CN109012107B - 一种铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气处理系统，所述系统主要包括依次串联的SNCR脱硝除尘除焦油装置、球形蓄热氧化炉、S型烟道脱硫反应器、布袋除尘器，烟气在引风机的带动下进入SNCR脱硝除尘除焦油装置，并依次通过球形蓄热氧化炉、S型烟道脱硫反应器、布袋除尘器，经处理达标后经烟囱排放。

Description

一种铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气净化系统

技术领域

本发明涉及一种烟气处理系统，更具体的涉及一种铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气处理系统，属于烟气净化领域。

背景技术

我国是世界电解铝生产大国，自2001年以来，铝产能一直位居世界第一。2017年我国预焙阳极产能达到2448万吨，产量达到1970万吨。预焙阳极是电解铝生产主要消耗产品，吨铝消耗需要阳极约450kg左右。阳极焙烧是炭素制品生产过程中的重要工序，在隔绝空气的条件下，按照不同型号产品的要求，按一定的升温速率进行间接加热到最高焙烧温度，生坯在焙烧过程中沥青挥发分将燃烧作为焙烧炉烟气排放出来，焙烧烟气成为阳极厂最主要污染源，每生产1吨预焙阳极，产生约5000Nm³焙烧烟气，烟气中含有粉尘、沥青烟、二氧化硫、氮氧化物等，烟气量大，污染物浓度高，含有多种致癌成分，因此在阳极生产过程中需要加以去除。目前国内外常用净化方法主要有静电捕集法、氧化铝吸附法、碱液吸收法等，但这些技术只能针对某种成分进行单一处理，无法有效对焙烧炉烟气进行有效处理。

发明内容

针对现有预焙阳极焙烧烟气处理过程中存在的无法有效去除粉尘、焦油，无法同时脱硫脱硝，脱硫和脱硝效率低，对环境造成二次污染等问题，本发明提供了一种铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气净化系统，本发明依次采用SNCR脱硝除尘除焦油装置在去除氮氧化物的同时去除烟气中的焦油和粉尘，使用球形蓄热氧化炉对沥青烟进行氧化燃烧，随后采用S型烟道反应器进行脱硫处理，最后利用布袋除尘器去除剩余粉尘完成对烟气的净化处理。应用本发明的净化系统，整个系统设计合理、工艺流程简单，能够有效去除粉尘、焦油，大幅降低含硫含氮量，系统运行成本低，不造成二次污染，物料也可二次利用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气处理系统，所述系统主要包括SNCR脱硝除尘除焦油装置、球形蓄热氧化炉、S型烟道脱硫反应器、布袋除尘器等装置，烟气在引风机的带动下进入SNCR脱硝除尘除焦油装置，该装置为双层壳体结构，外侧壳体上设有切向入口，烟气经切向入口进入双层壳体之间，烟气在双层壳体内流动一周后从内侧壳体的烟气喷出口切向进入装置内部，喷出口垂直设置多个，每个喷出口对应一个装置内部的填料层，填料层内部装填填料，喷出口正对的内部壳体上对应开设脱硝剂入口；装置底部为集尘集油腔，装置顶部为烟气出口。

进一步的，烟气喷出口设置为烟气加速装置，例如文丘里管结构。

进一步的，填料层的填料为矩鞍环。

进一步的，脱硝剂为尿素水溶液。

进一步的，装置内填料层内部设置加热装置。

进一步的，脱硝剂入口在周向上正对烟气喷出口

烟气从SNCR脱硝除尘除焦油装置顶部排出，随后进入球形蓄热氧化炉，该球形蓄热氧化炉至少为两座串联，一座用于运行一座用于再生，包括烟气入口A，分支入口，分支入口阀，球形蓄热块，带动球形蓄热块转动的电机，燃烧室，燃烧器，反吹气出口，排气口。烟气由烟气入口A进入球形蓄热氧化炉，烟气被球形蓄热体预热，随后进入燃烧室燃烧，烟气被高温氧化分解，分解后的烟气进入第二球形蓄热氧化炉反吹再生预热第二球形蓄热块。反吹后气体从排泄管道排出。

