CN111514722A - 工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统及方法 - Google Patents

工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，包括脱氟除尘子系统和脱硫脱硝子系统；脱氟除尘子系统包含通过烟道连接的文丘里烟道反应器和除尘器，新鲜脱氟剂储料罐和废旧脱氟剂储料罐；除尘器的下端通过第一气力输送管路连接废旧脱氟剂储料罐；新鲜脱氟剂储料罐的下端通过第三气力输送管路连接文丘里烟道反应器；脱硫脱硝子系统包含脱硫脱硝一体化反应器；除尘器通过烟道与脱硫脱硝一体化反应器的烟气入口连接；除尘器与脱硫脱硝一体化反应器之间的烟道上设置有氟化氢在线监测设备。还公开了脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法，对烟气进行了脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理，且工艺操作简单，运营消耗成本低，人工成本低。

Description

工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统及方法
技术领域
本发明涉及工业废气干法治理技术领域，尤其涉及一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统及方法。
背景技术
含氟烟气通常是指工业废气中含有气态氟化氢、四氟化硅，粉尘中含有氟化物固体颗粒，主要来源于化工、冶金、建材、热电等行业对含氟矿石在高温下的煅烧、熔融、焙烧或化学反应过程，如利用硫酸分解磷矿粉会释放出HF气体，HF又与磷矿石中的二氧化硅反应释放出SiF4气体。因此电解铝厂、水泥厂、火电厂、磷酸及磷肥厂、稀土厂、陶瓷厂、玻璃厂等是含氟废气的主要来源。
随着工业进程的加快，工业窑炉和工业锅炉的生产过程中会产生大量的污染烟气，烟气中含有二氧化硫、氮氧化物(NOX)、粉尘等随着烟气排出，对环境造成严重污染。近年来国家明确了各行各业中烟气排放中SO2、NOX的排放浓度指标，要求对SO2、NOX的排放进行严格控制。
目前脱硫脱硝技术主要分为湿法、半干法、干法。湿法脱硫除尘效率高，应用量大，但存在风机带水、设备腐蚀、系统装置复杂、寿命低的缺点。其中干法脱硫脱硝克服了湿法的上述问题，并在在工业窑炉废气治理中占据良好优势。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统及方法，能够对低温(120℃)烟气进行脱氟、脱硫、脱硝的共同治理，且工艺操作简单，运营消耗成本低，人工成本低。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，包括：脱氟除尘子系统和脱硫脱硝子系统；
所述脱氟除尘子系统包含通过烟道连接的文丘里烟道反应器和除尘器，还包含新鲜脱氟剂储料罐和废旧脱氟剂储料罐；
所述除尘器的下端设置有第一下料装置，所述第一下料装置通过第一气力输送管路连接所述废旧脱氟剂储料罐；所述新鲜脱氟剂储料罐的下端连接有第三下料装置，所述第三下料装置通过第三气力输送管路连接所述文丘里烟道反应器；
所述脱硫脱硝子系统包含脱硫脱硝一体化反应器，所述脱硫脱硝一体化反应器内分为上层的脱硝层和下层的脱硫层；所述脱硫脱硝一体化反应器的底部设置有烟气入口，顶部设置有烟气出口；
所述除尘器通过烟道与所述脱硫脱硝一体化反应器的烟气入口连接；
所述除尘器与所述脱硫脱硝一体化反应器之间的所述烟道上设置有氟化氢在线监测设备。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进在于：
(1)所述除尘器的下端还设置有第二下料装置，所述第二下料装置通过第二气力输送管路连接所述文丘里烟道反应器。
(2)所述除尘器的底部还倾斜设置有SiC气板，所述除尘器的底部还连接有流化风机，所述流化风机的出风口正对所述SiC气板；所述除尘器的底部的一侧还设置有溢流口，所述溢流口连接所述第二下料装置。
