一种焦炉烟气综合治理系统的制作方法

本发明涉及焦炉烟道气处理技术领域，具体涉及一种焦炉烟气综合治理系统。

背景技术：

近年来，我国大气污染日益严重PM2.5/PM10污染、雾霾天气已成为大家关注的焦点。新《环保法》的施行，“按日处罚、上不封顶”，环保执法力度将空前加大！国家对环境保护的要求进一步提高。作为污染排放大户，焦化行业的环境问题一直备受关注。按照国家《炼焦化学工业污染物排放标准》分步实施的管理要求，从2015年1月1日起，焦化行业开始执行新的污染物排放浓度限值要求。在经过两年过渡期之后，现有焦化企业从2017年1月1日起开始执行更严格的污染物排放限值要求，即焦炉烟气中二氧化硫排放30毫克/标准立方米，氮氧化物排放150毫克/标准立方米，颗粒物排放15毫克/标准立方米。

目前焦化行业还没有一种经济、可靠的脱硫脱硝工艺应用于生产实际中，开发一种针对焦炉烟道废气的脱硫脱硝及热回收和副产物回收利用的装置已十分必要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种焦炉烟气综合治理系统，焦炉尾气在经过所述焦炉烟气综合治理系统以后能达到GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》表六的排放标准，同时整个系统的产出所得大于设备运行费用，而且无任何‘三废’产生，创造了良好的经济效益及社会效益。

本发明所采用的技术方案如下：

一种焦炉烟气综合治理系统，包括电源系统、双氧水储罐、氨水储罐、工艺水储罐、余热蒸汽锅炉、风机系统和脱硫脱硝系统；所述脱硫脱硝系统由一级脱硝反应器、脱硫塔和二级脱硝反应器组成；所述余热蒸汽锅炉、所述风机系统、所述一级脱硝反应器、所述脱硫塔和所述二级脱硝反应器依次连接；

所述一级脱硝反应器与所述双氧水储罐相连且内部设有涡旋反应器，所述一级脱硝反应器通过流道与所述脱硫塔底部连接，所述流道为倒U型流道且流道横截面逐渐缩小；

所述脱硫塔的顶部一侧分别连接所述双氧水储罐和所述氨水储罐；所述脱硫塔内由下至上设有填料缓冲层和丝网除雾器；所述脱硫塔的底部和顶部通过循环泵连接；

所述二级脱硝反应器位于所述脱硫塔上方，所述二级脱硝反应器内设有管束除尘除雾装置和碱液喷嘴，所述碱液喷嘴与所述工艺水储罐连接，所述工艺水储罐储存有焦化系统产生的废氨水。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进：

可选的，所述填料缓冲层共有两层且间隔设置于所述脱硫塔内，所述填料缓冲层包括填料和支承板，所述填料以乱堆或整砌的方式放置在所述支承板上。所述脱硫塔内还设有涡旋气体分布器，所述涡旋气体分布器位于所述填料缓冲层下方。

可选的，所述管束除尘除雾装置内设有导流环板和冲洗装置，还设有从上至下的第一涡流叶扇、第二涡流叶扇和第三涡流叶扇，所述导流环板位于第二涡流叶扇和第三涡流叶扇之间；所述管束除尘除雾装置一侧设有烟气出口，所述烟气出口处设有挡水板。

可选的，所述一级脱硝反应器底部通过脱硫计量泵连接所述循环泵；所述脱硫塔塔底通过喷流支管连接用于副产物回收的稀酸储罐。

可选的，还包括副产物处理系统，所述副产物处理系统包括依次连接的硫氨反应器、蒸发系统和用于固液分离，脱水的分离装置；所述硫氨反应器分别与所述稀酸储罐和所述氨水储罐连接，蒸发系统与所述余热蒸汽锅炉的蒸汽出口连接并通过蒸汽用于加热。

其中，所述蒸发系统包括蒸汽加热器，蒸发分离室，冷凝器和蒸发循环泵；所述蒸发分离室分别连接所述硫氨反应器和所述冷凝器，所述蒸发循环泵分别连接所述蒸发分离室和所述蒸汽加热器。其中，所述分离装置包括依次连接的旋流器给料泵，旋流器和离心机，所述旋流器给料泵与所述蒸发分离装置连接。

可选的，还包括具备全自动启动功能的备用电源系统和备用风机，所述备用电源系统与整个所述焦炉烟气综合治理系统连接，所述备用风机设有备用电源。

可选的，还包括对所述焦炉烟气综合治理系统进行监视和操作的DCS控制系统。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：

