含氮氧化物和焦油的蒸气排放工艺的制作方法

本发明涉及工业废气排放技术领域。

背景技术

我厂煅烧车间排放的废气中含有二氧化硫、氮氧化物以及焦油，且气温较高，需要净化并调温后排入大气。本厂采用使用水喷淋吸收的技术措施来去除废气中的二氧化硫和氮氧化物，但去除效果较差，且废气排放温度不能保证。废气排放温度过低，容易形成雾霾；废气排放温度过高，又可能带来热污染。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种含氮氧化物和焦油的蒸气排放工艺，能够高效去除水中的二氧化硫和氮氧化物，在保证安全的前提下保持水的弱碱性，根据不同的调节目标相应控制废气排放温度。

为实现上述目的，本发明的含氮氧化物和焦油的蒸气排放工艺通过煅烧车间蒸气排放系统进行；含氮氧化物和焦油的蒸气排放工艺是：

关闭出风阀、回风阀、换热风阀、搅拌风阀、进气阀和气泵，打开截止阀、循环水泵和排气风机，循环水泵开启水循环过程，此时出水腔处于满水状态；打开下料阀向阶梯溢流池的水中释放氢氧化钙，当阶梯溢流池水中的ph值大于等于8.7时，关闭下料阀；

循环水泵将阶梯溢流池中的水抽出，通过喷淋进水管送入喷淋装置中的喷淋管，并通过喷嘴向下喷入进气腔、出气腔和折流通路，并由上至下落入积水腔；积水腔中的水位达到溢流出水挡板顶端的高度后，水溢流进入溢流腔，通过喷淋出水管回流入阶梯溢流池中；

排气风机将煅烧车间产生的废气通过废气排放管送入喷淋装置并进入进气腔，废气折流通过折流通路后进入出气腔，然后沿废气排放管进入烟囱并排入大气；

废气在通过进气腔、折流通路和出气腔时，与由喷淋管向下喷向积水腔的水进行充分接触，废气与水接触过程中，废气中的二氧化硫和氮氧化物溶解于碱性水中；

在系统持续运行过程中，按如下规则开启和关闭下料阀：

当阶梯溢流池中水中的ph值小于等于8.0时，开启下料阀；当阶梯溢流池水中的ph值大于等于8.7时，关闭下料阀；

废气排放温度的调节具有两种目标，一种是防止产生雾霾，一种是防止热污染；工作人员确定废气排放温度的调节目标；

当调节目标为防止产生雾霾时，在系统持续运行过程中，按如下规则开启和停止调温作业：使气泵的进气口连通外置的高温蒸气管，当废气的排放温度低于80℃时，打开出风阀、回风阀、换热风阀和进气阀，关闭截止阀，启动气泵，从而开启调温作业；外置的高温蒸气通过壳管式热交换器中的管程，废气通过壳管式热交换器的壳程，废气在壳管式热交换器内被高温蒸气所加热；然后在系统持续运行中，当废气温度大于等于90度时，关闭进气阀和气泵从而停止调温作业；当废气温度小于80度时，打开进气阀和气泵从而再次开启调温作业；

当调节目标为防止热污染时，在系统持续运行过程中，按如下规则开启和停止调温作业：使气泵的进气口连通大气，当废气的排放温度高于50℃时，打开出风阀、回风阀、换热风阀和进气阀，关闭截止阀，启动气泵从而启动调温作业；空气通过壳管式热交换器中的管程，废气通过壳管式热交换器的壳程，废气在壳管式热交换器内被空气所冷却；然后在系统持续运行中，当废气温度与大气温度的差值小于3℃时，关闭进气阀和气泵从而停止调温作业；当废气温度与大气温度的差值大于6℃时，开启进气阀和气泵从而再次开启调温作业；

所述煅烧车间蒸气排放系统包括废气排放管，以流体流动方向为下游方向，废气排放管由上游向下游串联设有喷淋装置和静电捕焦油器，废气排放管的末端连接有用于将废气排入大气的烟囱，喷淋装置上游侧的废气排放管上设有排气风机；还包括有循环喷淋机构，循环喷淋机构包括阶梯溢流池、喷淋进水管、所述喷淋装置以及喷淋出水管；喷淋装置连接所述喷淋进水管和喷淋出水管；

