CN113663452A - 一种含砷烟气的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含砷烟气的处理方法，涉及烟气处理技术领域。本发明对含砷烟气采用干法预除尘处理，除尘后的烟气经预降温后进入涡流骤冷系统，通过涡流骤冷系统将含砷烟气分为高温烟气和低温烟气，低温烟气的出口温度降至气态三氧化二砷温度以下，经气固分离后得到固体三氧化二砷和处理后烟气。本发明通过采用涡流骤冷的方式，大幅降低了烟气温度，提高了烟气温度骤降的效率和烟气冷却温度精准控制的稳定性，通过涡流冷却温度的控制，可以使烟气温度避开170～245℃的玻璃态砷形成温度区间，避免烟气中玻璃态砷的形成，提高烟气中砷的回收率。采用本发明的方法能够避免处理系统腐蚀或堵塞。

Description

一种含砷烟气的处理方法
技术领域
本发明涉及烟气处理技术领域，具体涉及一种含砷烟气的处理方法。
背景技术
目前有色冶炼烟气中砷的去除(回收)技术分为湿法和干法两类，湿法技术一般采用稀酸多级洗涤+电除雾净化以满足后续烟气制酸要求，烟气中的气态砷进入液相进而从烟气中去除，处理后产生含有砷和重金属的污酸，污酸成分复杂、处理难度大、成本高。干法技术是通过冷却的方式将烟气中砷从气态转变为固态并分离，目前普遍采用传统烟道冷却法，但是由于现有技术的冷却方式为缓冷，烟气温度在玻璃砷形成的温度区间停留时间过长，极易生成玻璃砷导致烟气处理系统的粘结和堵塞等问题。若采用骤冷的急冷方式对烟气冷却，使烟气温度迅速通过玻璃砷温度区间，可解决玻璃砷的堵塞问题。
现有的烟气骤冷降温方式包括水冷式骤冷降温或浸没降温两类。由于工艺条件限制，浸没降温暂未进行工程类设施开展，因此普及性不高；水冷式骤冷降温则相对而言使用更为广泛。目前常采用汽化蒸发冷却骤冷塔，其原理是：烟气通过沉降容器时，在沉降容器顶部将适量的水雾化喷出，水在烟气中瞬间汽化，汽化时将吸收大量的热量，从而达到使烟气降温的目的。根据进入的烟气量、烟气温度和烟气的目标温度来控制汽化水量。该骤冷器虽然能够有效的达到骤冷目的，但是，由于大量的水蒸气进入烟气，使烟气的露点下降，很容易在设备或管道的外壁形成结露，从而使收尘管道和设备腐蚀。另外，该骤冷器对烟气系统前后的检测和自动控制装置要求非常严格，一旦控制系统或喷嘴出现故障，水量变化和水的喷出状态不理想时，骤冷器内及沿线管道、设备很容易出现结露和白砷泥浆，使整个系统全线瘫痪。
中国专利CN104451167A公开了一种利用喷雾骤冷塔的冷却方法，对含砷烟气进行多级降温将烟气中的砷冷凝，再采用袋式除尘器回收砷。该方法主要是采用冷却水喷雾骤冷，若喷雾水量控制不当容易造成系统腐蚀或堵塞。
中国专利CN205576244U中利用冰浆对含砷烟气骤冷除砷，该方案中通过冰浆喷枪组件和骤冷塔将气态砷转化为固态砷，依然需要收砷系统进行收砷。该方法也是采用喷雾降温方式实现骤冷，喷雾介质为冰浆，同样容易存在喷浆量控制不当时降温除砷效果差或堵塞的问题。
中国专利CN108187436A公开了一种利用循环流化床中的颗粒介质对含砷烟气进行骤冷降温除砷的方法，降温后烟气从流化床顶部流出，在流化床底部收集砷。但是该方法主要依靠流化床中的颗粒介质，若进气含烟尘浓度控制不当，容易造成系统的堵塞，降低烟气流速，容易导致降温效果不佳，影响砷的骤冷去除效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含砷烟气的处理方法，采用本发明的方法能够避免处理系统腐蚀或堵塞，同时能够提高烟气中砷的回收率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种含砷烟气的处理方法，包括以下步骤：
将含砷烟气进行干法预除尘处理，得到除尘后的烟气；
将所述除尘后的烟气预降温后进入涡流骤冷系统，得到高温烟气和低温烟气；
将所述低温烟气进行气固分离，得到处理后烟气和三氧化二砷。
优选地，所述干法预除尘处理在耐高温预除尘系统中进行。
优选地，所述预降温包括：将所述除尘后的烟气通入热能利用系统进行降温。
优选地，所述涡流骤冷系统中烟气的停留时间为1～3秒；低温烟气的温度≤150℃。
