CN212283489U - 一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统，包括废气脱硝装置，智能控制单元；所述废气脱硝装置包括吸料机，中间料仓，直升烟道，炉膛，烟囱，所述中间料仓上部连接有正压输料管道，所述正压输料管道的末端连接高压气泵的一端，高压气泵的另一端连接有直升烟道内喷枪和炉内喷枪；所述智能控制单元包括传感器，料位仪，反馈模块，中控计算机，运算及控制模块；所述传感器均与运算及控制模块通讯连接，所述运算及控制模块通过以太网与中控计算机通讯连接；本工艺系统在炉膛内安装烟气各目标物传感器，通过探测炉膛内NO_X浓度、控制吸料机进料量等工艺使脱硝剂与NO_X反应，达到高效脱硝目的。

Description

一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统

技术领域

本实用新型涉及再生金属冶炼大气治理领域，具体涉及一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统。

背景技术

我国是世界上最大的有色金属生产国，铜、铝、再生金属、锌等10种有色金属产量占全球产量的三分之一。有色金属生产过程中消耗大量的能源，并产生废气、废水和固体废弃物等“三废”。在全球有色金属矿山开采约束增强，低碳经济发展的大背景下，依靠技术进步，推进我国有再生金属回收，是工业发展的必然趋势。目前我国再生金属冶炼工艺发展从反射炉、鼓风炉、短回转窑等传统火法冶炼工艺到引进国外预脱硫-低温还原熔炼工艺、富养侧吹熔炼炉的先进工艺其冶炼过程中均产生大量NO_X。在炉内还原阶段，氮气在高温下被氧化为NO_X，其浓度可达1500mg/m³，且在一个生产周期内NO_X浓度波动较大。在氧化阶段，燃料中跟炭氢化合物结合的原子态N，在燃烧过程中氧化生成燃料型NO_X。NO_X的产生会造成酸雨，光化学烟雾、雾霾等一系列环境问题，威胁人类健康及动植物的生存环境。

目前对NO_X的治理的方法为：①选择性催化还原法(SCR)，即利用还原剂氨水或尿素在催化剂作用下，温度为300～400℃进行反应，将烟气中的NO_X还原成氮气和水，该技术NO_X的去除率可达85％以上，但该技术运行成本高，对催化剂活性有较高要求。②SNCR在温度为850～1100℃，无催化剂条件下，采用尿素或氨水，将炉膛烟气中NO_X还原为N₂，该技术成熟，设备简单，但是该技术脱硝效率较低约为40％。③SNCR+低温还原技术，该技术采用两级脱硝，一级采用SNCR工艺，二级采用两个串联洗涤塔。该方法脱硝效率可达75％，但是该方法烟气中水蒸气含量高，易产生洗涤塔涨液问题，造成双氧水和尿素溶液未反应而排出系统，影响脱硝效率。④臭氧氧化还原脱硝，采用臭氧的强氧化性将NO氧化为高价态氮氧化物NxOx，然后部分在一级塔被碱液吸收，一部分在二级还原塔内通过还原剂的作用将氧化后的高价氮还原成氮气和水，对NOx进行高效脱除，脱硝效率随O₃/NO＝0.9时，达到了86.27％的脱硝效率，但存在臭氧逃逸问题。

发明专利CN 104941430 A公开了一种烟气脱硝装置和方法，将臭氧喷雾氧化反应层和过氧化氢喷雾氧化反应层均设在所述吸收喷淋区内。这种方法能达到脱除NO_X目的，但臭氧在超过130℃的烟温环境且含尘量在50～200mg/Nm³范围内时，极易产生分解、吸附烟尘物质而失去活性；另外臭氧逃逸存在潜在的环境风险。

发明专利CN 105107379 A公开了一种全碳烟气脱硝系统及脱硝方法，该方法存在技术要求高，烟气中氧气与一氧化碳比例需要合理控制，若比例失调，脱硝效果就会大大降低。

