CN111408205A - 一种工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业硅电炉烟气治理领域，公开一种工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，包括顺次连接的除尘装置、脱硝装置和脱硫装置，除尘装置用于拦截去除烟气中的粉尘，脱硝装置设置于连通除尘装置与脱硫装置的烟道内，脱硝装置用于将烟气中的低价态的NO氧化为高价态水溶性的NO_x，脱硫装置能够吸收烟气中的SO₂和高价态水溶性的NO_x。本发明还公开一种工业硅电炉烟气超低排放处理方法。本发明的工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统和处理方法，工艺设备简单，系统能够稳定运行,且不仅能够对烟气中的粉尘和SO₂进行处理，还能对烟气中的NO_x进行处理，之后再排放到大气中，有效避免对大气造成污染。

Description

一种工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统及处理方法

技术领域

本发明涉及工业硅电炉烟气净化系统技术领域，特别涉及一种工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统及处理方法。

背景技术

工业硅是由硅石和碳质还原剂在电炉内冶炼而成，在电炉冶炼工业硅的过程中，通常会产生富含SiO₂粉尘(硅微粉)、SO₂、NO_x等有害气体的高温烟气，若直接将此高温烟气排放到空气中，会造成严重的大气污染，危害人类的身体健康。

现有的工业硅电炉烟气处理系统虽然能够实现除尘和脱硫的效果，但一方面，工艺设备复杂不利于系统的稳定运行；另一方面，无法实现对排放烟气中的NO_x排放的控制，直接将含NO_x的烟气排放，会造成严重的大气污染。

发明内容

本发明提供一种工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，包括顺次连接的除尘装置、脱硝装置和脱硫装置，所述除尘装置用于拦截去除所述烟气中的粉尘，所述脱硝装置设置于连通所述除尘装置与所述脱硫装置的烟道内，所述脱硝装置用于将所述烟气中的低价态的NO氧化为高价态水溶性的NO_x，所述脱硫装置能够吸收所述烟气中的SO₂和高价态水溶性的NO_x。

本发明的工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统包括顺次连接的除尘装置和脱硫装置，还包括设置于连通除尘装置与脱硫装置的烟道内的脱硝装置，一方面，工艺设备简单，保证系统能够稳定的运行；另一方面，不仅能够对烟气中的粉尘和SO₂进行处理，还能对烟气中的NO_x进行处理，之后再将烟气排放到大气中，能有效避免对大气造成污染。

可选地，所述脱硝装置为臭氧脱硝装置，所述臭氧脱硝装置包括顺次连接的臭氧制备单元和臭氧喷射单元，所述臭氧喷射单元设置于连通所述除尘装置与所述脱硫装置的所述烟道内。

可选地，所述臭氧喷射单元包括多个喷头，所述喷头用于向连通所述除尘装置与所述脱硫装置的所述烟道内喷射臭氧气体。

可选地，所述除尘装置与所述脱硫装置连通的烟道内还设置有扰流装置，所述扰流装置用于将所述烟气与所述臭氧气体均匀混合。

可选地，所述除尘装置为负压布袋除尘器，还包括主吸风机，所述主吸风机设置于连通所述负压布袋除尘器与所述脱硫装置的所述烟道内。

可选地，所述脱硫装置为湿法脱硫装置，所述湿法脱硫装置设置有浆液池、整流装置、喷淋装置和除雾装置，所述喷淋装置用于将所述浆液池中的吸收剂向下喷射与所述烟气接触，所述整流装置能够使所述烟气与所述吸收剂均匀接触，所述除雾装置能够将待排放的所述烟气中携带的吸收剂液滴去除。

可选地，所述浆液池中的吸收剂为钙基碱性吸收剂或钠基碱性吸收剂。

可选地，所述钙基碱性吸收剂为石灰石或电石渣，所述钠基碱性吸收剂为碳酸钠或氢氧化钠。

本发明还提供一种工业硅电炉烟气超低排放处理方法，基于上述的工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，所述处理方法包括：

