一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统与方法与流程

本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统与方法。

背景技术：

碳素行业是一类重污染行业，主要大气污染物有二氧化硫、nox、沥青烟和粉尘。与其他行业相比，碳素行业排放的烟气中不仅常规污染物(如so2、nox)的排放限值较高，而且非常规污染物沥青烟的成分复杂，含有多环芳烃及苯并芘类致癌物质，直接危害到碳素工厂生产人员的健康，对当地农、林、牧等行业的周边环境也造成严重污染。

众所周知，废气中污染物的排放总量是废气量和污染物排放浓度的乘积。因而，即使废气中非常规污染物，如多环芳烃及苯并芘类致癌物质，排放浓度虽然低，但由于累计废气量大，这类非常规污染物对人体健康和生态造成的潜在累积影响仍不可忽略。

现有碳素行业煅烧废气多采用冷却、脱硫处理，焙烧工序废气多采用冷却、电捕焦及脱硫处理，混捏工序废气采用电捕焦处理。以上废气经过净化后，仍有部分污染物如so2、nox、沥青烟排放到大气环境中；另外，在上述废气成分中氧气含量接近空气氧含量，未能得到充分利用；同时，废气中的一氧化碳、含炭类细颗粒物及沥青烟等物质没有深度净化。如何深度净化碳素行业产生的复合大气污染，对改善城市大气环境空气质量意义重大。

如何减少废气中污染物的排放总量，经济、合理、高效的回收利用废气中可燃气体成分及废气热潜能，对碳素行业的节能减排具有重大意义。

技术实现要素：

针对碳素行业废气污染严重，现有技术的上述问题，本发明的目的在于：提供一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统与方法，解决了如何大幅减少废气中污染物的排放总量，经济、合理、高效的回收利用废气中可燃气体成分及废气热潜能的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排方法，包括：

1、一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排方法，包括：

步骤s101，若配料废气净化单元取气端、焙烧炉废气净化单元取气端及混捏废气净化单元取气端的部分废气单独、或两者、三者通过调节混合后，单独或混合后废气含氧量达到设定含氧量区间值，则将该单元的取气端废气单独或混合，作为助燃气体；

步骤s102，将所述助燃气体输入煅烧炉废气净化单元中，在煅烧炉中进行废气的二次利用。

优选地，所述含氧量区间值设定在所述助燃气体体积分数的15～21％。

优选地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排方法，包括：

步骤s101，将焙烧炉废气净化单元部分废气及混捏废气净化单元部分废气单独或两者混合后，废气达到设定最低含氧量值，则引入煅烧炉内的挥发分通道入口；

步骤s102，将配料废气净化单元部分废气引入煅烧炉预热空气通道入口；

步骤s103，将所述步骤s101和s102中的部分废气在煅烧炉中进行助燃。

优选地，所述最低氧气值为废气体积分数的15％。

进一步地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排方法，还包括：

将所述焙烧炉废气净化单元或煅烧炉废气净化单元的余热回收设备废气出口取气端部分废气，引回焙烧炉或煅烧炉进气端，作为助燃气体进行二次利用；所述焙烧炉废气净化单元或煅烧炉废气净化单元的余热回收设备废气出口取气端部分废气的温度设定在150～230℃。

进一步地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排方法，还包括：

将所述混捏废气净化单元或配料废气净化单元中取气端部分废气，引入焙烧炉中，作为助燃气体进行二次利用。

进一步地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排方法，还包括：

按照不同废气净化单元产生废气污染的严重程度，决定助燃气体的二次利用次序，首先，将所述煅烧炉废气净化单元和所述焙烧炉废气净化单元取气端的废气，作为助燃气体；其次，将所述混捏废气净化单元取气端的废气，作为助燃气体；最后，考虑将配料废气净化单元废气取气端的废气，作为助燃气体。

一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统，包括：配料废气净化单元的采集传感器、焙烧炉废气净化单元的采集传感器、混捏废气净化单元的采集传感器、增压风机、自动调节阀及气体混合装置；所述配料废气净化单元的采集传感器，包括：配料废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、配料废气净化单元的取气端废气流量采集传感器；所述焙烧炉废气净化单元的采集传感器，包括：焙烧炉废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、焙烧炉废气净化单元的取气端废气流量采集传感器；所述混捏废气净化单元的采集传感器，包括：混捏废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气流量采集传感器；

