一种碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统及工艺的制作方法

本发明涉及铝行业碳素阳极焙烧烟气治理领域，特别涉及一种碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统及工艺。

背景技术：

铝行业碳素阳极焙烧烟气治理，焙烧烟气中含沥青、焦油、颗粒物粉尘、SO₂、氟化物(固体氟)、氮化物，铝行业中电解炉所需的炭素制品种类繁多，在焙烧工艺中挥发或散发着大量的沥青烟气(含焦油)和颗粒物粉尘及二氧化硫、氟(固体)、HF、氮氧化物，而且沥青烟中还含有三四苯并吡咔唑等八十多种多环芳烃类，且大多数为强致癌物质，粒径在0.1～1.0μm之间，最小的约为0.01μm，最大的在1.0μm，治理难度大，已成为目前环保治理急需解决的大问题。

目前中国铝业碳素阳极焙烧烟气净化系统电捕焦油器阴极线仍采用Φ2mm-Φ4mm圆线，Φ2mm-Φ4mm圆线定义：圆线临界的电晕电压高，电晕电流小，放电强度低，这种圆线是前苏联三十年前技术，世界的先进国家及我国其他行业的电除尘早已不再采用这种落后的极线方式。阳极：仍然采用落后的Φ20mm-Φ40mm煤气管组成的排管式阳极板(日本70年代原式电捕焦油器的落后技术)，沥青烟尘很难荷电，预荷电的沥青焦油粉尘粘附在Φ20mm-Φ40mm的阳极管排上，释放电荷非常困难，其结果造成电场的电压降低、电流增大，频频的短路放电，净化性能显著恶化，造成电捕焦油器电场短路，导致设备无法运行。此类结构的设备浪费能源、技术落后，各项排污指标都无法满足国家新的新能源排放指标的要求。并且现有的碳素焙烧烟气净化系统中无SO₂、F(固)和氮化物的净化装置

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统及工艺，实现焙烧烟气的净化及超低排放。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统，包括喷淋冷却器、电捕焦油器、脱硫脱氟装置，喷淋冷却器的烟气输出端连接电捕焦油器的烟气入口，电捕焦油器的烟气出口通过排烟风机连接脱硫脱氟装置的烟气入口；所述电捕焦油器中的阳极系统采用组合式多功能双峰板式阳极排，阴极系统采用棱型线和方型线；在电捕焦油器上设置有热水清洗装置。

所述组合式多功能双峰板式阳极排是由若干个多功能双峰板式阳极排连接而成，所述多功能双峰板式阳极排包括板式主体、横向管道、纵向管道，横向管道设置在板式主体的上下两端，纵向管道在板式主体的纵向设置，横向管道与纵向管道之间相互连通，在纵向管道的外侧包裹一层截面为三角形的钢板，三角形的一个角设置在板式主体上，另外两个角从板式主体的板面向外形成凸起。

所述的阴极系统采用的是主绝缘悬吊结构，该结构包括上端的主绝缘保温箱、高绝缘保护罩和下端的悬吊装置，高绝缘保护罩设置在主绝缘保温箱和悬吊装置之间。

在所述主绝缘保温箱的下部设置有高度为1m～1.5m的空腔，在主绝缘保温箱的上部设置有加热装置，在主绝缘保温箱下部的空腔处也设置有加热装置。

在所述喷淋冷却器的上端设置有双向雾化装置，双向雾化装置设置为上下两个喷淋管道，在两个喷淋管道之间安装有除雾器，在喷淋冷却器的底部设置有集气装置。

所述集气装置包括气流分布板、烟气出口管道、积灰斗、热煤油加热器，气流分布板安装在积灰斗的上端，烟气出口管道设置在气流分布板的中间位置，在积灰斗的下端安装有热煤油加热器，在积灰斗的底部设置有沥青排污阀。

