CN109331625A - 三氧化二钒还原尾气净化塔 - Google Patents

三氧化二钒还原尾气净化塔 Download PDF

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Abstract

本发明公开的是化工尾气处理技术领域的一种三氧化二钒还原尾气净化塔，包括自下而上依次设置的洗涤冷却喷淋段、脱氨段、脱水段、除雾段、除氧段和出气段；所述洗涤冷却喷淋段包括循环液、氨水循环泵和氨水喷头；所述脱氨段包括硫酸槽、硫酸循环泵和硫酸喷头；所述脱水段包括设置在硫酸喷头上方的表冷器；所述除雾段包括设置在表冷器上方的除雾器；所述除氧段包括设置在除雾器上方的脱氧网。三氧化二钒还原尾气在进入净化塔后去除了尾气中的粉尘、氨气、氧气、水分以及原料焦炉煤气中的硫，无新的污染，无外排废弃物，净化后得到的渣料和尾气可用于工业燃料、燃机发电或生产蒸汽，既避免了资源浪费又有利于减少环境污染，经济效益显著。

Description

三氧化二钒还原尾气净化塔
技术领域
本发明涉及化工尾气处理技术领域，尤其涉及一种三氧化二钒还原尾气净化塔。
背景技术
三氧化二钒是钒铁冶炼的原料，钒作为一种稀有金属，用于航天、军工以及钢铁制品的添加剂，俗称为“工业味精”。中国的钒资源量占到世界的70％，一段时间钒产业的生产造成了一定的环境污染。现在的生产工艺是：利用焦炉煤气通入一种外加热回转窑和原料偏钒酸铵在高温下进行还原反应，利用焦炉煤气中的氢气、一氧化碳，还原生成三氧化二钒，根据理论和实际测量，每生产一吨三氧化二钒需要消耗还原煤气约500m3，同时产生相当量的尾气。初始焦炉煤气的热值17580-18420/KJ.m-3，还原终了的尾气热值还有13379/KJ.m-3，热值仅仅降低了30％左右。由于尾气成份复杂，而且含有大量的氨气、粉尘、水分以及少量的氧气，现在大部分企业直接放空点燃，不仅浪费了大量的能源，而且还污染了大气。现在国家提高了节能环保的标准，处理利用还原尾气十分紧迫。也有工厂尝试除尘后回收利用，但是很不成功，由于氨气和粉尘以及水分的存在，降低了露点温度，造成了除尘器和管道的堵塞，影响生产的顺利进行。
发明内容
为克服现有三氧化二钒还原尾气处理方式易造成能源浪费、环境污染和设备损坏等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种净化效果更好的三氧化二钒还原尾气净化塔。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
三氧化二钒还原尾气净化塔，包括自下而上依次设置的洗涤冷却喷淋段、脱氨段、脱水段、除雾段、除氧段和出气段；
所述洗涤冷却喷淋段包括循环液、氨水循环泵和氨水喷头，所述氨水循环泵将底部的循环液抽至上方的氨水喷头，在循环液的液面与氨水喷头之间的塔壁上设有尾气入口；
所述脱氨段位于氨水喷头的上方，包括硫酸槽、硫酸循环泵和硫酸喷头，所述硫酸循环泵将硫酸槽中的稀硫酸抽至上方的硫酸喷头，所述硫酸槽的中部设有尾气上升通道；
所述脱水段包括设置在硫酸喷头上方的表冷器；
所述除雾段包括设置在表冷器上方的除雾器；
所述除氧段包括设置在除雾器上方的脱氧网。
进一步的是，所述氨水喷头包括上下设置的上层氨水喷头和下层氨水喷头，在上层氨水喷头和下层氨水喷头与氨水循环泵之间均设有氨水止回装置。
进一步的是，在所述下层氨水喷头上的氨水止回装置与氨水循环泵之间设有氨水篮式过滤器和氨水换热器。
进一步的是，所述硫酸喷头包括上下设置的上层硫酸喷头和下层硫酸喷头，在上层硫酸喷头和下层硫酸喷头与硫酸循环泵之间均设有硫酸止回装置。
进一步的是，还包括硫酸罐和硫酸篮式过滤器，所述硫酸罐与硫酸槽之间设有带PH仪的硫酸计量泵，所述硫酸篮式过滤器设置在下层硫酸喷头与硫酸循环泵之间。
