一种炼锌尾气净化回收利用装置的制作方法

本实用新型涉及一种炼锌尾气净化回收利用装置，属于节能减排、环境保护领域。

背景技术：

锌矿主要以锌的硫化矿为多，硫化锌矿并伴随有其它金属硫化物如铅、镉、砷等重金属硫化物，在焙烧过程中形成了重金属氧化物。

焙砂（包括氧化锌粉、生石灰、石英石、焦炭等）进入密闭矿热炉内，电能经密闭矿热炉变压器、短网、石墨电极输入炉料中，由于炉料电阻将电能转换成热能，使之形成温度高达1250～1350℃的渣熔池，在熔池中的焙砂中的氧化锌被炭质还原剂还原成金属锌蒸汽，并生成CO，含锌蒸汽进入下一工序的冷凝器冷凝回收锌。炼锌电炉产生的炉气称为炼锌尾气，由于锌蒸气冷凝时易被CO₂气体氧化，故要求还原后的炉气中有高浓度的CO，因此，炼锌尾气具有高浓度CO气体。CO用途广泛，可作一碳化工产品原料，如氨合成气、甲醇、天然气等的原料。目前,尾气仅简单净化后作为初级燃料使用，多用于原料烘干，尾气利用率不到30%，大约80%的含能废气点天灯排放。

如果该尾气能够高效回收利用，并生产高附加值的化工产品，可使电炉炼锌成本进一步下降，电炉炼锌生产成本将低于湿法炼锌成本，使电炉炼锌进一步具备与湿法炼锌技术竞争的优势。另外，由于火法炼锌过程没有废水和危险固废排放，回收废气后对大气环境影响的问题解决后，电炉炼锌技术将属于更加绿色环保的炼锌技术，将进一步加快电炉炼锌技术的发展。

近年来，我国电炉炼锌技术有了重大突破；工艺技术不断完善；工艺装备不断改进；技术经济指标不断提高；设计、技术操作不断优化；采用电脑配料；主要技术经济指标如总收率达97.5～98%；直收率达90～95%，电耗达到3300～3500kwh/t；均大大超过了湿法炼锌的指标水平。经过近十多年的发展，电炉炼锌技术日趋成熟，逐步形成了具有我国特色的火法炼锌技术。随着我国电炉炼锌不断向着大型化、自动化、各项指标优化的方向发展和尾气资源利用技术的进步，可以断言，在我国电力资源和锌资源丰富的地区有着较大的发展潜力和良好的发展前景。

炼锌尾气所含杂质成分相当复杂，要净化炼锌尾气必须要对炼锌尾气所含的杂质要有透彻的了解才能对症下药：

（1）炼锌尾气中的气态杂质：H₂S、HCN、HF、COS等；

（2）炼锌尾气中的固态物质以粉尘形式随气体带出，粉尘中主要为ZnO（氧化锌）、ZnO·Fe₂O₃（铁酸锌）、ZnO·SiO₂（硅酸锌），ZnO·Al₂O₃（铝酸锌）、ZnSO₄（硫酸锌）、ZnS（硫化锌）、Fe₂O₃（三氧化二铁）、Fe₃O₄（四氧化三铁）、PbO（氧化铅）、CuO（氧化铜）CdO(氧化镉)、As₂O₃（三氧化二砷）、Sb₂O₅（五氧化二锑）Ag₂O（氧化银）、SiO₂（二氧化硅）、Al₂O₃等等。

（3）产品锌被炼锌尾气带出，锌蒸气虽经冷凝和三级文丘里洗涤，锌蒸气和锌液滴雾仍然随炼锌尾气被带出，被带出的锌蒸气和锌液滴雾危害很大，在输送过程中，逐渐沉积在风机的叶轮上或管道壁上，且积壳很硬难处理，给正常运行造成麻烦，且不被人们所注意。

