CN211358356U - 一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统 - Google Patents

一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统。该系统包括依次连接的烟气加热装置、燃烧装置、烟气降温装置、脱硫装置、烟气除尘装置、烟气排放装置；所述烟气加热装置用于对放散废气进行加热；所述燃烧装置用于对经过加热的放散废气进行燃烧处理；所述烟气降温装置用于对来自燃烧装置的燃烧气进行降温；所述脱硫装置用于除去降温后的燃烧气中的二氧化硫；所述烟气除尘装置用于对脱硫后的燃烧气进行除尘；所述烟气排放装置用于排放经过除尘的净化气。本实用新型适用于钢铁工业焦化厂化产回收区域冷鼓和脱硫工段VOCs处理领域，具有净化效率高、不存在二次污染，可实现超净，工艺流程简单、运行成本低等优点。

Description

一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统
技术领域
本实用新型涉及VOCs处理领域，具体涉及一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统。
背景技术
钢铁工业焦化厂以煤为原料通过高温干馏产生焦炭和焦炉煤气等，产品焦炭可作高炉冶炼的燃料，焦炉煤气则通过系列净化工段(化产回收区域)，回收提取焦油、氨、萘、粗苯、硫化氢、氰化氢等产品，并获得净焦炉煤气。在化产回收区域，涉及的设备众多，各种罐体的放散气直接连通大气，随着介质流动、温度和压力变化，会有大量的VOCs，如氨、焦油、萘、苯、酚、甲烷类、硫化氢等挥发到大气中，会产生各种各样的异味，不仅污染环境，同时对员工的身体也造成潜在的毒害和危害。
面对现今日益严峻的环保要求，于2016年1月1日起已经正式实施的《中华人民共和国大气污染防治法》首次将VOCs纳入了监管范围，对于焦化厂化产回收区域VOCs的无组织排放亟需净化处理。
公开号为CN208320381 U的“用于焦化烟气中VOCs的处理净化装置”，通过焦炭过滤器和静电处理吸附净化VOCs。此技术利用焦化生产的焦炭作为吸附剂，材料易得；焦炭吸附和静电处理相结合，提高了VOCs的处理效率。但是，此技术既需要焦炭过滤器又需静电处理，存在工艺流程复杂、占地面积大、投资大、安全性较低的缺陷。
公开号为CN109621621 A的“一种焦化VOCs放散气清洁回收处理系统及方法”，先通过冷却冷凝的方法对VOCs放散气进行回收，然后通过燃烧实现VOCs的净化处理。此技术可回收有用的有机化合物，燃烧法净化效率高。但是，冷却冷凝回收法只是适用于VOCs浓度高、烟气量小的工况，适用范围小；通过冷凝再通过燃烧，能耗非常大，成本高；此外，焦化VOCs放散气中还含有一定浓度的H2S，通过燃烧产生SO2，会造成二次污染。
针对现有焦化厂化产回收区域VOCs处理技术存在工艺流程复杂、投资成本高、能耗高、占地面积大、存在二次污染等的不足，亟需开发另一种工艺流程简单、高效、运行成本低、不存在二次污染，可实现超净的VOCs处理技术。
实用新型内容
为解决以上至少之一的技术问题，本实用新型提供一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统。本实用新型适用于钢铁工业焦化厂化产回收区域冷鼓和脱硫工段VOCs处理领域，具有净化效率高、不存在二次污染，可实现超净，工艺流程简单、运行成本低等优点。
为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型一方面提供一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，该系统包括依次连接的烟气加热装置、燃烧装置、烟气降温装置、脱硫装置、烟气除尘装置、烟气排放装置；
所述烟气加热装置用于对放散废气进行加热；
所述燃烧装置用于对经过加热的放散废气进行燃烧处理；
所述烟气降温装置用于对来自燃烧装置的燃烧气进行降温；
所述脱硫装置用于除去降温后的燃烧气中的二氧化硫；
所述烟气除尘装置用于对脱硫后的燃烧气进行除尘；
所述烟气排放装置用于排放经过除尘的净化气。