(1)本发明的脱硫脱硝系统由一级脱硝反应器、脱硫塔和二级脱硝反应器组成，整个脱硫脱硝系统通过合理的连接关系及内部特殊的结构设计使得焦炉尾气在通过后能达到GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》表六的排放标准，即焦炉烟气中二氧化硫排放30毫克/标准立方米，氮氧化物排放150毫克/标准立方米，颗粒物排放15毫克/标准立方米。

(2)本发明整个投资在20元/吨焦左右，由于综合利用了余热蒸汽锅炉的热能和脱硫脱硝系统的副产物产出可供工业使用的蒸汽和硝硫铵复合盐，硝硫铵复合盐为高氮复合肥可以出售，使得该系统的产出所得大于设备运行费用，同时整个过程无任何‘三废’产生，创造了良好的经济效益及社会效益。

附图说明

图1为所述焦炉烟气综合治理系统的结构示意图；

图2为所述管束除尘除雾装置的结构示意图；

1-余热蒸汽锅炉，2-风机系统，3-电源系统，4-一级脱硝反应器，41-流道，5-脱硫塔，51-填料缓冲层，52-丝网除雾器，54-脱硫计量泵，55-循环泵，6-二级脱硝反应器，61-碱液喷嘴，62-管束除尘除雾装置，621-第一涡流叶扇，622-第二涡流叶扇，623-第三涡流叶扇，624-冲洗装置，625-导流环板，7-喷流支管，8-氨水储罐，9-双氧水储罐，10-稀酸储罐，11-硫氨反应器，12-蒸汽加热器，13-蒸发分离室，14-蒸发循环泵，15-冷凝器，16-旋流器给料泵，17-旋流器，18-离心机，19-真空泵，20-热水槽，21-热水泵，22-备用电源系统，23-工艺水储罐。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据权利要求书和下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例

一种焦炉烟气综合治理系统，如图1-2所示，包括电源系统3、双氧水储罐9、氨水储罐8、工艺水储罐23、余热蒸汽锅炉1、风机系统2和脱硫脱硝系统；所述脱硫脱硝系统由一级脱硝反应器4、脱硫塔5和二级脱硝反应器6组成；所述余热蒸汽锅炉1、所述风机系统2、所述一级脱硝反应器4、所述脱硫塔5和所述二级脱硝反应器6依次连接。

在余热蒸汽锅炉1中，焦炉烟道气经过余热蒸汽锅炉1与水进行热传递降低温度，降温后的所述焦炉烟道气满足后续脱硫脱硝系统入口烟温的要求。

其中，所述风机系统2采用增压风机变频控制以确保产生的风压能满足所述焦炉烟气综合治理系统的情况下保持微负压确保安全生产。所述工艺水储罐23储存有焦化系统产生的废氨水，双氧水储罐99储存有27.5wt％的双氧水。

在一优选方案中，所述一级脱硝反应器4与所述双氧水储罐9相连且内部设有涡旋反应器(未图示)，所述一级脱硝反应器4通过流道41与所述脱硫塔5底部连接，所述流道41为倒U型流道41且流道41横截面逐渐缩小。

在一级脱硝反应器4中，所述涡旋反应器将经过的所述焦炉烟道气分割成几十股高速旋转流动的气流并送入所述流道41与双氧水反应，这些气流迅速将液相分散打碎，并充分混合，形成强力气动搅拌，气液两相形成泡沫层，使气液两相的比表面积膨胀到最大。在泡沫层中气液两相进行非常彻底和快速的传质，双氧水催化形成的羟自由基·OH和烟气中NOx得到充分反应。从而使所述焦炉烟道气中大部分的氮氧化合物脱去并从所述流道41进入所述脱硫塔5，同时生成含硝酸和双氧水的一级脱硝副产物随自重回落到所述一级脱硝反应器4底部。由于所述流道41为U型流道41且流道41截面积逐渐缩小，由于所述流道41的限制，所述焦炉烟道气的由原来的垂直流动变为水平旋转流动，同时由于所述流道41的流道41截面积逐渐缩小，所述焦炉烟道气流速增大，从而促进所述焦炉烟道气与所述双氧水的反应。