优选地，所述涡流骤冷系统包括进气管1、进气喷嘴2、涡流室3、低温气出口4、高温气缓冲室5、出气调节阀6和高温气出口7；所述进气喷嘴2设置于所述涡流室3的顶部；所述进气管1与进气喷嘴2连接；所述低温气出口4设置于所述涡流室3的一侧，所述高温气缓冲室5设置于所述涡流室3的另一侧；在所述高温气缓冲室5远离涡流室3的一端设置有高温气出口7；所述高温气出口7设有出气调节阀6。
优选地，所述进气喷嘴2沿涡流室3切向布置，进气方向与涡流室3成切线。
优选地，所述高温气缓冲室5的长度L与涡流室3的直径H的尺寸关系为：L/H＝20～40。
优选地，所述高温烟气返回热能利用系统。
优选地，所述气固分离在布袋除尘器中进行。
优选地，所述处理后烟气中砷元素的含量为0.15～0.35mg/m3，粉尘含量为16～20mg/m3。
本发明提供了一种含砷烟气的处理方法，本发明对含砷烟气采用干法预除尘处理，除尘后的烟气经预降温后进入涡流骤冷系统，通过涡流骤冷系统将含砷烟气分为高温烟气和低温烟气，低温烟气的出口温度降至气态三氧化二砷温度以下，经气固分离后得到固体三氧化二砷和处理后烟气。本发明通过采用涡流骤冷的方式，大幅降低了烟气温度，提高了烟气温度骤降的效率和烟气冷却温度精准控制的稳定性，通过涡流冷却温度的控制，可以使烟气温度避开170～245℃的玻璃态砷形成温度区间，避免烟气中玻璃态砷的形成，提高烟气中砷的回收率。本发明方法简单、操作方便、抗气量波动冲击性强、运行安全可靠和易维护。
本发明相比常规骤冷脱砷方法的重要优势和不同点在于不用复杂的加热或冷却设备，实现气体的快速升降温，简化设备和流程，降温后烟气可实现砷的有效分离，增温的烟气返回系统回收热能，具有较好的节能效果。
附图说明
图1为涡流骤冷系统的结构示意图；
图2为图1中A-A剖面图；
图1～2中，1为进气管，2为进气喷嘴，3为涡流室，4为低温气出口，5为高温气缓冲室，6为出气调节阀，7为高温气出口；
图3为本发明含砷烟气的处理工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种含砷烟气的处理方法，包括以下步骤：
将含砷烟气进行干法预除尘处理，得到除尘后的烟气；
将所述除尘后的烟气预降温后进入涡流骤冷系统，得到高温烟气和低温烟气；
将所述低温烟气进行气固分离，得到处理后烟气和三氧化二砷。
本发明将含砷烟气进行干法预除尘处理，得到除尘后的烟气。在本发明中，所述含砷烟气优选为含砷冶炼烟气。在本发明中，所述含砷烟气中砷元素的含量优选为≤10g/m3，更优选为1.53～2.384g/m3；粉尘含量优选≤30g/m3，更优选为12.25～18.53g/m3。在本发明中，所述含砷烟气的温度优选为950～1100℃。
在本发明中，所述干法预除尘处理优选在耐高温预除尘系统中进行。在本发明中，所述耐高温预除尘系统优选包括陶瓷过滤器或电除尘设备。本发明对所述干法预除尘处理的具体工艺没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的工艺即可。在本发明中，所述干法预除尘处理的除尘率优选≥95％，更优选≥99％。
在本发明中，所述除尘后的烟气中粉尘含量优选为0.12～0.143g/m3。
本发明采用干法预除尘处理，降低烟气中烟尘的含量，有利于后续热能利用系统的稳定运行和提高涡流骤冷系统的处理效果。
得到除尘后的烟气后，本发明将所述除尘后的烟气预降温后进入涡流骤冷系统，得到高温烟气和低温烟气。在本发明中，所述预降温优选包括：将所述除尘后的烟气通入热能利用系统进行降温。本发明通过热能利用系统对除尘后的烟气进行降温，能够对烟气进行热能利用。在本发明中，所述热能利用系统优选包括余热锅炉、热管换热器或热泵。
本发明优选通过预降温将所述除尘后的烟气的温度降至300～350℃，更优选为300～330℃。本发明对除尘后的烟气进行预降温能够提高涡流骤冷系统的运行效率。
本发明优选将预降温后的烟气先进行增压，再送入涡流骤冷系统。在本发明中，所述增压采用的设备优选包括进气喷嘴或增压风机。本发明优选通过增压将预降温后的烟气的压力增加至0.45～1MPa。本发明进行增压能够提高烟气进入涡流骤冷系统的速度，提高涡流降温效率。
在本发明中，所述涡流骤冷系统中烟气的停留时间优选为1～3秒；低温烟气的温度优选≤150℃，更优选为130～145℃。