在所述配料废气净化单元、焙烧炉废气净化单元以及混捏废气净化单元上的取气端设置所述配料废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、焙烧炉废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、配料废气净化单元的取气端废气流量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气流量采集传感器、焙烧炉废气净化单元的取气端废气流量采集传感器；所述配料废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、焙烧炉废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器分别对配料废气净化单元的取气端废气含氧量、焙烧炉废气净化单元的取气端废气含氧量及混捏废气净化单元的取气端废气含氧量进行采集；所述配料废气净化单元的取气端废气流量采集传感器、焙烧炉废气净化单元的取气端废气流量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气流量采集传感器分别对配料废气净化单元的取气端废气流量、焙烧炉废气净化单元的取气端废气流量及混捏废气净化单元的取气端废气流量进行采集；

在所述的煅烧炉废气净化单元的气体输入端之前设置所述的气体混合装置，将所述的配料废气净化单元的取气端、焙烧炉废气净化单元的取气端、混捏废气净化单元的取气端与所述气体混合装置的输入端分别通过气体管路连接，各段管路上增设所述自动调节阀与所述增压风机；所述气体混合装置的输出端与煅烧炉废气净化单元的气体输入端连通，将所述助燃气体输入煅烧炉废气净化单元中进行二次利用；

配料废气净化单元、焙烧炉废气净化单元及混捏废气净化单元采集后的各管路取气端废气混合后的含氧量通过调整所述自动调节阀与增压风机参数进行调节，通过调节混合前各管路所述废气流量使得各管路废气混合后的含氧量达到设定氧气区间值，所述各管路废气需要保温；

若配料废气净化单元部分的取气端废气、焙烧炉废气净化单元部分的取气端废气及混捏废气净化单元部分的取气端废气单独、或两者、三者混合后的废气含氧量达到设定氧气区间值，则将配料废气净化单元、焙烧炉废气净化单元及混捏废气净化单元的取气端废气单独或混合，作为助燃气体。

进一步地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统，还包括：还包括：煅烧炉或焙烧炉余热回收设备废气出口的取气端废气流量采集传感器、增压风机及自动调节阀；

将煅烧炉或焙烧炉废气净化单元的余热回收设备废气出口取气端与煅烧炉或焙烧炉废气净化单元的煅烧炉或焙烧炉进气端通过气体管路连通；在所述煅烧炉或焙烧炉废气净化单元的余热回收设备废气出口取气端设置废气流量采集传感器、在所述的气体管路上增设自动调节阀及增压风机；

所述煅烧炉或焙烧炉余热回收设备废气出口的取气端废气流量采集传感器对所述煅烧炉或焙烧炉废气净化单元的余热回收设备废气出口的取气端的部分废气流量进行采集，所述煅烧炉或焙烧炉废气净化单元的余热回收设备废气出口取气端与煅烧炉或焙烧炉进气端连接的气体管路上增设的所述自动调节阀及所述增压风机对所述煅烧炉或焙烧炉废气净化单元的余热回收设备废气出口的取气端的部分废气流量进行调节；

若煅烧炉或焙烧炉余热回收设备废气出口的取气端废气流量达到调节设定区间值，温度达到设定区间值时，将余热回收设备废气出口的取气端的部分废气通过煅烧炉或焙烧炉气体管路引入煅烧炉废气净化单元的煅烧炉或焙烧炉进气端，进行废气二次循环利用。

进一步地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统，还包括：增压风机、自动调节阀及气体混合装置；

在所述配料废气净化单元及混捏废气净化单元的取气端设置所述配料废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、配料废气净化单元的取气端废气流量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气流量采集传感器；在所述配料废气净化单元及混捏废气净化单元的取气端分别与焙烧炉废气净化单元的气体输入端通过气体管路连接；在所述的气体管路上增设自动调节阀与增压风机；在所述的焙烧炉废气净化单元的气体输入端之前设置气体混合装置；

所述配料废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气含氧量采集传感器分别对配料废气净化单元的部分取气端废气含氧量、混捏废气净化单元的部分取气端废气含氧量进行采集，所述配料废气净化单元的取气端废气流量采集传感器、混捏废气净化单元的取气端废气流量采集传感器分别对配料废气净化单元的部分取气端废气流量、混捏废气净化单元的部分取气端废气流量进行采集；

配料废气净化单元及混捏废气净化单元部分取气端废气引入所述的气体混合装置混合后的废气含氧量的调整，通过对混合前各气体管路上的自动调节阀与增压风机参数调整实现，使得废气混合后的温度达到设定的最低温度和氧气区间值，所述各管路废气需要保温；