(3)所述文丘里烟道反应器和除尘器之间的烟道包含竖直烟道。
(4)所述新鲜脱氟剂储料罐和废旧脱氟剂储料罐的底部还设置有气化板。
技术方案二：
一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法，包括以下步骤：
步骤1，工业窑炉排放的烟气经过烟道进入脱氟除尘子系统的文丘里烟道反应器，同时新鲜脱氟剂储料罐中的脱氟剂通过第三气力输送管路也进入到文丘里烟道反应器中；
步骤2，烟气和脱氟剂进入文丘里烟道反应器后，烟气气流与脱氟剂均匀混合并开始发生化学反应；
步骤3，烟气与脱氟剂反应后，经烟道进入除尘器中进行净化；
步骤4，净化后的烟气经过烟道进入脱硫脱硝一体化反应器中，首先通过脱硫层，与脱硫剂发生氧化反应；再通过脱硝层，与脱硝剂发生催化还原反应；
步骤5，最后将治理后的洁净烟气经过引风机排向烟囱。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进在于：
步骤1中，所述脱氟剂为氢氧化钙粉末。
步骤1中，脱氟剂的下料量根据氟化氢在线监测设备所监测得到的氟化氢浓度调整控制。
步骤3中，还包括：除尘器内未反应的脱氟剂通过第二气力输送管路再次被输送至文丘里烟道反应器中，实现脱氟剂的循环利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明所提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，该系统运营操作简单，自动化程度高，能够实现现场无人值守要求；同时能够对烟气进行一体化的脱氟、除尘、脱硫、脱硝处理；并且其中的脱硫脱硝子系统能够在低温条件下同时实现二氧化硫，氮氧化物的超低排放。
本发明所提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法能够满足低温(120℃)烟气的脱氟、脱硫、脱硝共同治理，且工艺操作简单，运营消耗成本低，人工成本低。
此外，本发明提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法以氢氧化钙作为脱氟剂，与现行的采用活性氧化铝作为脱氟剂相比，氢氧化钙的治理效率更高，年运行消耗和运行成本更低。
本发明提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法解决了因烟气中存在大量氟而导致的脱硫脱硝治理难度大、脱硫剂脱硝剂寿命低、消耗量大等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统中脱氟除尘子系统的一种实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统中脱硫脱硝子系统的一种实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统中除尘器的结构示意图；
图5为本发明提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统中除尘器的侧视结构示意图。
以上图1-图5中：1文丘里烟道反应器；2除尘器；3新鲜脱氟剂储料罐；4废旧脱氟剂储料罐；5第一下料装置；6第一气力输送管路；7第二下料装置；8第二气力输送管路；9第三下料装置；10第三气力输送管路；11脱硫脱硝一体化反应器；12脱硝层；13脱硫层；14氟化氢在线监测设备；15竖直烟道；16SiC气板；17流化风机；18溢流口；19电动上料装置；20物料切换阀；21卸料装置；22刮板机；23斗提机；24废料罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，本发明实施例提供一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，包括：脱氟除尘子系统和脱硫脱硝子系统；脱氟除尘子系统包含通过烟道连接的文丘里烟道反应器1和除尘器2，脱硫脱硝子系统包含脱硫脱硝一体化反应器11，所述除尘器2通过烟道与所述脱硫脱硝一体化反应器11的烟气入口连接。