在本发明中，所述涡流骤冷系统如图1～2所示。本发明结合图1～2对所述涡流骤冷系统进行详细说明。
在本发明中，所述涡流骤冷系统优选为涡流管。在本发明中，所述涡流管的材质优选为304不锈钢或316不锈钢。
在本发明中，所述涡流骤冷系统优选包括进气管1、进气喷嘴2、涡流室3、低温气出口4、高温气缓冲室5、出气调节阀6和高温气出口7；所述进气喷嘴2设置于所述涡流室3的顶部；所述进气管1与进气喷嘴2连接；所述低温气出口4设置于所述涡流室3的一侧，所述高温气缓冲室5设置于所述涡流室3的另一侧；在所述高温气缓冲室5远离涡流室3的一端设置有高温气出口7；所述高温气出口7设有出气调节阀6。
作为本发明的一个实施例，所述进气喷嘴2沿涡流室3切向布置，进气方向与涡流室3成切线。
在本发明中，所述高温气缓冲室5的长度L与涡流室3的直径H的尺寸关系优选为：L/H＝20～40。在本发明中，不同的长径比效果不同，本发明限定上述长径比，能够确保低温烟气的温度≤150℃，通过提高产生低温烟气的效率。
在本发明中，所述高温烟气返回热能利用系统。在本发明中，所述高温烟气的温度优选为585～650℃，更优选为610～630℃。
在本发明中，烟气增压后沿涡流室壁呈切线状进入涡流室，涡流室内气流经涡流交换后产生能量转换，气流被分割成冷热两股气流，在高温气缓冲室的终端，一部分压缩空气通过出气调节阀以热空气的方式泻出，得到高温烟气；剩余的压缩空气以较低速度通过高温气缓冲室旋转气流的中心返回，这股冷气流通过涡流室中心形成超低温冷气汇集到低温气出口排出，得到低温烟气。
本发明采用涡流骤冷系统，将烟气分为高温烟气和低温烟气两部分，低温烟气进行砷的回收，高温烟气可以循环进入热能利用系统进一步利用热能，提高了烟气热能的利用率。本发明采用涡流管作为烟气骤冷设施，具有结构简单、操作方便、抗气量波动冲击性强、运行安全可靠和易维护的优点。
得到低温烟气后，本发明将所述低温烟气进行气固分离，得到处理后烟气和三氧化二砷。在本发明中，所述气固分离优选在布袋除尘器中进行。本发明对所述布袋除尘器的结构和工艺参数没有特殊要求，采用本领域熟知的布袋除尘器即可。
在本发明中，所述处理后烟气中砷元素的含量优选为0.15～0.35mg/m3。采用本发明提供的方法除砷率优选为≥99％。在本发明中，所述含砷烟气中砷元素的回收率优选为99～99.99％。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
以下实施例中采用的涡流骤冷系统如图1～2所示，涡流骤冷系统为涡流管，所述涡流管包括进气管1、进气喷嘴2、涡流室3、低温气出口4、高温气缓冲室5、出气调节阀6和高温气出口7；所述进气喷嘴2设置于所述涡流室3的顶部；所述进气管1与进气喷嘴2连接；所述低温气出口4设置于所述涡流室3的左端，所述高温气缓冲室5设置于所述涡流室3的右端，高温气出口7设置于高温气缓冲室5的右端，高温气出口7设有出气调节阀6；所述进气喷嘴2沿涡流室3切向布置，进气方向与涡流室3成切线；所述涡流管的材质为304不锈钢或316不锈钢。
实施例1
按照图3所示的工艺流程图处理某铜冶炼厂熔炼炉烟气：
某铜冶炼厂熔炼炉烟气出口温度1100℃，烟气含砷2.384g/m3、粉尘15.72g/m3；烟气经电除尘处理后进入余热锅炉，烟气经电除尘后含尘0.143g/m3，经余热锅炉后出口烟气温度330℃，再进入增压系统增压，然后烟气进入316不锈钢材质的涡流管，高温气缓冲室的长度L与涡流室的直径H的尺寸关系为L/H＝30，烟气在涡流管停留时间2秒，涡流管产生的低温烟气的温度为145℃，高温烟气的温度为610℃，高温烟气返回余热锅炉利用热能，然后再进入涡流管；低温烟气中的气态三氧化二砷转化至固态三氧化二砷，进入布袋除尘器，经布袋除尘器处理后烟气含砷0.35mg/m3，含尘20mg/m3，处理后烟气排至后续制酸工段；固态三氧化二砷回收，砷元素的回收率为99.98％。
实施例2
按照图3所示的工艺流程图处理某锌冶炼厂焙烧炉烟气：