发明专利CN 202666687U公开了一种烟气脱硝装置，该装置利用碳酸氢铵热分解产生的氨气作为还原剂，在充满颗粒状活性炭脱硝塔内实现对烟气进行脱硝处理。虽然该技术能够实现对烟气的净化，但为保障较高的脱硝活性需要较大的活性炭循环量，从而使活性炭循环过程中的损耗增大、运行费用提高，难以普及推广。

发明专利CN 110591786 A公开了一种脱硝机，采用PLC控原料的脱硝操作，避免了原料的浪费，提高了产品的品质，同时脱硝温度可达500摄氏度进一步提高了效率，降低成本，使得部分废弃材料可以通过过滤管继续使用，避免了对注塑材料的浪费，同时采用底端嵌入永磁体圆台，这种新式控制方式降低了成本，寿命更长。该脱硝机对于高温烟气脱硝效果好，但能耗也高。

发明专利CN 107952360公开了一种铁粉脱硝工艺，以铁粉作为氮氧化物的还原剂，使铁粉在烟道中与氮氧化物反应，被氧化后的铁粉生成氧化铁，氧化铁随着烟气进入后续的除尘工序进行收集。该发明以铁粉作为氮氧化物的还原剂，不存在氨逃逸问题，且不需要氨站或尿素储罐，减少安全隐患。但该方法产生氧化铁粉与粉尘的混合物，属于固体废物。

发明专利CN 108939900 A公开了一种烟气脱硝工艺系统，该系统相对现有技术，有利于改善调节粉灰尘沉淀堵塞管道及易于调节温度，保持烟气脱硝系统长周期处于稳定工作状态中，降低消耗。虽解决了烟尘堵管问题，但该脱硝系统属于末端治理技术。

综上所述，现阶段对脱硝工艺的研究及应用大多为燃煤电厂烟及水泥窑炉烟气，而对再生金属冶炼行业烟气过程脱硝工艺及装置鲜有报道。燃煤电厂工况运行稳定，其NO_X产生量波动不大，对处理工况条件要求简单。而对于再生金属冶炼中，在一个生产周期内炉膛NO_X变化较大，可在300～1500mg/m³之间波动，工况不稳定传统方法难以实现超低排放。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供了一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统，采用模块式智能化管理，在炉膛内安装烟气各目标物传感器，通过探测炉膛内NO_X浓度，控制脱硝剂在装置中的传输量，通过在炉膛内或直升烟道内合理布置喷枪，使脱硝剂与NO_X反应，达到高效脱硝目的，该工艺系统高效、智能，实现NO_X超低排放。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统，包括废气脱硝装置，智能控制单元；所述废气脱硝装置包括吸料机，中间料仓，直升烟道，炉膛，烟囱，所述直升烟道置于炉膛上方；其技术要点是：所述吸料机通过管道连接中间料仓，所述中间料仓上部连接有正压输料管道，所述中间料仓内设有搅拌器，孔板，所述搅拌器置于中间料仓下部，所述所述孔板置于中间料仓上部、正压输料管道下方；所述正压输料管道的末端连接高压气泵的一端，正压输料管道和高压气泵之间设置了反吹电磁阀，高压气泵的另一端连接有直升烟道内喷枪和炉内喷枪，所述直升烟道内喷枪置于直升烟道中，所述炉内喷枪置于炉膛内；

所述智能控制单元包括1^#传感器，2^#传感器，3^#传感器，料位仪，反馈模块，中控计算机，运算及控制模块，切断模块Ⅰ，命令执行模块，切断模块Ⅱ；

所述1^#传感器，2^#传感器，3^#传感器均与运算及控制模块通讯连接，所述运算及控制模块通过以太网与中控计算机通讯连接，所述料位仪通过反馈模块与中控计算机相连，所述的运算及控制模块通过命令执行模块精准控制吸料机的吸料量及高压气泵的上料量；

