CN208229626U - 一种钛白粉煅烧尾气综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钛白粉煅烧尾气综合利用系统，涉及钛白粉煅烧尾气回收利用领域，该系统包括尾气净化装置、热能回收装置、蒸汽利用装置和废液回收装置，尾气净化装置与热能回收装置循环连接，热能回收装置与蒸汽利用装置连接，废液回收装置与尾气净化装置连接；尾气净化装置包括除尘装置、脱硫装置与脱氮装置、除雾装置、引风机及烟囱，热能回收装置包括顺次连接的一次热能回收器、二次热能回收器、三次热能回收器；蒸汽利用装置包括发电系统与供热系统。本实用新型钛白粉煅烧尾气综合利用系统可在满足环保要求的同时，有效提高煅烧尾气的热能利用率，提高钛白粉煅烧尾气的经济价值。

Description

一种钛白粉煅烧尾气综合利用系统

技术领域

本实用新型涉及钛白粉煅烧尾气回收利用领域，具体涉及一种钛白粉煅烧尾气综合利用系统。

背景技术

钛白粉(二氧化钛)具有无毒、良好的物理化学稳定性(1000℃煅烧后不熔于任何酸和碱)、折射指数高(2.55～2.70)，以及很强的白度、着色力(雷诺值1150～1950)、遮盖力(40～50g/m²)、耐温性、抗粉化等特征，被称为“颜料之王”。其不仅是性能优异的白色颜料，而且是重要的化工原料，广泛用于涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸和化纤工业。

钛白的生产工艺根据采用的原料工艺路线可分为硫酸法和氯化法、盐酸法：

其中，硫酸法是用钛精矿或者酸溶性钛渣与硫酸进行酸解反应，得到硫酸氧钛溶液，经水解得到偏钛酸沉淀，再进入转窑煅烧产出 TiO₂。硫酸法生产涂料级钛白要经过五大步骤：原矿准备；钛的硫酸盐制备；水合二氧化钛制备；水合二氧化钛煅烧；二氧化钛后处理。包括环节如下：干燥、磁选与磨砂、酸解、净化、浓缩、晶种与水解、水洗、漂白与漂后水洗、盐处理、煅烧、二氧化钛打浆分散分级、无机表面处理、水洗、干燥、气流粉碎和有机处理、包装、废副产品的回收、处理和利用。可以生产锐钛、金红石型、搪瓷等各级别种类的二氧化钛产品。

目前国内钛白粉生产工艺主要使用硫酸法，该制备工艺以廉价的钛铁矿、钛渣、硫酸为主要原料，具有工艺历史悠久，技术较成熟，设备和操作简单，防腐材料易解决，无须复杂的控制系统，建厂投资和生产成本(未含对废、副产物处理费的成本)较低等优点。

但同时该方法也存在以下缺点：二氧化钛含量不高，杂质含量较多的钛铁矿，钛渣和硫酸作原料，致使工序多、流程长、间歇性操作，硫酸、蒸汽和水的耗量大，废副产物多(每生产l吨钛白要产出3～4 吨硫酸亚铁和8～10吨稀硫酸)，对环境的污染严重且处理、利用较为复杂且耗费较大，特别是生产过程中产生的大量高热尾气，尾气温度300-400℃，尾气主要由水蒸气、氧气、氮气、二氧化碳、三氧化硫及少量二氧化硫、偏钛酸、二氧化钛固体洗粉状物组成，每生产1 吨钛白粉平均排放17000Nm³尾气；任其逸散存在巨大的环保和能源浪费问题。

部分钛白粉生产厂家设置尾气余热利用装置对煅烧炉尾气进行处理利用，但目前市场上的尾气余热利用装置对尾气的处理较为简单，如利用尾气加热浓酸，或者加热二次洗水回用于一洗工艺段，或者利用热能产生低压饱和蒸汽等，相关处理过程中将大量高位热作为低位热能使用，热能利用效率低下，同时对排放的尾气未进行有效的脱硫脱硝，造成环境污染。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种钛白粉煅烧尾气综合利用系统，可较现有系统和方法显著提高钛白粉煅烧尾气的利用率，充分发挥钛白粉煅烧尾气的经济价值，提高钛白粉煅烧尾气的热能利用率。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种钛白粉煅烧尾气综合利用系统，用于处理钛白粉煅烧回转窑排放尾气，包括尾气净化装置、热能回收装置、蒸汽利用装置和废液回收装置，所述尾气净化装置、钛白粉煅烧回转窑和热能回收装置循环连接，所述热能回收装置与蒸汽利用装置连接，所述废液回收装置与尾气净化装置连接。

