一种陶瓷窑炉烟气半干法—干法除氟工艺方法
【专利摘要】本发明涉及一种陶瓷窑炉烟气半干法—干法除氟工艺方法。该工艺方法采用以固定喷雾反应塔为基础的半干法工艺和以布袋除尘器为基础的干法工艺协同处理陶瓷窑炉烟气中的氟化物。本发明具有高效、环保、处理量大、运行成本低、操作维护方便的优点，在陶瓷窑炉烟气中氟化物的处理方面具有广泛的应用价值。
【专利说明】一种陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境保护【技术领域】，特别涉及一种陶瓷窑炉烟气的半干法一干法除氟工艺方法。
【背景技术】
[0002]根据GB 25464-2010《陶瓷工业污染物排放标准》要求，陶瓷工业新建企业自2010年10月I日起、现有企业自2012年I月I日起，均需执行更为严格的大气污染物排放浓度限值。具体标准如表I所示。
[0003]表I新建企业大气污染物排放浓度限值单位:mg/m3
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観化物 ?以 SG..计)?.^?...由表I可知，陶瓷窑炉烟气中氟化物的排放浓度限值为3.0mg/m3,要求非常严格。目前，对陶瓷窑炉烟气中氟化物的处理工艺和方法，一般采用湿式喷淋处理技术，即将吸收剂的稀溶液喷淋在烟气中，烟气中的氟与吸收剂溶液反应而除去，其缺点是:除氟效率低，即使稳定运行也难以达到前述国家标准的要求。按目前的除氟工艺和方法，氟化物排放浓度可以稳定控制在4.0mg/m3左右，与GB 25464-2010《陶瓷工业污染物排放标准》中实际浓度限值1.0mg/m3 (标准浓度限值为3.0mg/m3,按基准过量空气系数折算，实际浓度限值为1.0mg/m3)要求相差甚远；另外，设备运行维护复杂，处理成本高，在处理过程中对设备和人员的腐蚀性较大，处理后产生的污水、污泥处理量大。中国专利CN103316581A公开了一种氟化氢烟气净化处理装置和处理方法，其处理装置为干式吸附过滤设备，虽然避免了排放含氟废水，但是其处理方法采用粒度为rSmm的石灰石固体除氟反应吸附剂除氟，导致吸附反应的接触面积较小，烟气处理量小。烟气量大时要达到较高的处理效率，必须加大单元处理器结构或增加单元处理器个数，从而导致其结构复杂，操作繁琐。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种高效、环保、处理量大的陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法。
[0005]本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的:
本发明陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法采用以固定喷雾反应塔为基础的半干法工艺和以布袋除尘器为基础的干法工艺协同处理陶瓷窑炉烟气中的氟化物。
[0006]本发明陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法主要由下列系统组成:固定喷雾反应塔系统和布袋除尘器系统，再配合吸收剂乳液制备系统、工艺水系统及压缩空气系统等辅助系统。
[0007]本发明陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法包括如下步骤:
