一种烟气净化集成系统及氧化铝焙烧工艺系统的制作方法

本实用新型涉及氧化铝焙烧技术领域，具体涉及一种烟气净化集成系统及氧化铝焙烧工艺系统。

背景技术：

我国是产铝大国，铝冶炼产业在我国国民经济和社会发展中占据着重要地位，但在铝冶炼过程中，尤其是氧化铝焙烧工序，烟尘和NOx的排放强度均较大，2017年5月，环保部发布的《关于京津冀及周边地区执行大气污染物特别排放限值的公告》中明确指出，京津冀大气传输通道城市的包括有色在内的多个行业新建及现有企业执行大气污染物特别排放限值。目前，国家在继火电超低排放后加速启动非电领域的烟气治理，尤其是钢铁、有色等领域，而铝冶炼产业包含在有色行业之内。因此，必须对氧化铝焙烧工艺进行改进，提高产品质量的同时，对烟尘、NOx等污染物进行高效脱除。

现有氧化铝生产工艺普遍采用气态悬浮焙烧技术，对该工艺产生的烟气进行处理以使其满足排放标准。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种烟气净化集成系统，包括壳体，沿烟气流动方向所述壳体内部依次包括重力除尘单元，电除尘单元、袋式除尘单元和脱硝单元；

所述重力除尘单元其内部设置有使烟气中部分固体颗粒通过自身重力沉积的重力场部件；

所述电除尘单元包括用于形成除尘电场的电极部件；

所述袋式除尘单元设置有滤袋；

所述脱硝单元包括催化剂存放区和喷氨区，所述喷氨区位于所述袋式除尘单元和所述催化剂存放区之间，至少喷氨装置的喷嘴设置于所述喷氨区；

所述烟气净化集成系统还包括对应设置于所述电除尘单元、所述袋式除尘单元和所述重力除尘单元的下方设置有灰斗。

可选的，还包括设置有进口和出口的研磨器，所述灰斗包括第一灰斗和第二灰斗，所述第一灰斗对应所述电除尘单元和所述袋式除尘单元，所述第二灰斗对应所述重力除尘单元，所述研磨器的进口至少连通所述第二灰斗的物料出口，所述研磨器的出口用于连通后续工艺物料输入口；所述研磨器内部设置有研磨部件，用于将所述第二灰斗流入的物料研磨成预定颗粒。

可选的，所述壳体内部还集成有辅助换热管，用于对所述壳体内部流出所述袋式除尘单元且进入所述喷氨区之前的烟气进行加热。

可选的，还包括控制器和温度检测装置，所述温度检测装置用于检测流入所述辅助换热管的高温介质温度，以及所述烟气净化集成系统内部经所述辅助换热管加热后的低温烟气温度；所述控制器，根据所述高温介质温度和所述低温烟气温度控制所述低温烟气温度处于预定脱硝温度范围。

此外，本实用新型还提供了一种氧化铝焙烧工艺系统，包括上述任一项所述的烟气净化集成系统，设置于连通氧化铝烘干装置和氧化铝焙烧装置之间的烟气管道，所述灰斗的出料口连通所述氧化铝焙烧装置的进口；所述烟气净化集成系统的烟气进口连通所述氧化铝烘干装置的出口。

可选的，所述氧化铝焙烧装置包括旋风预热器、主炉和热分离旋风筒；所述壳体内部集成的辅助换热管，用于对流出所述袋式除尘单元且进入所述喷氨区之前的烟气进行加热，所述辅助换热管的高温烟气进口、出口均连接于所述分离旋风筒的出口烟管，以形成高温烟气回路，并且所述高温烟气回路上设置有引风机，用于提供烟气流动的动力。

可选的，所述热分离旋风筒的烟气出口连通所述旋风预热器的进口主管路；所述旋风预热器的气体出口连通所述氧化铝烘干装置，以便将所述氧化铝烘干装置烘干后的物料送入所述。

可选的，还包括余热回收换热组件和连接于主炉下游的冷却旋风筒组，所述冷却旋风筒组包括至少两个冷却旋风筒，流出所述烟气净化集成系统的烟气和流入所述冷却旋风筒组的冷空气通过所述余热回收换热组件进行热量交换。