阶梯溢流池顶端为其进水端且其底部设有出水腔；喷淋进水管一端与出水腔相连通且另一端与喷淋装置的壳体顶部相连通，喷淋进水管上设有循环水泵；喷淋出水管的末端设有开口并位于阶梯溢流池进水端的上方；阶梯溢流池顶部设有盛装有氢氧化钙粉末的存料箱，存料箱下部连接有下料管，下料管的下端朝向其下方的阶梯溢流池，下料管上设有下料阀；

喷淋装置包括壳体，壳体右侧底部设有溢流出水挡板，溢流出水挡板与其左侧的壳体围成积水腔，溢流出水挡板与其右侧的壳体围成溢流腔，溢流腔与所述喷淋出水管相连接；溢流腔上方的壳体内沿左右方向交替设有下挡板和上挡板，上挡板和下挡板均与壳体侧壁固定连接，上挡板下端高于溢流出水挡板顶端且上挡板上端与壳体顶壁相连接；

下挡板上端低于壳体顶壁且其下端高于壳体底壁，下挡板下端低于溢流出水挡板顶端；

下挡板、上挡板、上挡板和下挡板之间的壳体以及溢流腔的积水水面围成折流通路；最左方的下挡板与壳体左侧壁之间围成进气腔，最右方的上挡板和壳体右侧壁之间围成出气腔；进气腔底部与喷淋装置上游侧的所述废气排放管相连接且连接处高于溢流出水挡板，出气腔顶部与喷淋装置下游侧的所述废气排放管相连接；

壳体顶部设有沿左右方向水平设置的喷淋管，喷淋管高于各下挡板并穿过各上挡板；进气腔、出气腔以及折流通路内的喷淋管分别向下设有若干喷嘴；喷淋进水管伸入壳体并与喷淋管相连通；

所述出水腔底部设有中空的布气盘，布气盘水平设置且其上表面均匀分布有若干布气孔；布气盘连接有搅拌气路，搅拌气路连接有气泵，气泵进气口处设有进气阀；

所述静电捕焦油器下游方的废气排放管处设有调温机构；烟囱进口处的废气排放管上设有温度传感器和/或温度表，静电捕焦油器下游方的废气排放管上设有截止阀；

调温机构包括壳管式热交换器，壳管式热交换器连接有调温进气路、调温排气路、废气进气路和废气回气路；壳管式热交换器具有管程和壳程，壳管式热交换器的管程的两端分别连接所述调温进气路和调温排气路，壳管式热交换器的壳程的两端分别连接所述废气进气路和废气回气路；调温排气路与大气或者外置的热回收装置相连通；

调温进气路通过三通接头与所述气泵相连接，所述三通接头的第一接口连接所述气泵的出气口，三通接头的第二接口连接所述调温进气路，三通接头的第三接口连接所述搅拌气路，气泵的进气口连通外置的高温蒸气管或者连通大气；调温进气路上设有换热风阀，搅拌气路上设有搅拌风阀；废气进气路上设有出风阀，废气回气路上设有回风阀。

在系统持续过程中，按如下规则开启和关闭气体搅拌作业：

当出水腔中的水的ph值上下波动范围大于等于0.5且持续时间大于1分钟、并且系统没有进行以防止产生雾霾为目标的调温作业时，确保气泵的进气口连通大气，开启气泵和搅拌风阀，空气由搅拌气路进入布气盘，并经各布气孔形成气泡向上浮起，在气泡上浮过程中对出水腔中的水进行搅拌，使氢氧化钙均匀地溶解于水中，从而使水的ph值趋于稳定；

当出水腔中的水的ph值上下波动范围小于0.5且持续时间大于1分钟、并且系统没有进行调温作业时，关闭搅拌风阀和气泵，从而停止气体搅拌作业；

当出水腔中的水的ph值上下波动范围小于0.5且持续时间大于1分钟、并且系统正在进行防热污染目标下的调温作业时，关闭搅拌风阀但保持气泵运行，从而停止气体搅拌作业但持续进行调温作业；