(I)半干法除氟工艺:半干法除氟工艺主要以固定喷雾反应塔系统为基础。固定喷雾反应塔系统主要包括固定喷雾反应塔、吸收剂喷雾系统和水喷雾系统及相关连接烟道，其中固定喷雾反应塔内壁设有若干导流板。陶瓷窑炉出口烟气由水平烟道经切向进入固定喷雾反应塔底部，反应塔底部设有文丘里装置，烟气流经时被加速。吸收剂通过吸收剂喷雾系统经反应塔下部吸收剂喷嘴和中部吸收剂喷嘴喷入反应塔。在反应塔下部吸收剂喷嘴处雾化的吸收剂与烟气中的氟化物等酸性物质混合，气一液接触发生中和反应，吸收剂乳液液滴中的水分得到蒸发，同时烟气得到冷却。在文丘里装置的出口设有水喷雾系统，喷入的雾化水使烟气进一步降至100°c左右，高速的烟气使水进一步雾化。增湿的烟气在反应塔内螺旋形上升，在经过各个区域布置的导流板的充分搅拌旋切作用下，与从反应塔中部吸收剂喷嘴大面积喷入的吸收剂形成一个充分雾化区，在雾化区烟气与吸收剂充分混合接触反应。由于导流板的合理设计，烟气在塔内产生气动旋流，强劲的上旋力与冲击力对吸收剂激烈搅动，获得最佳的搅拌及雾化效果，单位体积的吸收剂表面积增加上千倍，雾化的吸收剂与氟化物充分搅拌，达到最理想的接触面积与方式，吸收溶解及充分反应。低温状态下，吸收剂与烟气中的氟化物更容易反应，生成氟化钙等。反应生成的部分大颗粒的固体会落入反应塔锥体，由反应塔锥体底部旋转锁气器外排。带有大量固体颗粒的烟气从反应塔上部的烟道排出，然后进入布袋除尘器。
[0008]本发明中采用的吸收剂是粉状消石灰通过吸收剂乳液制备系统制成的消石灰乳液。与湿式喷淋处理技术中吸收剂的稀溶液喷淋后仍为溶液状态不同，本发明中的消石灰乳液浓度高，经雾化后能形成一定含水率的固态颗粒，故称为半干法除氟工艺。吸收剂乳液制备系统包括吸收剂乳液制备罐和相应的搅拌器、吸收剂乳液贮存罐和相应的搅拌器、吸收剂乳液泵以及连接各个设备的管道等。本发明设置的吸收剂乳液制备系统中，使用的消石灰粉末90%以上纯度，200目以上细度，在制备罐中加适量水配制成质量分数为5°/Γ35%的消石灰乳液，优选的消石灰乳液的质量分数为30%。经过搅拌均匀的消石灰乳液由吸收剂乳液泵送到固定喷雾反应塔的吸收剂喷雾系统中。
[0009]半干法工艺的化学原理是烟气中的氟化物等在水分存在的情况下，在消石灰乳液中Ca (OH) 2粒子的液相表面发生反应。下列反应式描述了在8(Tl00°C范围内固定喷雾反应塔内发生的除氟反应。
[0010]Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H20
本发明根据固定喷雾反应塔进口烟气的流量调节吸收剂喷雾系统中吸收剂的给料量，以保证达到要求的除氟效率。
[0011]本发明根据固定喷雾反应塔出口处的烟气温度直接控制固定喷雾反应塔底部水喷雾系统的喷水量，以确保反应塔内的温度处于尽可能地接近露点的最佳反应温度范围内，能使烟气温度控制在8(T10(TC范围内，使设备及烟道不至于产生低温腐蚀，这也是固定喷雾反应塔不需防腐的原因所在。本发明水喷雾系统喷嘴采用回流调节喷嘴，喷水量是通过调节回流水压来调节的。
[0012]本发明上述两套控制系统互相独立，不产生相互影响，这保证固定喷雾反应塔能够在负荷409Γ100%范围内变动时，获得稳定的除氟效率。
[0013](2)干法除氟工艺:本发明半干法一干法除氟工艺方法的第二个重要步骤就是用来进一步除氟以及过滤烟气中的飞灰颗粒、副产物的布袋除尘器。
[0014]布袋除尘器为低压长袋脉冲结构，采用脉冲袋式除尘器。除尘器由上箱体、中间箱体、进出口烟道、灰斗、压缩空气反吹系统、滤袋和袋笼等部分组成。其中上箱体孔板采用激光切割的方法加工保证精度，进出口烟道配有烟气进出口阀，压缩空气反吹系统配有喷吹阀。
[0015]从固定喷雾反应塔来的带有飞灰及各种粉尘的烟气进入布袋除尘器。在布袋除尘器中，烟气从滤袋外部进入，从隔仓顶部的出口烟道排出，各种颗粒物、吸收剂和生成物、凝结的重金属等均附着于滤袋表面，形成一层滤饼，烟气中的氟化物继续和除尘器滤袋表面滤饼中过量的吸收剂颗粒反应，使除氟效率进一步提高。各种颗粒(包含烟气中的烟尘、凝结的重金属、反应生成物)附着于布袋除尘器滤袋外表面，经压缩空气反吹排入布袋除尘器灰斗。灰斗设有电加热装置，可防止飞灰吸潮造成粘结或堵塞以及酸结露腐蚀。漏灰经电动锁气器外排。净化后的烟气通过引风机排入烟?，烟气中氟化物浓度按基准过量空气系数折算后低于1.0rng/m3，颗粒物浓度按基准过量空气系数折算后低于10.0mg/m3。