可选的，所述余热回收换热组件包括第一烟气-水换热器、第二烟气-水换热器和泵送部件，所述第一烟气-水换热器、所述第二烟气-水换热器和所述泵送部件形成水循环回路，所述第一烟气-水换热器设置于所述烟气净化集成系统的烟气出口管路，所述第二烟气-水换热器设置于所述冷却旋风筒组的冷空气进口管路。

可选的，所述辅助换热管包括壳程和管程，所述壳程为所述袋式除尘单元流出的低温烟气的流道，所述管程为高温烟气的流道，并且所述管程中设置有滤尘部件。

本实用新型所提供的氧化铝焙烧工艺系统中使用具有重力除尘单元、电除尘单元和袋式除尘单元的烟气净化集成系统取代了现有技术中一级旋风预热器，该烟气净化集成系统对烟气的除尘效率可达90％以上，将最大限度地、高效地进行气固分离，使得几乎所有氢氧化铝物料都在焙烧主炉中转化成氧化铝，大大降低了物料的浪费，且提高了产品的质量。并且该集成器对烟气除尘效率高无需在后续工艺中设置再次返料系统(即可取消现有技术中的返料系统)，大大简化系统，并且经烟气净化集成系统过滤后的出口烟尘排放浓度大大降低，烟气可直接排放至外界环境。

并且脱硝单元设置于最后一级除尘单元的下游，这样一方面可以避免脱硝中喷入的含NH3的物质对氢氧化铝物料造成污染，另一方面避免鼻涕状硫酸氢氨对下游设备造成堵塞，进而提高了生产质量、生产效率和生产安全性。

另外，先除尘再脱硝的方式也可以有效避免颗粒物堵塞、磨损催化剂现象的发生，提高脱硝效率和催化剂的使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中一种氧化铝焙烧工艺系统的结构原理图；

图2为本实用新型一种具体实施例中氧化铝焙烧工艺系统的结构原理图；

图3为本实用新型一种具体实施例中烟气净化集成系统的结构示意图。

图1至图3中的附图标记说明如下：

一级旋风预热器P01’，二级旋风预热器P02’，旋风预热器P02，热分离旋风筒P03，主炉P04，氢氧化铝给料仓L01，一级计量申克皮带秤F01，二级计量申克皮带秤F02，喂料输送机A01，文丘里干燥器A02，一级冷却旋风筒C01，二级冷却旋风筒C02，三级冷却旋风筒C03，四级冷却旋风筒C04，氧化铝料仓L02，二次沸腾流化床风机K01、K02，电除尘器P11，螺旋输送机P12、引风机Y01，烟囱P05，燃烧器V01，控制器D01，第一温度传感器M01，第二温度传感器M02，第一烟气-水换热器T01，第二烟气-水换热器T02，泵送部件B01，引风机Y02，烟气净化集成系统EF，辅助换热管EF1，催化剂存放区EF2，喷氨区EF3，喷氨装置EF4，重力除尘单元EF5，进口喇叭EF6，第二灰斗EF7，电除尘单元EF8，袋式除尘单元EF9，研磨器EF10。

具体实施方式

请参考图1，氧化铝生产工艺中气态悬浮焙烧技术其工艺流程为：氢氧化铝给料仓L01中含自由水10％～12％的湿氢氧化铝由文丘里干燥器A02进入到焙烧炉系统，经过一级旋风预热器P01’和二级旋风预热器P02’分离预热之后，氧化铝完成了预焙烧过程，进入主炉P04进行悬浮焙烧，然后再经过旋风分离器P03分离，分离下来后的氧化铝依次经过一级冷却旋风筒C01、二级冷却旋风筒C02、三级冷却旋风筒C03、四级冷却旋风筒C04进行初级冷却，再经过一级沸腾流化床风机K01、二级沸腾床风机K02进一步冷却，由氧化铝输送系统吹送至氧化铝料仓L02。从一级旋风预热器P01出来的废气经过电除尘器P11之后排空，电除尘器P11收集下来的物料(即电除尘器返灰)经仓底螺旋输送机P12进入到位于气力螺旋泵上方的集灰仓内，依靠罗茨风机提供的高压风将电除尘器P11返灰吹送至二级冷却旋风筒C02锥部返回流程，用以调整成品氧化铝的灼减。