炼锌企业针对炼锌尾气通常采用烟囱放散或者简单干法除尘后烧掉，即便采用收集净化的方法在输送中锌也经常沉积在风机的叶轮上或管道壁上，出现管道、风机堵塞而不能正常处理，目前还没有任何有效的装置能够深度处理炼锌尾气。

技术实现要素：

针对锌蒸气和锌液雾滴在常温下很稳定但会沉积难以用物理方法去除，及尾气中含有H₂S、HCN、HF、COS、铅、镉、砷等杂质的情况，本实用新型提供了一种炼锌尾气净化回收利用装置，该装置是将炼锌尾气中的金属锌、金属氧化物和酸性气体同步脱除，实现资源综合利用之目的；对合理使用资源、节能减排，实现低碳经济，变废为宝具有十分重要的现实意义。

本实用新型装置包括缓冲罐、3个文丘里洗涤器、除雾器、均压罐、鼓风机、止逆水封，缓冲罐与3个串联的文丘里洗涤器连接，第三个文丘里洗涤器通过阀门与除雾器连接，除雾器通过均压罐、阀门与鼓风机连接，鼓风机通过阀门与止逆水封，缓冲罐连接至炼锌电炉上，除雾器、均压罐、止逆水封上设置有水封，止逆水封上设置有排气口，第三个文丘里洗涤器上设置有排气阀，在均压罐上设置有常规压力控制系统。

本实用新型装置还包括尾气再处理系统，该系统包括加压机、一级洗涤塔、二级洗涤塔、循环槽Ⅰ、循环槽Ⅱ、压滤机Ⅰ、氨水中间槽、氨水高位槽、氨水蒸馏柱、副柱、调浆槽、冷凝冷却器、氨水槽、沉淀槽压滤机Ⅱ、漂白器、漂白液槽；加压机与一级洗涤塔下部连通，循环槽Ⅰ通过循环泵Ⅰ与一级洗涤塔上部的喷头连通，且一级洗涤塔底部连通至循环槽Ⅰ内，循环槽Ⅰ与循环槽Ⅱ上部连通；一级洗涤塔顶部与二级洗涤塔下部连通，循环槽Ⅱ通过循环泵Ⅱ连通至二级洗涤塔上部的分布器上，二级洗涤塔底部连通至循环槽Ⅱ内，二级洗涤塔顶部设置有尾气排放口；循环槽Ⅰ和循环槽Ⅱ底部通过过滤泵Ⅰ与压滤机Ⅰ连接，压滤机Ⅰ与氨水中间槽连接，氨水中间槽通过泵Ⅰ与氨水高位槽连接，氨水高位槽连通至氨水蒸馏柱上部，氨水蒸馏柱下部与副柱连接，副柱顶部与氨水蒸馏柱连通，氨水蒸馏柱和副柱底部与蒸汽管连接，调浆槽通过泵Ⅱ与氨水蒸馏柱下部连通，氨水蒸馏柱和副柱底部与沉淀槽连通，沉淀槽通过过滤泵Ⅱ与压滤机Ⅱ连接，压滤机Ⅱ与沉淀槽连接，氨水蒸馏柱顶部通过管道与冷凝冷却器连接，冷凝冷却器通过氨水槽与循环槽Ⅱ连接，氨水槽通过抽风机与漂白器下部连接，漂白液槽通过泵Ⅲ与漂白器上部连接，漂白器底部连接至漂白液槽内，漂白器顶部设置有氮气排放口，加压机连接至止逆水封的排气口上。

所述一级洗涤塔为空塔。

所述二级洗涤塔为填料塔，填料为常规的用于增大气-液的接触面惰性填料，洗涤塔上部的分布器设置在填料上方；二级洗涤塔顶部设置有除雾填料层，并位于分布器上方。

所述除雾填料层采用的除雾填料为是钢丝网填料、PP材料或不锈钢丝网填料。

所述用于增大气-液的接触面惰性填料为共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料、格栅填料、波纹填料或脉冲填料。