焦化厂化产回收区域主要包括冷鼓工段、脱硫工段、粗苯工段和污水调节池工段。其中，冷鼓和脱硫两个工段均属于常年连续稳定生产运行状况，挥发性废气放散稳定，主要成分为焦油、硫化氢，还存在少量的氨气、萘、苯系物等，并且两个工段的废气放散点距离很近。本实用新型将两处废气集中收集处理，能够实现优化设计并降低投资。本实用新型的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理方案，主要集中处理焦化厂化产回收区域的冷鼓工段和脱硫工段的挥发性VOCs废气，具有净化效率高、不存在二次污染，可实现超净，工艺流程简单、运行成本低等优点。
优选地，所述烟气加热装置为第一气液换热器，通过热媒与放散废气换热对放散废气进行加热；
所述烟气降温装置为第二气液换热器，通过冷媒与放散废气换热对放散废气进行降温。
在本实用新型的优选实施例中，所述热媒和冷媒均为水；本领域技术人员理解的，除水以外，热媒和冷媒还可以为其他介质，可以相同或不同。
进一步优选地，所述第一气液换热器和第二气液换热器相互连接形成循环。
该优选方案中，将第一气液换热器和第二气液换热器相互连接形成循环，可以实现燃烧气的热量加热放散废气的作用，节省了燃烧装置的加热能耗。例如本实用新型优选实施例中，热媒水和冷媒水形成循环；循环水通过第二气液换热器与燃烧炉燃烧后的高温燃烧气换热，利用燃烧气的热量加热循环水，成为热煤水；热媒水通过第一气液换热器与进入系统的放散废气进行换热，将放散废气加热，同时热媒水降温变成冷媒水，重新回到燃烧炉后的第二气液换热器与燃烧气重新换热。
优选地，所述脱硫装置包括脱硫剂储仓和脱硫剂喷嘴，二者的连接管道上依次设有控制阀和输送风机；所述脱硫剂喷嘴插入烟气管道内用以向其中喷入脱硫剂。
进一步优选地，所述控制阀包括依次设置的手动插板阀和星型给料阀。
脱硫剂储仓内存储一定量的脱硫剂，打开手动插板阀，通过变频调节控制星型给料阀的开度，控制脱硫剂进料量，在输送风机的作用下，将脱硫剂输送至脱硫剂喷嘴处，喷入烟气管道内。
优选地，所述脱硫剂喷嘴的喷射方向与烟气管道轴线平行，且与烟气来流方向正对。例如本实用新型优选实施例中，脱硫剂喷嘴包括喷管和喷嘴，喷嘴的方向平行于烟道轴线，且与烟气来流方向正相对，如此可使脱硫剂与烟气形成冲撞，使其充分接触。
优选地，所述脱硫剂喷嘴包括有对称布置在烟气管道两侧的两个。采用对称两点进料，可以避免单点进料在烟气中分布不均匀，也能保证喷射出来的脱硫剂分布于整个管道截面，与烟气混合均匀。本领域技术人员容易理解的，除了两点式进料，还可以设置三点或更多点进样。
优选地，所述脱硫装置还包括设置于脱硫剂喷嘴下游烟气管道内的旋流整流器。
更优选地，所述旋流整流器为旋流静叶风扇结构，包括有6～8片旋流叶片；所述旋流叶片与旋流整流器平面垂直线的夹角为10～20°，即旋流叶片与旋流整流器平面夹角为70～80°。
烟气携带脱硫剂通过旋流整流器时，将较差的烟气流场进行重新分配，使其整合的更加的均匀，并且将整流叶片按一定的倾斜角安装，可以使整流后的烟气携带脱硫剂在管道内呈螺旋运行，增加烟气与脱硫剂的反应接触时间，使反应更充分，防止脱硫剂的过喷，提高脱硫剂的利用率，亦能降低烟道的高度，减少材料的耗量。
在旋流整流器的旋流整流作用下，降温后的燃烧气与脱硫剂充分接触进行反应，将初步净化烟气中的SO2充分吸收，从而实现焦化厂化产回收区域冷鼓和脱硫工段挥发VOCs废气的彻底净化，净化烟气携带反应后的脱硫副产物进入后续的烟气除尘装置，进行脱硫副产物的分离，实现净化烟气含尘量低于5mg/Nm3。
优选地，所述烟气排放装置包括引风机和烟囱；净化烟气在引风机提供动力的作用下由排放烟囱排入大气。
本实用新型的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统中，所述燃烧装置可采用燃烧炉等；所述烟气除尘装置可采用布袋除尘器等常规设备；各装置之间的连接通过烟气管道连通，本领域技术人员容易理解的，管道上还可以包括常规的阀门等部件；本实用新型对此不做限定。
优选地，本实用新型的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统还包括设置于所述烟气加热装置之前的缓冲装置。焦化厂化产回收区域冷鼓和脱硫工段各放散口放散出来的废气通过集气罩进行收集后，首先通过缓冲罐，缓冲压力波动，保证废气流量的平稳。
