CN112206600A - 一种稀土电解槽烟气处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稀土电解槽烟气处理方法及装置，装置包括通过管道依次连通的布袋除尘器、引风机、脱硫除氟塔和除雾塔。方法包括：采用布袋除尘器配合引风机进行除尘，布袋除尘器的过滤风速为0.3～2.5m/min，处理风量为850～4600m3/h；将除尘后的烟气通入脱硫除氟塔；将脱硫除氟塔处理后的烟气通入除雾塔，经除雾塔处理后的尾气直接排入大气。本发明依据电解槽的能量平衡来设计除尘工艺参数，既保证电解槽稳定运行生产，又不会增加了电解槽的运行能耗，布袋除尘器出口粉尘浓度≤5mg/m3，远远低于粉尘浓度≤50mg/m3排放标准，可最大程度的回收稀土原料，节约生产成本。

Description

一种稀土电解槽烟气处理方法及装置
技术领域
本申请属于稀土熔盐电解技术领域，具体涉及一种稀土电解槽烟气处理方法及装置。
背景技术
目前，生产稀土金属及其合金主要采用熔盐电解法，以稀土氧化物为原料、稀土氟化物为电解质，电解温度在1050℃以上。在电解过程中，阳极会生成大量的CO、CO2气体，特别是在高温条件下，氟化盐不断挥发，同时带走细小的稀土氧化物。大量排出的有害气体和粉尘，不但造成环境的污染，危害人体健康，而且造成了昂贵稀土氧化物原料的浪费，降低了稀土的收率，增加了生产成本。因此，如何有效建立烟气净化系统，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
净化稀土电解槽烟气，现有技术一般采用旋风除尘器和气体吸收塔，旋风除尘器用于除尘，气体吸收塔用于处理烟气中的有害物质。为提高除尘效果，旋风除尘器工作时其配套的风机往往采用最大功率运行，导致烟气处理能耗较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种稀土电解槽烟气处理方法及装置，可最大程度的回收烟气中的有价稀土原料，并且使尾气的排放达到环保要求。
实现本发明目的所采用的技术方案为，一种稀土电解槽烟气处理方法，包括如下步骤：采用布袋除尘器配合引风机进行除尘，所述布袋除尘器的过滤风速为0.3～2.5m/min，处理风量为850～4600m3/h；
将除尘后的烟气通入脱硫除氟塔，用以脱除所述烟气中的氟化物气体和二氧化硫；
将所述脱硫除氟塔处理后的所述烟气通入除雾塔，用以脱除所述脱硫除氟塔内产生的水蒸气，经所述除雾塔处理后的尾气直接排入大气。
进一步地，所述布袋除尘器的有效过滤面积为40～135m2。
进一步地，所述引风机流量为1000～5500m3/h，全压为1800～4500Pa，所述引风机采用变频控制，功率为3～9.5kW。
进一步地，在所述布袋除尘器进行除尘的过程中，采用定差压控法和/或定时控制法对所述布袋除尘器进行脉冲喷吹清灰。
基于同样的发明构思，本发明还对应提供了一种用于实施上述的稀土电解槽烟气除尘方法的装置，包括通过管道依次连通的布袋除尘器、引风机、脱硫除氟塔和除雾塔，所述脱硫除氟塔的内部设置有用于喷洒碱液的喷淋层。
可选的，所述布袋除尘器的滤袋的材质为氟美斯、玄武岩、预氧丝复合碳纤维、P84、PTFE覆膜中的一种；所述布袋除尘器配备有专用的粉尘颗粒收集箱，所述粉尘颗粒收集箱位于所述布袋除尘器的底部。
可选的，所述装置还包括碱液池与碱液箱，所述碱液箱通过进液管道与所述碱液池连通；所述碱液池通过回收管道与所述脱硫除氟塔的底部连通，所述碱液池通过供液管道与所述喷淋层连通。
可选的，所述脱硫脱氟塔的材质为不锈钢或者PP板，所述脱硫脱氟塔的底部壁厚5～10mm，中部壁厚3～8mm，上部壁厚2～6mm。
可选的，所述喷淋层为3～6层，所述喷淋层的管道为脱硫介质专用管材，所述喷淋层的喷嘴为碳化硅喷嘴，所述喷嘴呈实心锥形，所述喷淋层的覆盖率为200％～300％。
可选的，所述除雾塔的材料为阻燃聚丙烯材料；所述除雾塔中设置有用于去除除雾塔沉积物的冲洗排水系统。