当系统开始进行以防止产生雾霾为目标的调温作业时，关闭搅拌风阀，停止气体搅拌作业。

溢流腔内设有ph值传感器，所述截止阀、出风阀、回风阀、换热风阀、搅拌风阀和下料阀均为电磁阀；

ph值传感器、循环水泵、排气风机、温度传感器、气泵、截止阀、出风阀、回风阀、换热风阀、搅拌风阀和下料阀均与一电控装置相连接；

循环水泵和排气风机均由电控装置控制开启；

电控装置持续采集ph值传感器的数据从而获取阶梯溢流池中水中的ph值，进而由电控装置控制下料阀和搅拌风阀的开启和关闭；

电控装置持续采集温度传感器的数据从而获取烟囱进口处的废气温度，进而由电控装置控制气泵、截止阀、出风阀、回风阀和换热风阀的开启和关闭。

每两周进行一次传感器校正作业，包括温度传感器校验作业和ph值传感器校验作业；

温度传感器校验作业是：工作人员通过温度表读取废气温度，将该温度值与温度传感器的读数进行比较，当温度表的示数与温度传感器的读数相差1℃以上时，同时更换温度表和温度传感器；

ph值传感器校验作业时：工作人员通过ph检测仪检测出水腔中水的ph值，将该ph值与ph值传感器的读数进行比较，当两者的差值大于0.5时，更换ph值传感器。

当阶梯溢流池中的水量减少、出水腔中水位较初始状态降低10厘米以上时，通过外置水源向出水腔中进行补水。

本发明的蒸气排放工艺能够将循环水调节并持续保持在较弱碱性，并通过气体搅拌作业使碱性溶质更均匀地溶解于水中，提高喷淋水吸收废气中有害成份的效率，既能人工控制，又可自动控制，并且防止长期工作中传感器误差带来的控制失效问题，防止循环水量过少。

本发明中合理协调了各种操作之间可能的矛盾，在本发明设置的操作条件下，气体搅拌作业能够与以防止热污染目标下的调温作业同时进行，使气泵能够将空气同时送入布气盘和壳管式热交换器，同时进行气体搅拌作业和调温作业。同时本发明又防止了气体搅拌作业和以防止产生雾霾为目标的调温作业同时进行，减少对外置高温蒸气源的依赖。当出水腔中的水的ph值上下波动范围小于0.5且持续时间大于1分钟时停止气体搅拌，能够在碱性溶质在水中溶解得较为均匀时，通过停止气泵因布气盘布气而做功，降低能耗。

当废气温度大于等于90度时，关闭进气阀和气泵从而停止调温作业；当废气温度小于80度时，打开进气阀和气泵从而再次开启调温作业；这样的操作，既能保证防雾霾目标的实现，又防止系统能耗过高。

当废气温度与大气温度的差值小于3℃时，关闭进气阀和气泵从而停止调温作业；当废气温度与大气温度的差值大于6℃时，开启进气阀和气泵从而再次开启调温作业。这样的操作，既能保证防热污染目标的实现，又防止系统能耗过高。

人体能够短时间接触而没有危害的ph值的上限为9.0，因此本发明通过控制下料阀对ph值进行的调控能够保证运行过程中的安全性。

开启气泵的温度和关闭气泵的温度具有一定差值，可以防止频繁地打开和关闭气泵，延长气泵和进气阀的使用寿命）煅烧车间停止排放蒸气时，停止煅烧车间蒸气排放系统的运行。

通过折流喷淋以及碱性水吸收，本发明大大提高了吸收二氧化硫和氮氧化物的效率；下挡板下端低于溢流出水挡板，可以利用积水形成密封，由积水、上挡板和下挡板一起围成折流通路，既不影响积水排出，又简化了设置折流通路的结构。布气盘的设置能够通过气泡上浮对水体进行搅拌，使得水体的ph值更加均匀，碱性溶质溶解得更加充分。本发明能够根据不同的调节目标（防雾霾或防热污染），进行不同的调温作业，能够灵活方便地实现调节目标。

本发明既可以由工作人员人工控制各部件的开启或关闭，进行人工控制，也可以由电控装置自动采集各传感器的信号并自动控制各部件的开启或关闭，进行自动控制。

由于二氧化硫和氮氧化物的水溶液均呈酸性，因此本发明中使用碱性水，相较使用中性水能够大幅提高水吸收二氧化硫和氮氧化物的效率，能够在设备体积不变的前提下，更为充分地吸收废气中的二氧化硫和氮氧化物，使煅烧车间排入大气的废气对环境的污染更小。