进一步的，球形蓄热氧化炉为三座串联。

进一步的，球形蓄热块内部设置压力传感器。

烟气由球形蓄热氧化炉排出后进入NID反应器，本发明的NID反应器为S型烟道反应器，包括烟气入口B，脱硫剂回收口，脱硫剂加料喷嘴，混合区，增湿喷头，反应区，挡灰堰，烟气出口等。脱硫剂回收口位于S型烟道反应器的下部弯道处，反应区位于S型烟道反应器的中部，挡灰堰位于S型烟道反应器的上部弯道处。反应区中部设有增湿喷头。脱硫剂回收区收集的脱硫剂经处理后可进行重复利用。

进一步的，烟气入口B设有进风量监测器。

进一步的，包括脱硫剂储罐和喷料风机。

进一步的，烟气入口B处设有烟气分配器。

烟气由S型烟道反应器出口排出后进入布袋除尘器入口C进行除尘处理。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、结合使用SNCR脱硝除尘除焦油装置、球形蓄热氧化炉、S型烟道脱硫反应器、布袋除尘器等装置，根据焙烧炉烟气特点，依据本发明各部分设备特点布置铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气净化系统内装置，整个系统设计紧凑，便于维护。有效处理烟气，实现了焙烧炉烟气脱硫效率≥98.5％，二氧化硫排放浓度≤25mg/m³，脱硝效率≥95％，氟化物排放浓度≤2.5mg/m³，粉尘颗粒物≤2mg/m³，沥青烟脱除效率≥97％以上。

2、SNCR脱硝除尘除焦油装置集脱硝、除尘、除焦油功能于一体，利用一个设备高效实现了氮氧化物、粉尘颗粒物和焦油的有效去除，节省了装置占地面积，降低了运行成本。经过SNCR脱硝除尘除焦油装置处理，烟气中NO_x可降到50mg/m³以下。

3、球形蓄热氧化炉依靠特殊的球形蓄热块，能够提高蓄热纵深，有效提高蓄热效率，经过多角度变换球形蓄热块方向，能够有效延长运转周期，降低能耗，提高效率，相较方形蓄热体氧化铝，VOC去除率可达99％。

4、S型烟道脱硫反应器通过S型流动烟道，将脱硫剂回收区，脱硫剂加料混合区，增湿喷头区，反应区，除尘区等有效结合在一起，大幅提高脱硫效果，脱硫剂利用率较高，运行可靠，不需脱硫浆液的制备，避免了堵塞、腐蚀的风险，维护简单，成本更低。

本发明的SNCR脱硝除尘除焦油装置利用双层壳体结构，烟气切向进入双层壳体结构流动一周，利用烟气热量为装置进行保温，经过双层壳体结构，使得填料内部加热装置耗能减少约5％。烟气离开双层壳体结构从喷出口进入装置内部后，旋转流动，不断冲击填料。喷出口对向设置有SNCR脱硝剂喷入口，填料内部设置加热装置，将填料内部维持在SNCR反应温度，将脱硝剂尿素/NO摩尔比控制在0.5～2.0之间。本发明考虑到焙烧炉烟气成分，烟气中的焦油会造成填料堵塞，因此设计切向烟气冲击方式，烟气不断冲击填料，使得填料吸附的粉尘和焦油能够更为容易的脱附，进入装置底部的集油腔内部。切向进气方式也增加了烟气同脱硝剂的接触，矩鞍环填料最为有效的提高了脱硝效率。装置内部设置多层填料结构，避免了填料过多堆积影响烟气喷吹效果。

