CN114459255A - 一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排烟或排废气装置技术领域，公开了一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，通过设置多个带有排气调节阀的调温连通管，将温度较低的炉气逐渐混入到温度较高的炉气中，使位于急冷凝华箱之前的主排气管道内的温度高于250℃；避免进入急冷凝华箱前主排气管道中出现鼻涕状硫酸氢铵，且避免窑炉热量大量流失；通过设置急冷凝华箱，将常温空气掺入到炉气中，使经过急冷凝华箱的炉气被快速稀释，并急剧降温到147℃以下，从而生成容易被气流携带的小颗粒硫酸铵/硫酸氢铵。以上二者结合，杜绝了鼻涕状的硫酸氢铵污染堵塞管道并损坏设备。

Description

一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法
技术领域
本发明涉及排烟或排废气装置技术领域，特别是涉及一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法。
背景技术
目前已投入使用的脱硝催化剂以钒基催化剂为主，这种催化剂生产过程主要包括混炼、挤出、干燥和高温烧成等步骤。由于其在制备过程中往往需要使用氨盐、硫酸盐、过硫酸盐等配料，这导致烧成催化剂的窑炉中排出的气体中含有水蒸气、氨气和三氧化硫（脱硝钒基催化剂也能将二氧化硫氧化成三氧化硫，即使制备催化剂时用到了过硫酸盐，由于窑炉内有空气，最终热解产物也是三氧化硫）。
当窑炉中排出的气体的温度在147℃--250℃之间时，主排气管道内壁上便会有鼻涕状的液态硫酸氢铵产生，其会附着在管道内壁堵塞管道且难以清理，并且会吸附飞灰。此外，申请人发现，将炉气急冷到147℃以下，有利于生成颗粒更小，更有利于被气流携带的小颗粒硫酸铵/硫酸氢铵，且生成物中硫酸铵（比硫酸氢铵更稳定）的比例更高。
发明内容
本发明提供一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法。
解决的技术问题是：烧成脱硝催化剂的窑炉的主排气管道中，在气体的温度为147℃--250℃之间时，主排气管道内壁上便会有鼻涕状的液态硫酸氢铵产生，其会附着在管道内壁堵塞管道且难以清理。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，用于避免烧成脱硝催化剂的窑炉的主排气管道内壁上产生鼻涕状的液态硫酸氢铵，所述窑炉为炉腔温度沿窑炉内物料移动方向逐渐升高的连续窑，窑炉的炉腔排出的气体记作炉气，所述炉气沿主排气管道排入后续的处理工段；炉气从窑炉排到后续的处理工段的过程包括以下步骤：
步骤一：从窑炉不同温度的炉腔分段上的排气口分别排出炉气，主排气管道中炉气流向与窑炉中物料走向相反，排气口沿调温连通管与主排气管道上对应的进气口连通，排气口与对应的进气口相邻设置；
与主排气管道连通的炉腔分段，包括温度高于250℃的炉腔分段，以及温度为147-250℃的炉腔分段；温度越高的炉腔分段中的炉气越先汇入到主排气管道中，且主排气管道中的炉气温度沿管内炉气流动方向逐渐降低；
步骤二：炉气都汇入到主排气管道后，主排气管道内炉气的温度记作凝华前温，通过调整各调温连通管中气体流量，使凝华前温高于250℃；
步骤三：在炉气都汇入到主排气管道后，向炉气中汇入常温空气，并使汇入常温空气的炉气反复上涌并下降，使炉气凝华产生可被气流携带的硫酸铵颗粒以及硫酸氢铵颗粒，汇入常温空气后炉气的温度记作凝华后温，通过调整汇入的常温空气的流量，使凝华后温低于147℃；
步骤四：汇入常温空气后的炉气排入后续的处理工段。
进一步，步骤二与步骤三中，凝华前温为253-260℃，凝华后温为140-147℃；
当凝华前温高于260℃时，增加管内炉气温度低于260℃且流量未达上限的各调温连通管中，与急冷凝华箱最近的调温连通管的炉气流量；并同时减少管内炉气温度高于260℃且流量未达下限的各调温连通管中，与急冷凝华箱最近的调温连通管的炉气流量；