[0016]袋式除尘器的清灰为脉冲反吹方式。布袋除尘器设计为在线和离线清灰，并可离线维修。在正常运转时，清灰根据进出口的压降和时间来进行，PLC系统自动控制。当自动清理无法满足要求时，也可采用离线清理。
[0017]现有技术中，袋式除尘器主要用来除去烟气中的颗粒物。本发明的 申请人:通过大量的研究发现，将过量的吸收剂附着在除尘器滤袋表面上，使烟气中的氟化物继续和除尘器滤袋表面滤饼中过量的吸收剂颗粒反应，能使除氟效率进一步提高，取得了意想不到的效果。
[0018]由于蒸发、出口烟气携带等向系统外排出水分，半干法固定喷雾反应塔系统中会损失一部分水。为保持反应塔的正常运行，必须添加工艺水以补偿上述损失。需补给工艺水的是连续运行的半干法固定喷雾反应塔的水喷雾系统和吸收剂乳液制备系统。工艺水系统由工艺水箱、工艺水泵和相关连接管道等组成。
[0019]压缩空气系统主要为设备提供压缩空气，主要供吸收剂喷雾系统、水喷雾系统和布袋除尘器的压缩空气反吹系统等使用。
[0020]本发明的有益效果如下:
1、本发明陶瓷窑炉烟气的除氟工艺和方法是半干法一干法协同处理工艺，烟气无需预冷却，烟气处理量大，流程相对简单，便于操作管理；本发明采用结构化的处理工艺和方法，设备简单、紧凑，便于制造、安装、维护和扩展；系统运行费用低、能耗低、易维护；
2、吸收剂消石灰乳液利用率高，对氟化物的去除效率高，可达99.9%以上，稳定运行能够达到GB 25464-2010《陶瓷工业污染物排放标准》中实际浓度限值1.0mg/m3 (标准浓度限值为3.0mg/m3，按基准过量空气系数折算，实际浓度限值为1.0mg/m3)要求；
3、在布袋除尘器表面进一步除氟的过程中，烟气中的颗粒物被布袋除尘器吸附，颗粒物浓度也能达到GB 25464-2010《陶瓷工业污染物排放标准》中的浓度限值要求；
4、热烟气在外加保温层的处理装置中运行，处理过程中热量损失小，达到节能环保效应；
5、在烟气处理过程中不排出含氟废水，避免了二次污染；处理后的废弃物量小，易处理。
[0021]总之，本发明的技术方案具有高效、环保、处理量大、运行成本低、操作维护方便的优点，在陶瓷窑炉烟气中氟化物的处理方面具有广泛的应用价值。
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0023]
【专利附图】
【附图说明】
图1为本发明的工艺流程图。
[0024]
【具体实施方式】
图1为本发明的工艺流程图。如图1所示，本发明陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法包括如下步骤:
(I)半干法除氟工艺:半干法除氟工艺主要以固定喷雾反应塔系统I为基础。固定喷雾反应塔系统I主要包括固定喷雾反应塔2、吸收剂喷雾系统3和水喷雾系统4及相关连接烟道5、6。陶瓷窑炉出口烟气由水平烟道5经切向进入固定喷雾反应塔2底部，反应塔底部设有文丘里装置7，烟气流经时被加速。吸收剂通过吸收剂喷雾系统3经反应塔下部吸收剂喷嘴3.1和中部吸收剂喷嘴3.2喷入反应塔。在反应塔下部吸收剂喷嘴3.1处雾化的吸收剂与烟气中的氟化物等酸性物质混合，气一液接触发生中和反应，吸收剂乳液液滴中的水分得到蒸发，同时烟气得到冷却。在文丘里装置7的出口设有水喷雾系统4，喷入的雾化水使烟气进一步降至100°C左右，高速的烟气使水进一步雾化。增湿的烟气在反应塔内螺旋形上升，在经过各个区域布置的导流板8的充分搅拌旋切作用下，与从反应塔中部吸收剂喷嘴3.2大面积喷入的吸收剂形成一个充分雾化区，在雾化区烟气与吸收剂充分混合接触反应。由于导流板8的合理设计，烟气在塔内产生气动旋流，强劲的上旋力与冲击力对吸收剂激烈搅动，获得最佳的搅拌及雾化效果，单位体积的吸收剂表面积增加上千倍，雾化的吸收剂与氟化物充分搅拌，达到最理想的接触面积与方式，吸收溶解及充分反应。低温状态下，吸收剂与烟气中的氟化物更容易反应，生成氟化钙等。反应生成的部分大颗粒的固体会落入反应塔锥体9，由反应塔锥体9底部旋转锁气器10外排。带有大量固体颗粒的烟气从反应塔上部的烟道6排出，然后进入布袋除尘器11。