具体的，参考图2，脱氟除尘子系统还包含新鲜脱氟剂储料罐3和废旧脱氟剂储料罐4。
新鲜脱氟剂储料罐3中存储有采购的新鲜的脱氟剂，本发明实施例中，脱氟剂为氢氧化钙粉末。新鲜脱氟剂储料罐3的下端连接有第三下料装置9，所述第三下料装置9通过第三气力输送管路10连接所述文丘里烟道反应器1，用于将新鲜的脱氟剂氢氧化钙粉末输送至文丘里烟道反应器1中，与烟气进行反应，对烟气进行处理。
其中，除尘器2的下端设置有第一下料装置5，所述第一下料装置5通过第一气力输送管路6连接所述废旧脱氟剂储料罐4，用于将除尘器2中的废旧脱氟剂进行回收。当除尘器2内的压差过高，物料堆积过多时，除尘器2内的废旧脱氟剂通过第一下料装置5进入第一气力输送管路6中，最终被输送至废旧脱氟剂储料罐4。当废旧脱氟剂储料罐4存量满时，通过槽罐车可将废料运出厂区。
具体的，参考图3，脱硫脱硝子系统包含脱硫脱硝一体化反应器11，所述脱硫脱硝一体化反应器11内分为上层的脱硝层12和下层的脱硫层13；所述脱硫脱硝一体化反应器11的底部设置有烟气入口，顶部设置有烟气出口。
此外，除尘器2与所述脱硫脱硝一体化反应器11之间的所述烟道上设置有氟化氢在线监测设备14。脱氟除尘子系统采用闭环控制，利用氟化氢在线监测设备14采集的氟化氢浓度作为反馈信号，控制第三下料装置9的脱氟剂的下料量，从而保证系统的稳定运行，且可以有效控制脱氟剂的消耗量。
进一步的，参考图2，除尘器2的下端还设置有第二下料装置7，所述第二下料装置7通过第二气力输送管路8连接所述文丘里烟道反应器1。除尘器2中未反应的脱氟剂及夹带飞灰颗粒在除尘器2的布袋及壁板上发生碰撞、回落，并通过第二下料装置7进入第二气力输送管路8中，再次被输送至文丘里烟道反应器1中，以实现物料的循环利用，将除尘器2中未反应的脱氟剂再次利用，提高了脱氟剂的利用率。
更进一步的，参考图4和图5，除尘器2的底部还倾斜设置有SiC气板16，所述除尘器2的底部还连接有流化风机17，所述流化风机17的出风口正对所述SiC气板16；所述除尘器2的底部的一侧还设置有溢流口18，所述溢流口18连接所述第二下料装置7。除尘器2内的脱氟剂掉落在除尘器2的底部后，利用流化风机17将吹出的风透过预设的与水平形成一定夹角的SiC气板16，再次将除尘器2底部的物料吹起，使得底部的脱氟剂物料处于流化沸腾状态，增大烟气与脱氟剂氢氧化钙的充分接触率，提高脱氟剂的利用率。具体的，粒径较小的脱氟剂被吹到除尘器2的高层，与烟气进一步发生反应；而颗粒较大的脱氟剂，逐渐向卸料口流动，当物料达到溢流口18时，一部分物料将通过溢流口18进入第二气力输送管路8中，以实现物料的循环利用，经过多次循环使用后的沉积在除尘器2底部的废料通过第一气力输送管路6输送至废旧脱氟剂储料罐4中，当废旧脱氟剂储料罐4内存量满时通过槽罐车可将废料运出厂区。
进一步的，参考图2，文丘里烟道反应器1和除尘器2之间的烟道包含竖直烟道15。文丘里烟道反应器1和除尘器2之间通过竖直烟道15连接，形成脱氟除尘反应区，烟气在上升的过程中与脱氟剂持续发生反应；并且，竖直烟道15也不占用额外空间。
进一步的，新鲜脱氟剂储料罐3和废旧脱氟剂储料罐4的底部还设置有气化板；其中，气化板安装在新鲜脱氟剂储料罐3和废旧脱氟剂储料罐4的锥部，防止物料在罐体内板结、成拱。
进一步的，参考图3，脱硫脱硝一体化反应器11采用双层设计，实现了单个反应器能够装填两种物料，上层装填脱硝剂，用于实现脱硝功能，下层装填脱硫剂，用于实现脱硫功能，由此利用单个反应器同时实现了脱硫脱硝的功能。
本发明实施例中，脱硫脱硝一体化反应器11为多个，根据烟气量的大小，将多个脱硫脱硝一体化反应器11排联布置，每个脱硫脱硝一体化反应器11的底部烟气进口和顶部烟气出口均设有烟气阀门，各个烟气阀门独立控制。
脱硫剂、脱硝剂采用吨包包装运输到厂区，采用电动上料装置19将物料吨包吊装到脱硫脱硝一体化反应器11的顶部；脱硫脱硝一体化反应器11内设置有物料切换阀20，通过调节物料切换阀20打开脱硫剂或者脱硝剂落料通道，物料进入相应反应层；具体的，当添加脱硫剂时，物料切换阀20切换到脱硫层13，脱硫剂通过管道进入到脱硫层13；当添加脱硝剂时，物料切换阀20切换到脱硝层12，脱硝剂通过相应管道进入脱硝层12；不添加物料时，物料切换阀20处于关闭状态。