所述料位仪置于中间料仓中，正压输料管道和孔板位置下方；所述1^#传感器设置于正压输料管道内，位置设置于反吹电磁阀和高压气泵之间，将管道内压力、流速传输给运算及控制模块；所述2^#传感器设置于炉膛内，将炉膛内烟气温度、原始烟尘浓度、烟气流量、原始NO_X浓度、含氧量、CO瞬时浓度等数据传输给运算及控制模块；所述3^#传感器设置于烟囱上方的排放口，将排放口NO_X浓度传输给运算及控制模块；所述运算及控制模块将数据进行分析后通过以太网传输给中控计算机，所述料位仪测量中间料仓内物料存储数量，并将信号通过反馈模块反馈给中控计算机。

所述的运算及控制模块中命令执行模块通过启动吸料或停止吸料，控制吸料机的吸料量；若数据超过设定值且控制系统失灵则切断模块Ⅰ启动，改为手动进料；

所述运算及控制模块分析2^#传感器、3^#传感器传输数据通过命令执行模块控制高压气泵的上料量，并根据1^#传感器传输数据校正管道内压力流速，使脱硝剂均匀、稳定、流畅的输送到喷枪端口，若数据超过设定值且控制系统失灵则切断模块Ⅱ启动，改为手动进料。

进一步的，所述搅拌器为锚式搅拌器或变频双层搅拌器，

进一步的，所述孔板设有为孔径为

分布均匀的孔，孔隙率大于80％，材质为304不锈钢。

进一步的，所述直升烟道内喷枪或炉内喷枪布置为并联、串联或串并联任一种。

本实用新型具有以下优点：

(1)采用智能化模块式管理，根据炉膛烟气中NO_X浓度，自动调整进入炉膛内脱硝剂的总量，可避免不必要的脱硝剂的浪费，实现高效脱硝，达到超低排放的要求。

(2)占地面积小，所有装置通过管道连接，装置平面布置灵活，特别适用于受场地限制的改扩建项目。

(3)可根据工况需要同时并联多个工艺系统同时进行，由中控计算机控制各工艺系统进料及投料量。

(4)采用物料均匀破块、脱硝剂孔板过筛及上料管道定期反吹等设备，有效避免了脱硝剂在管道内的堵塞问题，有利于脱硝系统连续化、稳定化运行。

(5)采用智能控制，观察、监视、维护简单,运行人员少，脱硝装置能快速启动投入，在负荷调整时有良好的适应性。

(6)通过中控计算机对炉膛及管道工况分析，智能判断何时进料、何时暂停、何时清管。本技术可使烟囱NO_X放排量达25mg/m³以下，低于《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》中特别排放限值100mg/m³的要求，实现超低排放，也低于当前中国最严北京、河北等的地方排放标准。

附图说明

图1为本实用新型的废气脱硝装置结构示意图；

图2为本实用新型的智能控制单元结构框图；

图3为3^#传感器位置图。

图1-图3中各结构的具体名称为：料包1，吸料机2，搅拌器3，中间料仓4，料位仪5，孔板6，正压输料管道7，反吹电磁阀8，1^#传感器9，高压气泵10，炉膛11，2^#传感器12，炉内喷枪13，直升烟道14，直升烟道内喷枪15，3^#传感器16，反馈模块17，中控计算机18，运算及控制模块19，切断模块Ⅰ20，命令执行模块21，切断模块Ⅱ22，烟囱23。

具体实施方式

实施例1

见图1-图3，本实施例的具体结构为：一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统，包括废气脱硝装置，智能控制单元；

所述废气脱硝装置包括料包1，吸料机2，中间料仓4，直升烟道14，炉膛11，烟囱23，所述直升烟道14置于炉膛11上方；所述吸料机2一端连接料包1，另一端通过管道连接中间料仓4，所述中间料仓4上部有正压输料管道7，所述中间料仓4内设有搅拌器3，孔板6，所述搅拌器3置于中间料仓4下部，所述孔板6置于中间料仓4上部、正压输料管道7下方；所述正压输料管道7的末端连接高压气泵10的一端，正压输料管道7和高压气泵10之间设置了反吹电磁阀8，高压气泵10的另一端连接有直升烟道内喷枪15和炉内喷枪13，所述直升烟道内喷枪15置于直升烟道14中，所述炉内喷枪13置于炉膛11内。