所述沉淀槽内装有斜板填料。

所述压滤机Ⅰ和压滤机Ⅱ为板框压滤机。

所述一级洗涤塔上部的喷头为旋流喷头。

所述止逆水封是常规水封，其是能防止气体进入的水封。

所述压力控制系统为常规生产上采用的控制系统；在许多生产过程中，保持恒定的压力或一定的真空度常是正常生产的必要条件；根据不同应用场合，压力控制可采用不同的方式；例如采用压力控制系统，压力控制系统的结构是闭环的，由压力传感器、压力控制器和被控对象组成，采用常规方法控制。

本实用新型装置使用时，炼锌尾气从炼锌电炉抽出，经缓冲罐依次进入三个文丘里洗涤器进行三级处理回收锌，第三级文丘里洗涤器处理后尾气经除雾器分离水雾后进入均压罐，均压罐上设置有常规压力控制系统，保证炼锌电炉顶压力为0～800Pa，均压罐中气体经鼓风机加压至10kPa，然后经止逆水封送往燃烧炉燃烧供热。

本装置尾气再处理时，止逆水封输出的尾气由加压机从止逆水封抽出并加压至1500～8000Pa，进入一级洗涤塔的底部，洗涤液Ⅱ从循环槽Ⅰ由循环泵Ⅰ抽出并加压，送往一级洗涤塔顶部用喷头喷成雾状，止逆水封输出的尾气与洗涤液Ⅱ充分接触进行第一次脱硫，洗涤后的溶液进入循环槽Ⅰ4中；一级脱硫后的尾气进入二级洗涤塔的底部，洗涤液Ⅰ从循环槽Ⅱ由循环泵Ⅱ抽出并加压，送往二级洗涤塔顶部的分布器均压地分布在填料表面上，一级脱硫后的尾气与洗涤液Ⅰ充分接触进行第二次脱硫，洗涤后的溶液进入循环槽Ⅱ中，循环槽Ⅱ中溶液自动流入循环槽Ⅰ中作为洗涤液Ⅱ，净化后尾气除雾后回收利用，或除雾后进一步送往尾气精炼工序，进一步脱除尾气中的微量CS₂和COS，回收利用；循环槽Ⅰ和循环槽Ⅱ底部沉积的沉淀物通过过滤泵Ⅰ抽出并加压送往压滤机Ⅰ进行过滤，过滤后的清液进入氨水中间槽内，氨水中间槽内液体由泵Ⅰ抽出送往氨水高位槽内，再由氨水高位槽流入氨水蒸馏柱上部，氨水蒸馏柱底部通入蒸汽加热；氧化锌粉在调浆槽中调成20%-25%的质量浓度，由泵Ⅱ送往氨水蒸馏柱底部与氨水蒸馏柱上部下来的溶液混合进行中和再生，反应后含有未分解固定铵的溶液进入副柱内用蒸汽加热分解，反应完全的产物（硫化锌）由氨水蒸馏柱和副柱底部排出进入沉淀槽内；沉淀槽底部沉淀用过滤泵Ⅱ加压送往压滤机Ⅱ进行过滤，过滤后的清液返回到沉淀槽内，滤饼送往原料堆场与原料混合使用；氨水蒸馏柱和副柱产生的HCN、NH₃和水蒸汽进入冷凝冷却器用冷却水进行冷却，冷却后的氨水进入氨水槽内，氨水槽内溶液返回至循环槽Ⅱ内作为洗涤液Ⅰ循环使用；HCN气体用抽风机从氨水槽顶部抽出，用空气稀释后进入漂白器内，与漂白器顶部下来的漂白液（漂白液为次氯酸钠或漂白粉，有效氯浓度为质量浓度5%-10%。）接触，发生反应分解成无害的氮气由漂白器顶部排出，漂白液由漂白器底部进入漂白液槽内，由泵Ⅲ送往漂白器顶部循环使用。