若配料废气净化单元部分的取气端废气及混捏废气净化单元部分的取气端废气单独或者两者混合后的含氧量达到所述的温度区间值和氧气区间值，则将配料废气净化单元及混捏废气净化单元的部分取气端废气单独或混合，作为焙烧炉助燃气体；

将配料废气净化单元的取气端、混捏废气净化单元的取气端与所述气体混合装置的输入端连接，所述气体混合装置的输出端与焙烧炉废气净化单元的气体输入端连通，将所述焙烧炉助燃气体输入焙烧炉炉废气净化单元中进行二次利用。

具体地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统，包括，配料废气净化单元、煅烧炉废气净化单元、混捏废气净化单元、焙烧炉废气净化单元，所述的配料废气净化单元、煅烧炉废气净化单元、焙烧炉废气净化单元、混捏废气净化单元分别开设取气端，所述取气端具体为取气梯度分流口，所述的煅烧炉废气净化单元开设助燃气体进气端，所述进气端具体为助燃气体进气补偿入口；所述煅烧炉废气净化单元的助燃气体进气补偿入口分别与配料废气净化单元、或焙烧炉废气净化单元、或混捏废气净化单元的取气梯度分流口连接。

进一步具体地，所述的配料废气净化单元、混捏废气净化单元分别开设取气端，所述取气端具体为取气梯度分流口，所述的焙烧炉废气净化单元开设助燃气体进气端，所述进气端具体为助燃气体进气补偿入口；所述焙烧炉废气净化单元的助燃气体进气补偿入口分别与配料废气净化单元、或混捏废气净化单元的取气梯度分流口连接。

进一步具体地，煅烧炉废气净化单元与焙烧炉净化单元分别开设取气端，所述取气端具体为自循环取气分流口，所述自循环取气分流口分别与煅烧炉或焙烧炉废气净化单元所述的助燃气体进气补偿入口连接。

进一步具体地，所述的配料废气净化单元包括除尘器、引风机与烟囱，所述的煅烧炉废气净化单元包括煅烧炉、余热回收设备、冷却塔、脱硫设备、引风机与烟囱；所述的混捏废气净化单元包括电捕焦油器、引风机和烟囱，所述的焙烧炉废气净化单元包括焙烧炉、余热回收设备、冷却塔、电捕焦油器、脱硫设备、引风机与烟囱；所述的取气梯度分流口设置于配料废气净化单元中引风机与烟囱之间和/或设置于混捏废气净化单元电捕焦油器前和/或焙烧炉废气净化单元的余热回收设备后；所述煅烧炉废气净化单元助燃气体进气补偿入口设置于煅烧炉前；所述的自循环取气分流口分别设置于煅烧炉废气净化单元和焙烧炉废气净化单元中的余热回收设备后。所述的梯度取气(或自循环取气)分流口与助燃气体进气补偿入口之间连接的管道上增设流量传感器、自动调节阀与增压风机。

进一步具体地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统，还包括煤气发生单元，所述的煤气发生单元包括鼓风机与煤气发生炉，所述的煤气发生炉输出的煤气直接引入焙烧炉。所述的焙烧炉废气净化单元脱硫设备与引风机之间开设取气端，所述取气端具体为梯度分流口，所述的煤气发生炉与鼓风机之间开设助燃气体进气端，所述进气端具体为助燃气体进气补偿入口，所述的取气梯度分流口与助燃气体进气补偿入口之间连接的管道上增设流量传感器、自动调节阀与增压风机。所述的助燃气体进气补偿入口与鼓风机之间管路上增设自动调节阀。

进一步具体地，所述的一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统还包括多个自动调节阀、增压风机、流量传感器，所述多个自动调节阀、增压风机、流量传感器的采集端分别设置在配料废气净化单元、煅烧炉废气净化单元、混捏废气净化单元的取气端与焙烧炉废气净化单元助燃气体进气端之间的管道上。

进一步地，一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排方法的特点是：

1)焙烧炉废气余热回收后，可部分自循环于焙烧炉工艺内作为助燃气体，部分梯度利用于煅烧炉，作为助燃气体。余热回收方式有热煤油与余热锅炉两种方式，余热回收后，温度控制在150～230℃。