首先对所述烟气进行除尘处理，去除所述烟气中的大部分粉尘；其次，将除尘后的所述烟气中的低价态的NO氧化为高价态水溶性的NO_x；最后，对氧化后的所述烟气进行脱硫、脱硝及进一步除尘处理，吸收所述烟气中的SO₂、水溶性NO_x及剩余粉尘。

本发明的工业硅电炉烟气超低排放处理方法不仅能够对烟气中的粉尘和SO₂进行处理，还能对烟气中的NO_x进行处理，有效避免对大气造成污染。

附图说明

图1为本发明所提供工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统一种具体实施例的结构示意图；

其中，图1中附图标记说明如下：

1-电炉；2-余热锅炉；3-负压布袋除尘器；4-主吸风机；5-臭氧脱硝装置；51-臭氧制备单元；52-臭氧喷射单元；6-脱硫塔；7-烟囱。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本文中，高价态水溶性的NO_x为NO₂和N₂O₅。

请参考图1，图1为本发明所提供工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统一种具体实施例的结构示意图。

本发明公开一种工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，包括顺次连接的除尘装置、脱硝装置和脱硫装置，工业硅冶炼电炉1排出的烟气通过余热锅炉2余热回收后首先进入除尘装置，对烟气进行除尘处理，除尘装置的出烟口与脱硫装置的进烟口连接，经除尘处理后的烟气进入连通脱硫装置的烟道，在连通脱硫装置的烟道内还设置有脱硝装置，脱硝装置能够将烟气中的低价态的NO氧化为高价态的水溶性NO_x；经脱硝装置氧化后的烟气进入脱硫装置，脱硫装置能够在吸收烟气中的SO₂和水溶性的NO_x后将烟气排出。

本发明的工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，一方面，工艺设备简单，保证系统能够稳定的运行；另一方面，不仅能够对烟气中的粉尘和SO₂进行处理，还能对烟气中的NO_x进行处理，之后再将烟气排放到大气中，避免将含有大量SO₂、粉尘、NO_x的烟气直接排放到大气中，造成大气污染。

本实施例中，除尘装置具体为负压布袋除尘器3，负压布袋除尘器3的出烟口设置有主吸风机4，经除尘处理后的烟气利用主吸风机4进入连通脱硫装置的烟道。

本实施例的除尘装置采用负压布袋除尘器3，一方面，负压布袋除尘器3具有更高的除尘效率，可以实现出口粉尘浓度低于10mg/Nm³，还可以将除尘后获得的烟气中的微硅粉收集起来再利用，避免浪费；另一方面，通过负压布袋除尘器3与连接在负压布袋除尘器3出烟口的主吸风机4配合，能够保证烟气尽可能地全部进入脱硫装置，最终实现集中排放，提高本发明工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统的除尘效果，满足目前日趋严格的环保要求。

进一步地，本发明工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统是利用脱硫装置将烟气中的NO_x吸收，达到脱硝的效果，烟气中的NO_x主要成分为NO和NO₂，其中NO占95％左右，由于NO难溶于水，无法利用后续的脱硫装置将NO吸收，因此，本实施例设置臭氧脱硝装置5，利用臭氧气体将烟气中的NO大部分氧化为N₂O₅,小部分氧化为NO₂，由于N₂O₅和NO₂均易溶于水，因此可利用后续脱硫装置将烟气中的N₂O₅和NO₂吸收，实现脱硝的效果。

本实施例中臭氧脱硝装置5的结构具体包括顺次连接的臭氧制备单元51和臭氧喷射单元52，臭氧制备单元51用于制备臭氧，制备臭氧的氧气源可以采用液氧、VPSA制氧、空气源或其他氧气来源，臭氧喷射单元52设置于连通负压布袋除尘器3与脱硫装置的烟道内，臭氧喷射单元52能够喷射臭氧气体，将烟气中的NO氧化为高价态的易溶于水的N₂O₅和NO₂,氧化后的烟气进入后续的脱硫装置，实现脱硝处理后再进行排放，满足目前日趋严格的环保要求。