当凝华前温低于253℃时，减少管内炉气温度低于253℃且流量未达下限的各调温连通管中，与急冷凝华箱最近的调温连通管的炉气流量；并同时增加管内炉气温度高于253℃且流量未达上限的各调温连通管中，与急冷凝华箱最近的调温连通管的炉气流量；
调整调温连通管的炉气流量过程中，若被调整的调温连通管的流量增加到上限或减小到下限，则调整另一根满足条件的调温连通管的炉气流量。
进一步，所述窑炉为通过DCS系统控制的连续窑，各炉腔分段中分别设置有与DCS系统电连接的温度传感器；
步骤三中通过设置在主排气管道中的急冷凝华箱完成炉气的降温和凝华，所述主排气管道在位于急冷凝华箱前后的位置均设置有与DCS系统电连接的温度传感器；所述急冷凝华箱内设置有用于促进炉气与空气混合的折流板，所述折流板垂直于主排气管道设置，所述急冷凝华箱通过掺风管道与风机的出风口连通；每根调温连通管上分别设置有用于调节气体流量的排气调节阀，所述排气调节阀为与DCS系统电连接的自动阀。
进一步，所述急冷凝华箱为中轴线水平设置的圆筒状容器，所述圆筒状容器的内径大于急冷凝华箱之前的主排气管道的内径。所述急冷凝华箱的中轴线水平设置，所述主排气管道位于急冷凝华箱前的部分记作高温管、且位于急冷凝华箱后的部分记作低温管；所述高温管自急冷凝华箱一端斜向下通入急冷凝华箱的一个端面，所述低温管自急冷凝华箱顶部远离高温管的位置斜向下通入急冷凝华箱；所述急冷凝华箱上还设置有用方便清扫内部沉积物的检修活门和放空阀。
进一步，所述掺风管道上设置有用于调节掺入到炉气中的空气的流量的掺风调节阀，所述掺风调节阀为与DCS系统电连接的自动阀；所述急冷凝华箱内还设置有用于监测与空气掺混后的炉气的温度的风温传感器。
进一步，所述窑炉中，低于147℃的炉腔分段中的炉气通过独立于主排气管道的管道直接排入后续的处理工段。
进一步，所述主排气管道的内径沿管内气体流动方向逐级放大。
进一步，所述主排气管道上设置有膨胀节，所述主排气管道外包裹有保温层。
进一步，所述主排气管道的内壁、所述急冷凝华箱的内壁、以及所述折流板的表面均设置有耐酸涂层。
进一步，所述主排气管道平行于窑炉设置，所述调温连通管竖直设置。
本发明一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明中，通过设置多个带有排气调节阀的调温连通管，将温度较低的炉气逐渐混入到温度较高的炉气中，使位于急冷凝华箱之前的主排气管道内的温度高于250℃；避免进入急冷凝华箱前主排气管道中出现鼻涕状硫酸氢铵，且避免窑炉热量大量流失；通过设置急冷凝华箱，将常温空气掺入到炉气中，使经过急冷凝华箱的炉气被快速稀释，并急剧降温到147℃以下，从而生成容易被气流携带的小颗粒硫酸铵/硫酸氢铵。以上二者结合，杜绝了鼻涕状的硫酸氢铵污染堵塞管道并损坏设备。
附图说明
图1是本发明一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法的结构示意图；
图2是急冷凝华箱的内部结构示意图；
其中，1-窑炉，2-主排气管道，3-调温连通管，31-排气调节阀，4-急冷凝华箱，41-折流板，42-掺风管道，43-掺风调节阀，44-风温传感器。
具体实施方式
一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，用于避免烧成脱硝催化剂的窑炉1的主排气管道2内壁上产生鼻涕状的液态硫酸氢铵，窑炉1为炉腔温度沿窑炉1内物料移动方向逐渐升高的连续窑，窑炉1的炉腔排出的气体记作炉气，炉气沿主排气管道2排入后续的处理工段；炉气从窑炉1排到后续的处理工段的过程包括以下步骤：
步骤一：从窑炉1不同温度的炉腔分段上的排气口分别排出炉气，主排气管道2中炉气流向与窑炉1中物料走向相反，排气口沿调温连通管3与主排气管道2上对应的进气口连通，排气口与对应的进气口相邻设置；