所述的电捕焦油器设置数量为2个，在其中一个电捕焦油器中设置1^#和2^#两个电场，在另外一个电捕焦油器中设置3^#和4^#两个电场，1^#和3^#电场采用组合式多功能双峰板式阳极排配方型线阴极，2^#和4^#电场采用组合式多功能双峰板式阳极排配棱型线阴极。

在所述电捕焦油器的烟气入口处设置有油尘分离器，油尘分离器包括折流式气流分布板、G型气流分布板、灰斗，灰斗设置在油尘分离器的下端，折流式气流分布板和G型气流分布板从烟气入口方向前后排列布置，G型气流分布板包括若干个不同孔径及开孔率的气流分布板，折流式气流分布板上的孔为三角孔。

所述脱硫脱氟装置包括水池、进气管、喷淋管、除雾器，水池设置在脱硫脱氟装置的底部，在进气管的入口设置有喷淋装置，进气管的烟气出口伸入水池中，在脱硫脱氟装置的上方从上至下依次设置除雾器和喷淋管，喷淋管通过水泵与水池连通，水池还设置有排水口和补水口。

一种利用所述的碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统对焙烧烟气进行净化超低排放的工艺，具体如下：

来自焙烧车间的烟气从喷淋冷却器上端的烟气入口进入，烟气经过除雾器的预除尘过滤后，向下运行，除雾器上端的喷淋管道对除雾器进行喷淋洗涤，除雾器下端的喷淋管道喷出的水雾颗粒为20～40μm，使高温烟气与水雾进行充分地接触并进行热交换，烟气经水雾洗涤、冷却，并与水雾凝结，经水雾洗涤、冷却的烟气夹带着灰尘颗粒和凝结的沥青进入底部的集气装置，经气流分布板的过滤分流后，烟气从出口烟道排出，进入电捕焦油器；被洗涤和初步过滤下来的沥青及灰尘颗粒从集气装置底部的沥青排污阀排出，热煤油加热器对积灰斗进行加热可以防止沥青冷却凝固；

烟气首先进入电捕焦油器的油尘分离器，油尘分离器中的折流式气流分布板和G型气流分布板将烟气中的部分固态粉尘颗粒从烟气中分离出来，分离出来的粉尘落入油尘分离器下端的灰斗并排出；烟气则进入电捕焦油器的电场中，经电捕焦油器除尘后的烟气通过排烟风机进入脱硫脱氟装置；

从电捕焦油器排出的烟气先经脱硫脱氟装置的进气管入口处的喷淋装置喷淋降温，然后进入水池中与水进行充分的水浴，溶解后与水进行反应，水池中的水温保持在20℃～24℃，烟气经过水池中水的洗涤，将烟气中残留的SO₂、F和氮化物进行清洗，然后向上排出，再次经喷淋水洗涤，进一步吸收烟气中剩余的少量硫化物、氟化物，经重复洗涤后的干净烟气最后通过除雾器的再次过滤，进一步的净化烟气中的焦油、粉尘，最终进入烟囱排入大气；

在电捕焦油器中设置的热水清洗装置，分为热水喷淋和冷水喷淋，热水喷淋可以在线对电场进行喷淋清洗，冷水喷淋为消防喷淋；同时该热水清洗装置在油尘分离器、电捕焦油器下端的灰斗中都设置有热水洗涤管道，实现对油尘分离器、电捕焦油器灰斗的热水清洗；

在整个烟气排放系统中，多点设置温度传感器，当检测到系统中任意检测点的温度变化Δt≥10℃时，温度传感器发出事故报警指令信号，电捕焦油器中的冷水消防喷淋启动，并向系统管道中通入蒸汽。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1)各项污染物排放指标都可达到2016-2030年国家大气污染物排放要求。

2)本发明在电捕焦油器的烟气入口处设置有油尘分离器，在进入电场前捕集80％的粉尘并从油尘分离器下端的灰斗排出，有效提高烟气净化效率。

3)在系统中的关键点设置有温度监测点，对可能着燃点进行监测控制，当检测到系统中任意检测点的温度突变Δt≥10℃时，温度传感器发出事故报警指令信号，及时启动系统中的消防设施，确保安全生产。