在一优选方案中，所述脱硫塔5的顶部一侧连接分别连接所述双氧水储罐9和氨水储罐8；使得所述焦炉烟道气从下而上运动，所述双氧水从上而下运动。由于双氧水在碱性环境中更容易得到羟基自由基，氨水储罐8提供的氨水充分催化双氧水得到更多的羟基自由基。所述脱硫塔5内由下至上设有填料缓冲层51和丝网除雾器52；所述脱硫塔5的底部和顶部通过循环泵55连接；使得脱硫反应循环，充分反应。

其中，所述填料缓冲层51共有两层且间隔设置于所述脱硫塔5内，所述填料缓冲层51包括填料和支承板，所述填料以乱堆或整砌的方式放置在所述支承板上。所述脱硫塔5内还设有涡旋气体分布器(未图示)，所述涡旋气体分布器位于所述填料缓冲层51下方。

所述填料缓冲层51用以减缓所述焦炉烟道气和所述双氧水的运动速度并作为气液两相间接触构件的传质设备，使得所述焦炉烟道气在所述填料表面上与相遇的所述双氧水的充分反应，从而所述焦炉烟道气中大部分SO₂被脱去并进入二级脱硝反应器6，同时生成的含硫酸和双氧水的脱硫副产物随自重回落到所述脱硫塔5底部。丝网除雾器52用来截留所述焦炉烟道气中微小液滴。

所述脱硫塔5内的涡旋气体分布器实现所述焦炉烟道气在所述脱硫塔5中的均匀分布。所述填料缓冲层51共有两层能在排放指标提高时投入使用，确保脱硫效率能满足最新国家标准及日后更严格的排放标准。

在一优选方案中，由于双氧水在碱性环境中更容易得到羟自由基，充分催化双氧水得到更多的羟自由基，所述二级脱硝反应器6内增设碱液喷嘴61，碱液喷嘴61与储存有焦化系统产生的废氨水的工艺水储罐23相连。

所述二级脱硝反应器6内设有管束除尘除雾装置62且位于所述脱硫塔5上方。束除尘除雾装置将脱销反应完后的所述焦炉烟道气中的微量粉尘及酸雾截留并使所述酸雾中的双氧水再次参与脱硝反应。其中，所述管束除尘除雾装置62内设有导流环板625和冲洗装置624，还设有从上至下的第一涡流叶扇621、第二涡流叶扇622和第三涡流叶扇623，所述导流环板625位于第二涡流叶扇622和第三涡流叶扇623之间；所述管束除尘除雾装置62一侧设有烟气出口(未图示)，所述烟气出口处设有挡水板(未图示)。

由于涡流叶扇的导向作用而使烟气旋转上升，在涡流叶扇的离心力的作用下，雾滴与粉尘向管壁运动，在运动过程发生中相互碰撞并凝聚成较大的液滴，液滴被甩向筒体内壁表面，与壁面附着的液滴层接触后一同落入二级脱硝反应器6，实现除尘与除雾。所述涡流叶扇有三层，加强除尘与除雾效果。导流环板625用来提高所述焦炉烟道气的运动速度，加强除尘与除雾效果。烟气出口用于经过脱硫脱硝和除尘除雾处理的所述焦炉烟道气排放。挡水板用来阻止雾滴逃逸。

在整个脱硫脱硝系统中，所述一级脱硝反应器4底部通过脱硫计量泵54连接所述循环泵55；从而使得所述一级脱硝副产物和所述脱硫副产物中的双氧水通过所述循环泵55参与所述脱硫塔5的脱硫反应，可以对双氧水反复利用，节约成本。所述二级脱硝反应器6连接与所述脱硫塔5的上方，在所述二级脱硝反应器6进行脱硝反应的二级脱硝副产物随自重回落到所述脱硫塔5塔底，并与所述一级脱硝副产物和所述脱硫副产物混合形成包括硫酸，硝酸，双氧水混合物的所述副产物，所述副产物是30wt％硫酸和硝酸混合液。所述脱硫塔5塔底通过喷流支管7连接用于副产物回收的稀酸储罐10。喷流支管7将整体脱硫脱硝反应后的副产物回收到稀酸储罐10中。

