CN110975574A - 一种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统及其工艺，包括冶金炉窑、直升烟道、余热锅炉、高温收尘器、骤冷设备、水洗塔、多级脱硫塔和填料塔。本发明的净化处理系统既可回收有价金属资源，去除常规气态污染物又可去除微量的二噁英类有害物质，去除效率可达95％以上；本发明的工艺中，严格控制了各个阶段烟气的温度，避开了二噁英炉外再合成的适宜温度区间200～500℃，然后通过填料塔实现二噁英的去除，使烟气达到排放标准。本发明的工艺是将各污染物处理工段有机的整合在一起，通过严格控制运行参数，协调各工段的衔接，有效发挥各个工段的作用，使整个工艺系统稳定运行；净化处理后的烟气满足相应污染物排放要求，可达标排放。

Description

一种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统及其工艺
技术领域
本发明属于有色冶炼烟气净化环保工程领域，具体涉及一种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统及其工艺。
背景技术
近几十年来，随着国家大力推动基础建设，有色冶炼行业得到了蓬勃发展，有色金属矿山的大批量开采，使得高品位金属矿石的储量越来越少，资源的开发利用受到了一定程度的限制。近些年为了响应国家关于循环经济、清洁生产、可持续发展和废物减量化、无害化、资源化的号召，很多有色冶炼企业的原料已经由单一的金属原矿，变为金属矿石搭配火法冶炼废渣、湿法浸出渣、浮选尾渣、电镀污泥、工业污泥、废旧印刷电路板，废旧金属电子产品等二次物料。原料种类的多元化和复杂化，使得冶炼烟气中除了含有金属颗粒物、粉尘、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、氟氯等酸性气体以外，还出现了微量的二噁英。二噁英具有持久性、半挥发性、生物蓄积性以及高毒性，已被世界卫生组织判定为一级致癌物质，其毒性相当于氰化钾的1000倍以上，对人体有致畸致癌的作用。二噁英极难溶于水，但易溶解于脂肪，容易在生物体内累积，且难排出。二噁英会威胁到人们的健康和环境安全，所以必须要对其进行减排和无害化处置。
由于二噁英最主要的来源是医疗废物焚烧、垃圾和固体废物焚烧、危险废物和有机溶剂的焚烧，因此二噁英的处理工艺最先应用于生活垃圾焚烧厂、危险废物焚烧厂、钢铁冶炼厂、水泥厂等。
有色冶炼行业工艺烟气的最大特点为，烟气中所含的粉尘颗粒物是有价金属资源，需要单独收集后返回冶金炉窑中熔炼再利用，常规的二噁英处理工艺不能完全适应于有色冶炼烟气的净化处理，需要设计出一种合理有效的烟气净化处理工艺，同时实现有价金属的综合回收利用和二噁英类有害物质的净化处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统及其工艺，解决目前二噁英处理工艺不能完全适应于有色冶炼烟气净化处理的问题。
本发明这种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统，包括冶金炉窑、直升烟道、余热锅炉、高温收尘器、骤冷设备、水洗塔、多级脱硫塔和填料塔；冶金炉窑的烟气出口与直升烟道的烟气入口连通，直升烟道的顶部烟气出口与余热锅炉入口连通，余热锅炉烟气出口与高温收尘器的入口连通，高温烟气的出口与骤冷设备的入口连通，骤冷设备的出口与水洗塔的入口连通，水洗塔的出口与脱硫塔的入口连通，多级脱硫塔包括若干个脱硫塔，其按照脱硫需要依次连接，最后一个脱硫塔的出口与填料塔的入口相连，填料塔的出口与风机相连，风机出口与烟囱连通。
所述的直升烟道在烟道中下部位和顶部设置有尿素雾化喷射器，喷射器固定连接在直升烟道上。
所述的余热锅炉采用自然循环，自带一个汽包；下部灰斗的粉尘出口处安装有埋刮板输送机，将收集的粉尘传送回冶金炉窑；锅炉采用高效弹性振打和爆破清灰组合的清灰方式；同时在第一、二辐射室顶部布设防爆门。
所述的高温收尘器，采用金属膜滤袋作为滤芯，下部灰斗的粉尘出口处安装有埋刮板输送机，将收集的粉尘传送回冶金炉窑。
所述的水洗塔采用玻璃钢材质，塔槽一体结构，塔体的底部作为循环槽使用；脱硫塔采用气动乳化塔结构、玻璃钢材质。