在上述技术方案的基础上，所述尾气净化装置包括除尘装置、脱硫装置、脱氮装置、除雾装置、引风机和烟囱，热能回收装置包括依次连接的一次热能回收器、二次热能回收器和三次热能回收器；所述除尘装置、一次热能回收器、二次热能回收器、三次热能回收器、脱硫装置、除雾装置、引风机及烟囱顺次连接。

在上述技术方案的基础上，所述一次热能回收器的外侧设置有出汽阀，所述出汽阀包括主输汽口和支输汽口；所述蒸汽利用装置包括蒸汽发电系统、蒸汽分汽缸和供热系统，所述蒸汽分汽缸与供热系统连接；所述出汽阀的主输汽口与蒸汽发电系统连接，所述支输汽口与蒸汽分汽缸连接，所述支输汽口与蒸汽分汽缸之间设置有减温减压装置，所述二次热能回收器通过蒸汽分汽缸与供热系统连接；所述三次热能回收器与尾气净化装置连接。

在上述技术方案的基础上，所述一次热能回收器的内部设置有若干采用耐腐材料做成的换热管。

在上述技术方案的基础上，所述除尘装置由电除尘装置和丝网过滤器组成，所述的脱硫装置为脱硫塔，所述脱氮装置由与所述转窑相连的低氮燃烧器、一次风机和二次风机组成。

在上述技术方案的基础上，所述一次热能回收器包括炉膛、过热装置和对流装置，炉膛通过过热装置与对流装置连接，所述炉膛的内部设置蓄热砖；炉膛的内壁设置有第一换热管束，对流装置的内部设置有第二换热管束，过热装置的内部设置有过热管，过热管包括进汽端和出汽端，第一换热管束、第二换热管束均与过热管的进汽端连接；过热管的出汽端与出汽阀相连，出汽阀位于过热装置的顶部。

所述二次热能回收器包括烟箱和耐腐换热管，烟箱为密闭的腔体，换热管置于烟箱之中，二次换热装置的出汽口位于烟箱顶部。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型实施例的钛白粉煅烧尾气综合利用系统中，使用多级热能回收装置、蒸汽利用装置相配合，能够通过发电系统及供热系统将钛白粉生产中的所有尾气热能有效合理的全部利用，即低位热能用于产蒸汽满足生产用热需求，高位热能用于发电，减少单位产品生产用电需求，降低成本；热能回收装置中的一次热能回收器包括炉膛、过热装置和对流装置，炉膛和对流装置内产生的饱和蒸汽均能够导入过热装置，并通过过热装置转化成过热蒸汽，过热装置的顶部设置有出汽阀，出汽阀包括主输汽口和支输汽口，主输汽口与蒸汽发电系统连接，支输汽口通过管道依次与蒸汽电动调节阀、减温减压装置、蒸汽分汽缸连接；由于过热蒸汽的热焓比饱和蒸汽的热焓要高，所以使用过热蒸汽发电，则发电效率较高；与现有技术中大量的尾气直接排空燃放或简单利用热能产生低压饱和蒸汽相比，提高了热转化效率，能够节约大量的能源。

(2)本实用新型实施例的钛白粉煅烧尾气综合利用系统中将热能回收装置、钛白粉煅烧转窑和尾气净化装置设置为收尾相连的循环管路，一方面循环利用了热能回收装置排出烟气的部分热能至燃烧器，进一步提高了整个装置的热利用效率；另一方面通过热能回收装置排出烟气实现了低氮燃烧器处的风量调节以及窑炉燃烧室内氮氧含量的比例控制和温度控制功能，抑制烟气燃烧中氮氧化物生产，起到了更好除氮效果，进一步提升了装置的环保功效。

(3)本实用新型实施例的钛白粉煅烧尾气综合利用系统包括多级废液回收装置，废液回收装置能够回收脱硫装置、除雾装置、引风机和烟囱产生的酸液，酸液能够回用到钛白粉生产工艺中，也可以作为下游产品的生产原料，下游产品包括化肥和工业硫酸盐等。与现有技术中直接将酸液排入空气与污水中相比，降低了钛白粉煅烧尾气燃烧带来的环境污染，不仅比较环保，而且提高了钛白粉煅烧尾气综合利用的经济效益。