本发明结合焙烧炉烟气特点，创新性的研制了球形蓄热块结构，该球形蓄热块具有蓄热容积大、再生易调节、蓄热效果高的特点，利用该球形蓄热块，其蓄热纵深要高于普通的方形蓄热块，该球形蓄热块在电机的带动下可进行旋转转动，由于焙烧炉烟气含有大量焦油、沥青成分，因此蓄热块在使用中很容易发生堵塞，电机带动球形蓄热块转动可根据压力传感器的数值进行转动，调整蓄热块的迎烟面，有效提高蓄热块的使用周期，由于蓄热块为圆球形，其外表面同管道密封接触，可根据需要转动不同角度，例如5°、10°等进行旋转调节，更为灵活、有效的提高使用周期。通过比对现有的方形蓄热块，在烟气温度为1000℃的同等操作条件下，球形蓄热体换热比表面提高到400m²/m³以上，其温度效率高于方形蓄热块6％，热回收效率高于方形蓄热块14％，由于其旋转再生的特点，使用周期更是高于普通蓄热块约1000h，效果明显优于方形蓄热块，VOC去除率达到99％。

本发明的S型烟道反应器利用S型烟道结构，将各功能区有效连接在一起，S型烟道反应器中部为S弯结构，烟气经过S弯流动发生明显湍流，经试验证实该S弯结构能有效提高脱硫剂同烟气的混合程度，极大提高脱硫效率。脱硫后的产物经弯结构向下沉积，沉积在S型烟道反应器的下部弯道处的脱硫剂回收区以回收循环利用，烟气向上流动过程中，经过S型烟道反应器的上部弯道处的挡灰堰，由于烟气经过上部弯道处会发生弯流，烟气冲击挡灰堰，大部分烟气中的脱硫剂、粉尘等被挡灰堰阻挡并下落沉积到脱硫剂回收区，极大的减轻后续布袋除尘器的除尘压力。运行过程中，通过对NID脱硫装置的烟气风量进行调节，有效消除了峰值烟气冲击导致的危险物瞬时超标排放的风险，以及峰值烟气冲击对净化设备造成的危害。反应区中部设有增湿喷头，烟气在与脱硫剂混合后再经增湿喷头进行增湿，可提高烟气脱硫效果。脱硫剂回收区收集的脱硫剂经处理后可进行重复利用，节省了脱硫剂消耗，降低了成本。

经过布袋除尘器进一步除尘处理，一方面能收集回用尚未反应完全的脱硫剂，另一方面能利用附着在布袋除尘器中滤袋上的粉饼再一次脱硫，即实现NID脱硫过程，有效提高半干法脱硫反应器的脱硫效果。

附图说明

图1本发明净化系统的工艺流程图

图2SNCR脱硝除尘除焦油装置主视图

图3球形蓄热氧化炉主视图

图4S型烟道反应器主视图

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例的铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气处理系统主要包括SNCR脱硝除尘除焦油装置、球形蓄热氧化炉、S型烟道脱硫反应器、布袋除尘器等装置。对70万吨/年的焙烧炉烟气进行净化处理，烟气中SO₂浓度为290mg/Nm³，NOx的浓度为550mg/Nm³。烟气在引风机的带动下进入SNCR脱硝除尘除焦油装置9，该装置为双层壳体结构，包括外壳体1和内壳体2，外侧壳体上设有切向入口，烟气经切向入口进入双层壳体之间，烟气在双层壳体内高速流动一周后从内侧壳体的烟气喷出口3切向进入装置内部，喷出口为文丘里喷嘴，喷出口垂直设置为五个，每个喷出口对应一个装置内部的填料层，共有五层填料层，每层设置一个填料隔板5，单层填料高度为1.9m，填料层内部装填矩鞍环填料6，喷出口正对的内部壳体上对应开设脱硝剂入口4，脱硝剂入口4在周向上正对烟气喷出口，喷出口和脱硝剂入口的轴线4在SNCR脱硝除尘除焦油装置的轴向方向上向上倾斜5°，烟气和脱硝剂在周向上首先正向冲击，由于烟气的高动量，随后烟气和脱硝剂共同作切向旋转流动，共设有五个脱硝剂喷入口4，采用液态尿素作为SNCR脱硝剂；在烟气的冲击下，矩鞍环填料上的粉尘和焦油被冲击脱落，落入装置底部的集尘集油腔7，装置顶部为烟气出口8，烟气经顶部引风机引风排出。填料层温度保持在1000℃，尿素/NO摩尔比为1，尿素停留时间为1.1s以达到有效的脱除NOx。SNCR脱硝除尘除焦油装置满负荷运行时，烟气出口NOx排放量为24mg/Nm³，颗粒物分离效率≥99.5％，焦油去除率≥90％。