本实用新型另一方面提供一种基于以上所述系统的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理方法，包括以下步骤：
使放散废气进入烟气加热装置进行加热；
经过加热的放散废气进入燃烧装置中进行燃烧除去VOCs；
燃烧气进入烟气降温装置进行降温；
降温后的燃烧气经过脱硫装置除去二氧化硫；
脱硫后的燃烧气进入烟气除尘装置进行除尘；
除尘的净化气通过烟气排放装置进行排放，完成VOCs超净处理。
焦化厂化产回收区域冷鼓和脱硫工段各放散口放散出来的废气通过集气罩进行收集后，进入烟气加热装置进行加热升温；升温后的放散废气经过燃烧装置在1100℃左右的燃烧温度下，将放散废气中的VOCs高温分解成无毒害物质CO2和H2O；因放散废气中还存在较高浓度的H2S，H2S经高温燃烧后会再次生成有毒的SO2，如果直接排放会造成对大气的二次污染，故需进一步对二氧化硫进行净化处理；经燃烧装置高温燃烧初步净化的烟气(即燃烧气)进入烟气降温装置降温至150℃左右；降温后的燃烧气进入脱硫装置，将燃烧气中的SO2充分吸收，从而实现焦化厂化产回收区域冷鼓和脱硫工段挥发VOCs废气的彻底净化，净化烟气进入后续的烟气除尘装置，进行脱硫副产物的分离，实现净烟气含尘量低于5mg/Nm3，最终经过除尘的净化气由排放烟气排放装置排入大气。
优选地，所述降温后的燃烧气经过脱硫装置除去二氧化硫的步骤包括：使燃烧气与脱硫剂接触进行反应除去二氧化硫。
优选地，所述脱硫剂为Na2CO3脱硫剂干粉；其粒径在20μm左右，通过脱硫剂喷嘴喷入烟气管道内与SO2进行反应将其脱除，并生成脱硫副产物，发生的反应包括：
Na2CO3+O2+SO2—Na2SO3+CO2；
Na2SO3+1/2O2—Na2SO4；
脱硫副产物Na2SO4广泛应用于玻璃制造、制皂、造纸、纺织等工业中，可带来一定的经济效益。在布袋除尘器处收集下来的脱硫副产物，通过专门的运输车运走可进一步创造价值。
优选地，降温后的燃烧气的温度为140～160℃。降温至150℃左右，在150℃以上时Na2CO3可以分解为NaHCO3，在150℃左右时，NaHCO3与SO2反应效率最高。
本实用新型工艺流程简单、完整、充分，不存在二次污染现场，可实现超净，效率高，能耗少，投资低。
本实用新型焦化厂化产区域VOCs超净处理装置与现有技术相比，其有益效果包括：
(1)本实用新型中的换热部分，以循环水作为媒介，实现初步净化烟气加热废气的目的，可以节省燃烧炉的加热的温度，节约能耗。循环水通过MGGH换热器与燃烧炉燃烧初步净化后的高温烟气换热，利用初步净化烟气的热量加热循环水，成为热煤水；热媒水通过MGGH换热器与缓冲罐出来的VOCs废气进行换热,将废气加热，同时热媒水降温变成冷媒水，重新回到燃烧炉后的MGGH与初步净化烟气重新换热。
(2)因VOCs废气中还存在较高浓度的H2S，H2S经高温燃烧后会生成有毒的SO2，如果直接排放会造成对大气的二次污染，为了实现超净处理，需增设脱硫装置。
(3)脱硫装置无需增设专门的脱硫塔，通过在管道内喷入脱硫剂，烟气与脱硫剂在管道内反应，实现脱除SO2的效果，节省占地和材料，节约投资成本。
(4)脱硫剂喷嘴对称布置在管道两侧，采用对称两点进料，可以避免单点进料在烟气中分布不均匀，也能保证喷射出来的脱硫剂分布于整个管道截面，与烟气混合均匀。喷头通过法兰与管道连接，方便拆卸、检修，喷头的方向与管道轴线平行，且正对来流方向。
(5)在烟气反应烟道中，设置旋流整流器。旋流整流器主要是由6-8片相同的旋流叶片按照相同的安装角度(与垂直线夹角在10-20°)组装而成，烟气携带脱硫剂通过旋流整流器时，将较差的烟气流场进行重新分配，使其整合的更加的均匀，并且将整流叶片按一定的倾斜角安装，可以使整流后的烟气携带脱硫剂在管道内呈螺旋运行，增加烟气与脱硫剂的反应接触时间，使反应更充分，防止脱硫剂的过喷，提高脱硫剂的利用率，亦能降低烟道的高度，减少材料的耗量，降低投资成本。
(6)脱硫副产物通过布袋除尘器分离下来，可以实现净烟气排放含尘量低于5mg/Nm3的超低排放。同时脱硫副产物可以广泛用在制玻璃、制皂、造纸、纺织等工业上，会带来一定的经济效益。