(4)本实用新型实施例的钛白粉煅烧尾气处理系统通过设置和监控蒸汽分气缸的工作压力，在生产系统中饱和蒸汽供应不足的情况下，过热蒸汽能够通过减温减压装置转化为饱和蒸汽，饱和蒸汽能够通过蒸汽分汽缸接入供热系统中，提供钛白粉生产所需热量，提高能源的综合利用率；有效提高了一次热能回收器产生热能的利用率。目前每吨钛白粉生产需要的电能为1000～1200KW/h，需要消耗8～10 吨饱和蒸汽，将每吨钛白粉生产过程中产生的钛白粉煅烧尾气作为燃料，其热能全部用于产生蒸汽，并采用梯级热能利用技术可以产生 1.2吨过蒸汽(压力2.5MPa，温度385℃)，热能产生过热蒸汽用于发电，能够转化为200KW/h电能，同时产生1.2吨左右的饱和蒸汽(压力0.5MPa，温度150℃)用于生产供热，产生的电能与热能用于钛白粉生产，能够有效降低生产成本，同时每吨钛白粉生产可通过净化系统收集300～350kg废酸，在满足环保要求的同时进一步降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型钛白粉煅烧尾气综合利用系统的连接示意框图；

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1所示，本实用新型实施例提供一种钛白粉煅烧尾气综合利用系统，该系统包括包括尾气净化装置、热能回收装置、蒸汽利用装置和废液回收装置，尾气净化装置、钛白粉煅烧回转窑和热能回收装置循环连接，热能回收装置与蒸汽利用装置连接，废液回收装置与尾气净化装置连接。此处所述的循环连接，指尾气净化装置、钛白粉煅烧回转窑和热能回收装置形成依次首尾相连的烟气通道，且该烟气通道中的气体可通过该通道循环流动。热能回收装置、钛白粉煅烧转窑和尾气净化装置设置为收尾相连的循环管路，一方面循环利用了热能回收装置排出烟气的部分热能至燃烧器，进一步提高了整个装置的热利用效率；另一方面通过热能回收装置排出烟气实现了低氮燃烧器处的风量调节以及窑炉燃烧室内氮氧含量的比例控制和温度控制功能，抑制烟气燃烧中氮氧化物生产，起到了更好除氮效果，进一步提升了装置的环保功效。

进一步的，尾气净化装置包括除尘装置、脱硫装置、脱氮装置、除雾装置、引风机和烟囱；除尘装置、一次热能回收器、二次热能回收器、三次热能回收器、脱硫装置、除雾装置、引风机、烟囱顺次连接，除尘装置直接与转窑的烟气出口连通。在一个实施例中，可将除尘装置设置为电除尘装置，并将其与丝网过滤器相连，较一般装置提升热尾气的除尘效率。脱硫装置可设置为脱硫塔，脱氮装置由与转窑相连的低氮燃烧器、一次风机和二次风机组成。

热能回收装置包括依次连接的一次热能回收器、二次热能回收器和三次热能回收器；在一次热能回收器的外侧设置有出汽阀，出汽阀包括主输汽口和支输汽口；蒸汽利用装置包括蒸汽发电系统、蒸汽分汽缸和供热系统，蒸汽分汽缸与供热系统连接；出汽阀的主输汽口与蒸汽发电系统连接，支输汽口与蒸汽分汽缸连接，支输汽口与蒸汽分汽缸之间设置有减温减压装置，二次热能回收器通过蒸汽分汽缸与供热系统连接；三次热能回收器直接与尾气净化装置连接。

本实用新型中使用的热能回收器及换热设备如中国专利 CN201410344096.3中所示，一次热能回收器包括炉膛、过热装置和对流装置，炉膛通过过热装置与对流装置连接，蓄热砖设置于炉膛的内部；炉膛的内壁设置有若干采用耐腐材料做成的第一换热管束，对流装置的内部设置有第二换热管束，过热装置的内部设置有过热管，过热管包括进汽端和出汽端，第一换热管束、第二换热管束均与过热管的进汽端连接；过热管的出汽端与出汽阀相连，出汽阀位于过热装置的顶部，出汽阀包括主输汽口和支输汽口，主输汽口与蒸汽发电系统连接，支输汽口通过管道依次与蒸汽电动调节阀、减温减压装置、蒸汽分汽缸连接。