烟气从SNCR脱硝除尘除焦油装置顶部排出，随后进入球形蓄热氧化炉10，该球形蓄热氧化炉为两座串联，一座用于运行一座用于再生，所述球形蓄热氧化炉10包括烟气入口A，分支入口管23，分支入口阀24，进气管25，球形蓄热块12，带动球形蓄热块转动的电机13，燃烧室14，燃烧器15，反吹气出口16，排气口11，烟气由烟气入口A进入球形蓄热氧化炉10，进气管25为截面为圆形的管道，球形蓄热块12位于进气管25上，球形蓄热块圆心与进气管截面圆心重合，烟气被球形蓄热块12预热，随后进入燃烧室14燃烧，烟气被高温氧化分解，分解后的烟气进入第二球形蓄热氧化炉反吹再生预热第二球形蓄热块，反吹后气体从排泄管道排出。启动燃烧器点火升温，烟气被球形蓄热体预热至950℃，随后进入燃烧室燃烧，燃烧室温度为1000℃。烟气中的沥青烟、焦油和VOC氧化燃烧分解成二氧化碳和水，氧化产生的高温气体流经球形蓄热块，使球形陶瓷蓄热块蓄热，蓄热的热量用于预热后续进入的有机废气，从而节省废气升温的燃料消耗。没坐氧化炉的球形蓄热块均经历蓄热、放热、清扫程序，连续运行工作。球形蓄热块内部设置压力传感器，检测内部压力高于900Kpa时启动电机13，旋转球形陶瓷蓄热块角度为10°，若再检测内部压力高于900Kpa时，再次启动电机13，旋转球形陶瓷蓄热块角度为10°，直至球形陶瓷蓄热块旋转一周，采用分解后的气体清除球形蓄热块间吸附的固体粉尘、焦油等物质进行再生。本发明相较于普通方形蓄热块，由于球形蓄热块的直径长于球形截面内的正方形内的垂线长度，即球形蓄热块的纵深长度要长于相同腔体内部放置的方形蓄热块的长度，因此蓄热能力得到显著提升，更为重要的是，球形蓄热块在电机带动下可以旋转，不断切换迎烟气面，大幅度提高了蓄热块的在线时间。表1列出了本发明的球形蓄热块相较于传统的方形蓄热块，无论是温度效率还是热回收效率均得到了较为明显的提高。本发明的球形蓄热块同样能够吸附一定量的粉尘和焦油等物质，能够进一步的去除烟气中的颗粒物、焦油等，配合SNCR脱硝除尘除焦油装置，进一步提高了颗粒物和焦油的脱除率，起到了协同增效的技术效果。