本发明工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统利用臭氧脱硝的原理如下：

NO+O₃→NO₂+O₂

NO₂+O₃→NO₃+O₂

NO₂+NO₂→N₂O₄

3N₂O₄+O₃→3N₂O₅

NO₃+NO₂→N₂O₅

3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO

N₂O₅+H₂O→2HNO₃

本实施例采用臭氧脱硝的工艺，一方面，占地面积小，调节灵活，且无需使用催化剂，反应简单，只有臭氧脱硝装置5本身的功耗和制取臭氧的气源消耗，运行成本较低；另一方面，可得到较高的NO_x脱除率，最高可达到95％，并且在不同的NO_x浓度和不同的NO/NO₂比例下都可以保持高效率，同时还不会受到烟气中SO₂的影响，也不会影响其他污染物的控制技术。

进一步地，臭氧喷射单元52包括多个喷头，因此，可以采用多点连喷的技术将臭氧气体喷射在烟道内，增大烟气与臭氧气体的接触面积，保证臭氧气体与烟气中的NO能够充分反应，提高本发明工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统的脱硝效果。

此外，在负压布袋除尘器3与脱硫装置连通的烟道内还设置有扰流装置，扰流装置能够将臭氧气体与除尘后的烟气尽可能混合，保证臭氧气体能够与烟气中的NO充分反应，进一步提高本发明工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统的脱硝效果。

进一步地，本实施例的脱硫装置采用湿法脱硫装置，湿法脱硫装置具体为脱硫塔6，脱硫塔6的进烟口设置在脱硫塔6的侧壁下端，出烟口设置在脱硫塔6的顶部，氧化后的烟气通过下端的进烟口进入脱硫塔6内，并向上流动，脱硫塔6内设置有浆液池，整流装置、喷淋装置和除雾装置，具体地，喷淋装置用于将浆液池内的吸收剂以小颗粒雾化液滴的形式向下喷射在脱硫塔6内，并以逆流的方式与烟气接触，增大烟气与吸收剂的气液传质效率，使烟气中的NO_x和SO₂能够与吸收剂充分反应，并进一步将烟气中剩余的粉尘吸收，实现粉尘、NO_x和SO₂的超低排放；整流装置设置在脱硫塔6内的进烟口与喷淋装置之间，使得进入脱硫塔6内的烟气在脱硫塔6的横截面上能够均匀分布，保证烟气与吸收剂均匀接触，提高本发明工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统的脱硫、脱硝效果和进一步的除尘效果；除雾装置设置在脱硫塔6靠近出烟口的位置，由于采用喷淋装置将吸收剂以小颗粒液滴的形式喷射在脱硫塔6内，除了大部分会落到脱硫塔6的底部浆液池内外，还有少部分小颗粒液滴会被烟气携带，如果不经除雾处理将烟气排出，可能会导致粉尘增排，因此，设置除雾装置将烟气中携带的小颗粒液滴去除，实现粉尘的超低排放，除雾装置具体可以为高效除雾器，保证排放烟气的雾滴浓度≤20mg/Nm³，粉尘浓度≤10mg/Nm³。

进一步地，浆液池中的吸收剂可以为钙基碱性吸收剂或钠基碱性吸收剂，钙基碱性吸收剂可以为石灰石或电石渣，钠基碱性吸收剂可以为碳酸钠或氢氧化钠，以石灰石为例，其吸收SO₂的反应原理如下：

(1)SO₂的吸收：

烟气中的SO₂与浆液液滴中的水发生如下反应：

SO₂+H₂O→HSO₃ ^—+H⁺

(2)与石灰石反应

浆液水相中的石灰石首先发生溶解：

CaCO₃+H₂O→Ca²⁺+HCO^3—+OH^—

与石灰石浆液发生以下离子反应：

Ca²⁺+HCO^3—+OH^—+HSO^3—+2H⁺→Ca²⁺+HSO^3—+CO₂↑+2H₂O

(3)氧化反应(副产物的生成)

