窑炉烟气除焦油、除尘、脱氟、脱硫、脱硝净化方法

窑炉烟气除焦油、除尘、脱氟、脱硫、脱硝净化方法

发明专利申请号2023112550694

    实用新型专利申请号202322626l91X

要:通过对窑炉烟气生产过程中各类型污染物的产生原因的分析，对窑炉烟气含氟含硫含尘及氮氧化物烟气的净化治理的方法和工艺进行介绍和探讨。

关键字: 窑炉，大气污染;含氟烟气;净化;治理；脱硫、脱硝、脱氟、除尘

技术领域

本发明涉及一种烟气净化技术领域，特别是马蹄焰玻璃窑炉生产微晶玉石过程中除焦油、除尘、脱氟、脱硫、脱硝净化的系统及方法。

背景技术

微晶玉石又称微晶玻璃、晶化石、玉晶石，马蹄焰玻璃窑炉生产微晶玉石过程中，经高温下的煅烧、熔融或化学反应过程,产生的烟气具有温度高（320±10℃）,污染成分多且复杂，粉尘性质特殊等特点,污染成分中氟化物(HF、SiF4及氟硅酸钠)初始排放浓度含量平均值为3500mg/Nm³，氮氧化物初始排放浓度含量平均值为2000mg/Nm³，粉尘初始排放浓度含量平均值为6300mg/Nm³,二氧化硫初始排放浓度含量平均值为2500mg/Nm³,烟气中焦油初始排放浓度平均值为250mg/Nm3。这些物质直接排放到大气中，将会造成大气污染，故在排放前需要将其进行净化。

传统净化工艺，如图1所示，其工艺流程为：电捕焦油器（电除尘ESP）+中高温SCR脱硝+脱硫脱氟+布袋除尘器+引风机+烟囱，其存在的问题是：

1、现有传统电捕焦油器的捕集效率对烟气温度的要求非常严格（常规使用温度：180℃—240℃范围），难以控制，致使焦油烟气净化效率不稳定，难以达到比较高的净化效率，同时电捕焦油器随着时间的延长，设备运行不稳定，同时存在着火灾等安全因素。烟气经过电除尘器除尘，除尘效率理想的情况下，其效果烟气尘含量通常在20-50mg/Nm3范围，长期运行因尘的问题必然影响后面SCR催化剂效率及催化剂的使用寿命，加大SCR催化剂磨损和催化剂堵塞及活性降低等问题，无法实现系统的长期稳定及达标排放运行。

2、中高温SCR脱硝应用反应温度：330℃—420℃范围，所以需对烟气进行升温处理，并使温度升至360℃以上，否则无法满足窑炉烟气中高温SCR脱硝工艺要求。

传统净化工艺，如图2所示，其工艺流程为：急冷塔+电捕焦油器（电除尘ESP）+低温SCR脱硝+脱硫脱氟+布袋除尘器+引风机+烟囱，其存在的问题是：低温SCR催化剂适用条件受限制，对窑炉烟气中SOX、HF、HCl等酸性物质以及碱金属及重金属含量要求比较低，本工艺对酸性物质、碱金属及重金属组分去除效果不佳，若不能较好的去除酸性组分、碱金属及重金属，则很容易造成催化剂活性降低，严重影响脱硝效果。

传统技术的一种或几种单元组合都无法满足马蹄焰玻璃窑炉生产微晶玉石过程中烟气同时除焦油、除尘、脱氟、脱硫、脱硝达标排放，为解决上述问题，本发明提出了一种窑炉烟气除焦油除尘脱氟脱硫脱硝净化的系统及方法。

发明内容

盐城海韵环境设计发明的目的是提供一种窑炉烟气除焦油除尘脱氟脱硫脱硝净化的系统及方法，为实现上述目的，本发明提供的一种窑炉烟气除焦油除尘脱氟脱硫脱硝净化的系统，包括（1）、烟气除焦油单元，（2）、预除尘单元，（3）、一级降温脱硫脱氟单元，（4）、二级多管文丘里脱硫脱氟单元（5）、布袋除尘单元，（6）、低温SCR脱硝单元，（7）、风机烟囱单元。

所述的烟气除焦油单元由烟气管道、文丘里管、钙粉加料口、循环氢氧化钙粉喷粉管道、钙粉输送动力装置组成；进风烟气管道从窑炉出口由髙到低向预除尘单元进口方向成一定角度倾斜；文丘里管设置在窑炉出口端,烟气管道下口端连接预除尘单元进口端。

