CN109499327A - 一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统及工艺，治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，包括臭氧发生器及依次管道连接的第一碱性洗涤塔、第二碱性洗涤塔、第三碱性洗涤塔、风机和烟窗；第一碱性洗涤塔另一端与转炉烟道排放口管道连通；臭氧发生器的臭氧出口与转炉烟道管道连通且连通的管道上设有调节阀和流量计。本发明能够在近乎常温、常压、小流量的工况下，有效治理尾气，更加节能环保。

Description

一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统及工艺
技术领域
本发明涉及一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统及工艺，属于空气净化设备领域。
背景技术
电子信息产业飞速发展，电子级氢氟酸需求每年以10％的速度增长，而无水氟化氢是制备电子级氢氟酸的关键原材料，其纯度对电子级氢氟酸的制备有着至关重要的影响。长期以来，我国疏于高端产品的基础研究和应用研究，采用萤石～硫酸法传统工艺生产技术雷同、品级相近的中低纯度无水氟化氢，其最高纯度只能达到99.8～99.96％，难以满足电子级氢氟酸制备要求。显然，无水氟化氢的纯度是制约电子级氢氟酸发展的技术瓶颈。随着电子信息产业的快速发展，我国正逐步成为世界液晶显示器(LCD)产业基地，用于IC、TFT—LCD及半导体清洗和蚀刻剂的电子级氢氟酸的需求，每年以10％的速度增长，电子信息产业在国民经济发展中起着越来越重要的作用。
但是现阶段，氟化氢生产仍然以萤石粉与硫酸为主原料，两者按一定比例，通过外加热的方式使其发生反应生成所需的氟化氢产品。所需的热量由烟煤经过燃烧产生煤气，煤气在燃烧室经燃烧，产生热气，热气通过高温循环风机进入反应转炉夹套内，经反应转炉吸收后，多余热气排空。这排空的热气也即炉窑尾气，成份不仅含有烟尘，而且还有SO2、NOx等有害气体。
如何有效地治理氟化氢反应转炉炉窑尾气，是摆在我们面前一项亟待解决的环保技术问题。目前烟气脱硝技术主要有干法(选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝、选择性非催化还原法(SNCR)脱硝)和湿法两种。但是限于炉窑尾气排放工况限制，如温度、流量、压力等因素影响，特别是尾气排放温度较低，低温无法应用传统的干法脱硝或湿法脱硝技术，因而研究烟气在低温条件下如何有效脱硝有着重要意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统及工艺，该治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统及工艺能够在近乎常温、常压、小流量的工况下，有效治理尾气，更加节能环保。
本发明的技术方案如下：
一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，包括臭氧发生器及依次管道连接的第一碱性洗涤塔、第二碱性洗涤塔、第三碱性洗涤塔、风机和烟窗；第一碱性洗涤塔另一端与转炉烟道排放口管道连通；臭氧发生器的臭氧出口与转炉烟道管道连通且连通的管道上设有调节阀和流量计。
其中，所述转炉烟道和第一碱性洗涤塔连通的管道之间还设有烟气缓冲罐。
其中，所述臭氧发生器的臭氧出口与转炉烟道管道连通处设有扩散喷嘴，所述扩散喷嘴包括沿轴向设于转炉烟道中心的主管以及呈喇叭状的外围部，主管靠近转炉烟道进气端与臭氧发生器管道连通，且连通的管道上设有泵；外围部设于主管另一端且喇叭状的外围部小径端朝向转炉烟道进气端；外围部包括若干环绕固定于主管外围的支管以及固定于相邻支管之间的柔性面料，支管一端固定于主管端部，另一端朝向远离转炉烟道进气端一侧向外倾斜。
其中，所述臭氧发生器为电晕放电型臭氧发生器。
其中，还包括为臭氧发生器工作时降温的冷却水循环装置。
其中，所述第一碱性洗涤塔、第二碱性洗涤塔采用Ca(OH)2碱液；所述第三碱性洗涤塔采用NaOH碱液。