此外，脱硫脱硝一体化反应器11的底部设置有卸料装置21，卸料装置21还连接有刮板机22，刮板机22的进料口连接卸料装置21的出口，刮板机22的出料口连接有斗提机23，斗提机23连接有废料罐24。当脱硫剂使用一段时间需要更换时，脱硫剂通过卸料装置21排出脱硫脱硝一体化反应器11，最终通过刮板机22、斗提机23，将脱硫剂废料传送至废料罐24中。脱硫脱硝一体化反应器11中，脱硫层13和脱硝层12之间还设置有提升阀，当脱硝剂需要更换时，打开提升阀，提升阀打开，脱硝剂进入到脱硫层13，跟随脱硫剂一起排出脱硫脱硝一体化反应器11，进入废料罐24中。
此外，本发明实施例还提供了一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法，包括以下步骤：
步骤1，工业窑炉排放的烟气经过烟道进入脱氟除尘子系统的文丘里烟道反应器1，同时新鲜脱氟剂储料罐3中的脱氟剂通过第三气力输送管路10也进入到文丘里烟道反应器1中；
步骤2，烟气和脱氟剂进入文丘里烟道反应器1后，烟气气流与脱氟剂均匀混合并开始发生化学反应；
步骤3，烟气与脱氟剂反应后，经烟道进入除尘器2中进行净化除尘；
步骤4，净化除尘后的烟气经过烟道进入脱硫脱硝一体化反应器11中，首先通过脱硫层13，与脱硫剂发生氧化反应；再通过脱硝层12，与脱硝剂发生催化还原反应；
步骤5，最后将治理后的洁净烟气经过引风机排向烟囱。
其中，步骤1中，脱氟剂的下料量根据氟化氢在线监测设备14所监测得到的氟化氢浓度调整控制。氟化氢在线监测设备14用于监测经过脱氟除尘处理之后的烟气中的氟化氢浓度含量，根据监测结果调整控制脱氟剂的下料量，可以在保证系统稳定运行的基础上，有效控制脱氟剂的消耗量。
进一步的，步骤3中，还包括：除尘器2内未反应的脱氟剂通过第二气力输送管路8再次被输送至文丘里烟道反应器1中，实现物料的循环利用。
烟气与脱氟剂在文丘里烟道反应器1中反应后，通过竖直烟道15继续反应之后进入除尘器2，除尘器2内未反应的脱氟剂及夹带飞灰颗粒在除尘器2的布袋及壁板上发生碰撞后回落至除尘器2的底部，通过第二下料装置7进入第二气力输送管路8，再次被输送至文丘里烟道反应器1中，继续与进入文丘里烟道反应器1中的烟气气流进行反应，实现脱氟剂的反复循环利用，以使脱氟剂的使用率达到最大化；经过多次利用后，除尘器2中的废旧脱氟剂通过第一气力输送管路6中，最终被输送至废旧脱氟剂储料罐4。
具体的，步骤4中，净化后的烟气通过脱硫脱硝一体化反应器11底部设置的烟气入口进入到脱硫脱硝一体化反应器11中，首先进入下层脱硫层13，与脱硫剂发生氧化反应，去除烟气中的二氧化硫，将烟气中的二氧化硫固定到脱硫剂中；反应后的烟气再继续向上流动，进入脱硫脱硝一体化反应器11的上层脱硝层12，与脱硝剂充分接触，进行催化还原反应，去除烟气中的氮氧化物，将烟气中的氮氧化物还原成N2；由此实现烟气的脱硫脱硝。最终将治理后的洁净烟气通过引风机、烟囱排出。
需要说明的是，以上实施例中，第一气力输送管路、第二气力输送管路和第三气力输送管路分别是采用常规的压缩气体输送的方式。
传统湿法中，多采用喷淋，或溶液吸收方法，但是烟气中的氟化氢易溶于水；遇水形成氢氟酸具有极强的腐蚀性，能强烈地腐蚀金属、玻璃和含硅的物体。而本发明所提供的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理采用干法工艺，处理过程中无需用水，避免了烟气对设备的腐蚀，降低了投资成本，同时减少了水治理环节，避免了二次污染。
此外，本发明中脱氟剂采用的是氢氧化钙粉末，与现行的采用活性氧化铝作为脱氟剂相比，氢氧化钙治理效率更高，在年运行消耗和运行成本上更具有优势，详见下表1。
表1同等工况下不同脱氟剂消耗比较
脱氟剂 日消耗/t/d 单价/元 年消耗/万元 治理效率/％
氢氧化钙 0.6 600 13.14 97