由上述技术方案可知，本发明提供的稀土电解槽烟气处理方法，采用通过管道依次连通的布袋除尘器、引风机、脱硫除氟塔和除雾塔处理稀土电解槽烟气，整体包括除尘、脱硫除氟和除雾三个步骤，本申请的除尘步骤是依据电解槽的能量平衡来设计各除尘工艺参数，具体的，布袋除尘器的过滤风速为0.3～2.5m/min，处理风量为850～4600m3/h。研究发现，当烟气带走的热量不足时，会导致电解槽过热，炉帮熔化，不但影响电解槽内有效容积，改变金属液高度，而且失去炉帮保护的炉膛会大大增加了漏槽的风险；当烟气带走的热量过大时，会导致电解槽偏冷，需要更多的能量来维持电解槽的正常运行，不但增加了电解槽的运行能耗，而且槽膛体积的变化对电解槽稳定运行生产产生不利影响。烟气带走热量的多少与布袋除尘器的过滤风速和处理风量均相关，本发明通过电解槽能量平衡设计，并且将布袋除尘器的过滤风速和处理风量进行适配，确定布袋除尘器的过滤风速为0.3～2.5m/min，处理风量为850～4600m3/h，在此工艺参数条件下，可以维持电解槽热平衡。相比于现有技术中采用满负荷除尘，为了补偿除尘带走的热量，电解槽还需要加大加热电压，进一步提高能耗。本申请通过电解槽能量平衡设计，能够维持电解槽现有热平衡状态不变，布袋除尘器的运行负荷小，并且电解槽不需要额外加热，因此整体能耗低。通过上述除尘步骤，可实现布袋除尘器出口粉尘浓度≤5mg/m3，远远低于粉尘浓度≤50mg/m3排放标准，可最大程度的回收稀土原料，节约生产成本。
脱硫除氟和除雾步骤分别用于脱除所述烟气中的氟化物气体和二氧化硫，以及脱除脱硫除氟塔内产生的水蒸气，经除雾塔处理后的尾气直接排入大气，尾气中尾气氟化物浓度≤5mg/Nm3，二氧化硫浓度≤100mg/nm3，湿度≤75mg/Nm3，符合排放标准。
附图说明
图1为本发明实施例中稀土电解槽烟气处理装置的结构示意图。
附图标记说明：1-布袋除尘器，2-脱硫除氟塔，21-喷淋层，3-除雾塔，4-风机，5-碱液池，6-碱液箱，7-回收管道，8-供液管道，9-进液管道，10-排烟管道，11-稀土电解槽，12-粉尘颗粒收集箱。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
实施例1：
本发明实施例提供一种稀土电解槽烟气处理装置，其结构如图1所示，包括通过管道依次连通的布袋除尘器1、引风机4、脱硫除氟塔2和除雾塔3，脱硫除氟塔2的内部设置有用于喷洒碱液的喷淋层21。该布袋除尘器1、引风机4、脱硫除氟塔2和除雾塔3均可采用现有的设备，具体选型本发明不做限制。
布袋除尘器1用于除尘，本实施例中，布袋除尘器1的滤袋的材质为氟美斯、玄武岩、预氧丝复合碳纤维、P84、PTFE覆膜中的一种，保证耐温达到200℃以上，避免高温气体带来的烧袋。参见图1，布袋除尘器1配备有专用的粉尘颗粒收集箱12，粉尘颗粒收集箱12位于布袋除尘器1的底部，用以收集滤袋内稀土氧化物、稀土氟化物等，最大程度的回收稀土原料，节约生产成本。布袋除尘器1的有效过滤面积不小于60平方米，以满足稀土电解槽烟气处理工艺的需求。该布袋除尘器1自带脉冲清灰系统，脉冲清灰系统程序的控制为定差压控法和定时控制法两种，可通过控制程序中的选择开关任意选择，当时间或除尘器进出总管压差达到设定值时，系统将依次将各室进行脉冲喷吹清灰。布袋除尘器1配置的引风机4采用变频控制，功率为3～9.5kW，可依据生产需要调节风量大小。
脱硫除氟塔2用于脱除电解槽产生氟化物气体和二氧化硫，脱硫除氟塔2的内部设置有用于喷洒碱液的喷淋层21，本实施例中，喷淋层21为3～6层，喷淋层21的管道为脱硫介质专用管材，喷淋层21的喷嘴为碳化硅喷嘴，喷嘴呈实心锥形，喷淋层21的覆盖率为200％～300％。整个脱硫脱氟塔的材质为不锈钢或者PP板，脱硫脱氟塔的底部壁厚5～10mm，中部壁厚3～8mm，上部壁厚2～6mm，壁厚由上至下依次增加，可有效保证塔身的耐蚀性能。