其中，所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，还包括设于烟窗顶端的检测装置，检测装置包括内部中空且口径由下至上缩小的圆台形外罩以及通过一支杆铰接固定于外罩内的网箱；支杆一端铰接于外罩内壁上，支杆另一端铰接于网箱侧壁上；外罩下端面外沿与烟窗顶端外沿贴合且固定连接；网箱内放置有检测气体质量的大气监测仪的探测头，探测头外包裹有泡沫板，泡沫板上设有通气孔；大气监测仪还包括处理模块和无线串口模块，探测头的气体信息输出端与处理模块的气体信息输入端连接，无线串口模块的一端与处理模块的无线通信端口连接，无线串口模块的另一端与上位机连接。
其中，所述检测装置还包括一位于支杆上方的弧形的支撑臂，支撑臂一端穿出外罩壁面与竖直固定在烟窗外侧壁上的支撑柱固定连接；支撑臂另一端开有竖直方向延长的长条孔，一销钉穿过长条孔后和网箱上部，将支撑臂与网箱固定连接。
一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的工艺：包括上述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，步骤如下：
S1、炉窑排放的尾气经过热交换器为热水槽加热后再排放，烟气排放温度35～45°，烟气量14000-16000m3/h；
S2、将臭氧发生器的臭氧输送至转炉烟道内与烟气混合，氧氮摩尔比为0.9≤O3/NO＜1；
S3、混合后的烟气依次通过第一碱性洗涤塔、第二碱性洗涤塔和第三碱性洗涤塔，在此过程中，高价态的氮氧化物和二氧化硫同时吸收转化为溶于水的物质从而脱除；在洗涤塔内，O3与NO之间的关键反应如下：
NO+O3→NO2+O2；
NO2+O3→NO3+O2；
NO3+NO2→N2O5；
NO+O+M→NO2+M；
NO2+O→NO3。
其中，在上述步骤S2中，烟气流速略大于臭氧流速。。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用臭氧与炉窑尾气充分混合后反应，将不溶的NOx反应生产可溶的N205等物质，这些可溶性物质经三级碱洗液的吸收，最终可达到除尘、脱硫、脱硝的目的。
2、本发明设置有检测装置，有别于传统的取少量烟气检测的方式，更好地实现在线检测，且网箱的设置方式，其在烟气的冲击下能够在一定范围内上下浮动，减小连接位置的所受应力和延长使用寿命。
3、本发明设置有扩散喷嘴，其于转炉烟道中部将臭氧气体放入，后方的烟气从外围部后端外围吹入，烟气流速略大于臭氧投入流速，烟气将中部的臭氧包围，臭氧和烟气更好混合。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的检测装置的结构示意图；
图3为本发明的网箱内部结构示意图；
图4为本发明的图2的A处的局部放大示意图；
图5为本发明的扩散喷嘴于转炉烟道内的示意图；
图6为本发明的扩散喷嘴的立体结构图；
图7为本发明的大气监测仪的内部原理图。
图中附图标记表示为：
1、臭氧发生器；2、第一碱性洗涤塔；3、第二碱性洗涤塔；4、第三碱性洗涤塔；5、风机；6、烟窗；7、转炉烟道；8、调节阀；9、流量计；10、烟气缓冲罐；100、检测装置；101、外罩；102、支杆；103、网箱；104、大气监测仪的探测头；105、泡沫板；106、通气孔；107、支撑臂；108、支撑柱；109、长条孔；110、销钉；200、扩散喷嘴；201、主管；202、外围部；203、支管；204、柔性面料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
参见图1-7，一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，包括臭氧发生器1及依次管道连接的第一碱性洗涤塔2、第二碱性洗涤塔3、第三碱性洗涤塔4、风机5和烟窗6；第一碱性洗涤塔2另一端与转炉烟道7排放口管道连通；臭氧发生器1的臭氧出口与转炉烟道7管道连通且连通的管道上设有调节阀8和流量计9。
进一步，所述转炉烟道7和第一碱性洗涤塔2连通的管道之间还设有烟气缓冲罐10。为了使得臭氧和烟气能够充分接触。
优选的，所述臭氧发生器1为电晕放电型臭氧发生器。
优选的，还包括为臭氧发生器1工作时降温的冷却水循环装置。
优选的，所述第一碱性洗涤塔2、第二碱性洗涤塔3采用Ca(OH)2碱液。PH值≧12。
优选的，所述第三碱性洗涤塔4采用NaOH碱液。确保脱硫、脱硝率。