所述的预除尘单元由多管陶瓷旋风除尘器构成，多管陶瓷旋风除尘器为现有常规技术，多管陶瓷旋风除尘器进风口处安装有陶瓷导向器，多管陶瓷旋风除尘器内安装有多个呈阶梯状的陶瓷旋风子，集尘箱设置于旋风子下方，集尘箱下部连接星型给料器。

所述的一级降温脱硫脱氟单元由全蒸发干式冷却塔、一级脱硫脱氟塔、VRI反应器、一级喷水降温增湿喷枪、全雾化泵站、消石灰计量输送装置组成；所述的全蒸发干式冷却塔底端为进气端，VRI反应器在全蒸发干式冷却塔和一级脱硫脱氟塔之间，一级喷水降温增湿喷枪安装在全蒸发干式冷却塔底端，且与全雾化泵站相连接，VRI反应器与一级脱硫脱氟塔构成第一级循环流化床，VRI反应器连接消石灰计量输送装置。

所述的二级多管文丘里脱硫脱氟单元由多管文丘里管、二级脱硫脱氟塔、二级调质喷枪组成；多管文丘里管连接一级脱硫脱氟塔和二级脱硫脱氟塔，二级脱硫脱氟塔的出气口连接布袋除尘单元，多管文丘里管与二级脱硫脱氟塔构成第二级循环流化床。

所述的布袋除尘单元包括：布袋除尘器、循环灰流量调节阀、外排灰气动阀；

布袋除尘器为一般常规的脉冲布袋除尘器。

所述布袋除尘器出口端与低温SCR脱硝设备进口端连接，低温SCR脱硝设备出口端设置有引风机，引风机出口端与烟囱入口端连接。

本发明提供了一种窑炉烟气除焦油除尘脱氟脱硫脱硝净化的方法，包括以下步骤：

A) 窑炉出口烟气在除焦油单元文丘里管反应器中以循环氢氧化钙粉与烟气充分混合并反应进行脱除焦油及一部分HF和SOx的一次吸附反应，反应温度为320±10℃，通过本单元可以实现将烟气中游离状态的焦油分子被高浓度循环氢氧化钙粉吸附变成颗粒状粉状物，反应后得到一级混合烟气；

B) 一级混合烟气进入预除尘单元中，烟气携带大量吸附有焦油的循环氢氧化钙粉包裹形成较粗颗粒及烟气中原有的粉尘粗颗粒通过多管陶瓷旋风除尘器陶瓷导向器，在陶瓷旋风子内部高速旋转，在离心力的作用下粉尘颗粒和气体分离，粗颗粒粉尘降落在多管陶瓷旋风除尘器底部集尘箱灰斗内，经星型给料器排出至副产物仓储存，作为修路基层物备用；经过预除尘单元烟气中粉尘总浓度降低65-85％，同时循环氢氧化钙粉在旋风子内部高速旋转时还进一步吸附烟气中一部分硫化物、氟化物，进行初步脱酸处理，此时脱酸效果明显，烟气中的硫化物和氟化物浓度降低明显，经预除尘单元反应后得到二级净化烟气；

C) 二级净化烟气进入一级降温脱硫脱氟单元，经一级喷水降温增湿喷枪降温保证烟气温度从320±10℃降温至220±10℃，新鲜氢氧化钙粉在压缩空气的作用下经过输粉管道

进入VRI反应器，新鲜氢氧化钙粉快速均匀喷洒与烟尘充分混合，降温后烟气在第一级循环流化床中被新鲜氢氧化钙粉快速均匀喷洒，新鲜氢氧化钙粉与烟尘充分混合且与烟尘中的SO2、SO3、SiF4、HF实现又一次吸附反应，反应温度为220±10℃，经过第一级循环流化床脱硫脱氟得到三级净化烟气；

D) 三级净化烟气再通过二级多管文丘里脱硫脱氟单元，加速进入二级脱硫脱氟塔内部，经过第二级循环流化床进一步脱硫脱氟，得到四级净化烟气，二级调质喷枪调节烟气温度，反应温度为190±10℃，实现第三次吸附反应；