所述的填料塔由塔体、活性炭填料、除雾层组成，填料塔本体采用玻璃钢材质。
本发明这种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理工艺，包括以下步骤：
工段一：金属原矿搭配二次物料在冶金炉窑内进行高温富氧熔炼，生成含有金属及其化合物粉尘、硫氧化物、氮氧化物、氟氯等酸性气体和二噁英的高温烟气；
工段二：工段一中的烟气进入直升烟道处，与稀释雾化喷射的尿素溶液发生反应，采用选择性非催化还原法脱硝，形成脱硝烟气；
工段三：工段二中的脱硝烟气进入余热锅炉，将大部分的热量进行回收利用，使得烟气温度降低，烟气中一半以上的金属及其化合物粉尘由于温度的降低，沉降到余热锅炉底部，经过底部的粉尘出口，通过埋刮板输送机收集成二次物料，返回冶金炉窑，用于工段一中，降温后的烟气进入下一工段；
工段四：工段三降温后的烟气进入高温收尘设备的金属膜滤袋中，捕集金属及其化合物粉尘，使烟气含尘浓度大幅度降低，捕集的金属粉尘，同样通过埋刮板输送机收集成二次物料，返回冶金炉窑，用于工段一中，除粉尘后的烟气，进入下一工段；
工段五：工段四中除粉尘后的烟气进入骤冷设备迅速冷却降温，形成二次降温烟气；
工段六：工段五中二次降温烟气经过水洗塔降温除尘，除去部分酸性气体后，接着经过多级脱硫塔进行脱硫处理，在此工段中烟气温度会进一步降低，脱硫、除酸的烟气进入下一工段。
工段七：脱硫、除酸的烟气，进入填料塔进行二噁英的去除，填料塔中的填料可吸附烟气中的二噁英；同时向塔内喷入碱液，可进一步去除烟气中残余的烟尘、硫氧化物、氮氧化物和酸性气体，净化后的烟气经除雾层除去微小液体颗粒后，送烟囱达标排放。
所述工段一中，炉内温度1100～1300℃；工段二中，脱硝烟气温度应处于850～1100℃，脱硝后的NOx浓度≤100mg/m3标况；工段四中，除粉尘后的烟气温度应大于500℃，烟气含尘浓度≤30mg/m3标况；工段五中，二次降温的烟气温度应低于100℃；工段六中，脱硫后的烟气温度为～60℃，脱硫后的烟气含尘浓度≤10mg/m3标况，SO2浓度≤100mg/m3标况。
所述工段二中，尿素喷射系统的喷枪，采用双液喷嘴，每支喷枪由外部的压缩空气管和内部的尿素溶液管组成，尿素溶液经过喷枪雾化后喷入烟道。
所述工段七中，填料使用一段时间后更换，废填料作为危险废物送有资质的单位处置。
本发明的有益效果：1)本发明的净化处理系统既可回收有价金属资源，去除常规气态污染物(硫氧化物、氮氧化物、酸性气体等)，又可去除微量的二噁英类有害物质，去除效率可达95％以上；2)本发明的工艺中，严格控制了各个阶段烟气的温度，避开了二噁英炉外再合成的适宜温度区间200～500℃，然后通过填料塔实现二噁英的去除，使烟气达到排放标准。3)本发明的工艺是将各污染物处理工段有机的整合在一起，通过严格控制运行参数，协调各工段的衔接，有效发挥各个工段的作用，使整个工艺系统稳定运行；净化处理后的烟气满足相应污染物排放要求，可达标排放。4)本发明的工艺为含二噁英冶炼烟气净化处理提供了一种新的方法和思路，为同类企业提供了设计技术参考。
附图说明
图1本发明的系统连接示意图；
图2本发明的净化工艺流程图；
图3本发明的除二噁英填料塔结构图；
其中：1-冶金炉窑、2-直升烟道、3-尿素喷射器、4-余热锅炉、5-埋刮板输送机、6-高温收尘器、7-骤冷设备、8-水洗塔、9-脱硫塔、10-填料塔、11-风机、12-烟囱。
具体实施方式
实施例1
本实施例的系统连接图如图1所示。
金属原矿搭配二次物料在冶炼炉窑1中燃烧，产生的高温烟气进入到直升烟道2中，通过安装的尿素喷射器3喷射尿素，反生脱硝反应，脱硝烟气进入余热锅炉4，进行热量回收，同时烟气中一半以上的粉尘沉降，通过底部的粉尘出口收集于埋刮板输送机5上，用于二次回收金属；回收热量后的烟气进入高温收尘器6中，进一步捕集沉降粉尘，粉尘通过底部的出口收集于埋刮板输送机5上，用于二次回收金属；除尘后的烟气进入骤冷设备7，进行降温，降温后的烟气进入到水洗塔8，接着连续通过多级脱硫塔9(脱硫塔的数量依据实际处理烟气的含硫浓度而定)，经过脱硫脱酸后，烟气进入到填料塔10，除去二噁英，并进一步除尘、脱硫脱酸，处理后的烟气通过风机11送入烟囱12排入大气。
实施例2
本实施例根据实施例1系统的具体处理工艺，其流程图如图2所示：