4)本发明的电捕焦油器中设置了热水清洗装置、阳极蒸汽伴热装置，对电捕焦油器的阴、阳极系统凝聚堆集的沥青粉尘和焦油的混合物进行定期或不定期的清洗(可带电清洗，清洗时间40～90分钟)确保电捕焦油器稳定高效的运行。同时，热水清洗装置还可以有效防止电捕焦油器中徐然现象的发生。

5)本发明的极配方式采用混合式极配，其特点是电场的起晕电压低，电晕电流大，增大了电晕密度，增加了阳极板的比集尘面积，极易捕集沥青烟气中的沥青和焦油，提高净化效率。

附图说明

图1是本发明一种碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统的布置总图；

图2是图1的俯视图；

图3是电捕焦油器热水清洗装置的示意图；

图4是图3的H向视图；

图5是组合式多功能双峰板式阳极排的结构示意图；

图6是图5的A-A向视图；

图7是图5的B向视图；

图8是方型线的截面图；

图9是棱型线的截面图；

图10是阴极系统主绝缘悬吊结构的示意图；

图11是图10的C向视图；

图12是图10中I点放大图

图13是喷淋冷却器的结构示意图；

图14是图13的D-D向视图；

图15是集气装置的放大图；

图16是电捕焦油器油尘分离器的结构示意图；

图17是图16的E-E向视图；

图18是图16的F-F向视图；

图19是图16的G-G向视图；

图20是脱硫脱氟装置的结构示意图；

图21是本发明一种碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统的工艺流程图。

图中：1-喷淋冷却器、2-电捕焦油器、3-排烟风机、4-脱硫脱氟装置、5-烟囱、6-蒸汽切入点、7-截面为三角形的钢板、8-纵向管道、9-板式主体、10-横向管道、11-法兰、12-阴极线、13-阴极框架、14-高绝缘保护罩、15-空腔、16-主绝缘保温箱、17-加热装置、18-槽钢梁、19-压板、20-螺栓、21-螺母、22-除雾器 23-温度传感器、24-上喷淋管道、25-下喷淋管道、26-阀架、27-烟气出口管道、28-气流分布板、29-热煤油加热器、29-1注油装置、29-2热煤油、29-3电加热装置、30-沥青排污阀、31-热水罐、32-四箱式平流污水处理装置、33-折流式气流分布板、34-G型气流分布板、35-灰斗、36-喷淋管道、37-热水清洗装置主管道、38-灰斗热水冲洗管路、39-溢流管、40-喷淋装置、41-碱液制浆设备、42-排水沟、43-喷淋管、44-进气管、45-水泵、46-PH值传感器、47-切断控制阀、48-防风沟槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明：

见图1-图2，一种碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统，包括喷淋冷却器1、电捕焦油器2、脱硫脱氟装置4，喷淋冷却器1的烟气输出端连接电捕焦油器2的烟气入口，电捕焦油器2的烟气出口通过排烟风机3连接脱硫脱氟装置4的烟气入口，脱硫脱氟装置4的烟气出口连接烟囱5；所述电捕焦油器2中的阳极系统采用组合式多功能双峰板式阳极排，阴极系统采用棱型线和方型线；在电捕焦油器2上设置有热水清洗装置。

见图3、图4、图16、图21，热水清洗装置包括热水罐31、热水清洗装置主管道37、灰斗热水冲洗管路38以及设置于电捕焦油器2电场上端的喷淋管道36，先将消防水通入热水罐31进行加热，热水清洗装置主管道37同时连接热水管和冷水管，正常生产时，向热水清洗装置主管道37中通入90℃～100℃的热水，通过喷淋管道36对电捕焦油器的阴、阳极系统凝聚堆集的沥青粉尘和焦油的混合物进行定期或不定期的清洗(可带电清洗，清洗时间40～90分钟)，再配合阳极蒸汽加热伴热系统的使用(向横向管道10和纵向管道8中通入蒸汽或余热水)，可以防止阴极线结瘤、阳极排结疤，不但可以提高烟气的净化效率，同时可以有效的消除徐然现象的发生，确保电捕焦油器2稳定高效的运行。