其中脱硝机理是WT-H₂O₂低温法脱硝工艺，这是湖北蔚天环保科技有限公司引进美国火凤系统国际公司NASAMPCS脱硝技术基础上自主研发的一种新型脱硝技术，该技术获得了国家新型实用专利授权和发明专利受理，专利号：ZL:201520966067.0，该技术以27.5wt％的双氧水作为氧化剂，通过在碱性环境中将双氧水催化生成具有强氧化作用的羟基自由基·OH，羟基自由基·OH是一种重要的活性氧，从分子式上看是由氢氧根OH-失去一个电子形成。羟基自由基具有极强的得电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8V。是自然界中仅次于氟的氧化剂。羟自由基·OH在脱硝反应器内与经过涡旋增压的烟气混合对烟气中的氮氧化物(主要为NO和NO₂等)进行氧化回收，最后混合物经气液分离，回收脱硝副产物硝酸和亚硝酸液，脱硝后的烟气达标排放，该脱硝工艺具有不受烟气温度限制且脱硝效率较高等特点。

具体化学反应式为：

H₂O₂→2·OH

H₂O₂+·OH→HO₂·+H₂O

NO+HO₂·→NO₂+·OH

NO₂+·OH→HNO₃

NO+·OH→HNO₂

NO+H₂O₂→NO₂+H₂O

H₂O₂+2NO₂→2HNO₃。

脱硫机理是WT-H₂O₂脱硫法，这是采用27.5wt％双氧水在脱硫塔5中洗涤脱除烟气中SO₂来达到烟气脱硫的目的。过氧化氢在酸性溶液中将二氧化硫氧化，生成硫酸。硫酸可以和水以任意比例混溶，不会造成过饱和结晶，造成结垢堵塞问题，因此，采用双氧水法脱硫工艺提高了系统的可靠性，降低了投资及运行费用。同时稀硫酸可以作为硫铵工段原料使用，不会产生二次污染问题。

具体化学反应式为：

SO₂+H₂O→H₂SO₃

H₂O₂+H₂SO₃→H₂SO₄+H₂O

2H₂O₂→2H₂O+O₂↑

在一优选方案中，还包括副产物处理系统，所述副产物处理系统包括分别与所述稀酸储罐10和所述氨水储罐8连接的硫氨反应器11，与所述余热蒸汽锅炉1的蒸汽出口连接的蒸发系统和用于固液分离，脱水的分离装置，所述蒸发系统用于通过蒸汽进行加热。

其中，所述蒸发系统包括蒸汽加热器12，与所述硫氨反应器11连接的蒸发分离室13，冷凝器15和蒸发循环泵14；所述冷凝器15与所述蒸发分离室13连接。所述蒸发循环泵14分别连接所述蒸发分离室13和所述蒸汽加热器12。

其中，所述分离装置包括依次连接的旋流器给料泵16，进行固液分离的旋流器17和进行脱水的离心机18，所述旋流器给料泵16与所述蒸发分离装置连接将所述硝硫铵复合盐溶液依次送至旋流器17和离心机18。

在副产物处理系统中，所述稀酸储罐10与所述硫氨反应器11连接，使得所述副产物进入所述硫氨反应器11与氨水进行中和反应生成硝硫铵复合盐溶液，并将所述硝硫铵复合盐溶液送至与所述蒸发系统，其中蒸汽由余热利用系统提供，蒸汽进入加热器作为热源，对所述硝硫铵复合盐溶液进行加热浓缩得到含固量为10wt～15wt％的硝硫铵复合盐溶液，并产生冷凝水。冷凝水进入热水槽20并作为补充水回收到脱硫脱硝系统中去。整个蒸发系统为微负压，蒸发效率高。蒸发循环泵14，使得所述硝硫铵复合盐溶液在所述蒸发分离装置和所述蒸汽加热器12之间多次循环，使得加热浓缩效果更好。所述旋流器给料泵16将加热浓缩后的所述硝硫铵复合盐溶液送至所述旋流器17进行固液分离，其固含量增加到40wt％～50wt％左右，然后进入所述离心机18进行脱水得到含水在5wt％左右的晶粒状硝硫铵复合盐。硫酸、硝酸分别与氨反应生成硝硫铵复合盐。

硝硫酸铵作为含硫和硝态氮的全水溶性高氮复合肥，是水溶肥的主要原料之一，亦可直接施用，有较大的市场发展空间，同时生产硝硫铵也解决了硝酸和氨的出路问题，是一个很有发展前景的产品。在这种状态下，硝酸铵失去爆炸性，硝硫酸铵是安全的。