本工艺采用的入炉原料为金属原矿搭配处理二次物料，包括：火法冶炼废渣、湿法浸出渣、浮选尾渣、电镀污泥、工业污泥、废旧印刷电路板，废旧金属电子产品等，既含有价金属物料，又含复杂的有机物。
如图2所示，第一步：金属原矿搭配二次物料，再加入适当的辅料和燃料，首先在冶金炉窑内进行高温熔炼，鼓入富氧空气，炉内温度为1100～1300℃，保证炉膛内任一点的温度≥850℃，烟气停留时间≥2s，保持充分的气固湍流程度和充足的空气量。反应一段时间后，主金属熔融态物质生成的同时，少部分金属及其化合物粉尘、氮氧化物、硫氧化物、酸性气体进入到高温烟气当中，烟气中绝大部分的二噁英在高温下分解破坏(850℃以上)，但不可避免会有微量的二噁英类物质随烟气释放出来。
第二步：冶金炉窑出口的烟气通过直升烟道进入余热锅炉，在直升烟道处喷入尿素溶液，采用选择性非催化还原法脱硝。此法的前提是，烟气中氮氧化物的浓度不高，低于500mg/m3标况。还原剂采用尿素，首先将尿素配置成50％浓度的溶液，喷入直升烟道前再稀释成10％的溶液，保证尿素溶液的停留时间为0.3～0.4s，保证NH3/NOx摩尔比为0.8～2.5，同时保证出口NOx浓度≤100mg/m3标况。此外，尿素的喷射点应布置在直升烟道高温段，保证反应温度为850～1100℃。
第三步：烟气进入余热锅炉后，将大部分的热量进行回收利用，同时烟气中一半以上的金属及其化合物粉尘由于温度的降低，沉降到余热锅炉底部，采用埋刮板输送机集中收集后返回到冶金炉窑再熔炼，回收有价金属。此工段出口烟气温度必须高于500℃，避开二噁英类物质炉外再合成适宜温度区间的上限。
第四步：500℃以上的烟气进入金属膜滤袋高温收尘设备，捕集金属及其化合物粉尘，使烟气含尘浓度大幅度降低，捕集的金属粉尘，同样经埋刮板输送机集中收集后返回到冶金炉窑再熔炼，回收有价金属。此设备须耐高温且具有高效的收尘效率，保证设备出口烟气含尘浓度≤30mg/m3标况。金属膜滤袋高温收尘设备可避免由于烟气中含硫、含水份高，所造成的烟气露点温度过低，导致普通滤袋结露、板结、糊袋的现象发生。
第五步：脱硝、回收余热、收尘后的烟气进入骤冷设备，骤冷设备需将高温烟气从500℃以上急速冷却到100℃以下，既避开了二噁英炉外再合成的适宜温度区间200℃～500℃，又有利于后续的脱硫工段的稳定运行。骤冷设备要求喷水量与烟气温度精确联锁，降低烟气温度的同时，尽可能减少用水量。雾化喷嘴须耐高温，性能高效，雾化程度高，保证全程在干法环境中运行，不产生污泥废水。
第六步：骤冷后的烟气进行脱硫、脱氟氯处理，采用“水洗+多级石灰法”的方式去除烟气中的硫和氟氯等酸性气体。脱硫塔采用气动乳化塔结构、玻璃钢材质，本工段中共有3个脱硫塔。先将纯度85％以上的生石灰粉配制成10％左右质量浓度的石灰乳，再分别送入脱硫塔中使用，脱硫、脱氟氯后的石灰浆液在浆液槽中被空气氧化为质量浓度12％的石膏浆液，后经固液分离、浓缩、脱水作为固废堆存。此工段须保证出口烟气温度控制在～60℃，出口烟气含尘浓度≤10mg/m3标况，SO2浓度≤100mg/m3标况。
第七步：脱硫、脱氟氯后的烟气，进入填料塔进行二噁英的去除。填料塔是由塔体、活性炭填料(3层)、除雾层组成，具体分布如图3所示，须选用高效的活性炭填料对二噁英进行吸附去除。此外，向塔内喷入碱液，还可同时去除烟气中残余的烟尘、硫氧化物、氮氧化物、氟氯等酸性气体，净化后的烟气经除雾层除去微小液体颗粒后，送烟囱达标排放，填料使用一段时间后更换，废填料作为危险废物送有资质的单位处置。
本实施例中烟气净化处理工艺既可回收有价金属资源，去除常规气态污染物(硫氧化物、氮氧化物、酸性气体等)，又可去除微量的二噁英类有害物质，去除效率可达95％以上。

Claims (10)

1.一种含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统，包括冶金炉窑、直升烟道、余热锅炉、高温收尘器、骤冷设备、水洗塔、多级脱硫塔和填料塔；冶金炉窑的烟气出口与直升烟道的烟气入口连通，直升烟道的顶部烟气出口与余热锅炉入口连通，余热锅炉烟气出口与高温收尘器的入口连通，高温烟气的出口与骤冷设备的入口连通，骤冷设备的出口与水洗塔的入口连通，水洗塔的出口与脱硫塔的入口连接，多级脱硫塔包括若干个脱硫塔，其按照脱硫需要依次连接，最后一个脱硫塔的出口与填料塔的入口相连，填料塔的出口与风机相连，风机出口与烟囱连通。