E) 四级净化烟气进入布袋除尘单元，进行气固分离过滤，得到五级净化烟气；

F) 五级净化烟气进入低温SCR脱硝单元低温脱硝,完全洁净的烟气通过风机烟囱单元达标排放。

附图说明

图1为传统净化工艺图之一；

图2为传统净化工艺图之二；

图3为本发明的工艺图；

图4为本发明提供一种窑炉烟气除焦油除尘脱氟脱硫脱硝净化系统及方法的示意图。

具体实施方式

图4中：1、烟气除焦油单元，1-1、烟气管道，1-2、文丘里管，1-3、钙粉加料口，1-4、循环氢氧化钙粉喷粉管道，1-5、钙粉输送动力装置；2、预除尘单元，2-1、陶瓷旋风子，2-2、星型给料器；3、一级降温脱硫脱氟单元，3-1、全蒸发干式冷却塔，3-2、一级脱硫脱氟塔，3-3、VRI反应器，3-4、一级喷水降温增湿喷枪，3-5、全雾化泵站，3-6、消石灰计量输送装置；4、二级多管文丘里脱硫脱氟单元，4-1、多管文丘里管，4-2、二级调质喷枪，4-3、二级脱硫脱氟塔，5、布袋除尘单元，5-1、外排灰气动阀，5-2、循环灰流量调节阀，6、低温SCR脱硝单元，6-1、低温催化剂, 6-2、喷氨装置,6-3、低温催化剂外壳，7、风机烟囱单元。

本发明提供的一种窑炉烟气除焦油除尘脱氟脱硫脱硝净化的系统，包括

（一）、烟气除焦油单元：

所述的烟气除焦油单元1由烟气管道1-1、文丘里管1-2、钙粉加料口1-3、循环氢氧化钙粉喷粉管道1-4、钙粉输送动力装置1-5组成；且进风烟气管道1-1从窑炉出口由髙到低向预除尘单元（多管陶瓷旋风除尘器）进口方向成一定角度倾斜状态；文丘里管1-2设置在窑炉出口端,烟气管道下口端连接多管陶瓷旋风除尘器进口端；用布袋除尘单元未完全反应的氢氧化钙粉通过循环喷粉管道1-4返回文丘里管1-2来充分吸附烟气中的焦油，钙粉输送动力装置1-5作为输送动力保证循环氢氧化钙粉顺利输送到文丘里管混合装置中，喷入的循环氢氧化钙粉在文丘里管内被高温烟气（320±10℃）热激活，比表面积迅速增大，循环氢氧化钙粉颗粒发生爆米花效应的爆涨，体积增加，生成活性强的像海绵一样的多孔结构，具有高的反应活性和吸附活性，多孔结构的高活性循环氢氧化钙粉与烟气中的绝大部分焦油颗粒以及一部分酸性物质（SO2、HF等）发生快速、高效反应；循环氢氧化钙粉和烟气携带的物料形成激烈湍动的大比表面物料床层，吸附焦油烟，实现焦油烟的一级吸附，且吸附了焦油烟的物料，在高湍动的环境下，聚集凝并包裹形成较粗颗粒，有利于烟尘被后续的预除尘器脱除，循环氢氧化钙粉和烟气中焦油进行高湍动两者聚合在一起时，烟气中焦油与多孔性固体循环氢氧化钙粉接触，聚集凝并形成较粗颗粒,使污染物焦油吸附在循环氢氧化钙粉固体表面而从气流中分离出来，形成一级混合烟气；同时，循环氢氧化钙粉还吸附烟气中一部分二氧化硫、气态氟化物，进行初步脱酸处理, 此时脱酸效果明显，烟气中的硫化物和氟化物浓度明显降低，循环氢氧化钙粉的用量可以根据烟气量和烟气中焦油含量进行调整，以循环氢氧化钙粉全部包裹烟气中焦油为最终目的。

（二）、预除尘单元：

所述的预除尘单元2由多管陶瓷旋风除尘器构成，多管陶瓷除尘器为现有技术，多管陶瓷除尘器进风口处安装有陶瓷导向器，多管陶瓷除尘器内安装有多个呈阶梯状的陶瓷旋风子2-1，集尘箱设置于旋风子下方，集尘箱下部连接星型给料器2-2；一级混合烟气聚集包裹焦油粗颗粒循环氢氧化钙粉和脱硫脱氟附产物一起进入预除尘单元2，进入多管陶瓷除尘器初步除尘，不仅能去除绝大部分烟气中含被循环氢氧化钙粉包裹焦油的粉尘，而且将原烟气携带的物料含初始入口浓度粉尘降低65-75％，大大减轻后续工序布袋除尘器负荷又延长布袋使用寿命；循环氢氧化钙粉捕集了烟气中的焦油有害物后排出至副产物仓不参与循环，可对后端净化起到了防止焦油被新鲜氢氧化钙粉表面吸附，提高了新鲜氢氧化钙粉与烟气中硫化物和氟化物反应充分接触的机会，避免了新鲜氢氧化钙粉的浪费，星型给料器排出至副产物仓储存，该副产品非常适合做回填土、道路基础或建材物备用。