参见图1，本实施例中，该装置还包括与脱硫除氟塔2配套使用的碱液池5与碱液箱6，碱液箱6通过进液管道9与碱液池5连通，由于碱液箱6的作用是补充碱液，因此也可将碱液箱6通过进液管道9与脱硫除氟塔2的底部连通。碱液池5通过回收管道7与脱硫除氟塔2的底部连通，将脱硫除氟塔2的底部反应后溶液引流至碱液池5中，碱液池5通过供液管道8与喷淋层21连通，经过碱液箱6补充碱液后，碱液池5内的液体经泵重新抽送至喷淋层21。
除雾塔3用于脱除脱硫除氟塔2内产生的水蒸气，除雾塔的材料为阻燃聚丙烯材料，出口烟气湿度不大于75mg/Nm3。除雾塔中设置有用于去除除雾塔沉积物的冲洗排水系统，运行时可根据给定的程序，即可进行自动冲洗，也可进行人工冲洗。除雾塔3的内部液体可选择排入碱液池5中。
实施例2：
本实施例提供一种稀土电解槽烟气处理方法，该方法在上述实施例1的稀土电解槽烟气处理装置中实施，可最大程度的回收烟气中的有价稀土原料，并且使尾气的排放达到环保要求。
参见图1，该方法具体包括如下步骤：
(1)采用布袋除尘器1配合引风机4进行除尘，布袋除尘器1的处理风量为850～4600m3/h，例如900m3/h、1150m3/h、1500m3/h、1800m3/h、2050m3/h、2100m3/h、2220m3/h、2350m3/h、2450m3/h、2750m3/h、3150m3/h、3600m3/h、4000m3/h、4350m3/h等。布袋除尘器1的过滤风速为0.3～2.5m/min，例如0.33m/min、0.42m/min、0.5m/min、0.6m/min、0.75m/min、0.85m/min、1.2m/min、1.6m/min、1.95m/min、2.2m/min、2.45m/min等。布袋除尘器1的有效过滤面积为40～135m2，例如42m2、46m2、48m2、50.5m2、58m2、62m2、65.5m2、69m2、77m2、85m2、98m2、105m2、119m2、123m2、130m2等。当布袋除尘器1的处理风量和过滤风速确定后，可大致推算出布袋除尘器1的有效过滤面积。为尽量降低除尘操作对稀土电解槽热平衡的影响，作为优选实施例中，布袋除尘器1的处理风量优选1350～2500m3/h，过滤风速优选0.4～0.8m/min，有效过滤面积优选45～60m2。；
引风机4用于向整个稀土电解槽烟气处理装置提供风量，因此引风机4的流量应大于布袋除尘器1的处理风量。具体的，引风机4的流量为1000～5500m3/h，例如1050m3/h、1200m3/h、1550m3/h、1800m3/h、2050m3/h、2200m3/h、2350m3/h、2500m3/h、2720m3/h、2850m3/h、3050m3/h、3200m3/h、3350m3/h、3450m3/h、3750m3/h、4100m3/h、4450m3/h、4750m3/h、5050m3/h、5200m3/h、5350m3/h、5450m3/h等。引风机4的全压为1800～4500Pa，例如1850Pa、2000Pa、2150Pa、2300Pa、2450Pa、2600Pa、2750Pa、2960Pa、3100Pa、3200Pa、3350Pa、3500Pa、3600Pa、3750Pa、3900Pa、4100Pa、4350Pa、4400Pa等。引风机4采用变频控制，功率为3～9.5kW，例如3.2kW、3.8kW、4kW、4.3kW、4.8kW、6kW、7.3kW、7.8kW、8.4kW、9kW等，可依据生产需要调节风量大小。为降低风机能耗，引风机4的工作参数应当与布袋除尘器1的工作参数相适配，作为优选实施例中，引风机4流量优选2000～3500m3/h，全压优选2200～3600Pa，功率优选3～4.5kW。
在布袋除尘器1进行除尘的过程中，采用定差压控法和/或定时控制法对布袋除尘器1进行脉冲喷吹清灰。具体的，当除尘时间或除尘器进出总管压差达到设定值时，可采用定差压控法和/或定时控制法对布袋除尘器1进行脉冲喷吹清灰。可通过控制程序中的选择开关任意选择，当时间或除尘器进出总管压差达到设定值时，系统将依次将各室进行脉冲喷吹清灰，清理的灰尘落在布袋除尘器1底部的粉尘颗粒收集箱12中，用以收集滤袋内稀土氧化物、稀土氟化物等，最大程度的回收稀土原料，节约生产成本。