2.根据权利要求1所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统，其特征在于所述的直升烟道在烟道中下部位和顶部设置有尿素喷射器，尿素喷射器固定连接在直升烟道上。
3.根据权利要求1所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统，其特征在于，所述的余热锅炉为自然循环；下部灰斗的粉尘出口处安装有埋刮板输送机，将收集的粉尘传送回冶金炉窑。
4.根据权利要求1所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统，其特征在于，所述的高温收尘器，采用金属膜滤袋作为滤芯，下部灰斗的粉尘出口处安装有埋刮板输送机，将收集的粉尘传送回冶金炉窑。
5.根据权利要求1所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统，其特征在于，所述的水洗塔采用玻璃钢材质，塔槽一体结构，塔体的底部作为循环槽使用；脱硫塔采用气动乳化塔结构、玻璃钢材质。
6.根据权利要求1所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理系统，其特征在于，所述的填料塔由塔体、活性炭填料、除雾层组成，填料塔本体采用玻璃钢材质。
7.根据权利要求1所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理的工艺，包括以下步骤：
工段一：金属原矿搭配二次物料在冶金炉窑内进行高温富氧熔炼，生成含有金属及其化合物粉尘、氮氧化物、硫氧化物、氟氯等酸性气体和二噁英的高温烟气；
工段二：工段一中的烟气进入直升烟道处，与稀释雾化喷射的尿素溶液发生反应，采用选择性非催化还原法脱硝，形成脱硝烟气；
工段三：工段二中的脱硝烟气进入余热锅炉，将大部分的热量进行回收利用，使得烟气温度降低，一半以上的金属及其化合物粉尘由于温度的降低，沉降到余热锅炉底部，经过底部的粉尘出口，通过埋刮板输送机收集成二次物料，返回冶金炉窑，用于工段一中，降温后的烟气进入下一工段；
工段四：工段三降温后的烟气进入高温收尘设备的金属膜滤袋中，捕集金属及其化合物粉尘，使烟气含尘浓度大幅度降低，捕集的金属粉尘，同样通过埋刮板输送机收集成二次物料，返回冶金炉窑，用于工段一中，除粉尘后的烟气，进入下一工段；
工段五：工段四中除粉尘后的烟气进入骤冷设备迅速冷却降温，形成二次降温烟气；
工段六：工段五中二次降温烟气经过水洗塔降温除尘，除去部分酸性气体后，接着经过多级脱硫塔进行脱硫处理，此工段中烟气温度会进一步降低，脱硫除酸的烟气进入下一工段；
工段七：脱硫除酸后的烟气，进入填料塔进行二噁英的去除，填料塔中的填料可吸附烟气中的二噁英；同时向塔内喷入碱液，可进一步去除烟气中残余的烟尘、硫氧化物、氮氧化物和酸性气体，净化后的烟气经除雾层除去微小液体颗粒后，送烟囱达标排放。
8.根据权利要求1中所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理的工艺，其特征在于，所述工段一中，炉内温度1100～1300℃；工段二中，脱硝烟气温度应处于850～1100℃，脱硝后的NOx浓度≤100mg/m3标况；工段四中，除粉尘后的烟气温度应大于500℃，烟气含尘浓度≤30mg/m3；工段五中，二次降温的烟气温度应低于100℃；工段六中，脱硫后的烟气温度为～60℃，脱硫后的烟气含尘浓度≤10mg/m3标况，SO2浓度≤100mg/m3标况。
9.根据权利要求1中所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理的工艺，其特征在于，所述工段二中，尿素喷射系统的喷枪，采用双液喷嘴；每支喷枪由外部的压缩空气管和内部的尿素溶液管组成，尿素溶液经过喷枪雾化后喷入烟道。
10.根据权利要求1中所述的含二噁英的有色冶炼烟气净化处理的工艺，其特征在于，所述工段七中，填料使用一段时间后更换，废填料作为危险废物送有资质的单位处置。
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