进一步的是，所述表冷器包括上下布置的上表冷器和下表冷器，所述下表冷器通入20～30℃的常温水，上表冷器通入0～10℃的冷却水。
进一步的是，所述下层氨水喷头上的氨水止回装置与氨水循环泵之间还设有氨水换热器，所述上表冷器和下表冷器的冷却水出口均与氨水换热器相连。
进一步的是，还包括水封箱，所述水封箱的入口与尾气进入阀相连，出口与净化塔的尾气入口相连。
进一步的是，所述出气段包括依次相连的容积式风机、回火防止器和尾气出口，所述容积式风机的入口端设有气体取样口。
进一步的是，还包括工控机，所工控机与氨水循环泵、硫酸循环泵、表冷器、除雾器和容积式风机通过电信连接控制。
本发明的有益效果是：三氧化二钒还原尾气在进入净化塔后依次通过洗涤冷却喷淋段、脱氨段和脱水段、除雾段、除氧段进行净化，去除了尾气中的粉尘、氨气、氧气、水分以及原料焦炉煤气中的硫，无新的污染，无外排废弃物，产生的硫酸铵溶液也是生产三氧化二钒必须的辅料，回收的粉尘是生产五氧化二钒的原料，净化后的尾气可用于工业燃料、燃机发电或生产蒸汽，既避免了资源浪费又有利于减少环境污染，经济效益显著。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图中标记为，1-洗涤冷却喷淋段，2-脱氨段，3-脱水段，4-除雾段，5-除氧段，6-出气段，7-水封箱，8-尾气进入阀，11-循环液，12-氨水循环泵，13-氨水喷头，14-尾气入口，15-氨水止回装置，16-氨水篮式过滤器，17-氨水换热器，21-硫酸槽，22-硫酸循环泵，23-硫酸喷头，24-尾气上升通道，25-硫酸止回装置，26-硫酸罐，27-硫酸篮式过滤器，28-硫酸计量泵，31-表冷器，41-除雾器，51-脱氧网，61-容积式风机，62-回火防止器，63-尾气出口，64-气体取样口，131-上层氨水喷头，132-下层氨水碰头，231-上层硫酸喷头，232-下层硫酸喷头，311-上表冷器，312-下表冷器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的三氧化二钒还原尾气净化塔，包括自下而上依次设置的洗涤冷却喷淋段1、脱氨段2、脱水段3、除雾段4、除氧段5和出气段6；所述洗涤冷却喷淋段1包括循环液11、氨水循环泵12和氨水喷头13，所述氨水循环泵12将底部的循环液11抽至上方的氨水喷头13，在循环液11的液面与氨水喷头13之间的塔壁上设有尾气入口14；所述脱氨段2位于氨水喷头13的上方，包括硫酸槽21、硫酸循环泵22和硫酸喷头23，所述硫酸循环泵22将硫酸槽21中的稀硫酸抽至上方的硫酸喷头23，所述硫酸槽21的中部设有尾气上升通道24；所述脱水段3包括设置在硫酸喷头23上方的表冷器31，所述表冷器31上设有冷却水出口和冷却水入口；所述除雾段4包括设置在表冷器31上方的除雾器41；所述除氧段5包括设置在除雾器41上方的脱氧网51。
该净化塔的净化过程及原理是：
一、降温除尘，还原尾气从尾气入口14进入净化塔的洗涤冷却喷淋段1，在上行过程中与氨水喷头13喷洒的循环液11进行传热，将尾气中热量传递到循环水中，同时尾气中的粉尘颗粒物被水膜包裹，随水滴下行，此处的循环液11初期可采用水，当循环一定时间，该循环液吸收了尾气中的氨气，变为饱和的氨水，该氨水还可以脱除尾气中由焦炉煤气带来的SO2；
二、脱氨，经过降温、除尘后的尾气从硫酸槽21中部的尾气上升通道24进入脱氨段2，尾气在上升的过程中与硫酸喷头23喷洒的稀硫酸接触反应，硫酸和尾气中的氨气反应生成硫酸铵，从而净化了尾气中的氨气；
三、脱水，尾气从脱氨段2继续上行进入脱水段3，此时的尾气已经脱除了粉尘、氨气，但是是饱和的气体，含水量还很高，达到110g/m3，这一部分水不脱出，会对尾气的利用带来不利影响，因此，通过在脱水段3设置表冷器31，使尾气中的高温水蒸汽在表冷器31表面形成冷凝水并降温，降低尾气中的含水量；