活性氧化铝 1.1 3800 150 90
由上表可以看出，本发明工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法中，脱氟效率明显提升，由此解决了因烟气中存在大量氟而导致的脱硫脱硝治理难度大、脱硫剂脱硝剂寿命低、消耗量大等问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，其特征在于，包括：脱氟除尘子系统和脱硫脱硝子系统；
所述脱氟除尘子系统包含通过烟道连接的文丘里烟道反应器和除尘器，还包含新鲜脱氟剂储料罐和废旧脱氟剂储料罐；
所述除尘器的下端设置有第一下料装置，所述第一下料装置通过第一气力输送管路连接所述废旧脱氟剂储料罐；所述新鲜脱氟剂储料罐的下端连接有第三下料装置，所述第三下料装置通过第三气力输送管路连接所述文丘里烟道反应器；
所述脱硫脱硝子系统包含脱硫脱硝一体化反应器，所述脱硫脱硝一体化反应器内分为上层的脱硝层和下层的脱硫层；所述脱硫脱硝一体化反应器的底部设置有烟气入口，顶部设置有烟气出口；
所述除尘器通过烟道与所述脱硫脱硝一体化反应器的烟气入口连接；
所述除尘器与所述脱硫脱硝一体化反应器之间的所述烟道上设置有氟化氢在线监测设备。
2.根据权利要求1所述的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，其特征在于，所述除尘器的下端还设置有第二下料装置，所述第二下料装置通过第二气力输送管路连接所述文丘里烟道反应器。
3.根据权利要求2所述的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，其特征在于，所述除尘器的底部还倾斜设置有SiC气板，所述除尘器的底部还连接有流化风机，所述流化风机的出风口正对所述SiC气板；所述除尘器的底部的一侧还设置有溢流口，所述溢流口连接所述第二下料装置。
4.根据权利要求1所述的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，其特征在于，所述文丘里烟道反应器和除尘器之间的烟道包含竖直烟道。
5.根据权利要求1所述的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，其特征在于，所述新鲜脱氟剂储料罐和废旧脱氟剂储料罐的底部还设置有气化板。
6.一种工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法，基于权利要求1所述的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，工业窑炉排放的烟气经过烟道进入脱氟除尘子系统的文丘里烟道反应器，同时新鲜脱氟剂储料罐中的脱氟剂通过第三气力输送管路也进入到文丘里烟道反应器中；
步骤2，烟气和脱氟剂进入文丘里烟道反应器后，烟气气流与脱氟剂均匀混合并开始发生化学反应；
步骤3，烟气与脱氟剂反应后，经烟道进入除尘器中进行净化除尘；
步骤4，净化除尘后的烟气经过烟道进入脱硫脱硝一体化反应器中，首先通过脱硫层，与脱硫剂发生氧化反应；再通过脱硝层，与脱硝剂发生催化还原反应；
步骤5，最后将治理后的洁净烟气经过引风机排向烟囱。
7.根据权利要求6所述的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法，其特征在于，步骤1中，脱氟剂的下料量根据氟化氢在线监测设备所监测得到的氟化氢浓度调整控制。
8.根据权利要求6所述的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法，其特征在于，步骤3中，还包括：除尘器内未反应的脱氟剂通过第二气力输送管路再次被输送至文丘里烟道反应器中，实现脱氟剂的循环利用。
9.根据权利要求6所述的工业窑炉烟气脱氟除尘脱硫脱硝一体化处理方法，其特征在于，步骤1中，所述脱氟剂为氢氧化钙粉末。
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