所述搅拌器3可以为锚式搅拌器或变频双层搅拌器，更优选地为变频双层搅拌器；孔板6为孔径为

分布均匀的孔，孔隙率大于80％。材质为304不锈钢。

脱硝过程中可以单独使用炉内喷枪13，也可单独使用直升烟道内喷枪15，也可以同时使用炉内喷枪13及直升烟道内喷枪15，优选地同时使用炉内喷枪13和直升烟道内喷枪15，直升烟道内喷枪15或炉内喷枪13布置可以并联、串联或串并联，优选地两种喷枪布置采用串并联方式。

所述智能控制单元包括1^#传感器9，2^#传感器12，3^#传感器16，料位仪5，反馈模块17，中控计算机18，运算及控制模块19，切断模块Ⅰ20，命令执行模块21，切断模块Ⅱ22；所述1^#传感器9为压力/流速检测仪器，所述2^#传感器12为温度/流量/NO_X浓度/含氧量/CO浓度大气检测仪器，所述3^#传感器16为NO_X浓度大气检测仪器；

所述1^#传感器，2^#传感器，3^#传感器均与运算及控制模块19通讯连接，所述运算及控制模块19通过以太网与中控计算机18通讯连接，所述料位仪5通过反馈模块17与中控计算机18相连，所述的运算及控制模块19通过命令执行模块21精准控制吸料机2的吸料量及高压气泵10的上料量；

所述料位仪5置于中间料仓4中、正压输料管道7和孔板6位置下方，所述1^#传感器9设置于正压输料管道7内，位置可设置于反吹电磁阀8和高压气泵10之间，将管道内压力、流速传输给运算及控制模块19；所述2^#传感器12设置于炉膛11内，将炉膛内烟气温度、原始烟尘浓度、烟气流量、原始NO_X浓度、含氧量、CO瞬时浓度等数据传输给运算及控制模块19；所述3^#传感器16设置于烟囱23上方的排放口，将排放口的NO_X浓度传输给运算及控制模块19；所述运算及控制模块19将数据进行分析后通过以太网传输给中控计算机18，所述料位仪5测量中间料仓4内物料存储数量，并将信号通过反馈模块17反馈给中控计算机18。

所述运算及控制模块19中命令执行模块21控制吸料机2启动吸料、停止吸料，并控制吸料机2的吸料量；若数据超过设定值且控制系统失灵则切断模块Ⅰ20启动，改为手动进料模式；

所述运算及控制模块19分析2^#传感器、3^#传感器传输数据通过命令执行模块21控制高压气泵10启动投料、停止投料，并控制高压气泵10的上料量，根据1^#传感器传输数据校正管道内压力流速，使脱硝剂均匀、稳定、流畅的输送到喷枪端口，若数据超过设定值且控制系统失灵则切断模块Ⅱ22启动，改为手动投料模式。

运算及控制系统通过分析传感器传输数据，计算出所需脱硝剂的量，通过命令执行模块控制上料机的上料量及正压输料管道的输料量，将脱硝剂输送到喷枪内与炉膛内NO_X反应，实现超低排放。

本实用新型的工作原理：

(1)所述1^#传感器9为压力/流速检测仪器，所述2^#传感器12和3^#传感器16分别属于大气检测仪器；将管道内压力、流速传输给运算及控制模块19；所述2^#传感器12将炉膛内烟气温度、原始烟尘浓度、烟气流量、原始NO_X浓度、含氧量、CO瞬时浓度等数据传输给运算及控制模块19；所述3^#传感器16将排气口NO_X浓度传输给运算及控制模块19；