与主排气管道2连通的炉腔分段，包括温度高于250℃的炉腔分段，以及温度为147-250℃的炉腔分段；温度越高的炉腔分段中的炉气越先汇入到主排气管道2中，且主排气管道2中的炉气温度沿管内炉气流动方向逐渐降低；这样做的主要目的是为了让调温连通管3尽可能短且直；这里是把窑炉1中不同位置，也即不同温度的炉气，经排气调节阀31调整比例，掺混为略高于250℃的混合气进入急冷凝华箱4。温度过高的话，窑炉1的热损失严重，并且后续工段的不耐热构件会受到影响，温度过低的话，又会有鼻涕状的硫酸氢铵产生，因此这里采用高于250℃的炉气与低于250℃的窑炉1气掺混。
温度越高的炉气越早汇入主排气管道2，这样可以确保管内气体都是属于量小的低温气体混入量大的高温气体的工况，同时高温管内的温度从始到末温度逐渐降低，这样在确保最终进入急冷凝华箱4内的炉气温度为250℃的同时，确保整条排气管内温度都高于250℃，同时调温连通管3的长度可做得很短，避免与温度较低的炉腔分段连通的调温连通管3内出现鼻涕状的硫酸氢铵。具体布局可如下：主排气管道2平行于窑炉1设置，且主排气管道2中的气流方向与窑炉1内物料移动方向相反，调温连通管3竖直设置。
步骤二：炉气都汇入到主排气管道2后，主排气管道2内炉气的温度记作凝华前温，通过调整各调温连通管3中气体流量，使凝华前温高于250℃；
步骤三：在炉气都汇入到主排气管道2后，向炉气中汇入常温空气，并使汇入常温空气的炉气反复上涌并下降，使炉气凝华产生可被气流携带的硫酸铵颗粒以及硫酸氢铵颗粒，汇入常温空气后炉气的温度记作凝华后温，通过调整汇入的常温空气的流量，使凝华后温低于147℃；
步骤四：汇入常温空气后的炉气排入后续的处理工段。
步骤二与步骤三中，凝华前温为253-260℃，这个温度范围可避免窑炉1的热量大量流失，以及后续掺风的气相负荷，同时又给温度波动留了一定余量，避免太靠近250℃；
凝华后温为140-147℃；以减小掺风的气相负荷。
当凝华前温高于260℃时，增加管内炉气温度低于260℃且流量未达上限的各调温连通管3中，与急冷凝华箱4最近的调温连通管3的炉气流量；并同时减少管内炉气温度高于260℃且流量未达下限的各调温连通管3中，与急冷凝华箱4最近的调温连通管3的炉气流量；
当凝华前温低于253℃时，减少管内炉气温度低于253℃且流量未达下限的各调温连通管3中，与急冷凝华箱4最近的调温连通管3的炉气流量；并同时增加管内炉气温度高于253℃且流量未达上限的各调温连通管3中，与急冷凝华箱4最近的调温连通管3的炉气流量；
调整调温连通管3的炉气流量过程中，若被调整的调温连通管3的流量增加到上限或减小到下限，则调整另一根满足条件的调温连通管3的炉气流量。
以上这种调节方法，可以兼顾调节的响应速度和调节的复杂度，PID算法容易编写，且响应快。
如图1-2所示，窑炉1为通过DCS系统控制的连续窑，各炉腔分段中分别设置有与DCS系统电连接的温度传感器；不同的温度的炉腔分段位置是固定的。
步骤三中通过设置在主排气管道2中的急冷凝华箱4完成炉气的降温和凝华，主排气管道2在位于急冷凝华箱4前后的位置均设置有与DCS系统电连接的温度传感器；急冷凝华箱4内设置有用于促进炉气与空气混合的折流板41，折流板41垂直于主排气管道2设置，急冷凝华箱4通过掺风管道42与风机的出风口连通；每根调温连通管3上分别设置有用于调节气体流量的排气调节阀31，排气调节阀31为与DCS系统电连接的自动阀。
这里急冷凝华箱4前后的温度相差较大，位于急冷凝华箱4之前的主排气管道2中的炉气温度为250℃以上，位于急冷凝华箱4之后的主排气管道2中的炉气温度为147℃以下。急冷的作用除了避免鼻涕状的硫酸氢铵生成，还有一个作用是避免进入后续的工段中气体温度过高，因为后续的工段中的设备，比如氨吸收塔，普遍是玻璃钢材质，不耐高温。
这里进气口附近的主排气管道2中也可以设置DCS系统电连接的温度传感器，但本实施例中，由于位于急冷凝华箱4之前的主排气管道2中，距离急冷凝华箱4越近，温度越低；而位于急冷凝华箱4之前的主排气管道2中，距离急冷凝华箱4越近，温度越高，因此主要在于急冷凝华箱4前后设置温度传感器。
急冷凝华箱4内设置有用于促进炉气与空气混合的折流板41，折流板41垂直于主排气管道2设置，急冷凝华箱4通过掺风管道42与风机的出风口连通。