电捕焦油器2的供电系统是根据水的电阻率设定电流、电压，并采用恒流恒压的控制方式，控制输出效率，热水清洗装置的喷淋水在该输出效率下，不会产生导电效果，因此电捕焦油器2中的热水清洗可以带电在线实施。

热水清洗装置主管道37还通过灰斗热水冲洗管路38向电捕焦油器2底部的灰斗35中通入热水，对灰斗35进行热水清洗，防止徐然现象。

当电捕焦油器2内部温度突变超出设定范围时，则向热水清洗装置主管道37中通入冷水，开启大水灭火的消防模式。

见图5-图7，所述组合式多功能双峰板式阳极排是由若干个多功能双峰板式阳极排连接而成，所述多功能双峰板式阳极排包括板式主体9、横向管道10、纵向管道8，横向管道10设置在板式主体9的上下两端，纵向管道8在板式主体9的纵向设置，横向管道10与纵向管道8之间相互连通，在纵向管道8的外侧包裹一层截面为三角形的钢板7，三角形的一个角设置在板式主体上9，另外两个角从板式主体9的板面向外形成凸起。该三角形的钢板7在板式主体9板平面的两侧形成双峰式的凸起，形成防风沟槽48。单个的多功能双峰板式阳极排之间通过法兰11连接，构成组合式多功能双峰板式阳极排。

防风沟槽48具有屏蔽气流的功能，使进入电场的气流分布均匀，不产生紊流，从而加速沥青烟气的荷电率，配合比集尘面积大的板式主体9的结构，更能有效的捕集沥青烟粉尘；同时截面为三角形的钢板7和板式主体9的复合型钢性强，高温条件下，热稳定性好，整体结构不变形；

向横向管道10和纵向管道8中通入蒸汽或余热水对多功能双峰板式阳极排进行加热，板式阳极板排传导热效率速度快，热效率高，板式主体9受热均匀，能够稳定的控制电场内含尘烟气温度90±5℃适应沥青烟气软化点的变化，确保沥青烟气的永久高效净化。

多功能双峰板式阳极排的几何结构还有易于沥青的流淌，易排污、不结疤、不结瘤、易清洗。

见图8-图9，阴极系统采用棱型线和方型线；棱型线全长的四个边角上具有很大的曲率半径，同圆线比较，刚性强度好，起晕电压低，电晕电流大。方型线它用方角的尖端放电，放电强度高，起晕电压高，电晕电流大，而且方型线的四个方角的尖端会产生强烈的离子流，增大电捕焦油器电场内的电风，减弱和防止了电晕封闭，具有很强的释放电荷功能，放电强度大，无火花放电斜率高，放电电压高。与组合式多功能双峰板式阳极板排极配，电场强度E＞3.0KV/cm，阳极排表面电流密度均匀，沥青烟尘荷电率高，流畅性能好，不易产生结疤和局部放电闪络现象，确保除尘效率稳定、可靠。本发明的棱型线和方型线其截面积为6mm×6mm。

见图10、图11，所述的阴极系统采用的是主绝缘悬吊结构，该结构包括上端的主绝缘保温箱16、高绝缘保护罩14和下端的悬吊装置，高绝缘保护罩14设置在主绝缘保温箱16和悬吊装置之间。

在所述主绝缘保温箱16的下部设置有高度为1m～1.5m的空腔15，在主绝缘保温箱16的上部设置有加热装置17，在主绝缘保温箱下部的空腔15处也设置有加热装置。

通过加热装置对主绝缘保温箱16及空腔15中的空气进行加热，使主绝缘保温箱16及空腔15中的空气温度始终高于下端的烟气温度，对下端因负压而流动的烟气形成微正压，构成动态的热稳定密封，杜绝下部烟气上升进入主绝缘保温箱16中，高绝缘保护罩14也同时起到对烟气阻流绝缘的作用。