(7)通过燃烧炉、脱硫装置、布袋除尘器、脱硫副产物的利用，可以实现焦化厂化产区域冷鼓和脱硫工段VOCs超净处理，不存在二次污染。
附图说明
图1为本实用新型焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统示意图。
图2为本实用新型实施例中的旋流整流器示意图。
图3为本实用新型实施例中的脱硫剂喷嘴分布图。
图4为本实用新型实施例中的脱硫剂喷嘴的结构示意图。
附图标记说明：
1、缓冲罐；
2，第一气液换热器；
3、燃烧炉；
4、第二气液换热器；
5、脱硫剂喷嘴；
6、旋流整流器；
7、布袋除尘器；
8、引风机；
9、烟囱；
10、脱硫剂储仓；
11、手动插板阀；
12、星型给料阀；
13、输送风机；
14、旋流叶片；
15、法兰；
16、喷管；
17、喷嘴。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
本实用新型提供一个优选实施例，如图1所示，一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统包括依次连接的：缓冲罐1、第一气液换热器2、燃烧炉3、第二气液换热器4、脱硫装置、布袋除尘器7、引风机8和烟囱9。
其中的脱硫装置包括脱硫剂喷嘴5、脱硫剂储仓10、手动插板阀11、星型给料阀12、输送风机13和旋流整流器6。
其中的脱硫剂喷嘴5插入烟气管道内，并与脱硫剂储仓10通过管线连通，手动插板阀11、星型给料阀12和输送风机13依次设置在管线上。脱硫剂储仓10内存储一定量的20μm左右的Na2CO3脱硫剂，打开手动插板阀11，通过变频调节控制星型给料阀12的开度，控制脱硫剂进料量，在输送风机13的作用下，将脱硫剂输送至脱硫剂喷嘴5处，喷入烟气管道内。
对于脱硫剂喷嘴5，如图3和图4所示，脱硫剂喷嘴5包括有对称布置在烟气管道两侧的两个，通过法兰15与烟气管道固定连接，方便拆卸、检修，其包括有两段，喷管16和喷嘴17；脱硫剂喷嘴的喷射方向(即喷嘴17的方向)与烟气管道轴线平行，且与烟气来流方向正对。
对于旋流整流器6，如图1所示，旋流整流器6安装在烟气管道内，脱硫剂喷嘴5下游。如图2所示，旋流整流器6为旋流静叶风扇结构，包括有8片旋流叶片14；旋流叶片14与旋流整流器平面垂直线的夹角为10～20°，即旋流叶片14按一定的倾斜角安装，可以使整流后的烟气携带脱硫剂在管道内呈螺旋运行，增加烟气与脱硫剂的反应接触时间，使反应更充分，防止脱硫剂的过喷，提高脱硫剂的利用率，亦能降低烟道的高度，减少材料的耗量。
使用该优选实施例中的系统进行焦化厂化产回收区域VOCs超净处理方法，包括以下步骤：
焦化厂化产回收区域冷鼓和脱硫工段各放散口放散出来的废气通过集气罩进行收集后，首先通过缓冲罐1，缓冲压力波动，保证废气流量的平稳；
收集后的放散废气经过缓冲罐1缓冲后进入第一气液换热器2与热媒水换热升温；
从缓冲罐1出来的废气进入第一气液换热器2内与热媒水换热升温，同时，热媒水降温变为冷媒水；
升温后的放散废气进入燃烧炉3中在1100℃左右进行高温燃烧除去VOCs；
燃烧气进入第二气液换热器4与冷媒水换热降温，同时，冷媒水升温变为热媒水；冷媒水和热媒水形成循环；
降温后的燃烧气与脱硫装置喷如烟气管道内的Na2CO3脱硫剂接触反应除去二氧化硫；
脱硫后的燃烧气进入布袋除尘器7除去脱硫副产物得到净化气；
净化气在引风机8的作用下通过烟囱9排放。本优选实施例中选用的烟囱9为15m钢烟囱。烟囱高度是根据扩散稀释污染物以及降低污染物的落地浓度有关的，本实用新型中烟气量比较小，经净化后污染物浓度也非常低，15m烟囱足以满足；所采用的烟囱比较低，净化后的气体中也不存在腐蚀性气体，因此直接采用钢烟囱即可，其加工和安装方便。本实用新型的烟囱选择可在满足需求的情况下降低成本。
其中的脱硫过程包括：打开手动插板阀11，通过变频调节控制星型给料阀12的开度，控制脱硫剂进料量；在输送风机13的作用下，将脱硫剂输送至脱硫剂喷嘴5处，喷入烟气管道内；燃烧气携带Na2CO3脱硫剂在旋流整流器6的旋流整流作用下充分反应除去二氧化硫。