二次热能回收器包括烟箱和耐腐换热管，烟箱为密闭的腔体，换热管置于烟箱之中，二次换热装置的出汽口位于烟箱顶部。

基于上述系统的用于提高钛白粉煅烧尾气燃烧热能利用率的方法包括以下步骤：

S1：将燃料气与一次风通过低氮燃烧器混合后在转窑中燃烧，再将偏钛酸喷入经所述低氮燃烧器燃烧形成的窑炉高温区域进行下煅烧，将转窑排放的钛白粉煅烧尾气通过除尘装置后，得到初步净化(除氮、除尘)后的高温尾气；除尘装置包括电除尘装置和丝网过滤器，主要可除去煅烧尾气中的有机溶剂和固体杂质，得到的高温尾气进入尾气管道并直接通入热能回收装置中。

S2：将初步净化后的高温尾气引入一次热能回收器的炉膛内，钛白粉煅烧尾气通过二次风机进入燃烧器后与空气、燃料气进行旋混，经过点火装置点燃后，燃烧机根据PDI算法技术控制风量及风压，并通过电动调节阀调节净化尾气的流量，得到低氮浓度的高温煅烧尾气，从窑炉出来的煅烧尾气在进入一次热能回收装置，产生的热能不仅能够加热换热管束内的水，形成蒸汽，而且能够使得一次热能回收器内的蓄热砖不断蓄热，蓄热砖蓄热后，能够使一次热能回收器内的温度高于400℃，此时，尾气中的所有可燃气体在能够充分燃烧的前提下，有效降低了燃烧器出口的燃烧温度，极大的抑制了NO_X的生成，同时从二次风机补充的净化尾气带有的热能有效的提高了窑炉排出的煅烧尾气的温度，提高了一次热能回收器的热效率，此过程中可控制排出的中温烟气温度大于等于250℃，确保热交换器中产生大量的过热蒸汽，过热蒸汽进入发电装置后能够产生大量的电能，该电能能够用于钛白粉的生产。经过炉膛内换热管束换热后，获得蒸汽利用装置内的过热蒸汽和一次热能回收器内的中温烟气，将过热蒸汽引入蒸汽发电系统；

在此过程中，可设定蒸汽分汽缸的最小工作压力P₀，P₀值范围为：0.3MPa≤P₀≤0.5MPa，在此步骤中，实时测量蒸汽分气缸工作压力P，并将其与预设值P₀比较；当P＞P₀时，将所有过热蒸汽通过出汽阀的主输汽口进入发电系统；当P≤P₀时，调节蒸汽电动调节阀，将10％～40％的过热蒸汽通过支输汽口接入减温减压装置，减温减压装置将过热蒸汽转化为饱和蒸汽后，将饱和蒸汽接入蒸汽分汽缸，满足生产用汽的需求。

S3：将经过一次热能回收器后的中温烟气引入二次热能回收器，中温烟气在二次热能回收器内进行二次换热，对二次热能回收器内的水进行加热，得到饱和蒸汽与低温尾气，过程中可通过控制低温尾气温度大于等于150℃，保证获得饱和蒸汽；将饱和蒸汽引入蒸汽分汽缸，并通过蒸汽分汽缸将饱和蒸汽输入供热系统；

S4：将将经过二次热能回收器后的低温烟气通过烟气连接通道进入三次热能回收器，进行热能的三次回收利用，过程中保证三次热能回收器内温度大于等于60℃，回收热能可以用于废酸浓缩以及加热二次洗水用于一洗工艺，三次热交换后的尾气通入脱硫塔内进行脱硫处理。

S5：将经过脱硫装置后的尾气一部分导入脱硝装置，通过二次风机引入到一次风机后，与低氮燃烧器共同配合通入钛白粉煅烧转窑；另一部分尾气通入除雾装置脱除酸雾后，通过引风机导入烟囱排出。通过热能回收装置排出烟气实现了低氮燃烧器处的风量调节以及窑炉燃烧室内氮氧含量的比例控制和温度控制功能，起到了更好的烟气燃烧和除氮效果，进一步提升了装置的环保功效。