这里的折流板41是设置在急冷凝华箱4内壁顶部和底部的，而常温空气沿多根掺风管道42通入急冷凝华箱4的顶部和底部，从而使炉气在箱内上下波动，在高湍动的流态下与常温空气错流接触混合，确保炉气与常温空气均匀接触混合，避免因混合不均匀而导致局部有无法被气流携带的大颗粒硫酸铵/硫酸氢铵颗粒形成；同时上下波动的炉气中，诸如飞灰之类的凝华核能够在气流携带力以及重力的共同作用下上下翻滚快速生长为硫酸铵/硫酸氢铵晶体颗粒，而晶体快速长成有利于得到细小的晶体。
急冷凝华箱4为中轴线水平设置的圆筒状容器，圆筒状容器的内径大于急冷凝华箱4之前的主排气管道2的内径。急冷凝华箱4的中轴线水平设置，主排气管道2位于急冷凝华箱4前的部分记作高温管、且位于急冷凝华箱4后的部分记作低温管；高温管自急冷凝华箱4一端斜向下通入急冷凝华箱4的一个端面，低温管自急冷凝华箱4顶部远离高温管的位置斜向下通入急冷凝华箱4；急冷凝华箱4上还设置有用方便清扫内部沉积物的检修活门和放空阀。
硫酸氢铵的沸点为235℃，但这是纯净的硫酸氢铵的沸点，发明人发现，实际上由于硫酸等物质的掺入，硫酸氢铵可以在高于235℃的液相混合物中存在，但这种液相混合物的黏度很低，不是鼻涕状的粘稠物质，而且温度越高，由气液混合相图可知，液相混合物中硫酸氢铵的含量越低，黏度会进一步下降，在温度高于250℃时，液相混合物中便几乎没有硫酸氢铵了，黏度也低到根本无法停留在有倾斜度的管道中，液相混合物可以从急冷凝华箱4底的放空阀排出。
这里急冷凝华箱4是整个主排气管道2中的最低点，若管内有硫酸等高沸点的液体产生的话，可以沿着管道流到急冷凝华箱4并排出，而若急冷凝华箱4的内壁上有颗粒沉积，也可以打开检修活门进行清扫。
掺风管道42上设置有用于调节掺入到炉气中的空气的流量的掺风调节阀43，掺风调节阀43为与DCS系统电连接的自动阀。急冷凝华箱4内还设置有用于监测与空气掺混后的炉气的温度的风温传感器44。这样可以在急冷凝华箱4内温度过高的时候，通过调整风量来降低温度。
主排气管道2的内径沿管内气体流动方向逐级放大，以适应如其逐级汇入主排气管道2的工况。
主排气管道2膨胀节上设置有膨胀节，本申请中由于需要调整排气量，导致管道上冷热变化更为明显，最好每两个进气口之间就设置一个膨胀节。主排气管道2外包裹有保温层，主要设置在高温管外，这是常用的手段，一是避免炉气降温到低于250℃，二是避免烫伤。
主排气管道2的内壁、急冷凝华箱4的内壁、以及折流板41的表面均设置有耐酸涂层。
窑炉1中，低于147℃的炉腔分段中的炉气通过独立于主排气管道2的管道直接排入后续的处理工段。这里的炉气不需要进行调整，即可直接排入后续工段，从而节能。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，用于避免烧成脱硝催化剂的窑炉（1）的主排气管道（2）内壁上产生鼻涕状的液态硫酸氢铵，所述窑炉（1）为炉腔温度沿窑炉（1）内物料移动方向逐渐升高的连续窑，窑炉（1）的炉腔排出的气体记作炉气，所述炉气沿主排气管道（2）排入后续的处理工段；其特征在于：炉气从窑炉（1）排到后续的处理工段的过程包括以下步骤：
步骤一：从窑炉（1）不同温度的炉腔分段上的排气口分别排出炉气，主排气管道（2）中炉气流向与窑炉（1）中物料走向相反，排气口沿调温连通管（3）与主排气管道（2）上对应的进气口连通，排气口与对应的进气口相邻设置；
与主排气管道（2）连通的炉腔分段，包括温度高于250℃的炉腔分段，以及温度为147-250℃的炉腔分段；温度越高的炉腔分段中的炉气越先汇入到主排气管道（2）中，且主排气管道（2）中的炉气温度沿管内炉气流动方向逐渐降低；
步骤二：炉气都汇入到主排气管道（2）后，主排气管道（2）内炉气的温度记作凝华前温，通过调整各调温连通管（3）中气体流量，使凝华前温高于250℃；
步骤三：在炉气都汇入到主排气管道（2）后，向炉气中汇入常温空气，并使汇入常温空气的炉气反复上涌并下降，使炉气凝华产生可被气流携带的硫酸铵颗粒以及硫酸氢铵颗粒，汇入常温空气后炉气的温度记作凝华后温，通过调整汇入的常温空气的流量，使凝华后温低于147℃；
步骤四：汇入常温空气后的炉气排入后续的处理工段。