四、除雾，经过脱水段3脱水后的尾气，还含有一定的水珠悬浮在气流中，当尾气通过除雾段4时，由于扰流的作用，雾气会凝结在除雾器41上，随着水滴的增大，会自流下来，从而达到除雾的目的；
五、除氧，经过除尘、脱氨、脱水后的尾气，里面还含有4％左右的氧气，为了尾气利用的安全，本发明设置了一个脱氧段5，尾气经过该段，里面的氧气会和脱氧网51里面的一种金属成份参加氧化反应，从而达到脱除氧气的目的。净化后的尾气完全达到下一步利用的效果，从出气段6流出。
为了提高洗涤冷却喷淋段1的除尘和冷却效果，所述氨水喷头13包括上下设置的上层氨水喷头131和下层氨水喷头132，在上层氨水喷头131和下层氨水喷头132与氨水循环泵12之间均设有氨水止回装置15。由于刚进入的尾气温度较高，上升速度快，设置两层喷头，可提高尾气与循环液的接触时间，从而提高降温除尘效果。设置氨水止回装置15是为了避免在停机后尾气经过氨水喷头13泄漏。
由于循环液11吸收了尾气中的粉尘和热量，如不及时清理和传导，会造成设备堵塞和冷却效果下降，因此，本申请增加了氨水篮式过滤器16和氨水换热器17，氨水篮式过滤器16用于清理粉尘，氨水换热器17由外部冷却水带走循环液中的热量。考虑到成本和使用效果，只需在下层氨水喷头132上的氨水止回装置15与氨水循环泵12之间设置一个氨水篮式过滤器16和氨水换热器17即可达到使用要求。
同样，为了提高脱氨效果，所述硫酸喷头23包括上下设置的上层硫酸喷头231和下层硫酸喷头232，在上层硫酸喷头231和下层硫酸喷头232与硫酸循环泵22之间均设有硫酸止回装置25。设置两层喷头，可提高尾气与硫酸的接触时间，从而提高脱氨效果。设置硫酸止回装置25是为了避免在停机后尾气经过硫酸喷头23泄漏。
随着脱氨的进行，溶液中硫酸铵不断提高，如不及时清理，结晶的硫酸铵也会堵塞喷头和管道，因此需要设置硫酸篮式过滤器27来对硫酸铵进行清除，同时为了保证脱氨的连续进行，需要设置硫酸罐26和带PH仪的硫酸计量泵28来为硫酸槽21补充硫酸。考虑到成本和使用效果，只需在下层硫酸喷头232上的硫酸止回装置25与硫酸循环泵22之间设置一个硫酸篮式过滤器27即可达到使用要求。
进一步的，所述表冷器31包括上下布置的上表冷器311和下表冷器312，所述下表冷器312通入20～30℃的常温水，上表冷器311通入0～10℃的冷却水。所述表冷器31可采用翅片式表冷器，冷却效果更好。当尾气通过下层表冷器312时，利用常温冷却水把尾气温度降低到40℃左右，使尾气的水含量降低到56g/m3，再通过上层表冷器311，可把尾气温度降低到15℃左右，把尾气的含水量降低到15g/m3，这样尾气的品质大大提高了。
为了使资源得到循环利用，在所述下层氨水喷头132上的氨水止回装置15与氨水循环泵12之间还设有氨水换热器17，所述上表冷器311和下表冷器312的冷却水出口均与氨水换热器17相连。该结构可充分利用表冷器31的冷却水来带走循环液11中的热能。
除了上述主要净化结构外，还包括水封箱7，所述水封箱7的入口与尾气进入阀8相连，出口与净化塔的尾气入口14相连。水封箱7中装有水，水封箱7入口应深入水封箱7底部，设置水封箱7的目的是当检修或停产时用水封对净化塔进行隔离，尾气的杂质和腐蚀性气体，一般的阀门不能保证绝对的密封。
由于从净化塔出来的尾气压力很低，为了满足使用，本发明在出气段6设置了容积式风机61、回火防止器62和尾气出口63，所述容积式风机61的入口端设有气体取样口64。所述容积式风机61可采用罗茨风机，利用变频控制尾气净化塔的压力，以满足三氧化二钒还原窑的还原压力保证还原气氛。
整个净化塔由工控机进行自动化控制，所工控机与氨水循环泵12、硫酸循环泵22、表冷器31、除雾器41和容积式风机61通过电信连接控制。除过滤器清除滤渣和硫酸补充外，不需要人工操作，确保本净化塔系统安全运行。