本优选实施例中的水媒介烟气-烟气换热部分通过以循环水作为媒介，实现燃烧气的热能最终加热废气的目的，可以节省燃烧炉的加热的温度，节约能耗。循环水通过第二气液换热器4与燃烧炉3燃烧初步净化后的高温烟气换热，利用初步净化烟气的热量加热循环水，成为热煤水；热媒水通过第一气液换热器2与缓冲罐1出来的VOCs废气进行换热，将废气加热，同时热媒水降温变成冷媒水，重新回到燃烧炉后的第二气液换热器4与初步净化烟气重新换热。
脱硫剂路径：结合图1和图3，脱硫剂储仓10内存储一定量的20μm左右的Na2CO3脱硫剂，打开手动插板阀11，通过变频调节控制星型给料阀12的开度，控制脱硫剂进料量，在输送风机13的作用下，将脱硫剂输送至脱硫剂喷嘴5处，喷入烟气管道中。脱硫剂喷嘴5对称布置在管道两侧，且通过法兰15与管道连接，方便拆卸、检修，脱硫剂喷嘴5的方向与管道轴线平行，且正对烟气来流方向。脱硫剂与初步净化后烟气中的SO2反应后，脱硫剂变为Na2SO4副产物，经布袋除尘器7分离下来后，由专门的运输车运至制玻璃、制皂、造纸、纺织等工业上应用。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (11)

1.一种焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，该系统包括依次连接的烟气加热装置、燃烧装置、烟气降温装置、脱硫装置、烟气除尘装置、烟气排放装置；
所述烟气加热装置用于对放散废气进行加热；
所述燃烧装置用于对经过加热的放散废气进行燃烧处理；
所述烟气降温装置用于对来自燃烧装置的燃烧气进行降温；
所述脱硫装置用于除去降温后的燃烧气中的二氧化硫；
所述烟气除尘装置用于对脱硫后的燃烧气进行除尘；
所述烟气排放装置用于排放经过除尘的净化气。
2.根据权利要求1所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述烟气加热装置为第一气液换热器，通过热媒与放散废气换热对放散废气进行加热；
所述烟气降温装置为第二气液换热器，通过冷媒与放散废气换热对放散废气进行降温。
3.根据权利要求2所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述第一气液换热器和第二气液换热器相互连接形成循环。
4.根据权利要求1-3任一项所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述脱硫装置包括脱硫剂储仓和脱硫剂喷嘴，二者的连接管道上依次设有控制阀和输送风机；所述脱硫剂喷嘴插入烟气管道内用以向其中喷入脱硫剂。
5.根据权利要求4所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述控制阀包括依次设置的手动插板阀和星型给料阀。
6.根据权利要求4所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述脱硫剂喷嘴的喷射方向与烟气管道轴线平行，且与烟气来流方向正对。
7.根据权利要求4所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述脱硫剂喷嘴包括有对称布置在烟气管道两侧的两个。
8.根据权利要求4所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述脱硫装置还包括设置于脱硫剂喷嘴下游烟气管道内的旋流整流器。
9.根据权利要求8所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述旋流整流器为旋流静叶风扇结构，包括有6～8片旋流叶片；
所述旋流叶片与旋流整流器平面垂直线的夹角为10～20°。
10.根据权利要求1所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，所述烟气排放装置包括引风机和烟囱。
11.根据权利要求1-3、5-10任一项所述的焦化厂化产回收区域VOCs超净处理系统，其特征在于，该系统还包括设置于所述烟气加热装置之前的缓冲装置。
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