(2)将除尘后的烟气通入脱硫除氟塔2，用以脱除烟气中的氟化物气体和二氧化硫。
(3)将脱硫除氟塔2处理后的烟气通入除雾塔3，用以脱除脱硫除氟塔2内产生的水蒸气，经除雾塔3处理后的尾气直接排入大气。使用一段时间后，可通过除雾塔的冲洗排水系统去除除雾塔沉积物，以保证除雾塔的除雾效率，运行时可根据给定的程序，即可进行自动冲洗，也可进行人工冲洗，保证出口烟气湿度不大于75mg/Nm3。
实施例3：
本实施例提供一种稀土电解槽烟气处理方法，该方法在上述实施例1的稀土电解槽烟气处理装置中实施，参见图1，该方法具体包括如下步骤：
(1)稀土电解槽11上部产生的烟气，汇集到排烟管道10后，将风机4流量控制为3400m3/h，功率4.3kW，全压为2300Pa，可使烟气在进入布袋除尘器1前的排烟管道10中温度降低到160℃，降温后的烟气进入布袋除尘器1内，其中滤袋有效面积55平方米，滤袋的材质为氟美斯，滤袋有效风速为0.6m/min，处理风量为2300m3/h，并采用定差压控法和定时控制法两种结合的脉冲清灰系统程序，可以使得粉尘浓度有效降低至5mg/m3以下，在达到排放标准的情况下，最大限度的收集稀土氧化物原料。
(2)经过布袋除尘的烟气进入脱硫除氟塔2，除去烟气中的氟化物与二氧化硫，其中脱硫脱氟塔喷淋层为5层结构，管道为脱硫介质专用管材，喷嘴材质为碳化硅材料，实心锥形喷雾，喷淋层的覆盖率为280％，碱液喷淋后回到碱液池5内，并通过碱液箱6调节碱液浓度。
(3)经过脱硫除氟塔的烟气进入除雾塔3用以脱除产生的水蒸气，除雾器的材料为阻燃聚丙烯材料，净化后的尾气经检测：氟化物浓度≤5mg/Nm3，二氧化硫浓度≤90mg/nm3，符合排放标准，可直接排入大气。
实施例4：
本实施例提供一种稀土电解槽烟气处理方法，该方法在上述实施例1的稀土电解槽烟气处理装置中实施，参见图1，该方法具体包括如下步骤：
(1)稀土电解槽11上部产生的烟气，汇集到排烟管道10后，将风机4流量控制为2400m3/h，功率3.2kW，全压为2700Pa，可使烟气在进入布袋除尘器1前的排烟管道10中温度降低到190℃，降温后的烟气进入布袋除尘器1内，其中滤袋有效面积60平方米，滤袋的材质为玄武岩，滤袋有效风速为0.5m/min，处理风量为1500m3/h，并采用定差压控法和定时控制法两种结合的脉冲清灰系统程序，可以使得粉尘浓度有效降低至4mg/m3以下，在达到排放标准的情况下，最大限度的收集稀土氧化物原料。
(2)经过布袋除尘的烟气进入脱硫除氟塔2，除去烟气中的氟化物与二氧化硫，其中脱硫脱氟塔喷淋层为6层结构，管道为脱硫介质专用管材，喷嘴材质为碳化硅材料，实心锥形喷雾，喷淋层的覆盖率为280％，碱液喷淋后回到碱液池5内，并通过碱液箱6调节碱液浓度。
(3)经过脱硫除氟塔的烟气进入除雾塔3用以脱除产生的水蒸气，除雾器的材料为阻燃聚丙烯材料，净化后的尾气经检测：氟化物浓度≤5mg/Nm3，二氧化硫浓度≤80mg/nm3，符合排放标准，可直接排入大气。
实施例5：
本实施例提供一种稀土电解槽烟气处理方法，该方法在上述实施例1的稀土电解槽烟气处理装置中实施，参见图1，该方法具体包括如下步骤：
(1)稀土电解槽11上部产生的烟气，汇集到排烟管道10后，将风机4流量控制为3500m3/h，功率4.5kW，全压为2200Pa，可使烟气在进入布袋除尘器1前的排烟管道10中温度降低到155℃，降温后的烟气进入布袋除尘器1内，其中滤袋有效面积52平方米，滤袋的材质为P84，滤袋有效风速为0.8m/min，处理风量为2500m3/h，并采用定差压控法和定时控制法两种结合的脉冲清灰系统程序，可以使得粉尘浓度有效降低至20mg/m3以下，在达到排放标准的情况下，最大限度的收集稀土氧化物原料。
(2)经过布袋除尘的烟气进入脱硫除氟塔2，除去烟气中的氟化物与二氧化硫，其中脱硫脱氟塔喷淋层为4层结构，管道为脱硫介质专用管材，喷嘴材质为碳化硅材料，实心锥形喷雾，喷淋层的覆盖率为300％，碱液喷淋后回到碱液池5内，并通过碱液箱6调节碱液浓度。