见图12，悬吊装置包括螺栓20、螺母21、压板19，阴极框架13通过螺栓20、螺母21、压板19悬挂于高绝缘保护罩14下端的槽钢梁18上

见图13-图15，在所述喷淋冷却器1的上端设置有双向雾化装置，双向雾化装置设置为上下两个喷淋管道24、25，在两个喷淋管道之间安装有除雾器22，在喷淋冷却器1的底部设置有集气装置。

双向雾化装置包括上喷淋管道24、下喷淋管道25、压缩空气管道、水管道，上喷淋管道24和下喷淋管道25分上下设置在喷淋冷却器1内，上喷淋管道24连接水管，下喷淋管道25同时连接压缩空气管道和水管道，下喷淋管道25对烟气进行雾化喷淋冷却，上喷淋管道24对除雾器22进行喷淋清洗。

所述集气装置包括气流分布板28、烟气出口管道27、积灰斗、热煤油加热器29，气流分布板28安装在积灰斗的上端，烟气出口管道27设置在气流分布板28的中间位置，在积灰斗的下端安装有热煤油加热器29，在积灰斗的底部设置有沥青排污阀30。

热煤油加热器29包括注油装置29-1、电加热装置29-3，通过注油装置29-1向热煤油加热器29注入煤油，在热煤油加热器29上还安装有温度传感器23。

见图21，所述的电捕焦油器2设置数量为2个，采用混合式极配的方式，在其中一个电捕焦油器2中设置1^#和2^#两个电场，在另外一个电捕焦油器2中设置3^#和4^#两个电场，1^#和3^#电场采用组合式多功能双峰板式阳极排配方型线阴极，2^#和4^#电场采用组合式多功能双峰板式阳极排配棱型线阴极。

见图16-图19，在所述电捕焦油器2的烟气入口处设置有油尘分离器，油尘分离器包括折流式气流分布板33、G型气流分布板34、灰斗35，灰斗35设置在油尘分离器的下端，折流式气流分布板33和G型气流分布板34从烟气入口方向前后排列布置，G型气流分布板34包括若干个不同孔径及开孔率的气流分布板，折流式气流分布板33上的孔为三角孔。G型气流分布板34为多个气流分布板前后排列设置，每个气流分布板上的孔径及开孔率都不相同。

在电捕焦油器2入口处设置油尘分离器，可以将烟气中的固态粉尘颗粒有效分离，使得80％的粉尘在进入电场前即被捕集下来。在油尘分离器内也设置了热水冲洗管道连接热水清洗装置主管道37，同时，在电捕焦油器2的灰斗35的排灰口处设置了全密封沥青排污阀，保证了电捕焦油器2捕集下来的粉尘及时有效地排出，同时向油尘分离器及灰斗35中通入热水进行清洗，避免在电场内凝聚堆集后自燃。

为了控制徐燃现象的产生，电捕焦油器2设置了多个温度监测点，而且在电捕焦油器2的进出口都设置了温度监测点，每个电场顶部设置了1个温度传感器，在每个灰斗35上设置了2个温度传感器。同时，自动控制系统显示温度突变信号Δt≥10℃作为可能着燃点的判断依据。如果温度突变信号△t≥10℃时，则向热水清洗装置主管道37中通入冷水，启动消防灭火防爆模式。

见图20，所述脱硫脱氟装置4包括水池、进气管44、喷淋管43、除雾器22，水池设置在脱硫脱氟装置4的底部，在进气管44的入口处设置有喷淋装置40，进气管44的烟气出口伸入水池中，在脱硫脱氟装置4的上方从上至下依次设置除雾器22和喷淋管43，喷淋管43通过水泵45与水池连通，水池还设置有排水口和补水口。水池的排水口与排水沟42连通，并在水池的排水口处设置切断控制阀47，在水池中设置水位计，自动控制水池中的水位。水池通过排水沟42连接四箱式平流污水处理装置32。水池同时还连接碱液制浆设备41，向水池中通入MgO水溶液，平衡水池中水的酸碱度，在水池中设置有PH值传感器，用以检测并控制MgO水溶液的通入量。