表1

	温度效率	热回收效率
			球形蓄热块	96％	96％
方形蓄热块	90％	82％

烟气由球形蓄热氧化炉排出后温度约为250℃，除硫化物外其余污染物已基本被去除，烟气进入NID反应器，本发明的NID反应器为S型烟道反应器23，包括烟气入口B，脱硫剂回收口17，脱硫剂加料喷嘴18，混合区，增湿喷头19，反应区，挡灰堰20，烟气出口21等。脱硫剂回收口17位于S型烟道反应器23的下部弯道处，反应区位于S型烟道反应器的中部，挡灰堰20位于S型烟道反应器的上部弯道处。反应区中部设有增湿喷头19，烟气在与脱硫剂混合后再经增湿喷头19进行增湿能够降低钙硫比提高脱硫效率。脱硫剂回收区收集的脱硫剂经处理后可进行重复利用。脱硫剂加料部件包括通过管道连接的脱硫剂储罐24和设于该脱硫剂储罐24与脱硫剂加料喷嘴18之间的管道上的喷料风机25。烟气经烟气分配器进入S型烟道反应器23内部，脱硫剂为生石灰，烟气与喷入的生石灰充分接触反应，脱硫后的产物及剩余生石灰经弯结构向下沉积，沉积在S型烟道反应器的下部弯道处的脱硫剂回收区以回收循环利用，生石灰多次反复循环，提高了脱硫剂的利用率。烟气向上流动过程中，经过S型烟道反应器23的上部弯道处的挡灰堰20，由于烟气经过上部弯道处会发生弯流，烟气冲击挡灰堰20，大部分烟气中的脱硫剂、粉尘等被挡灰堰20阻挡并下落沉积到脱硫剂回收区，极大的减轻后续布袋除尘器的除尘压力。表2列出了本实施例的S型烟道反应器相较于J型烟道反应器的脱硫效果，在基本相同的工况下，由于S型烟道的设计，其脱硫效率明显高于普通烟道反应器。

表2

烟气由S型烟道反应器23出口排出后进入布袋除尘器21入口C进行除尘处理，处理后的烟气排放指标完全符合排放标准，经烟囱排放。布袋除尘器21为常规布袋除尘器，具体结构为现有布袋除尘器结构，这里不做过多描述。经过布袋除尘器除尘处理，一方面能收集回用尚未反应完全的脱硫剂重复利用，另一方面能利用附着在布袋除尘器中滤袋上的粉饼再一次脱硫，即实现NID脱硫过程。本净化系统的综合净化能力实现了焙烧炉烟气脱硫效率≥98.5％，二氧化硫排放浓度≤20mg/m³，脱硝效率≥95％，NOx浓度≤50mg/m³，氟化物排放浓度≤2.5mg/m³，粉尘颗粒物≤2mg/m³，沥青烟脱除效率≥97％以上。

对比例1

本发明中保持其余工况条件相同，采用普通含填料SNCR脱硝装置替换SNCR脱硝除尘除焦油装置，即替换切向文丘里喷嘴喷射烟气，最终SNCR脱硝装置烟气出口NOx排放量为55mg/Nm³，颗粒物分离效率仅为70％，焦油去除率仅为65％，且运行周期明显缩短，平均运行时间缩短40％。可见，切向文丘里喷嘴方式可使得烟气同脱硝剂充分接触并能有效去除填料表面吸附的杂质，提高运行时间。

对比例2

本发明中保持其余工况条件相同，处理系统中的SNCR脱硝除尘除焦油装置内若仅采用切向文丘里喷嘴方式进烟气而取出装置内部填料的情况下，最终SNCR脱硝装置烟气出口NOx排放量为96mg/Nm³，颗粒物分离效率仅为65％，焦油去除率仅为40％。即仅依靠烟气的切向旋转流动，颗粒物和焦油的分离主要依靠离心力作用，分离效果十分有限，起不到脱硝除尘除焦油的作用。

对比例3

本发明中保持其余工况条件相同，SNCR脱硝除尘除焦油装置内采用拉西环，鲍尔环替代矩鞍环，其最终SNCR脱硝除尘除焦油装置净化效果均明显劣于矩鞍环，净化效率仅能达到使用矩鞍环时的80％左右，这取决于矩鞍环的曲面表面在切向气流场中的作用，对气流没有太过强烈的干扰，在促进气流扰动的基础上避免了气阻的过分增大。