Claims (10)

1.三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：
所述净化塔包括自下而上依次设置的洗涤冷却喷淋段(1)、脱氨段(2)、脱水段(3)、除雾段(4)、除氧段(5)和出气段(6)；
所述洗涤冷却喷淋段(1)包括循环液(11)、氨水循环泵(12)和氨水喷头(13)，所述氨水循环泵(12)将底部的循环液(11)抽至上方的氨水喷头(13)，在循环液(11)的液面与氨水喷头(13)之间的塔壁上设有尾气入口(14)；
所述脱氨段(2)位于氨水喷头(13)的上方，包括硫酸槽(21)、硫酸循环泵(22)和硫酸喷头(23)，所述硫酸循环泵(22)将硫酸槽(21)中的稀硫酸抽至上方的硫酸喷头(23)，所述硫酸槽(21)的中部设有尾气上升通道(24)；
所述脱水段(3)包括设置在硫酸喷头(23)上方的表冷器(31)；
所述除雾段(4)包括设置在表冷器(31)上方的除雾器(41)；
所述除氧段(5)包括设置在除雾器(41)上方的脱氧网(51)。
2.如权利要求1所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：所述氨水喷头(13)包括上下设置的上层氨水喷头(131)和下层氨水喷头(132)，在上层氨水喷头(131)和下层氨水喷头(132)与氨水循环泵(12)之间均设有氨水止回装置(15)。
3.如权利要求2所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：在所述下层氨水喷头(132)上的氨水止回装置(15)与氨水循环泵(12)之间设有氨水篮式过滤器(16)和氨水换热器(17)。
4.如权利要求1所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：所述硫酸喷头(23)包括上下设置的上层硫酸喷头(231)和下层硫酸喷头(232)，在上层硫酸喷头(231)和下层硫酸喷头(232)与硫酸循环泵(22)之间均设有硫酸止回装置(25)。
5.如权利要求4所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：还包括硫酸罐(26)和硫酸篮式过滤器(27)，所述硫酸罐(26)与硫酸槽(21)之间设有带PH仪的硫酸计量泵(28)，所述硫酸篮式过滤器(27)设置在下层硫酸喷头(232)与硫酸循环泵(22)之间。
6.如权利要求1所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：所述表冷器(31)包括上下布置的上表冷器(311)和下表冷器(312)，所述下表冷器(312)通入20～30℃的常温水，上表冷器(311)通入0～10℃的冷却水。
7.如权利要求6所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：所述下层氨水喷头(132)上的氨水止回装置(15)与氨水循环泵(12)之间设有氨水换热器(17)，所述上表冷器(311)和下表冷器(312)的冷却水出口均与氨水换热器(17)相连。
8.如权利要求1所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：还包括水封箱(7)，所述水封箱(7)的入口与尾气进入阀(8)相连，出口与净化塔的尾气入口(15)相连。
9.如权利要求1所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：所述出气段(6)包括依次相连的容积式风机(61)、回火防止器(62)和尾气出口(63)，所述容积式风机(61)的入口端设有气体取样口(64)。
10.如权利要求9所述的三氧化二钒还原尾气净化塔，其特征是：还包括工控机，所工控机与氨水循环泵(12)、硫酸循环泵(22)、表冷器(31)、除雾器(41)和容积式风机(61)通过电信连接控制。
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