止逆水封输出的尾气首次在一级洗涤塔和二级洗涤塔中洗涤时洗涤液Ⅱ和洗涤液Ⅰ均为质量浓度0.2～0.3%的氨水溶液；后续处理中氨水从氨水槽进入循环槽Ⅱ作为后续的洗涤液Ⅰ，再由循环槽Ⅱ进入循环槽Ⅰ作为洗涤液Ⅱ，循环使用；

本装置的特点是：（1）炼锌尾气净化脱除了有害的重金属，消除了因燃烧随烟气排出的重金属，消除了环境污染；（2）炼锌尾气净化回收了高浓度的CO，CO用途广泛，使其成为合成气的原料气，就有资源开展综合利用，对合理使用资源、节能减排，实现低碳经济，变废为宝具有十分重要的现实意义；（3）经济效益显著；（4）节能减排效果显著。

净化后的尾气含高浓度CO可作为原料气体或燃料气体。

本实用新型的优点及效果：

1、炼锌尾气净化脱除了有害的重金属，消除了因燃烧随烟气排出的重金属，消除了环境污染；

2、炼锌尾气净化回收了高浓度的CO，CO用途广泛，使其成为合成气的原料气，就有资源开展综合利用，对合理使用资源、节能减排，实现低碳经济，变废为宝具有十分重要的现实意义；

3、经济效益显著，炼锌尾气热值高达13103 kJ/Nm³，比空气煤气高一倍还多，属中热值气体燃料，可以作为燃料用，用于本企业的热能，可以省掉一个煤气厂；如用于生产合成氨，20000m³/h炼锌尾气可生产合成氨：20000/3000=6.66 TNH₃/h，每年可生产合成氨：5.3 吨/年，合成氨市场价每吨2500元计算，年产值2500×5.3万= 13250万元；

4、节能减排效果显著，一个年产5万吨的精锌企业，每年回收炼锌尾气 1.11880万m³；每年节约标煤：Tce =5.311万吨； 年减排CO₂: 5.14万吨，节能减排效果显著。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型尾气再处理系统的结构示意图；

图中：1-加压机；2-一级洗涤塔；3-二级洗涤塔；4-循环槽Ⅰ；5-循环槽Ⅱ；6-循环泵Ⅰ；7-循环泵Ⅱ；8-过滤泵Ⅰ；9-压滤机Ⅰ；10-氨水中间槽；11-泵Ⅰ；12-氨水高位槽；13-氨水蒸馏柱；14-副柱；15-调浆槽；16-泵Ⅱ；17-冷凝冷却器；18-氨水槽；19-沉淀槽；20-过滤泵Ⅱ；21-压滤机Ⅱ；22-抽风机；23-漂白器；24-漂白液槽；25-泵Ⅲ；26-炼锌电炉；27-缓冲罐；28-文丘里洗涤器；29-除雾器；30-均压罐；31-鼓风机；32-止逆水封；33-水封；34-尾气排放口；35-氮气排放口；36-蒸汽管。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型保护范围不局限于所述内容。

实施例1：如图1所述，包括缓冲罐27、3个文丘里洗涤器28、除雾器29、均压罐30、鼓风机31、止逆水封32，缓冲罐27与3个串联的文丘里洗涤器28连接，第三个文丘里洗涤器通过阀门与除雾器29连接，除雾器29通过均压罐30、阀门与鼓风机31连接，鼓风机31通过阀门与止逆水封32，缓冲罐27连接至炼锌电炉26上，除雾器29、均压罐30、止逆水封32上设置有水封33，止逆水封32上设置有排气口，第三个文丘里洗涤器上设置有排气阀，在均压罐30上设置有常规压力控制系统。