对比例4

本发明中保持其余工况条件相同，SNCR脱硝除尘除焦油装置内填料仅为一层，最终SNCR脱硝装置烟气出口NOx排放量为106mg/Nm³，颗粒物分离效率仅为66％，焦油去除率仅为45％。由于填料仅设置一层，填料堆积明显，过重的堆积明显影响了烟气喷吹的效果，相较较为松散的多层填料，烟气流动受到阻碍，净化效率明显降低。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进、等效替换、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种铝电解用预焙阳极焙烧炉烟气处理系统，所述系统包括依次串联的SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)、球形蓄热氧化炉(10)、S型烟道脱硫反应器(16)、布袋除尘器(21)，烟气在引风机的带动下进入SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)，所述SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)为双层壳体结构，包括外壳体(1)和内壳体(2)，外壳体(1)上设有切向入口，烟气经切向入口进入双层壳体之间，烟气在双层壳体内流动一周后从内壳体(2)的烟气喷出口(3)切向进入SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)的内部，喷出口(3)垂直设置多个，每个喷出口(3)对应一个装置内部的填料层，每层设置一个填料隔板(5)，填料层内部装填填料(6)，喷出口(3)正对的内壳体(2)上对应开设脱硝剂入口(4)，SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)底部为集尘集油腔(7)，顶部为烟气出口(8)，烟气出口(8)连通所述SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)下游的球形蓄热氧化炉(10)的烟气入口A，所述球形蓄热氧化炉(10)至少为两座串联，一座用于运行一座用于再生，所述球形蓄热氧化炉(10)包括烟气入口A，分支入口管(23)，分支入口阀(24)，进气管(25)，球形蓄热块(12)，带动球形蓄热块转动的电机(13)，燃烧室(14)，燃烧器(15)，反吹气出口(16)，排气口(11)，烟气由烟气入口A进入球形蓄热氧化炉(10)，进气管(25)为截面为圆形的管道，球形蓄热块12位于进气管(25)上，球形蓄热块圆心与进气管截面圆心重合，球形蓄热块(12)上部为燃烧室(14)，燃烧室(14)旁侧为反吹气出口(16)，反吹气出口(16)连通第二座球形蓄热氧化炉，反吹后气体从排气口(11)排出，排气口(11)连通球形蓄热氧化炉下游的NID反应器烟气入口B，所述NID反应器为S型烟道反应器(23)，包括烟气入口B，脱硫剂回收口(17)，脱硫剂加料喷嘴(18)，混合区，增湿喷头(19)，反应区，挡灰堰(20)，烟气出口(21)；脱硫剂回收口(17)位于S型烟道反应器(23)的下部弯道处，反应区位于S型烟道反应器(23)的中部，挡灰堰(20)位于S型烟道反应器(23)的上部弯道处；反应区中部设有增湿喷头(19)；NID反应器的烟气出口(21)连通NID反应器下游的布袋除尘器入口；烟气经布袋除尘器处理后经烟囱排放；其中球形蓄热氧化炉(10)内部的球形蓄热块内部设置压力传感器；电机(13)带动球形蓄热块转动根据压力传感器的数值进行转动，调整球形蓄热块的迎烟面。

2.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)的烟气喷出口设置为烟气加速装置文丘里管结构。

3.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)的填料层的填料为矩鞍环。

4.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)使用的脱硝剂为尿素水溶液。

5.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)内填料层内部设置加热装置。

6.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中SNCR脱硝除尘除焦油装置(9)脱硝剂入口在周向上正对烟气喷出口。

7.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中球形蓄热氧化炉(10)为三座串联。

8.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中球形蓄热氧化炉(10)的烟气入口B设有进风量监测器。

9.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中S型烟道脱硫反应器(23)包括脱硫剂储罐和喷料风机。

10.如权利要求1所述的烟气处理系统，其中S型烟道脱硫反应器(23)的烟气入口B处设有烟气分配器。

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