在步骤S4、S5中，可将脱硫、除雾、引风机抽引和尾气排出过程中产生的废液均排入废液回收装置回收使用，酸液能够回用到钛白粉生产工艺中，也可以作为下游产品的生产原料，下游产品包括化肥和工业硫酸盐等。与现有技术中直接将酸液排入空气与污水中相比，降低了钛白粉煅烧尾气燃烧带来的环境污染，不仅比较环保，而且提高了钛白粉煅烧尾气综合利用的经济效益。

本实用新型实施例中用于提高钛白粉煅烧尾气燃烧热能利用率的方法能够得到电能、饱和蒸汽和磷化工生产的原料。

以生产1吨钛白粉产生的尾气为例，采用本实用新型实施例的系统和方法，能够将生产1吨钛白粉产生的尾气燃烧热能转化为200KW 电能及1.2吨饱和蒸汽(压力0.5MPa，温度150℃)。

经济效益计算方法如下：

如果将生产1吨钛白粉产生的尾气热能全部用来发电与供热，电价按0.8元/KW，蒸汽价格按200元/吨计算，则生产1吨钛白粉产生的尾气能够产生约400元的商业价值。

每生产1吨钛白粉大约收集300～350kg废酸，废酸成份主要以硫酸、偏钛酸为主的酸液，废酸经浓缩后可以回用钛白粉生产岗位使用，按每吨600元价值计算，生产1吨钛白粉回收的酸液可产生180～ 210元的商业价值。

现阶段每生产1吨钛白粉需要消耗1000KW～1200KW电量，钛白粉生产成本目前在维持在12000元～13000元/吨，钛白粉价格目前在14000元～15000元/吨。

生产1吨钛白粉，如对产生的尾气综合利用后，综合能耗下降约 15％以上，单位生产成本平均下降600元/吨，节能效益非常显著，同时也减轻了对环境的污染。

本实用新型不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种钛白粉煅烧尾气综合利用系统，用于处理钛白粉煅烧回转窑排放尾气，其特征在于：包括尾气净化装置、热能回收装置、蒸汽利用装置和废液回收装置，所述尾气净化装置、钛白粉煅烧回转窑和热能回收装置循环连接，所述热能回收装置与蒸汽利用装置连接，所述废液回收装置与尾气净化装置连接。

2.如权利要求1所述的钛白粉煅烧尾气综合利用系统，其特征在于：所述尾气净化装置包括除尘装置、脱硫装置、脱氮装置、除雾装置、引风机和烟囱，热能回收装置包括依次连接的一次热能回收器、二次热能回收器和三次热能回收器；所述除尘装置、一次热能回收器、二次热能回收器、三次热能回收器、脱硫装置、除雾装置、引风机及烟囱顺次连接。

3.如权利要求2所述的钛白粉煅烧尾气综合利用系统，其特征在于：所述一次热能回收器的外侧设置有出汽阀，所述出汽阀包括主输汽口和支输汽口；所述蒸汽利用装置包括蒸汽发电系统、蒸汽分汽缸和供热系统，所述蒸汽分汽缸与供热系统连接；所述出汽阀的主输汽口与蒸汽发电系统连接，所述支输汽口与蒸汽分汽缸连接，所述支输汽口与蒸汽分汽缸之间设置有减温减压装置，所述二次热能回收器通过蒸汽分汽缸与供热系统连接；所述三次热能回收器与尾气净化装置连接。

4.如权利要求2所述的钛白粉煅烧尾气综合利用系统，其特征在于：所述一次热能回收器的内部设置有若干采用耐腐材料做成的换热管。

5.如权利要求2所述的钛白粉煅烧尾气综合利用系统，其特征在于：所述除尘装置由电除尘装置和丝网过滤器组成，所述的脱硫装置为脱硫塔，所述脱氮装置由与所述转窑相连的低氮燃烧器、一次风机和二次风机组成。

6.如权利要求2所述的钛白粉煅烧尾气综合利用系统，其特征在于：所述一次热能回收器包括炉膛、过热装置和对流装置，炉膛通过过热装置与对流装置连接，所述炉膛的内部设置蓄热砖；炉膛的内壁设置有第一换热管束，对流装置的内部设置有第二换热管束，过热装置的内部设置有过热管，过热管包括进汽端和出汽端，第一换热管束、第二换热管束均与过热管的进汽端连接；过热管的出汽端与出汽阀相连，出汽阀位于过热装置的顶部，

所述二次热能回收器包括烟箱和耐腐换热管，烟箱为密闭的腔体，换热管置于烟箱之中，二次换热装置的出汽口位于烟箱顶部。