(2)所述的中间料仓4通过管道与吸料机2相连，中间料仓4上部设置有孔板6，阻隔吸料机2内部产生粉尘。中间料仓4安装有搅拌器3，所述的搅拌器3可采用锚式搅拌方式或变频双层搅拌方式，以确保脱硝剂最佳形状，避免料仓底部出现堵料现象。

(3)中间料仓4上部通过管道与正压输料管道7相连，所述的正压输料管道7内部安装有1^#传感器9，所述的1^#传感器9检测管道内流速及压力，并将信号传输给运算及控制模块19，所述的正压输料管道7系统阻力小，确保脱硝剂的输送能力。

(4)所述的正压输料管道7与高压气泵10之间安装有反吹电磁阀8，所述的反吹电磁阀8，带有反吹储气罐，振打力强，过滤效率高，自动清理过滤系统，保证良好畅通性；无需专人维护，简单、方便、可靠使其保证良好的上料效果，确保管道的畅通。

(5)所述的正压输料管道7末端与炉内喷枪13及直升烟道内喷枪15相连，脱硝工作过程中可以单开炉内喷枪13、直升烟道内喷枪15或双开炉内喷枪13及直升烟道内喷枪15；喷枪13、15在炉膛及直升烟道内应合理均匀无死角覆盖，确保脱硝剂与NO_X充分反应。

(6)所述3^#传感器16设置于烟囱23上方的排放口，直升烟道14内经脱硝后的废气再经过除尘及脱硫、脱除重金属后进入烟囱23，所述3^#传感器16检测烟囱23排气口NO_X浓度，最终达到达标排放的目的。

本系统脱硝率大于98％，排放浓度小于25mg/Nm³,远低于行业排放标准。

实施例2

以某再生铅冶炼行业为例，其氧化炉内2^#传感器12、3^#传感器16传输数据见表1，正压输料管道内1^#传感器9传输数据见表2。

表1氧化炉内2^#传感器12、3^#传感器16传输数据

表2正压输料管道1^#传感器9内信号传输数据

监测项目	压力(Mpa)	流速(m<sup>3</sup>/min)
			监测数据	0.4	7.3

2^#传感器12向运算及控制模块19传输炉膛内烟气温度、原始烟尘浓度、烟气流量、原始NO_X浓度、含氧量、CO瞬时浓度监测数据，3^#传感器16向运算及控制模块19传输排放口NO_X浓度，料位仪向运算及控制模块19反馈中间料仓4物料储存情况。运算及控制模块19接收到2^#、3^#传输信号及料位仪反馈信号并进行分析后，通过命令执行模块21控制吸料机2开启并通过管道向料包1进行自动吸料，本实施例中吸料机2吸料量为387.6kg/h。吸料机2将脱硝剂通过管道送到中间料仓4，在中间料仓4内安装有搅拌器3，防止中间料仓4部出现堵料现象。中间料仓4上部安装有孔板，截留大颗粒物料。

中间料仓4上部通过正压输料管道7与高压气泵10相连。运算及控制模块19通过分析2^#传感器12、3^#传感器16的传输数据，通过命令执行模块21通过控制高压气泵10在正压输料管道7内的压力流速控制上料量，并通过分析1^#传感器传输数据对管道内压力流速进行校正。所述的正压输料管道7内脱硝剂的输送量为42kg/h。正压输料管道7将脱硝剂均匀送入炉膛内喷枪系统。喷枪在炉膛内布置应均匀合理无死角覆盖，确保脱硝剂与NOx充分反应。系统脱硝效率为98.2％，排放口NOx浓度为24.6mg/L。所述的在正压输料管道7与高压气泵10之间安装有反吹电磁阀8，采用氮气对正压输料管道7进行吹扫，防止管道堵塞。