一级混合烟气进入预除尘单元2将烟气中的副产物及烟尘进行气固预分离，分离后的烟气得到二级净化烟气，二级净化烟气通过多管陶瓷旋风除尘器形成上升的旋流，再进入一级降温脱硫脱氟单元。

（三）、一级降温脱硫脱氟单元：

所述的一级降温脱硫脱氟单元3由全蒸发干式冷却塔3-1、一级脱硫脱氟塔3-2、VRI反应器3-3、一级喷水降温增湿喷枪3-4、全雾化泵站3-5、消石灰计量输送装置3-6组成,所述全蒸发干式冷却塔3-1底端为进气端，VRI反应器3-3位于全蒸发干式冷却塔3-1和一级脱硫脱氟塔3-2之间，一级喷水降温增湿喷枪3-4安装在全蒸发干式冷却塔3-1底端，且与全雾化泵站3-5相连接，VRI反应器3-3连接消石灰计量输送装置3-6，且与一级脱硫脱氟塔3-2构成第一级循环流化床；来自于预除尘单元的二级净化烟气经一级喷水降温增湿喷枪3-4降温，保证烟气温度从320±10℃降温至220±10℃，降温喷淋在全蒸发干式冷却塔3-1内进行，冷却水由全雾化泵站3-5驱动，经管道与压缩空气混合，由喷枪喷嘴喷出，烟气通过高压雾化喷枪喷出水珠小于80um的雾化水，全雾化泵站3-5提供的喷水量根据烟气温度进行自动控制（一级脱硫脱氟塔出口高温烟气温度降到设定温度220±10℃），全雾化泵站提供的喷淋水双流体雾化喷枪在下筒体全部蒸发，双流体雾化喷枪喷水量根据烟气量计算确定。

新鲜氢氧化钙粉料通过消石灰计量输送装置3-6均匀输送到VRI反应器3-3锥形喷射器内，在压缩空气的作用下经过输粉管道使新鲜氢氧化钙粉快速均匀喷洒与烟尘充分混合，锥形喷射器是上下圆锥体组成的，中部呈圆盘型，上圆锥体的周围均匀分布多个给料孔，新鲜氢氧化钙粉末从圆盘型给料喷嘴均匀快速喷出与烟尘中的烟气中SO2、SO3、SiF4、HF混合吸附，实现在第一级循环流化床脱硫脱氟，反应温度为220±10℃，二级净化烟气经过第一级循环流化床脱硫脱氟得到三级净化烟气；新鲜氢氧化钙粉的用量可以根据烟气 量和烟气中二氧化硫、氟化物的含量进行调整。

所述的消石灰计量输送装置包括：消石灰仓、插板阀、称重计量小仓、星型给料器、喷射泵、罗茨风机、 新鲜氢氧化钙粉输送管道、仓顶除尘器，喷射泵一端连接罗茨风机，另一端连接脱硫脱氟塔。

（四）、二级多管文丘里脱硫脱氟单元：

所述的二级多管文丘里脱硫脱氟单元4由多管文丘里管4-1、二级脱硫脱氟塔4-2、二级调质喷枪4-3组成，多管文丘里管4-1连接一级脱硫脱氟塔3-2和二级脱硫脱氟塔4-2，二级脱硫脱氟塔4-2的出气口连接布袋除尘单元5，多管文丘里管4-1与二级脱硫脱氟塔4-3构成第二级循环流化床；三级净化烟气经过多管文丘里管4-1时速度加快，并与很细的氢氧化钙粉料互相混合，由于氢氧化钙粉料的密度与烟气的密度相差较大，它们相互之间相对滑移速度很大，因此颗粒之间、烟气与颗粒之间有着剧烈的摩擦，对烟气中SO2的吸收反应十分有利，Ca(OH)2与烟气中SO2和绝大部分的SO3、HF等完成反应，生成的亚硫酸钙和氟化钙，进行第二级循环流化床脱硫脱氟，多管文丘里管4-1的结构形式使得烟气通过喉部时速度增加，产生高度紊流及气固混合，迫使氢氧化钙粉颗粒与烟气产生相对运动，增加氢氧化钙粉颗粒吸附SO3、HF反应的机会，保证氢氧化钙粉与烟气充分混合并反应，烟气从多管文丘里管4-1出来进入二级脱硫脱氟塔4-2内部速度瞬间衰减，细微粉尘弥漫于整个塔筒体内部，氢氧化钙粉料成为飘浮状，与烟气充分混合接触、反应、表面吸附，完成吸附反应，二级循环流化床主要集中悬浮那些细颗粒小的氢氧化钙粉料，质量较轻的氢氧化钙粉料通过二级增湿活化喷嘴喷出的水雾雾化水充分混合接触，提高吸收剂与烟气中SO2、SO3、SiF4、HF的反应活性，在第二级循环流化床内完成深度脱酸，此时脱酸效果显著提升，烟气中的硫化物和氟化物基本被脱除，三级净化烟气经过第二级循环流化床二次深度脱硫脱氟得到四级净化烟气。