进一步，所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，还包括设于烟窗6顶端的检测装置100，检测装置100包括内部中空且口径由下至上缩小的圆台形外罩101以及通过一支杆102铰接固定于外罩101内的网箱103；支杆102一端铰接于外罩101内壁上，支杆102另一端铰接于网箱103侧壁上；外罩101下端面外沿与烟窗6顶端外沿贴合且固定连接；网箱103内放置有检测气体质量的大气监测仪的探测头104，大气监测仪的探测头104外包裹有泡沫板105，泡沫板105上设有通气孔106；大气监测仪还包括处理模块和无线串口模块，探测头104的气体信息输出端与处理模块的气体信息输入端连接，无线串口模块的一端与处理模块的无线通信端口连接，无线串口模块的另一端与上位机连接。通过设置的泡沫板105能进一步增加网箱103的浮力。
进一步，所述检测装置100还包括一位于支杆102上方的弧形的支撑臂107，支撑臂107一端穿出外罩101壁面与竖直固定在烟窗6外侧壁上的支撑柱108固定连接；支撑臂107另一端开有竖直方向延长的长条孔109，一销钉110穿过长条孔109后和网箱103上部，将支撑臂107与网箱103固定连接。当网箱103收到较大烟气吹动时，长条孔109留有供网箱103上移的空间。通过支撑臂107的设置，使得检测装置100固定更牢固。
进一步，所述臭氧发生器1的臭氧出口与转炉烟道7管道连通处设有扩散喷嘴200，所述扩散喷嘴200包括沿轴向设于转炉烟道7中心的主管201以及呈喇叭状的外围部202，主管201靠近转炉烟道7进气端与臭氧发生器1管道连通，且连通的管道上设有泵；外围部202设于主管201另一端且喇叭状的外围部202小径端朝向转炉烟道7进气端；外围部202包括若干环绕固定于主管201外围的支管203以及固定于相邻支管203之间的柔性面料204，支管203一端固定于主管201端部，另一端朝向远离转炉烟道7进气端一侧向外倾斜。
一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的工艺：包括上述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，步骤如下：
S1、炉窑排放的尾气经过热交换器为热水槽加热后再排放，烟气排放温度35～45°，烟气量14000-16000m3/h；
S2、将臭氧发生器的臭氧输送至转炉烟道内与烟气混合，氧氮摩尔比为0.9≤O3/NO＜1；转炉烟道长度约22米，烟气流速约6.0m/s，臭氧流速略小于烟气流速；能达到反应所需的时间；
S3、混合后的烟气依次通过第一碱性洗涤塔2、第二碱性洗涤塔3和第三碱性洗涤塔4，在此过程中，高价态的氮氧化物和二氧化硫同时吸收转化为溶于水的物质从而脱除；在洗涤塔内，O3与NO之间的关键反应如下：
NO+O3→NO2+O2(1)
NO2+O3→NO3+O2(2)
NO3+NO2→N2O5(3)
NO+O+M→NO2+M(4)
NO2+O→NO3(5)。
本发明的工作原理：价态的氮氧化物和二氧化硫同时吸收转化为溶于水的物质，达到脱除的目的。臭氧脱硝的原理在于臭氧可以将难溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物。
经本系统和工艺处理后排放的废气污染物比对表如下：
表一：废气污染物初始实测排放浓度
表二：废气污染物在三级碱洗喷淋环境下的排放浓度
表三：废气污染物在臭氧产量2.0kg/h、三级碱洗喷淋环境下的排放浓度
表四：废气污染物在臭氧产量3.5kg/h、三级碱洗喷淋环境下的排放浓度
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：包括臭氧发生器（1）及依次管道连接的第一碱性洗涤塔（2）、第二碱性洗涤塔（3）、第三碱性洗涤塔（4）、风机（5）和烟窗（6）；第一碱性洗涤塔（2）另一端与转炉烟道（7）排放口管道连通；臭氧发生器（1）的臭氧出口与转炉烟道（7）管道连通且连通的管道上设有调节阀（8）和流量计（9）。
2.根据权利要求1所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：所述转炉烟道（7）和第一碱性洗涤塔（2）连通的管道之间还设有烟气缓冲罐（10）。