通入浆液池内的氧气将亚硫酸氢根氧化成硫酸根：

2HSO₃ ^—+O₂→2SO₄ ^2—+2H⁺

石膏形成：

Ca²⁺+SO₄ ^2—+2H₂O→CaSO₄·2H₂O

由此可见，浆液池内的吸收剂能够将烟气中的SO₂吸收，同时还具有一定的除尘效果，可保证粉尘的不增排，进一步降低烟气中的粉尘浓度。

进一步地，脱硫塔6的出烟口与烟囱7连接，处理后的烟气经烟囱7统一排放，实现对污染物的集中排放和在线监控。

本发明通过负压布袋除尘器3、臭氧脱硝装置5、脱硫塔6配合实现烟气的除尘、脱硝和脱硫，保证最终排放的烟气中的NO_x排放浓度低于50mg/Nm³、SO₂排放浓度低于35mg/Nm³、粉尘排放浓度低于10mg/Nm³。

本发明还提供一种工业硅电炉烟气超低排放处理方法，基于前述的工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，所述处理方法包括：

首先对所述烟气进行除尘处理，去除所述烟气中的大部分粉尘；其次，将除尘后的所述烟气中的低价态的NO氧化为高价态水溶性的NO_x；最后，对氧化后的所述烟气进行脱硫、脱硝及进一步除尘处理，吸收所述烟气中的SO₂、水溶性NO_x及剩余粉尘。

以上对本发明所提供的一种工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统及处理方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：包括顺次连接的除尘装置、脱硝装置和脱硫装置，所述除尘装置用于拦截去除所述烟气中的粉尘，所述脱硝装置设置于连通所述除尘装置与所述脱硫装置的烟道内，所述脱硝装置用于将所述烟气中的低价态的NO氧化为高价态水溶性的NO_x，所述脱硫装置能够吸收所述烟气中的SO₂和高价态水溶性的NO_x。

2.根据权利要求1所述工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：所述脱硝装置为臭氧脱硝装置(5)，所述臭氧脱硝装置(5)包括顺次连接的臭氧制备单元(51)和臭氧喷射单元(52)，所述臭氧喷射单元(52)设置于连通所述除尘装置与所述脱硫装置的所述烟道内。

3.根据权利要求2所述工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：所述臭氧喷射单元(52)包括多个喷头，所述喷头用于向连通所述除尘装置与所述脱硫装置的所述烟道内喷射臭氧气体。

4.根据权利要求3所述工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：所述除尘装置与所述脱硫装置连通的烟道内还设置有扰流装置，所述扰流装置用于将所述烟气与所述臭氧气体均匀混合。

5.根据权利要求1-4任一项所述工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：所述除尘装置为负压布袋除尘器(3)，还包括主吸风机(4)，所述主吸风机(4)设置于连通所述负压布袋除尘器(3)与所述脱硫装置的所述烟道内。

6.根据权利要求1-4任一项所述工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：所述脱硫装置为湿法脱硫装置，所述湿法脱硫装置设置有浆液池、整流装置、喷淋装置和除雾装置，所述喷淋装置用于将所述浆液池中的吸收剂向下喷射与所述烟气接触，所述整流装置能够使所述烟气与所述吸收剂均匀接触，所述除雾装置能够将待排放的所述烟气中携带的吸收剂液滴去除。

7.根据权利要求6所述的工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：所述浆液池中的吸收剂为钙基碱性吸收剂或钠基碱性吸收剂。

8.根据权利要求7所述的工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：所述钙基碱性吸收剂为石灰石或电石渣，所述钠基碱性吸收剂为碳酸钠或氢氧化钠。

9.一种工业硅电炉烟气超低排放处理方法，基于权利要求8所述的工业硅电炉烟气超低排放处理工艺系统，其特征在于：所述处理方法包括：

首先对所述烟气进行除尘处理，去除所述烟气中的大部分粉尘；其次，将除尘后的所述烟气中的低价态的NO氧化为高价态水溶性的NO_x；最后，对氧化后的所述烟气进行脱硫、脱硝及进一步除尘处理，吸收所述烟气中的SO₂、水溶性NO_x及剩余粉尘。

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