(3)经过脱硫除氟塔的烟气进入除雾塔3用以脱除产生的水蒸气，除雾器的材料为阻燃聚丙烯材料，净化后的尾气经检测：氟化物浓度≤5mg/Nm3，二氧化硫浓度≤100mg/nm3，符合排放标准，可直接排入大气。
通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
1)本发明提供的稀土电解槽烟气处理方法，依据电解槽的能量平衡来设计除尘工艺参数，既保证电解槽稳定运行生产，又不会增加了电解槽的运行能耗，可实现布袋除尘器出口粉尘浓度≤5mg/m3，远远低于粉尘浓度≤50mg/m3排放标准，可最大程度的回收稀土原料，节约生产成本。
2)本发明提供的稀土电解槽烟气处理方法，依据电解槽的能量平衡来设计除尘工艺参数，引风机采用变频控制，功率3～9.5kW，可依据生产需要调节风量大小，与传统处理系统相比，引风机功率可降低40％以上，更为节能。
3)本发明提供的稀土电解槽烟气处理装置，整体包括布袋除尘器、脱硫除氟塔、除雾塔、风机、碱液池和碱液箱，结构简单，建设成本低、操作方便、后期维护成本低。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种稀土电解槽烟气处理方法，其特征在于，包括如下步骤：采用布袋除尘器配合引风机进行除尘，所述布袋除尘器的过滤风速为0.3～2.5m/min，处理风量为850～4600m3/h；
将除尘后的烟气通入脱硫除氟塔，用以脱除所述烟气中的氟化物气体和二氧化硫；
将所述脱硫除氟塔处理后的所述烟气通入除雾塔，用以脱除所述脱硫除氟塔内产生的水蒸气，经所述除雾塔处理后的尾气直接排入大气。
2.如权利要求1所述的稀土电解槽烟气处理方法，其特征在于：所述布袋除尘器的有效过滤面积为40～135m2。
3.如权利要求2所述的稀土电解槽烟气处理方法，其特征在于：所述引风机流量为1000～5500m3/h，全压为1800～4500Pa；所述引风机采用变频控制，功率为3～9.5kW。
4.如权利要求1-3中任一项所述的稀土电解槽烟气处理方法，其特征在于：在所述布袋除尘器进行除尘的过程中，采用定差压控法和/或定时控制法对所述布袋除尘器进行脉冲喷吹清灰。
5.一种用于实施权利要求1-4中任一项所述的稀土电解槽烟气除尘方法的装置，其特征在于：包括通过管道依次连通的布袋除尘器、引风机、脱硫除氟塔和除雾塔，所述脱硫除氟塔的内部设置有用于喷洒碱液的喷淋层。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述布袋除尘器的滤袋的材质为氟美斯、玄武岩、预氧丝复合碳纤维、P84、PTFE覆膜中的一种；所述布袋除尘器配备有专用的粉尘颗粒收集箱，所述粉尘颗粒收集箱位于所述布袋除尘器的底部。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述装置还包括碱液池与碱液箱，所述碱液箱通过进液管道与所述碱液池连通；所述碱液池通过回收管道与所述脱硫除氟塔的底部连通，所述碱液池通过供液管道与所述喷淋层连通。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述脱硫脱氟塔的材质为不锈钢或者PP板，所述脱硫脱氟塔的底部壁厚5～10mm，中部壁厚3～8mm，上部壁厚2～6mm。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述喷淋层为3～6层，所述喷淋层的管道为脱硫介质专用管材，所述喷淋层的喷嘴为碳化硅喷嘴，所述喷嘴呈实心锥形，所述喷淋层的覆盖率为200％～300％。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述除雾塔的材料为阻燃聚丙烯材料；所述除雾塔中设置有用于去除除雾塔沉积物的冲洗排水系统。
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