[0025]本发明中采用的吸收剂是粉状消石灰通过吸收剂乳液制备系统12制成的消石灰乳液。吸收剂乳液制备系统12包括吸收剂乳液制备罐13和相应的搅拌器13.1、吸收剂乳液贮存罐14和相应的搅拌器14.1、吸收剂乳液泵15以及连接各个设备的管道16.1,16.2等。本发明设置的吸收剂乳液制备系统12中，使用的消石灰粉末90%以上纯度，200目以上细度，在制备罐13中加适量水配制成质量分数为30%的消石灰乳液。经过搅拌均匀的消石灰乳液由吸收剂乳液泵15送到固定喷雾反应塔2的吸收剂喷雾系统3中。
[0026]半干法工艺的化学原理是烟气中的氟化物等在水分存在的情况下，在消石灰Ca (OH) 2粒子的液相表面发生反应。下列反应式描述了在8(Tl00°C范围内固定喷雾反应塔2内发生的除氟反应。
[0027]Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H20
本发明根据固定喷雾反应塔2进口 5.1烟气的流量调节吸收剂喷雾系统3中吸收剂的给料量，以保证达到要求的除氟效率。
[0028]本发明根据固定喷雾反应塔2出口 6.1处的烟气温度直接控制固定喷雾反应塔2底部水喷雾系统4的喷水量，以确保反应塔内的温度处于尽可能地接近露点的最佳反应温度范围内，能使烟气温度控制在8(T10(TC范围内，使设备及烟道不至于产生低温腐蚀，这也是固定喷雾反应塔2不需防腐的原因所在。本发明水喷雾系统4喷嘴采用回流调节喷嘴，喷水量是通过调节回流水压来调节的。
[0029]本发明上述两套控制系统互相独立，不产生相互影响，这保证固定喷雾反应塔2能够在负荷409Γ100%范围内变动时，获得稳定的除氟效率。
[0030](2)干法除氟工艺:本发明半干法-干法除氟工艺方法的第二个重要步骤就是用来进一步除氟以及过滤烟气中的飞灰颗粒、副产物的布袋除尘器11。
[0031]布袋除尘器11为低压长袋脉冲结构，采用脉冲袋式除尘器。除尘器11由上箱体17、中间箱体18、进出口烟道6和19、灰斗20、压缩空气反吹系统21、滤袋22和袋笼23等部分组成。其中上箱体17孔板采用激光切割的方法加工保证精度，进出口烟道配有烟气进出口阀6.2和19.1，压缩空气反吹系统配有喷吹阀21.1。
[0032]从固定喷雾反应塔2来的带有飞灰及各种粉尘的烟气进入布袋除尘器11。在布袋除尘器11中，烟气从滤袋22外部进入，从隔仓顶部的出口烟道19排出，各种颗粒物、吸收剂和生成物、凝结的重金属等均附着于滤袋22表面，形成一层滤饼，烟气中的氟化物继续和除尘器滤袋22表面滤饼中过量的吸收剂颗粒反应，使除氟效率进一步提高。各种颗粒(包含烟气中的烟尘、凝结的重金属、反应生成物)附着于布袋除尘器滤袋22外表面，经压缩空气反吹排入布袋除尘器灰斗20。灰斗20设有电加热装置，可防止飞灰吸潮造成粘结或堵塞以及酸结露腐蚀。漏灰经电动锁气器24外排。净化后的烟气通过引风机25排入烟囱26，烟气中氟化物浓度按基准过量空气系数折算后低于1.0mg/m3，颗粒物浓度按基准过量空气系数折算后低于10.0mg/m3o
[0033]袋式除尘器11的清灰为脉冲反吹方式。布袋除尘器设计为在线和离线清灰，并可离线维修。在正常运转时，清灰根据进出口的压降和时间来进行，PLC系统自动控制。当自动清理无法满足要求时，也可采用离线清理。
[0034]由于蒸发、出口烟气携带等向系统外排出水分，半干法固定喷雾反应塔系统2中会损失一部分水。为保持反应塔的正常运行，必须添加工艺水以补偿上述损失。需补给工艺水的是连续运行的半干法固定喷雾反应塔2的水喷雾系统4和吸收剂乳液制备系统12。工艺水系统27由工艺水箱28、工艺水泵29和相关连接管道30等组成。
[0035]压缩空气系统21和31主要为设备提供压缩空气，主要供吸收剂喷雾系统3、水喷雾系统4和布袋除尘器11的压缩空气反吹系统21等使用。