对于碱性溶液来说，ph值在9以下对人体都是安全的（短时间接触）。本发明中将水的ph值控制在8.0－8.7，一方面保证了水呈碱性、从而提高喷淋水吸收二氧化硫和氮氧化物的效率，另一方面考虑了安全余量，考虑了投放氢氧化钙与测量ph值地点的不同，即便氢氧化钙投放点的水体ph值达到8.7后间隔了一段时间测量点水体的ph值才达到8.7、从而在此间隔时段内又多投放了一些氢氧化钙，水体整体的ph值也不会超过9，从而保证循环水对人体的安全性，防止人员意外接触循环水而造成人身伤害。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是喷淋装置的结构示意图；

图3是阶梯溢流池的出水腔的结构示意图；

图4是本发明的电控原理图；

图5是布气盘的俯视结构示意图。

具体实施方式

图1中箭头所示方向为该处流体的流动方向。

如图1至图5所示，本发明的煅烧车间蒸气排放系统包括废气排放管1，以流体流动方向为下游方向，废气排放管1由上游向下游串联设有喷淋装置2和静电捕焦油器3，废气排放管1的末端连接有用于将废气排入大气的烟囱4，喷淋装置2上游侧的废气排放管1上设有排气风机5；

还包括有循环喷淋机构，循环喷淋机构包括阶梯溢流池6、喷淋进水管7、所述喷淋装置2以及喷淋出水管8；喷淋装置2连接所述喷淋进水管7和喷淋出水管8；

阶梯溢流池6顶端为其进水端且其底部设有出水腔9；喷淋进水管7一端与出水腔9相连通且另一端与喷淋装置2的壳体顶部相连通，喷淋进水管7上设有循环水泵10；喷淋出水管8的末端设有开口并位于阶梯溢流池6的进水端的上方；阶梯溢流池6顶部设有盛装有氢氧化钙粉末的存料箱11，存料箱11下部连接有下料管12，下料管12的下端朝向其下方的阶梯溢流池6，下料管12上设有下料阀13。

喷淋装置2包括壳体14，壳体14右侧底部设有溢流出水挡板15，溢流出水挡板15与其左侧的壳体14围成积水腔16，溢流出水挡板15与其右侧的壳体14围成溢流腔17，溢流腔17与所述喷淋出水管8相连接；溢流腔17上方的壳体14内沿左右方向交替设有下挡板19和上挡板18，上挡板18和下挡板19均竖向设置并均与壳体14侧壁固定连接，上挡板18下端高于溢流出水挡板15顶端且上挡板18上端与壳体14顶壁相连接；

下挡板19上端低于壳体14顶壁且其下端高于壳体14底壁，下挡板19下端低于溢流出水挡板15顶端；这样，可以保证下挡板19插入溢流腔17液面以下，防止气体由下挡板19下端与壳体14底壁或者液面之间的间隙直接向右流出，保证折流喷淋的效果。

下挡板19、上挡板18、上挡板18和下挡板19之间的壳体14以及溢流腔17的积水水面围成折流通路20；最左方的下挡板19与壳体14左侧壁之间围成进气腔21，最右方的上挡板18和壳体14右侧壁之间围成出气腔22；进气腔21底部与喷淋装置2上游侧的所述废气排放管1相连接且连接处高于溢流出水挡板15，出气腔22顶部与喷淋装置2下游侧的所述废气排放管1相连接；

壳体14顶部设有沿左右方向水平设置的喷淋管23，喷淋管23高于各下挡板19并穿过各上挡板18；进气腔21、出气腔22以及折流通路20内的喷淋管23分别向下设有若干喷嘴24；喷淋进水管7伸入壳体14并与喷淋管23相连通。

所述出水腔9底部设有中空的布气盘25，布气盘25水平设置且其上表面均匀分布有若干布气孔26；布气盘25连接有搅拌气路27，搅拌气路27连接有气泵28，气泵28进气口处设有进气阀29。

所述静电捕焦油器3下游方的废气排放管1处设有调温机构；烟囱4进口处的废气排放管1上设有温度传感器30和/或温度表31，静电捕焦油器3下游方的废气排放管1上设有截止阀32；