在副产物处理系统中的具体化学反应式为：

H₂SO₄+HNO₃+3NH₃＝(NH₄)₂SO₄·NH₄NO₃

所述冷凝器15分别与循环水，真空泵19和热水槽20相连，所述热水槽20与热水泵21相连并通过所述热水泵21去外界热水。

在一优选方案中，还包括具备全自动启动功能的备用电源系统22和备用风机，所述备用电源系统22与整个所述焦炉烟气综合治理系统连接。所述备用电源系统22与整个所述焦炉烟气综合治理系统连接，实现当所述电源系统3无法供电时自动启动，当所述电源系统3恢复后，自行延时停机。所述备用风机防止因所述风机系统2运行出现故障。

在一优选方案中，所述备用风机包括备用电源。保证备用电机在使用时能够正常运转。

在一优选方案中，还包括对所述焦炉烟气综合治理系统进行监视和操作的DCS控制系统。运行人员能够通过DCS操作员站进行监视和操作，实现综合治理系统启/停一键启动、正常运行的监视和运行异常工况的处理。在生产控制上，采取连续添加精确计量的反应所需双氧水，氨水和水、同时保证排出的所述副产物稀酸的含量稳定在30wt％；还可以在线监测所述焦炉烟道气中SO₂、及氮氧化合物的浓度值，并用该值调节控制双氧水的加入量，作为系统运行优化的主要依据。

在一优选方案中，双氧水储罐9由FRP材质制作，共设一座，设计尺寸为：Φ3800×4000mm容积为45m³，满足系统10-15天左右双氧水消耗体积。罐体设置温度探测仪、压力变送器以实时对储罐的温度及压力变化进行监控并传输到DCS控制系统，在温度和压力超过设定安全值时启动安全保护系统同时发出声光电报警并启动安放装置。双氧水储存符合过氧化氢国家标准及常用危险化学品储存通则中的相关要求。

由于双氧水具有不稳定性，在绝热条件下初始放热分解温度为34.5℃，在发生放热分解剧烈的情况下可导致储罐压力增大，温度上升，严重时可能发生爆炸，因此双氧水储罐9设置在隔热避光的专用储存间内，避免双氧水因日光照射发生不稳定反应，且在存储间内设置通风系统以确保双氧水存储环境温度在34℃以下防止应双氧水自身分解放热而产生的危险。同时在双氧水储罐9设置泄压呼吸口以确保因双氧水自身分解产生的压力得以释放，在泄压呼吸口前段设置一个泄压自回位口和一个活性炭吸附口，活性炭吸附口用于防止空气的粉尘含有重金属成分，在系统正常工作时泄压回位口自动关闭，双氧水在消耗过程中产生的液位真空通过活性炭吸附口补充空气，活性炭的过滤可以避免环境中的微量重金属进入双氧水储罐9和双氧水产生热解反应而产生的危险。

由于双氧水在放热分解过程中在75℃-85℃是有一个吸热过程，在该温度区间对双氧水储罐9强制冷却就能避免因双氧水急剧分解而产生的爆炸。故在双氧水储罐9顶部设置环形冷却器，当DCS监控到双氧水储罐9达到75℃时启动冷却系统对储存进行强制冷却。在双氧水储罐9底部设置围堰通过管道和脱硫岛围堰联通，以防止双氧水渗漏和强制冷却时对现场的污染。

在双氧水存储区设置消防栓和其他消防设施且在存储区设置围堰。同时在储存间内设置危险化学品安全周知卡。

工作时，在风机系统2的作用下，所述焦炉烟道气经过余热蒸汽锅炉1与水进行热传递降低温度，降温后的所述焦炉烟道气满足后续脱硫脱硝系统入口烟温的要求，同时产生的蒸汽送至蒸发加热器12提供热源，所述焦炉烟道气通过风机系统2的增压风机依次到达一级脱硝反应器4，脱硫塔5，二级脱硝反应器6达到脱硫，脱硝，除尘，除雾目的后排出，产生的含有硫酸，硝酸，双氧水混合液的副产物通过喷流支管7送至硫氨反应器11与氨水进行中和反应生成硝硫铵复合盐，硝硫铵复合盐依次送至蒸发加热器12通过蒸汽对其加热，送至蒸发分离室13使硝硫铵复合盐与蒸汽分离，与蒸发分离室13连接的所述旋流器给料泵16将加热浓缩后的所述硝硫铵复合盐溶液送至所述旋流器17进行固液分离，然后进入所述离心机18进行脱水得到含水在5wt％左右的晶粒状硝硫铵复合盐。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。