3.根据权利要求1所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：所述臭氧发生器（1）的臭氧出口与转炉烟道（7）管道连通处设有扩散喷嘴（200），所述扩散喷嘴（200）包括沿轴向设于转炉烟道（7）中心的主管（201）以及呈喇叭状的外围部（202），主管（201）靠近转炉烟道（7）进气端与臭氧发生器（1）管道连通，且连通的管道上设有泵；外围部（202）设于主管（201）另一端且喇叭状的外围部（202）小径端朝向转炉烟道（7）进气端；外围部（202）包括若干环绕固定于主管（201）外围的支管（203）以及固定于相邻支管（203）之间的柔性面料（204），支管（203）一端固定于主管（201）端部，另一端朝向远离转炉烟道（7）进气端一侧向外倾斜。
4.根据权利要求1所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：所述臭氧发生器（1）为电晕放电型臭氧发生器。
5.根据权利要求1所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：还包括为臭氧发生器（1）工作时降温的冷却水循环装置。
6.根据权利要求1所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：所述第一碱性洗涤塔（2）、第二碱性洗涤塔（3）采用Ca(OH)2碱液；所述第三碱性洗涤塔（4）采用NaOH碱液。
7.根据权利要求1所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：还包括设于烟窗（6）顶端的检测装置（100），检测装置（100）包括内部中空且口径由下至上缩小的圆台形外罩（101）以及通过一支杆（102）铰接固定于外罩（101）内的网箱（103）；支杆（102）一端铰接于外罩（101）内壁上，支杆（102）另一端铰接于网箱（103）侧壁上；外罩（101）下端面外沿与烟窗（6）顶端外沿贴合且固定连接；网箱（103）内放置有大气监测仪的探测头（104），探测头（104）外包裹有泡沫板（105），泡沫板（105）上设有通气孔（106）；大气监测仪还包括处理模块和无线串口模块，探测头（104）的气体信息输出端与处理模块的气体信息输入端连接，无线串口模块的一端与处理模块的无线通信端口连接，无线串口模块的另一端与上位机连接。
8.根据权利要求7所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：所述检测装置（100）还包括一位于支杆（102）上方的弧形的支撑臂（107），支撑臂（107）一端穿出外罩（101）壁面与竖直固定在烟窗（6）外侧壁上的支撑柱（108）固定连接；支撑臂（107）另一端开有竖直方向延长的长条孔（109），一销钉（110）穿过长条孔（109）后和网箱（103）上部，将支撑臂（107）与网箱（103）固定连接。
9.一种治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的工艺，包括权利要求1-8中任一权利要求所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的系统，其特征在于：
S1、炉窑排放的尾气经过热交换器为热水槽加热后再排放，烟气排放温度35～45°，烟气量14000-16000m3/h；
S2、将臭氧发生器的臭氧输送至转炉烟道内与烟气混合，氧氮摩尔比为0.9≤O3/NO＜1；
S3、混合后的烟气依次通过第一碱性洗涤塔2、第二碱性洗涤塔3和第三碱性洗涤塔4，在此过程中，高价态的氮氧化物和二氧化硫同时吸收转化为溶于水的物质从而脱除；在洗涤塔内，O3与NO之间的关键反应如下：
NO+O3→NO2+O2 ；
NO2+O3→NO3+O2 ；
NO3+NO2→N2O5 ；
NO+O+M→NO2+M ；
NO2+O→NO3 。
10.根据权利要求9所述的治理氟化氢反应转炉炉窑尾气的工艺，其特征在于：在上述步骤S2中，烟气流速略大于臭氧流速。
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