通过调节二级调质喷枪4-3喷水量来控制二次脱硫脱氟的温度始终控制在190±10℃，使烟气湿度适当提高以增加灰粉粒径，利于后期净化处理，同时确保后续低温SCR脱硝单元低温催化剂反应温度，整个脱硫脱氟系统无废水产生，没有废水的治理和二次污染问题，所以整个脱硫脱氟系统无需特殊防腐措施，采用普通材料即可；且吸附的物料，在高湍动的环境下，聚集凝并形成较粗颗粒，有利于烟尘被后续的布袋除尘器脱除。

在脱硫脱氟塔内，Ca(OH)2与烟气中SO2、HF和几乎全部的SO3完成反应，主要化学反应方程式如下：

Ca(OH)2+SO2＝CaSO3·1/2H2O+1/2H2O；

Ca(OH)2+SO3＝CaSO4·1/2H2O+1/2H2O(主要反应)；

CaSO3·1/2H2O+1/2O2＝CaSO4·1/2H2O；

Ca(OH)2+2HF＝CaF2+2H2O(主要反应)；

脱硫脱氟具有两级循环流化床，提高新鲜氢氧化钙粉的分散程度及均匀性，提高脱硫脱氟效率；二级喷水增湿可及时给干燥的氢氧化钙粉补水增湿，避免一次喷水过多造成氢氧化钙粉粘结或粘壁等问题，通过调节二级喷水增湿喷枪喷水量来控制整个脱硫脱氟系统的出风口温度始终控制在180℃至200℃之间，以确保后续低温SCR脱硝单元低温催化剂反应温度。

（五）、布袋除尘单元：

所述的布袋除尘单元5包括：布袋除尘器5-1、循环灰流量调节阀5-2、外排灰气动阀5-3；布袋除尘器5-1为一般常规的脉冲布袋除尘器；四级净化烟气携带大量固体颗粒进入布袋除尘器5-1，烟气中固体颗粒在布袋除尘器中通过布袋分离出来进入灰斗，灰斗下部循环灰流量调节阀5-2连接布袋除尘器的出料口和烟气除焦油单元钙粉加料口，用于将布袋除尘器中未反应完全的氢氧化钙粉循环回收至除焦油单元返回烟气除焦油,未反应完的氢氧化钙粉从布袋除尘器灰斗下端通过输粉管道返回烟气除焦油单元重复利用，这部分循环物料与烟气中焦油和SOX、HF，进行一次初步吸附反应；布袋除尘器灰斗内过滤出来的固体剩余含吸附有害物的氢氧化钙副产物一部分通过外排灰气动阀5-3输送至灰仓库储存。

布袋除尘器滤袋上的粉饼层物料中还含有一定量的未反应完全的Ca(OH)2吸附剂，滤袋上的Ca(OH)2吸附剂及其产物形成过滤层和反应层，滤袋和过滤层一方面对烟气进行过滤除尘，另一方面继续脱除烟气中残余的SOX和HF，使烟气中的粉尘和残余的SOX、HF同时降低到很低水平，最后，经过除尘和脱硫脱氟后的净烟气排出布袋除尘器，得到五级净化烟气。

（六）、低温SCR脱硝单元：

所述低温SCR脱硝单元6由低温催化剂6-1,氨水喷射装置6-2,低温催化剂外壳6-3，烟气脱硝工艺采用选择性低温催化还原法(SCR)，采用氨水作为脱硝还原剂，温度为180℃至200℃五级净化烟气进入低温SCR脱硝设备，由氨水喷射装置6-2喷入烟气中的氨水进行充分混合后均匀进入，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成氮气和水，从而完成脱硝过程，低温SCR脱硝设备温度始终控制在180℃至200℃之间，可以低至180℃，采用后置低温SCR脱硝，前置除焦油除尘脱氟脱硫对催化剂具有保护作用，催化剂寿命高；其次采用低温SCR脱硝，设备占地小，运行费用相对传统中高温SCR脱硝大大降低。

低温SCR脱硝设备出口端连接风机烟囱单元，净化洁净烟气通过引风机出口端与烟囱排入大气。