使用时，炼锌尾气从炼锌电炉26抽出，经缓冲罐27依次进入三个文丘里洗涤器28进行三级处理回收锌，第三级文丘里洗涤器处理后尾气经除雾器29分离水雾后进入均压罐30，均压罐上设置有常规压力控制系统，保证炼锌电炉顶压力为300Pa，均压罐中气体经鼓风机31加压至10kPa，然后经止逆水封32的排气口送往燃烧炉燃烧供热，其中除雾器、均压罐、经止逆水封上设置有水封33；经处理后气体中锌回收率为98%，处理后烟气中CO含量为97%。

实施例2：本炼锌尾气净化回收利用装置包括缓冲罐27、3个文丘里洗涤器28、除雾器29、均压罐30、鼓风机31、止逆水封32、尾气再处理系统；缓冲罐27与3个串联的文丘里洗涤器28连接，第三个文丘里洗涤器通过阀门与除雾器29连接，除雾器29通过均压罐30、阀门与鼓风机31连接，鼓风机31通过阀门与止逆水封32，缓冲罐27连接至炼锌电炉26上，除雾器29、均压罐30、止逆水封32上设置有水封33，止逆水封32上设置有排气口，第三个文丘里洗涤器上设置有排气阀，在均压罐30上设置有常规压力控制系统，止逆水封32上的排气口与尾气再处理系统连接；

尾气再处理系统包括加压机1、一级洗涤塔2、二级洗涤塔3、循环槽Ⅰ4、循环槽Ⅱ5、压滤机Ⅰ9、氨水中间槽10、氨水高位槽12、氨水蒸馏柱13、副柱14、调浆槽15、冷凝冷却器17、氨水槽18、沉淀槽19、压滤机Ⅱ21、漂白器23、漂白液槽24；加压机1与一级洗涤塔2下部连通，循环槽Ⅰ4通过循环泵Ⅰ6与一级洗涤塔2上部的旋流喷头连通，且一级洗涤塔2底部连通至循环槽Ⅰ4内，循环槽Ⅰ4与循环槽Ⅱ5上部连通；一级洗涤塔2顶部与二级洗涤塔3下部连通，循环槽Ⅱ5通过循环泵Ⅱ7连通至二级洗涤塔3上部的分布器上，二级洗涤塔3底部连通至循环槽Ⅱ5内，二级洗涤塔3顶部设置有尾气排放口34；循环槽Ⅰ4和循环槽Ⅱ5底部通过过滤泵Ⅰ8与压滤机Ⅰ9连接，压滤机Ⅰ9与氨水中间槽10连接，氨水中间槽10通过泵Ⅰ11与氨水高位槽12连接，氨水高位槽12连通至氨水蒸馏柱13上部，氨水蒸馏柱13下部与副柱14连通，副柱14顶部与氨水蒸馏柱13连通，氨水蒸馏柱13和副柱14底部与蒸汽管36连接，调浆槽15通过泵Ⅱ16与氨水蒸馏柱13下部连通，氨水蒸馏柱13和副柱底部与沉淀槽19连通，沉淀槽19通过过滤泵Ⅱ20与压滤机Ⅱ21连接，压滤机Ⅱ21与沉淀槽19连接；氨水蒸馏柱13顶部通过管道与冷凝冷却器17连接，冷凝冷却器17通过氨水槽18与循环槽Ⅱ5连接，氨水槽18通过抽风机22与漂白器23下部连接，漂白液槽24通过泵Ⅲ25与漂白器23上部连接，漂白器23底部连接至漂白液槽24内，漂白器23顶部设置有氮气排放口35，加压机1连接至止逆水封32的排气口上；其中一级洗涤塔2为空塔，二级洗涤塔为填料塔，填料为常规的用于增大气-液接触面的共轭环填料，洗涤塔3上部的分布器设置在填料上方；二级洗涤塔顶部设置有除雾填料层（填料为钢丝网填料），并位于分布器上方；沉淀槽19内装有斜板填料；压滤机Ⅰ9和压滤机Ⅱ21为板框压滤机；