上述氧化铝气态悬浮焙烧系统产生如下缺陷：

1、氢氧化铝经文丘里干燥器A02烘干后进入一级旋风预热器P01处理后，处理物的浓度比较大，约有10％至30％左右的氢氧化铝经烟道进入电除尘器P11。经电除尘器P11处理后，物料经气力提升泵送入二级冷却旋风筒C02中。最后，混入氧化铝产品中，使得氧化铝成品中含有过高的氢氧化铝，降低了产品的质量。

2、颗粒物的比电阻是电除尘器除尘性能的重要影响因素，而由于氧化铝、氢氧化铝颗粒的比电阻较高，电除尘器对其捕集效率相对较低，容易造成电除尘器出口的颗粒物排放浓度超标，在一级旋风预热器分离效率下降的情况下，电除尘器出口的颗粒物排放浓度往往严重超标，而其排放的含氧化铝、氢氧化铝颗粒物对于大气来说是污染物，对于氧化铝生产工艺来说却是原材料。因此这不仅造成环境污染，也造成物料的浪费。

3、现有氧化铝焙烧工艺存在氧化铝颗粒在电解铝工艺中溶解速度过慢甚至沉淀的现象，导致电解铝的生产效率和质量。

因此，如何克服上述一项或者几项技术缺陷，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，本文以烟气净化集成系统应用于氧化铝焙烧工艺系统中为例，并下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。当然，本领域内技术人员应当理解本文的烟气净化集成系统不局限于氧化铝焙烧工艺系统，其可以应用于其他需要对烟气进行净化处理的工艺系统，例如炼铁工艺系统、炼钢工艺系统等。

本文中所述“第一”、“第二”等词仅是对功能或结构相似零部件的区分。

请参考图2和图3，图2为本实用新型一种具体实施例中氧化铝焙烧工艺系统的结构原理图；图3为本实用新型一种具体实施例中烟气净化集成系统的结构示意图。其中图2和图1中部分符号相同，均表示功能相同的一类装置。

本实用新型提供一种氧化铝焙烧工艺系统，本实用新型是在图1所示的氧化铝焙烧工艺系统的基础上进行改进的系统。本实用新型所提供的氧化铝焙烧工艺系统包括氧化铝烘干装置、烟气净化集成系统EF、氧化铝焙烧装置、余热回收换热组件和连冷却旋风筒组。

其中烟气净化集成系统EF设置在连通氧化铝烘干装置和氧化铝焙烧装置的通道上。其中氧化铝烘干装置包括干燥器，干燥器可以为文丘里干燥器A02，当然也可以为其他干燥部件，主要是实现对固体物料的干燥。氧化铝焙烧装置主要功能为实现氧化铝物料的预热以及焙烧，可以包括旋风预热器、主炉和热分离旋风筒。当然，氧化铝焙烧装置的结构不局限于上文描述。

在一种具体实施例中，与图1技术方案相比，本实用新型的工艺系统是利用烟气净化集成系统EF替代了图1中的一级旋风预热器，以干燥器为文丘里干燥器A02为例，在文丘里干燥器A02和二级旋风预热器的连通管路上设置烟气净化集成系统EF。

具体地，烟气净化集成系统EF可以包括壳体，沿氧化铝焙烧烟气流动方向，壳体内至少集成有重力除尘单元EF5、电除尘单元EF8和袋式除尘单元EF9和脱硝单元。电除尘单元EF8包括用于形成除尘电场的电极部件，例如阳极板、阴极线等配合形成除尘电场的部件，形成除尘电场的电极部件本文不做具体介绍，可以参考现有技术。袋式除尘单元EF9设置有滤袋，滤袋的数量和形势可以通过实际情况选择，其中滤袋优选金属滤袋。袋式除尘单元EF9主要利用滤袋过滤烟气中部分固体颗粒。