实施例3

以某再生铅冶炼行业为例，其还原炉内2^#传感器12、3^#传感器16传输数据见表3，正压输料管道内1^#传感器9传输数据见表4。

表3还原炉内2^#传感器12、3^#传感器16传输数据

表4正压输料管道内传感器传输数据

监测项目	压力(Mpa)	流速(m<sup>3</sup>/min)
			监测数据	0.4	6.3

2^#传感器12向运算及控制模块19传输炉膛内烟气温度、原始烟尘浓度、烟气流量、原始NO_X浓度、含氧量、CO瞬时浓度监测数据，3^#传感器16向运算及控制模块19传输排放口NO_X浓度，料位仪向运算及控制模块19反馈中间料仓4物料储存情况。运算及控制模块19接收到2^#、3^#传输信号及料位仪反馈信号并进行分析后，通过命令执行模块21控制吸料机2通过管道向料包1进行自动吸料，本实施例中吸料机2吸料量为357kg/h。吸料机2将脱硝剂通过管道送到中间料仓4，在中间料仓4内安装有搅拌器3，防止中间料仓4部出现堵料现象。中间料仓4上部安装有孔板，截留大颗粒物料。

中间料仓4上部通过正压输料管道7与高压气泵10相连。运算及控制模块19通过分析2^#传感器12、3^#传感器16的传输数据，通过命令执行模块21通过控制高压气泵10在正压输料管道7内的压力流速控制上料量，并通过分析1^#传感器传输数据对管道内压力流速进行校正。所述的正压输料管道7内脱硝剂的输送量为35kg/h。正压输料管道7将脱硝剂均匀送入炉膛内喷枪系统。喷枪在炉膛内布置应均匀合理无死角覆盖，确保脱硝剂与NOx充分反应。系统脱硝效率为98.11％，排放口NOx浓度为22.55mg/L。所述的在正压输料管道7与高压气泵10之间安装有反吹电磁阀8，采用氮气对正压输料管道7进行吹扫，防止管道堵塞。

Claims (4)

1.一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统，包括废气脱硝装置，智能控制单元；所述废气脱硝装置包括吸料机，中间料仓，直升烟道，炉膛，烟囱，所述直升烟道置于炉膛上方；其特征是：所述吸料机通过管道连接中间料仓，所述中间料仓上部连接有正压输料管道，所述中间料仓内设有搅拌器，孔板，所述搅拌器置于中间料仓下部，所述孔板置于中间料仓上部、正压输料管道下方；所述正压输料管道的末端连接高压气泵的一端，正压输料管道和高压气泵之间设置了反吹电磁阀，高压气泵的另一端连接有直升烟道内喷枪和炉内喷枪，所述直升烟道内喷枪置于直升烟道中，所述炉内喷枪置于炉膛内；

所述智能控制单元包括1^#传感器，2^#传感器，3^#传感器，料位仪，反馈模块，中控计算机，运算及控制模块，切断模块Ⅰ，命令执行模块，切断模块Ⅱ；所述1^#传感器为压力/流速检测仪器，所述2^#传感器为温度、流量、NO_X浓度、含氧量、CO浓度大气检测仪器，所述3^#传感器为NO_X浓度大气检测仪器；

所述1^#传感器，2^#传感器，3^#传感器均与运算及控制模块通讯连接，所述运算及控制模块通过以太网与中控计算机通讯连接，所述料位仪通过反馈模块与中控计算机相连；

所述料位仪置于中间料仓中，正压输料管道和孔板位置下方；所述1^#传感器设置于正压输料管道内，设置于反吹电磁阀和高压气泵之间；所述2^#传感器设置于炉膛内；所述3^#传感器设置于烟囱上方的排放口。

2.根据权利要求1所述的一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统，其特征是：所述搅拌器为锚式搅拌器或变频双层搅拌器。

3.根据权利要求1所述的一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统，其特征是：所述孔板设有孔径为φ0.1～0.5mm分布均匀的孔，孔隙率大于80%，材质为304不锈钢。

4.根据权利要求1所述的一种再生有色金属冶炼废气脱硝超低排放工艺系统，其特征是：所述直升烟道内喷枪或炉内喷枪布置为并联、串联或串并联任一种。

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