[0036]尽管实施例已对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法，包含固定喷雾反应塔系统、布袋除尘器系统和辅助系统；所述辅助系统包括吸收剂乳液制备系统、工艺水系统及压缩空气系统；其特征在于，采用以固定喷雾反应塔为基础的半干法工艺和以布袋除尘器为基础的干法工艺协同处理陶瓷窑炉烟气中的氟化物。
2.根据权利要求1所述的陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法，其特征在于，所述的固定喷雾反应塔系统主要包括固定喷雾反应塔、吸收剂喷雾系统和水喷雾系统及相关连接烟道，其中固定喷雾反应塔内壁设有若干导流板；所述的半干法工艺包含以下步骤: a)陶瓷窑炉出口烟气由水平烟道经切向进入固定喷雾反应塔底部，反应塔底部设有文丘里装置，烟气流经该装置时被加速； b)吸收剂经反应塔下部吸收剂喷嘴和中部吸收剂喷嘴喷入反应塔；在反应塔下部吸收剂喷嘴处雾化的吸收剂与烟气中的氟化物等酸性物质混合反应，吸收剂乳液液滴中的水分得到蒸发，同时烟气得到冷却；文丘里装置的出口设有水喷雾系统，喷入的雾化水使烟气进一步降至100°C左右，高速的烟气使水进一步雾化；增湿的烟气在反应塔内螺旋形上升，在经过所述导流板的充分搅拌旋切作用下，与从反应塔中部吸收剂喷嘴大面积喷入的吸收剂形成一个充分雾化区，在雾化区烟气与吸收剂充分混合接触反应； c)反应生成的固体颗粒落入反应塔锥体，由反应塔锥体底部旋转锁气器外排。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法，其特征在于，所述的吸收剂是粉状消石灰通过吸收剂乳液制备系统制成的消石灰乳液；所述的吸收剂乳液制备系统中，使用的消石灰粉末纯度90%以上，细度200目以上，在制备罐中加水配制成质量分数为5°/Γ35%的消石灰乳液。
4.根据权利要求3所述的陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法，其特征在于，所述消石灰乳液质量分数为30%。
5.根据权利要求2所述的陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法，其特征在于，根据固定喷雾反应塔出口处的烟气温度直接控制固定喷雾反应塔底部水喷雾系统的喷水量，以确保反应塔内的温度处于尽可能地接近露点的最佳反应温度范围内，能使烟气温度控制在8(Γιοο?范围内，使设备及烟道不至于产生低温腐蚀。
6.根据权利要求1或2所述的陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法，其特征在于，所述的干法工艺用来进一步除氟以及过滤烟气中的飞灰颗粒、副产物；所述的干法工艺为: 将经所述半干法工艺处理的烟气引入布袋除尘器，在布袋除尘器中，烟气从滤袋外部进入，从隔仓顶部的出口烟道排出，各种颗粒物、吸收剂和生成物、凝结的重金属等均附着于滤袋表面，形成一层滤饼，烟气中的氟化物继续和除尘器滤袋表面滤饼中过量的吸收剂颗粒反应，使除氟效率进一步提高；各种颗粒(包含烟气中的烟尘、凝结的重金属、反应生成物)附着于布袋除尘器滤袋外表面，经压缩空气反吹排入布袋除尘器灰斗；漏灰经电动锁气器外排；净化后的烟气通过引风机排入烟囱。
7.根据权利要求6所述的陶瓷窑炉烟气半干法一干法除氟工艺方法，其特征在于，所述的布袋除尘器的清灰为脉冲反吹方式；布袋除尘器设计为在线和离线清灰，并可离线维修；在正常运转时，清灰根据进出口的压降和时间来进行，PLC系统自动控制；当自动清理无法满足要求时，也可采用离线清理。
【文档编号】B01D46/04GK104138711SQ201410339355
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】王化能, 张超, 夏昌奎 申请人:杭州诺贝尔陶瓷有限公司