壳体内部还集成有重力除尘单元EF5，重力除尘单元EF5的内部设置有使氧化铝焙烧烟气中部分固体颗粒通过自身重力沉积的重力场部件，即重力除尘单元EF5的功能是使烟气中较大颗粒通过自身的重力沉积析出烟气。重力场部件的具体形式，本领域内技术人员可以通过具体环境进行合理选取。

重力除尘单元EF5位于电除尘单元EF8的上游。也就是说，烟气先经过重力除尘单元EF5使烟气中颗粒比较大的物料在自身重力的作用下析出烟气，然后再经过除尘电场使烟气中部分中等大小颗粒沉积析出，最后再经过袋式除尘单元EF9，利用滤袋过滤部分小粒径的固体颗粒。即重力除尘单元EF5进行预除尘，电除尘单元EF8进行中度除尘，最后袋式除尘单元EF9进行深度除尘。被重力除尘单元EF5过滤的固体颗粒自第二灰斗EF7的物料出口传输至氧化铝焙烧装置的进口(图2中旋风预热器P02进口)，被电除尘单元EF8和袋式除尘单元EF9过滤的固体颗粒自第一灰斗传送至旋风预热器的进口，被旋风预热器分离后进入主炉P04。

通过上述设置，烟气净化集成系统EF对烟气除尘效率可达99.95％以上，出口烟尘排放浓度小于10mg/m³。

烟气净化集成系统EF还包括灰斗，灰斗的出料口通过管路连通氧化铝焙烧装置的进口。灰斗可以为一个出口，也可以为多个。

在一种具体实施方式中，灰斗可以包括第一灰斗和第二灰斗，第一灰斗对应设置于电除尘单元EF8和袋式除尘单元EF9下方，第一灰斗的出料口通过管路连通氧化铝焙烧装置的进口，如图2中，第一灰斗的出料口连通旋风预热器。第一灰斗可以仅有一个出料口，当然也可以设置两个或者多个出料口，例如对应电除尘单元EF8设置一个出料口，对应袋式除尘单元EF9设置一个出料口。当然，设置方式不局限于本文描述，只要能够实现上述功能即可。

烟气净化集成系统EF的烟气出口通过管路连接外部排烟设备，通常外部排烟设备为烟囱。当然，烟气也可以自烟气净化集成系统EF的烟气出口直接排至外部。

这样，氢氧化铝给料仓L01中物料经文丘里干燥器A02干燥后，直接进入烟气净化集成系统EF，在烟气净化集成系统EF内部依次经过重力除尘单元EF5、电除尘单元EF8和袋式除尘单元EF9，烟气中的部分颗粒被过滤分离出，自灰斗的出料口输送至旋风预热器，经旋风预热器分离出来的氧化铝颗粒进入主炉P04悬浮焙烧，然后再进入后续工艺流程。另一方面，自烟气净化集成系统EF的烟气出口流出的烟气可以直接或者经余热回收后由外部排烟设备排出。

从以上描述可以看出，本实用新型所提供的氧化铝焙烧工艺系统中使用具有重力除尘单元EF5、电除尘单元EF8、袋式除尘单元EF9和脱硝单元的烟气净化集成系统EF取代了现有技术中一级旋风预热器，该烟气净化集成系统EF对烟气的除尘效率可达90％以上，将最大限度地、高效地进行气固分离，使得几乎所有氢氧化铝物料都在焙烧主炉中转化成氧化铝，大大降低了物料的浪费，且提高了产品的质量。并且该集成器对烟气除尘效率高无需在后续工艺中设置再次返料系统(即可取消现有技术中的返料系统)，大大简化系统，并且经烟气净化集成系统EF过滤后的出口烟尘排放浓度大大降低，烟气可直接排放至外界环境。