2)煅烧炉废气余热回收后，可部分自循环于煅烧炉工艺内作为助燃气体。

3)混捏工序废气可部分用于焙烧炉工艺，也可用于煅烧炉工艺内作为助燃气体。

4)配料废气既可用于煅烧炉工艺，也可用于焙烧炉工艺作为助燃气体。

通过在各个循环与梯度利用管道增设自动调节阀、增压风机、流量与温度传感器，实现废气量的动态调节。

本发明的有益效果为：

1、通过将碳素企业煅烧、焙烧、混捏、配料等工序产生的废气梯度或循环利用，总体上可进一步降低碳素行业总烟气排放量，取得污染物总量减排的效果，起到与削减碳素行业产能异曲同工的效果；

2、与传统碳素产品生产工艺相比，通过本发明将碳素企业煅烧、焙烧等工序产生的废气梯度或自循环利用，制造煅烧和焙烧工序所需的高温低氧气体氛围，有利于减少碳素产品的自燃率，减少碳损耗；

3、现有环保装置进一步降低沥青烟排放浓度难度大，治理成本很高。本发明系统，一方面可实现一氧化碳、沥青烟的二次燃烧，减排碳素废气中排放的一些致癌物(如苯并芘等)，提供一种解决碳素行业长期存在的一氧化碳、沥青烟治理难题，减小碳素行业废气中排放的一些致癌物(如苯并芘等)对人体健康的累积影响；另一方面，还可以在焙烧炉内利用废气中还原性成分(如气体co及煤焦/沥青)将废气中的nox还原去除，大幅度减少co、沥青烟、nox的排放量；

4、本发明通过回收碳素废气中的热能和一氧化碳、含炭类细颗粒物及沥青烟的化学能，实现了能量的综合回收利用，节能减排的高度统一；

5、由于现有碳素企业煅烧炉与焙烧炉数量多而分散，环保设备配置呈现明显的“一炉一设备”、多而分散的特点，对生产负荷波动的调节能力差，造成了实际投资运行成本高，运行维护与管理复杂。本发明，通过减小废气量，降低了环保设备处理负荷，提高了对生产负荷波动的调节能力，降低了企业环保运行成本。

附图说明

图1为目前碳素行业废气处理系统流程示意图。

图2为本发明一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统示意图。

附图标记：

ⅰ、配料废气净化单元，ⅱ、煅烧炉废气净化单元，ⅲ、混捏废气净化单元，ⅳ、焙烧炉废气净化单元，ⅴ、煤气发生单元

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。

具体实施方式

图1为目前碳素行业废气处理系统流程示意图。碳素行业废气净化单元主要包括配料废气净化单元ⅰ、煅烧炉废气净化单元ⅱ、混捏废气净化单元ⅲ、焙烧炉废气净化单元ⅳ，各工序的废气均单独净化处理。所述的配料废气净化单元ⅰ包括除尘器1、引风机2与烟囱3，所述的煅烧炉废气净化单元ⅱ包括煅烧炉4、余热回收设备5、冷却塔6、脱硫设备7、引风机8与烟囱9，所述的混捏废气净化单元ⅲ包括电捕焦油器10、引风机11和烟囱12，所述的焙烧炉废气净化单元ⅳ包括鼓风机13、焙烧炉14、余热回收设备15、冷却塔16、电捕焦油器17、脱硫设备18、引风机19与烟囱20，所述的煤气发生单元ⅴ包括鼓风机21、煤气发生炉22。

图2为本发明一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统示意图。本发明的一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统中配料废气净化单元ⅰ、混捏废气净化单元ⅲ与焙烧炉废气净化单元ⅳ分别开设取气梯度分流口a、梯度分流口b、梯度分流口c；所述的煅烧炉废气净化单元ⅱ开设助燃气体补偿入口d；所述煅烧炉废气净化单元ⅱ的助燃气体补偿入口d分别与配料废气净化单元ⅰ、或混捏废气净化单元ⅲ、或焙烧炉废气净化单元ⅳ的取气梯度分流口a、取气梯度分流口b、取气梯度分流口c连接。所述的取气梯度分流口(a-c)设置于配料废气净化单元ⅰ中引风机2与烟囱3之间和/或设置于混捏废气净化单元ⅲ电捕焦油器11前和/或设置于焙烧炉废气净化单元ⅳ中余热回收设备17后。所述煅烧炉废气净化单元ⅱ助燃气体补偿入口d设置于煅烧炉5前。所述的取气梯度分流口(a-c)与所述助燃气体进气补偿入口d之间连接的管路是①、②、③，所述管路①、②、③中各管路废气，通过气体混合装置4进行混合，混合后废气达到设定含氧量区间值时，则引入煅烧炉进行梯度二次利用。