调温机构包括壳管式热交换器33，壳管式热交换器33连接有调温进气路34、调温排气路35、废气进气路36和废气回气路37；壳管式热交换器33具有管程和壳程，壳管式热交换器33的管程的两端分别连接所述调温进气路34和调温排气路35，壳管式热交换器33的壳程的两端分别连接所述废气进气路36和废气回气路37；调温排气路35与大气或者外置的热回收装置相连通。

调温进气路34通过三通接头38与所述气泵28相连接，所述三通接头38的第一接口39连接所述气泵28的出气口，三通接头38的第二接口40连接所述调温进气路34，三通接头38的第三接口41连接所述搅拌气路27，气泵28的进气口连通外置的高温蒸气管或者连通大气；调温进气路34上设有换热风阀42，搅拌气路27上设有搅拌风阀43；废气进气路36上设有出风阀44，废气回气路37上设有回风阀45。

烟囱4顶端设有遮挡帽46。

溢流腔17内设有ph值传感器47，所述截止阀32、出风阀44、回风阀45、换热风阀42、搅拌风阀43和下料阀13均为电磁阀；

ph值传感器47、循环水泵10、排气风机5、温度传感器30、气泵28、截止阀32、出风阀44、回风阀45、换热风阀42、搅拌风阀43和下料阀13均与一电控装置48相连接。电控装置48优选采用51单片机。

本发明还公开了一种含氮氧化物和焦油的蒸气排放工艺，通过上述煅烧车间蒸气排放系统进行；含氮氧化物和焦油的蒸气排放工艺是：

关闭出风阀44、回风阀45、换热风阀42、搅拌风阀43、进气阀29和气泵28，打开截止阀32、循环水泵10和排气风机5，循环水泵10开启水循环过程，此时出水腔9处于满水状态；打开下料阀13向阶梯溢流池6的水中释放氢氧化钙从而在阶梯溢流池6中形成碱性水，当阶梯溢流池6水中的ph值大于等于8.7时，关闭下料阀13；

循环水泵10将阶梯溢流池6中的水抽出，通过喷淋进水管7送入喷淋装置2中的喷淋管23，并通过喷嘴24向下喷入进气腔21、出气腔22和折流通路20，并由上至下落入积水腔16；积水腔16中的水位达到溢流出水挡板15顶端的高度后，水溢流进入溢流腔17，通过喷淋出水管8回流入阶梯溢流池6中；

排气风机5将煅烧车间产生的废气（蒸气）通过废气排放管1送入喷淋装置2并进入进气腔21，废气折流通过折流通路20后进入出气腔22，然后沿废气排放管1进入烟囱4并排入大气；

废气在通过进气腔21、折流通路20和出气腔22时，与由喷淋管23向下喷向积水腔16的水进行充分接触，废气与水接触过程中，废气中的二氧化硫和氮氧化物溶解于碱性水中；

水在通过阶梯溢流池6时，通过阶梯溢流，与空气充分接触换热并且部分水分蒸发，从而降低水温，尤其是在需要防止烟气排放对外产生热污染时，具有良好的减少热污染的作用。

在系统持续运行过程中，按如下规则开启和关闭下料阀13：

当阶梯溢流池6中水中的ph值小于等于8.0时，开启下料阀13；当阶梯溢流池6水中的ph值大于等于8.7时，关闭下料阀13；

废气排放温度的调节具有两种目标，一种是防止产生雾霾，一种是防止热污染；工作人员确定废气排放温度的调节目标；

当调节目标为防止产生雾霾时，在系统持续运行过程中，按如下规则开启和停止调温作业：使气泵28的进气口连通外置的高温蒸气管（如锅炉系统的蒸气管），当废气的排放温度低于80℃时，打开出风阀44、回风阀45、换热风阀42和进气阀29，关闭截止阀32，启动气泵28，从而开启调温作业；外置的高温蒸气通过壳管式热交换器33中的管程，废气通过壳管式热交换器33的壳程，废气在壳管式热交换器33内被高温蒸气所加热；然后在系统持续运行中，当废气温度大于等于90度时，关闭进气阀29和气泵28从而停止调温作业；当废气温度小于80度时，打开进气阀29和气泵28从而再次开启调温作业；