考虑到烟气中NOx对外界环境的影响，经深度除尘后的烟气还可以进一步进行脱硝工艺。即壳体内部还可以集成有脱销单元，位于袋式除尘单元EF9下游，脱硝单元包括催化剂存放区EF2和喷氨区EF3，喷氨区EF3位于袋式除尘单元EF9和催化剂存放区EF2之间，至少喷氨装置EF4的喷嘴设置于喷氨区EF3。也就是说喷氨装置EF4可以设置于喷氨区EF3，也可以设置于喷氨区EF3外部。本文优选将喷氨装置EF4设置于喷氨区EF3外部，即位于壳体的外部，减少对壳体内部空间的占据。

催化剂存放区EF2用于存放脱硝催化剂，深度除尘后的烟气在喷氨区EF3进行喷氨，喷氨后的烟气流经催化剂存放区EF2时，在催化剂的催化作用下进行脱硝。催化剂可以为钒钨钛蜂窝式催化剂。

上述实施方式中，将脱硝单元设置于最后一级除尘单元的下游，这样一方面可以避免脱硝中喷入的含NH3的物质对氢氧化铝物料造成污染，另一方面避免鼻涕状硫酸氢氨对下游设备造成堵塞，进而提高了生产质量、生产效率和生产安全性。

另外，先除尘再脱硝的方式也可以有效避免颗粒物堵塞、磨损催化剂现象的发生，提高脱硝效率和催化剂的使用寿命。

当然，烟气净化集成系统EF的进口可以为进口喇叭EF6，以便于烟气均匀进入电除尘单元EF8。

为了进一步提高烟气净化集成系统EF的除尘效率，本文还进一步设置如下。

通过重力除尘单元EF5过滤的固体颗粒通常粒径比较大，后续溶解速度比较慢，甚至会产生沉淀的现象。针对以上技术问题，本实用新型对系统进行了以下改进。

上述各实施例中，氧化铝焙烧工艺系统还可以包括研磨器EF10，研磨器EF10包括进口和出口，研磨器EF10的进口连通第二灰斗EF7的物料出口，研磨器EF10的出口连通旋风预热器的进口，研磨器EF10内部设置有研磨部件，用于将第一灰斗流入的物料研磨成预定颗粒。预定颗粒是指在后续氧化铝颗粒在电解质里不会造成溶解速度慢或者沉淀的合适粒径。当然，预定颗粒越小越好。不公开预定颗粒具体尺寸，并不会对本领域内技术人员理解本文技术方案造成障碍，也不会妨碍其实施。

研磨器EF10的具体结构可以参考现有技术，不属于本文重点介绍。

脱硝工艺对于烟气的温度具有一定的要求，通常300摄氏度左右的烟气脱硝效率比较高。故为了尽量提高脱硝效率，本文对系统还进行了以下改进。

在一种具体实施方式中，上述工艺系统还可以包括辅助换热管EF1，其集成于壳体内部，主要用于对流出袋式除尘单元EF9且还未进入喷氨区EF3之前的烟气进行加热，即对于喷氨区EF3前的烟气进行预加热。辅助换热管EF1的高温热源可以为电，也可以来自外部高温流体介质。以氧化铝焙烧工艺为例，辅助换热管的进口、出口可以均连接于氧化铝焙烧装置中主炉的出口烟管，以形成高温烟气回路。高温烟气回路上设置有引风机Y02，引风机Y02将主炉P04出口的部分烟气引至辅助换热管内部，高温烟气经辅助换热管后再返回主炉P04出口烟管。

主炉P04出口的烟气温度可达1000摄氏度，在引风机Y02的作用下，主炉P04出口的部分高温烟气被引至辅助换热管内部，壳体内经袋式除尘单元EF9的低温烟气流经辅助换热管后，被辅助换热管内部的高温烟气加热升温，然后流入喷氨区EF3。这样可以将壳体内部的脱硝烟气控制在最佳脱硝温度范围，以大大提高脱硝效率。