煅烧炉废气净化单元ⅱ与焙烧炉净化单元ⅳ分别开设取气自循环分流口e、取气自循环分流口c；所述的焙烧炉废气净化单元ⅳ开设助燃气体进气补偿入口f；所述取气自循环分流口(e、c)分别与煅烧炉或焙烧炉废气净化单元所述的助燃气体进气补偿入口(d、f)连接；所述取气自循环分流口(e、c)与所述的助燃气体补偿入口(d、f)之间连接的管路是④、⑤，所述管路④、⑤中各管路废气，通过气体混合装置4和气体混合装置15进行混合，混合后废气达到设定含氧量区间值时，则分别引入煅烧炉或焙烧炉进行自循环二次利用。

进一步具体地，所述的配料废气净化单元ⅰ与混捏废气净化单元ⅲ分别开设取气梯度分流口a、取气梯度分流口b，所述的焙烧炉废气净化单元ⅳ开设助燃气体进气补偿入口f；所述焙烧炉废气净化单元ⅳ的助燃气体补偿入口f分别与配料废气净化单元ⅰ、或混捏废气净化单元ⅲ的取气梯度分流口(a、b)连接；所述梯度分流口(a、b)与所述助燃气体补偿入口f连接的管路是⑥、⑦。

所述的一种碳素行业废气梯度与循环利用的减排系统，还包括煤气发生单元ⅴ，所述的煤气发生单元ⅴ包括鼓风机23与煤气发生炉24，所述的煤气发生炉24输出的煤气直接引入焙烧炉16。所述的焙烧炉废气净化单元ⅳ中脱硫设备20与引风机21之间开设取气梯度分流口g，所述的煤气发生炉24与鼓风机23之间开设助燃气体进气补偿入口h，所述的梯度分流口g与助燃气体补偿入口h之间连接的管道⑧上增设增压风机与自动调节阀。所述的助燃气体补偿入口h与鼓风机23之间管路上增设自动调节阀。

该系统还包括控制单元，所述的控制单元包括多个调节阀、增压风机、流量传感器，其中部分所述多个流量传感器的采集端及自动调节阀、增压风机分别设置在配料废气净化单元ⅰ、混捏废气净化单元ⅲ、焙烧炉废气净化单元ⅳ的取气梯度分流口(a、b、c)与煅烧炉废气净化单元ⅱ助燃气体进气补偿入口d之间的管路(①、②、③)上，所述的配料废气净化单元ⅰ、混捏废气净化单元ⅲ的取气梯度分流口(a、b)与所述焙烧炉废气净化单元ⅳ助燃气体补偿入口f连接的管路(⑥、⑦)上，所述的煅烧炉废气净化单元ⅱ、焙烧炉废气净化单元ⅳ的取气自循环分流口(e、c)分别与所述的煅烧炉或焙烧炉废气净化单元助燃气体进气补偿入口(d、f)连接的管路(④、⑤)上，所述的煤气发生炉单元ⅴ的梯度分流口g与助燃气体补偿入口h之间连接的管道⑧及助燃气体补偿入口h与鼓风机23之间管路上。通过多个流量传感器在线监测废气流量数据，传递给控制单元，控制单元动态调节多个自动调节阀与多个增压风机参数，将配料、焙烧与混捏工序的部分废气梯度用于煅烧炉，配料、混捏工序的部分废气梯度用于焙烧炉，煅烧炉的部分废气自循环利用于煅烧炉，焙烧炉的部分废气自循环利用于焙烧炉，以及将部分焙烧炉废气用于煤气发生炉，实现碳素工艺废气量及污染物减排效果。

实施例1：

年产6万吨铝用碳素阳极制品厂，煅烧工序产生废气约6000nm³/h，混捏废气约1100nm³/h，配料废气约17000nm³/h，焙烧炉废气约22000nm³/h，煤气发生炉所需空气量约2000nm³/h。采用本发明系统，可将配料废气与混捏废气全部用于焙烧炉，17％的焙烧炉废气自循环用于焙烧炉，27％的焙烧炉废气用于煅烧炉，另外，焙烧炉排放的部分废气约2000nm³/h可循环至煤气发生炉。与原废气净化系统相比，总体上，本发明可至少减排废气量约30000nm³/h，废气量减排约65％，so2减排约12.0t/年，nox可减排约1.6t/年，沥青烟可减排约1.2t/年，烟/粉尘可减排约6.3t/年。焙烧炉排放废气中的co循环至煤气发生炉，理论上煤气发生炉可节约5.9t标煤/年。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所做的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。