2.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：步骤二与步骤三中，凝华前温为253-260℃，凝华后温为140-147℃；
当凝华前温高于260℃时，增加管内炉气温度低于260℃且流量未达上限的各调温连通管（3）中，与急冷凝华箱（4）最近的调温连通管（3）的炉气流量；并同时减少管内炉气温度高于260℃且流量未达下限的各调温连通管（3）中，与急冷凝华箱（4）最近的调温连通管（3）的炉气流量；
当凝华前温低于253℃时，减少管内炉气温度低于253℃且流量未达下限的各调温连通管（3）中，与急冷凝华箱（4）最近的调温连通管（3）的炉气流量；并同时增加管内炉气温度高于253℃且流量未达上限的各调温连通管（3）中，与急冷凝华箱（4）最近的调温连通管（3）的炉气流量；
调整调温连通管（3）的炉气流量过程中，若被调整的调温连通管（3）的流量增加到上限或减小到下限，则调整另一根满足条件的调温连通管（3）的炉气流量。
3.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：所述窑炉（1）为通过DCS系统控制的连续窑，各炉腔分段中分别设置有与DCS系统电连接的温度传感器；
步骤三中通过设置在主排气管道（2）中的急冷凝华箱（4）完成炉气的降温和凝华，所述主排气管道（2）在位于急冷凝华箱（4）前后的位置均设置有与DCS系统电连接的温度传感器；所述急冷凝华箱（4）内设置有用于促进炉气与空气混合的折流板（41），所述折流板（41）垂直于主排气管道（2）设置，所述急冷凝华箱（4）通过掺风管道（42）与风机的出风口连通；每根调温连通管（3）上分别设置有用于调节气体流量的排气调节阀（31），所述排气调节阀（31）为与DCS系统电连接的自动阀。
4.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：所述急冷凝华箱（4）为中轴线水平设置的圆筒状容器，所述圆筒状容器的内径大于急冷凝华箱（4）之前的主排气管道（2）的内径；所述急冷凝华箱（4）的中轴线水平设置，所述主排气管道（2）位于急冷凝华箱（4）前的部分记作高温管、且位于急冷凝华箱（4）后的部分记作低温管；所述高温管自急冷凝华箱（4）一端斜向下通入急冷凝华箱（4）的一个端面，所述低温管自急冷凝华箱（4）顶部远离高温管的位置斜向下通入急冷凝华箱（4）；所述急冷凝华箱（4）上还设置有用方便清扫内部沉积物的检修活门和放空阀。
5.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：所述掺风管道（42）上设置有用于调节掺入到炉气中的空气的流量的掺风调节阀（43），所述掺风调节阀（43）为与DCS系统电连接的自动阀；所述急冷凝华箱（4）内还设置有用于监测与空气掺混后的炉气的温度的风温传感器（44）。
6.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：所述窑炉（1）中，低于147℃的炉腔分段中的炉气通过独立于主排气管道（2）的管道直接排入后续的处理工段。
7.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：所述主排气管道（2）的内径沿管内气体流动方向逐级放大。
8.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：所述主排气管道（2）上设置有膨胀节，所述主排气管道（2）外包裹有保温层。
9.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：所述主排气管道（2）的内壁、所述急冷凝华箱（4）的内壁、以及所述折流板（41）的表面均设置有耐酸涂层。
10.根据权利要求1所述的一种可避免液态硫酸氢铵产生的窑炉排气方法，其特征在于：所述主排气管道（2）平行于窑炉（1）设置，所述调温连通管（3）竖直设置。
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