使用时，炼锌尾气从炼锌电炉26抽出，经缓冲罐27依次进入三个文丘里洗涤器28进行三级处理回收锌，第三级文丘里洗涤器处理后尾气经除雾器29分离水雾后进入均压罐30，均压罐上设置有常规压力控制系统，保证炼锌电炉顶压力为300Pa，均压罐中气体经鼓风机31加压至10kPa，然后经止逆水封32送往尾气再处理系统；

在尾气再处理系统中，止逆水封输出的尾气（9000m³/h）由加压机1从止逆水封32的排气口抽出并加压至2000Pa，进入一级洗涤塔2（空塔）的底部，洗涤液Ⅱ质量浓度0.2%的氨水溶液从循环槽Ⅰ4由循环泵Ⅰ6抽出并加压，送往一级洗涤塔2顶部用旋流喷头喷成雾状，止逆水封输出的尾气与洗涤液Ⅱ充分接触进行第一次脱硫，洗涤后的溶液进入循环槽Ⅰ4中；一级脱硫后的尾气进入二级洗涤塔3的底部，洗涤液Ⅰ质量浓度0.2%的氨水溶液从循环槽Ⅱ5由循环泵Ⅱ7抽出并加压至2000Pa，送往二级洗涤塔上部的分布器均压地分布在填料表面上（二级洗涤塔为填料塔，填料为共轭环填料），一级脱硫后的尾气与洗涤液Ⅰ充分接触进行第二次脱硫，洗涤后的溶液进入循环槽Ⅱ5中，循环槽Ⅱ5中溶液自动流入循环槽Ⅰ4中作为洗涤液Ⅱ，净化后的尾气H₂S含量小于50mg/m³，通过二级洗涤塔顶部的除雾填料层（填料为钢丝网填料）除雾后由尾气排放口34送往锌精炼车间作燃料用；循环槽Ⅰ4和循环槽Ⅱ5底部沉积的沉淀物通过过滤泵Ⅰ8抽出并加压送往板框压滤机Ⅰ9进行过滤，过滤后的清液进入氨水中间槽10内，氨水中间槽10内液体由泵Ⅰ11抽出送往氨水高位槽12内，再由氨水高位槽12流入氨水蒸馏柱13上部；氨水蒸馏柱13底部由蒸汽管36通入蒸汽加热，目的是先将挥发氨蒸出，不挥发的固定铵进入氨水蒸馏柱底；氧化锌粉在调浆槽15中调成20%的质量浓度，由泵Ⅱ16送往氨水蒸馏柱底部与氨水蒸馏柱上部下来的溶液混合进行中和再生，同时进行硫化铵和硫化氢铵的分解反应，反应后含有未分解固定铵的溶液进入副柱14内由蒸汽管36通入蒸汽加热分解，反应完全的产物由氨水蒸馏柱和副柱底部排出进入沉淀槽19内，沉淀槽19装有斜板填料；沉淀槽19底部沉淀的硫化锌用过滤泵Ⅱ20加压送往板框压滤机Ⅱ21进行过滤，过滤后的清液返回到沉淀槽19内，滤饼送往原料堆场与原料混合使用；氨水蒸馏柱13和副柱14产生的HCN、NH₃和水蒸汽进入冷凝冷却器17用冷却水进行冷却，冷却后的氨水进入氨水槽18内，氨水槽18内溶液返回至循环槽Ⅱ5内作为洗涤液Ⅰ循环使用；HCN气体用抽风机22从氨水槽顶部抽出，用空气稀释后进入漂白器23内，与漂白器顶部下来的漂白液（次氯酸钠溶液，有效氯浓度为质量浓度8%）接触，发生反应分解成无害的氮气由漂白器顶部氮气排放口35排出，漂白液由漂白器底部进入漂白液槽24内，由泵Ⅲ25送往漂白器顶部循环使用。

实施例3：本实施例装置结构同实施例2，不同在于二级洗涤塔为填料塔，填料为波纹填料，除雾填料层的填料为PP材料，使用中漂白液为漂白粉溶液，有效氯浓度为质量浓度5%。