MgO溶于水以后生成Mg(OH)₂，Mg(OH)₂作为脱硫剂与H₂SO₃(SO₂+H₂O＝H₂SO₃)反应生成MgSO₃，可回收再利用，被中和的干净水排入排水沟42。

一种利用所述的碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统对焙烧烟气进行净化超低排放的工艺，具体如下：

见图21，来自焙烧车间的烟气从喷淋冷却器1上端的烟气入口进入，烟气经过除雾器22的预除尘过滤后，向下运行，除雾器22上端的上喷淋管道24对除雾器22进行喷淋洗涤，除雾器22下端的下喷淋管道25喷出的水雾颗粒为20～40μm，使高温烟气与水雾进行充分地接触并进行热交换，烟气经水雾洗涤、冷却，并与水雾凝结，经水雾洗涤、冷却的烟气夹带着灰尘颗粒和凝结的沥青进入底部的集气装置，经气流分布板28的过滤分流后，烟气从出口烟道排出，进入电捕焦油器2；被洗涤和初步过滤下来的沥青及灰尘颗粒从集气装置底部的沥青排污阀30排出，热煤油加热器29对积灰斗进行加热可以防止沥青冷却凝固；

烟气首先进入电捕焦油器2的油尘分离器，油尘分离器中的折流式气流分布板33和G型气流分布板34将烟气中的部分固态粉尘颗粒从烟气中分离出来，分离出来的粉尘落入油尘分离器下端的灰斗35并排出；烟气则进入电捕焦油器2的电场中，经电捕焦油器2除尘后的烟气通过排烟风机3进入脱硫脱氟装置4；

从电捕焦油器2排出的烟气先经脱硫脱氟装置4的进气管44入口处的喷淋装置40喷淋降温，使烟气由80℃降至30℃，然后进入水池中与水进行充分的水浴，溶解后与水进行反应，水池中的水温保持在20℃～24℃，烟气经过水池中水的洗涤，将烟气中残留的SO₂、F(固)和氮化物进行清洗，然后向上排出，再次经喷淋水洗涤，进一步吸收烟气中剩余的少量硫化物、氟化物，经重复洗涤后的干净烟气最后通过除雾器22的再次过滤，进一步的净化烟气中的焦油、粉尘，最终进入烟囱5排入大气；

在电捕焦油器2中设置的热水清洗装置，分为热水喷淋和冷水喷淋，热水喷淋可以对电场进行喷淋清洗，冷水喷淋为消防喷淋；同时该热水清洗装置在油尘分离器、电捕焦油器下端的灰斗中都设置有热水洗涤管道，实现对油尘分离器、电捕焦油器灰斗的热水清洗；

在整个烟气排放系统中，多点设置温度传感器，(烟气排放系统的关键部位例如喷淋冷却器、电捕焦油器、脱硫脱氟装置的入口和出口处，焙烧窑出口处，排污的出口处均设置有温度传感器)，系统设定定值温度150℃±5℃为本系统的基准温度，当检测到系统中任意检测点的温度突变Δt≥10℃时，温度传感器发出事故报警指令信号，电捕焦油器2中的冷水消防喷淋启动，并向系统管道中通入蒸汽。

本发明一种碳素阳极焙烧烟气净化超低排放系统及工艺可以实现除尘烟气排放指标达到以下国家标准：

颗粒物粉尘≤3mg/m³

沥青焦油≤10mg/m³

SO₂≤100mg/m³

固氟≤2mg/m³

氮化物≤100mg/m³

强致癌物苯并(α)芘≤1.0μg/100m³。