当调节目标为防止热污染时，在系统持续运行过程中，按如下规则开启和停止调温作业：使气泵28的进气口连通大气，当废气的排放温度高于50℃时，打开出风阀44、回风阀45、换热风阀42和进气阀29，关闭截止阀32，启动气泵28从而启动调温作业；空气通过壳管式热交换器33中的管程，废气通过壳管式热交换器33的壳程，废气在壳管式热交换器33内被空气所冷却；然后在系统持续运行中，当废气温度与大气温度的差值小于3℃时，关闭进气阀29和气泵28从而停止调温作业；当废气温度与大气温度的差值大于6℃时，开启进气阀29和气泵28从而再次开启调温作业。

开启气泵28的温度和关闭气泵28的温度具有一定差值，可以防止频繁地打开和关闭气泵28，延长气泵28和进气阀29的使用寿命）煅烧车间停止排放蒸气时，停止煅烧车间蒸气排放系统的运行。

在系统持续过程中，按如下规则开启和关闭气体搅拌作业：

当出水腔9中的水的ph值上下波动范围大于等于0.5且持续时间大于1分钟、并且系统没有进行以防止产生雾霾为目标的调温作业时，确保气泵28的进气口连通大气，开启气泵28和搅拌风阀43，空气由搅拌气路27进入布气盘25，并经各布气孔26形成气泡向上浮起，在气泡上浮过程中对出水腔9中的水进行搅拌，使氢氧化钙均匀地溶解于水中，从而使水的ph值趋于稳定；

当出水腔9中的水的ph值上下波动范围小于0.5且持续时间大于1分钟、并且系统没有进行调温作业（包括防雾霾和防热污染两种目标下的调温作业）时，关闭搅拌风阀43和气泵28，从而停止气体搅拌作业；

当出水腔9中的水的ph值上下波动范围小于0.5且持续时间大于1分钟、并且系统正在进行防热污染目标下的调温作业时，关闭搅拌风阀43但保持气泵28运行，从而停止气体搅拌作业但持续进行调温作业；

当系统开始进行以防止产生雾霾为目标的调温作业时，关闭搅拌风阀43，停止气体搅拌作业。

溢流腔17内设有ph值传感器47，所述截止阀32、出风阀44、回风阀45、换热风阀42、搅拌风阀43和下料阀13均为电磁阀；

ph值传感器47、循环水泵10、排气风机5、温度传感器30、气泵28、截止阀32、出风阀44、回风阀45、换热风阀42、搅拌风阀43和下料阀13均与一电控装置48相连接；

循环水泵10和排气风机5均由电控装置48控制开启；

电控装置48持续采集ph值传感器47的数据从而获取阶梯溢流池6中水中的ph值，进而由电控装置48控制下料阀13和搅拌风阀43的开启和关闭；

电控装置48持续采集温度传感器30的数据从而获取烟囱4进口处的废气温度，进而由电控装置48控制气泵28、截止阀32、出风阀44、回风阀45和换热风阀42的开启和关闭。

这样，本发明能够在很大程度上实现自动控制，节约系统运行中的人力成本。当然，本发明也完全能够由人工对各部件进行控制，人工控制整个系统的运行。

每两周进行一次传感器校正作业，包括温度传感器30校验作业和ph值传感器47校验作业；

温度传感器30校验作业是：工作人员通过温度表31读取废气温度，将该温度值与温度传感器30的读数进行比较，当温度表31的示数与温度传感器30的读数相差1℃以上时，同时更换温度表31和温度传感器30；

ph值传感器47校验作业时：工作人员通过ph检测仪检测出水腔9中水的ph值，将该ph值与ph值传感器47的读数进行比较，当两者的差值大于0.5时，更换ph值传感器47。

温度传感器30校验作业和ph值传感器47校验作业能够确保传感器的正确性，防止传感器误差带来的控制失效问题。

当阶梯溢流池6中的水量减少、出水腔9中水位较初始状态降低10厘米以上时，通过外置水源（如自来水）向出水腔9中进行补水。补水操作的目的在于弥补系统运行过程中的水份减少现象，保持系统中具有充足的循环水。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例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：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。