集烟道与碱洗塔的进口连接；碱洗塔的出口和水洗塔的进口通过连接烟道连接；
除雾部分包括缓冲烟道、一级除雾器、水平烟道和二级除雾器；水洗塔的出口和一级除雾器的进口通过缓冲烟道连接；一级除雾器的出口和二级除雾器的进口通过水平烟道连接；
废热利用部分包括脱氟废气入口烟道、脱氟废气出口烟道、管壳式换热器、脱硝废气入口烟道和脱硝废气出口烟道；二级除雾器的出口和管壳式换热器的冷流体入口通过脱氟废气入口烟道连接；
加热注氨混合部分包括天然气加热模块、高温烟道、混合模块、供氨模块和供氨管线；天然气加热模块的入口和管壳式换热器的冷流体出口通过脱氟废气出口烟道连接；天然气加热模块的出口和混合模块的脱氟废气入口通过高温烟道连接；供氨模块的出口和混合模块的氨气入口通过供氨管线连接；
低温催化反应部分包括混合烟道和低温反应器；混合模块的出口和低温反应器的进口通过混合烟道连接；低温反应器的出口和管壳式换热器的热流体入口通过脱硝废气入口烟道连接；
排放部分包括引风机、排放烟道和除氨塔；管壳式换热器的热流体出口和引风机的入口通过脱硝废气出口烟道连接；引风机的出口和除氨塔的入口通过排放烟道连接。
2.根据权利要求1所述的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置，其特征在于：所述的碱洗塔和水洗塔采用抗老化防紫外线PP板制作。
3.根据权利要求1所述的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置，其特征在于：所述的一级除雾器和二级除雾器均为水平布置。
4.根据权利要求1所述的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置，其特征在于：所述的混合模块中设置有氨水喷枪。
5.根据权利要求1所述的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置，其特征在于：所述的低温反应器内按烟气流通方向依次设置有第一列灰斗、第一列催化剂层、第二列灰斗、第二列催化剂层、第三列灰斗和第三列催化剂层。
6.根据权利要求1所述的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置，其特征在于：所述的除氨塔内按烟气流通方向依次设置两层水喷淋层和两层除雾层。
7.根据权利要求1所述的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置，其特征在于：所述的除雾部分还包括第一自动疏水管线和第二自动疏水管线；第一自动疏水管线和第二自动疏水管线分别位于一级除雾器和二级除雾器底部。
8.根据权利要求1所述的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置，其特征在于：所述的收集烟道、连接烟道、缓冲烟道、水平烟道、脱氟废气入口烟道均为FRP材质，所述的脱氟废气出口烟道、高温烟道、混合烟道、脱硝废气入口烟道、脱硝废气出口烟道、排放烟道均为碳钢材质。
9.一种权利要求1-8任一权利要求所述的钢材酸洗废气脱氟脱硝装置的运行方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1) 、钢材酸洗废气被收集烟道收集汇入碱洗塔，除去废气中大部分HF；之后进入水洗塔，废气中HF被充分吸收净化；同时废气中的粉尘及其他杂质也一同被清洗分离；
(2)、脱氟后的废气进入一级除雾器和二级除雾器，一级除雾器为粗过滤，二级除雾器为精过滤；
(3)、脱氟废气入口烟道中的废气经管壳式换热器与脱硝废气入口烟道中的废气换热后，脱氟废气出口烟道中的废气温度上升，脱硝废气出口烟道中的废气温度下降；
(4)、脱氟废气出口烟道中的废气在天然气加热模块中被加热后进入混合模块，来自供氨模块的氨水和稀释水通过供氨管线进入混合模块；
(5)、废气和氨气的混合气体经混合烟道进入低温反应器进行脱硝；
(6)、脱硝废气出口烟道中的废气经引风机和排放烟道排至除氨塔，最后废气由除氨塔塔顶烟囱排放。
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