通过控制引风机Y02的功率可以实现流入辅助换热管EF1中高温烟气的流量，进而控制换热后低温烟气的温度。

具体地，主炉P04的烟气出口连通热分离旋风筒P03，辅助换热管EF1的进口、出口连接于主炉和热分离旋风筒P03之间主管路。

上述各实施例中，热分离旋风筒P03的的烟气出口连接旋风预热器P02的进口主管路，以便该高温烟气可以给进入旋风预热器P02之前的固体颗粒进行预热。

同时，旋风预热器P02的气体出口连通氧化铝烘干装置(图2中旋风预热器的气体出口连通文丘里干燥器A02)，以便将氧化铝烘干装置烘干后的物料送入后续工艺程序，例如送入烟气净化集成系统EF内部。

脱硝排出的烟气的温度也是比较高的，为了尽量降低热量损失，本文还可以进行以下设置。

如上所述，上述各实施例中的氧化铝焙烧工艺系统还包括余热回收换热组件和连接于主炉下游的冷却旋风筒组，冷却旋风筒组包括至少两个冷却旋风筒，图2中示出了冷却旋风筒组包括四个冷却旋风筒的具体实施方式，沿物料流向，四个冷却旋风筒分别为：一级冷却旋风筒C01、二级冷却旋风筒C02、三级冷却旋风筒C03、四级冷却旋风筒C04。

进入主炉P04进行悬浮焙烧，然后再经过旋风分离器P03分离，分离下来后的氧化铝依次经过一级冷却旋风筒C01、二级冷却旋风筒C02、三级冷却旋风筒C03、四级冷却旋风筒C04进行初级冷却，再经过一级沸腾流化床风机K01、二级沸腾床风机K02进一步冷却，由氧化铝输送系统吹送至氧化铝料仓L02。

本实用新型中流出烟气净化集成系统EF的烟气和流入冷却旋风筒组的冷空气通过余热回收换热组件进行热量交换，以利用烟气净化集成系统EF的烟气加热流入冷却旋风筒组的冷空气。以上所述为例，流出烟气净化集成系统EF的烟气和流入四级冷却旋风筒C04的冷空气通过预热回收换热组件进行热量交换。

在一种具体实施例中，余热回收换热组件可以包括第一烟气-水换热器T01、第二烟气-水换热器T02和泵送部件B01，第一烟气-水换热器T01、第二烟气-水换热器T02和泵送部件B01形成水循环回路，第一烟气-水换热器T01设置于烟气净化集成系统EF的烟气出口管路，第二烟气-水换热器T02设置于冷却旋风筒组的冷空气进口管路。

上述将余热回收换热组件设置为两个烟气-水换热器的形式，可以提高系统设置的灵活性。

为了实现系统的自动化控制，本实用新型还进一步设置有控制器D01和温度检测装置，温度检测装置用于检测流入辅助换热管的高温介质温度，以及烟气净化集成系统内部经辅助换热管加热后的低温烟气温度；控制器，根据高温介质温度和低温烟气温度控制低温烟气温度处于预定脱硝温度范围。

以氧化铝焙烧工艺为例，温度检测装置用于检测由主炉流至辅助换热管的高温烟气温度，以及烟气净化集成系统EF内部经辅助换热管加热后的低温烟气温度。具体地，温度检测装置可以包括第一温度传感器M01和第二温度传感器M02，分别用于检测高温烟气温度和低温烟气温度。

控制器D01根据高温烟气温度和低温烟气温度控制引风机Y02和泵送部件B01的工作效率，以使低温烟气温度处于预定脱硝温度范围。

本实用新型所提供的氧化铝焙烧工艺系统还可以包括一级计量申克皮带秤F01、二级计量申克皮带秤F02、喂料输送机A01，以上各部件依次连接于氢氧化铝给料仓L01和干燥器A02之间。同理主炉P04配备有燃烧器V01，以上各部件在系统中的作用与现有技术相同，在此不做赘述。

再者，在烟气净化集成系统和烟囱P05之间的主烟道上还可以设置主引风机Y01，用于提供排烟动力。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。