某锌冶炼厂焙烧炉烟气出口温度950℃，烟气含砷1.53g/m3、粉尘12.25g/m3；烟气经电除尘处理后进入余热锅炉，烟气经电除尘后含尘0.12g/m3，经余热锅炉后出口烟气温度300℃，再进入增压系统增压，然后烟气进入304不锈钢材质的涡流管，高温气缓冲室的长度L与涡流室的直径H的尺寸关系为L/H＝40，烟气在涡流管停留时间3秒，涡流管产生的低温烟气的温度为130℃，高温烟气的温度为650℃，高温烟气返回余热锅炉利用热能，然后再进入涡流管；低温烟气中的气态三氧化二砷转化至固态三氧化二砷，进入布袋除尘器，经布袋除尘器处理后烟气含砷0.15mg/m3，含尘18mg/m3，处理后烟气排至后续制酸工段；固态三氧化二砷回收，砷元素的回收率为99.99％。
实施例3
按照图3所示的工艺流程图处理某铜冶炼厂熔炼炉烟气：
某铜冶炼厂熔炼炉烟气出口温度1000℃，烟气含砷2.13g/m3、粉尘18.53g/m3；烟气经电除尘处理后进入余热锅炉，烟气经电除尘后含尘0.12g/m3，经余热锅炉后出口烟气温度310℃，再进入增压系统增压，然后烟气进入316不锈钢材质的涡流管，高温气缓冲室的长度L与涡流室的直径H的尺寸关系为L/H＝20，烟气在涡流管停留时间1秒，涡流管产生的低温烟气的温度为150℃，高温烟气的温度为585℃，高温烟气返回余热锅炉利用热能，然后再进入涡流管；低温烟气中的气态三氧化二砷转化至固态三氧化二砷，进入布袋除尘器，经布袋除尘器处理后烟气含砷0.28mg/m3，含尘16mg/m3，处理后烟气排至后续制酸工段；固态三氧化二砷回收，砷元素的回收率为99.98％。
本发明方法简单、操作方便、抗气量波动冲击性强、运行安全可靠和易维护，可实现烟气中砷和热能的协同回收。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含砷烟气的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含砷烟气进行干法预除尘处理，得到除尘后的烟气；
将所述除尘后的烟气预降温后进入涡流骤冷系统，得到高温烟气和低温烟气；
将所述低温烟气进行气固分离，得到处理后烟气和三氧化二砷。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述干法预除尘处理在耐高温预除尘系统中进行。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述预降温包括：将所述除尘后的烟气通入热能利用系统进行降温。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述涡流骤冷系统中烟气的停留时间为1～3秒；低温烟气的温度≤150℃。
5.根据权利要求1或4所述的处理方法，其特征在于，所述涡流骤冷系统包括进气管(1)、进气喷嘴(2)、涡流室(3)、低温气出口(4)、高温气缓冲室(5)、出气调节阀(6)和高温气出口(7)；所述进气喷嘴(2)设置于所述涡流室(3)的顶部；所述进气管(1)与进气喷嘴(2)连接；所述低温气出口(4)设置于所述涡流室(3)的一侧，所述高温气缓冲室(5)设置于所述涡流室(3)的另一侧；在所述高温气缓冲室(5)远离涡流室(3)的一端设置有高温气出口(7)；所述高温气出口(7)设有出气调节阀(6)。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述进气喷嘴(2)沿涡流室(3)切向布置。
7.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述高温气缓冲室(5)的长度L与涡流室(3)的直径H的尺寸关系为：L/H＝20～40。
8.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述高温烟气返回热能利用系统。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述气固分离在布袋除尘器中进行。
10.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述处理后烟气中砷元素的含量为0.15～0.35mg/m3，粉尘含量为16～20mg/m3。
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