一种干法脱氟除尘烟气净化系统及方法与流程

本发明涉及环保除尘领域，具体涉及一种干法脱氟除尘烟气净化系统及方法。

背景技术：

现有的非铝行业烟气中含有hf、so2、co、nox、co2、sif4等成分，含气态氟化物的粉尘会严重污染大气环境及影响现场操作工人的身体健康。随着国家环保要求对工厂生产操作环境和烟尘排放标准的日益提高，生产厂家对相关处理设施的系统配置也会因环保一票否决制的条件而有迫切的需求，而含氟烟气的脱氟及高效除尘系统的研制和开发可以满足生产厂家对生产操作环境和烟尘排放标准的要求。

现有的多采用湿法脱氟除尘方法，采用湿法工艺需要投入大量的水，且容易产生废水，导致二次污染，不适用干旱地区。此外，对烟气的脱氟除尘效率低下，不满足当今日益严格的环保要求。

目前一般采用的是vri反应器，vri反应器进料部分是一个空心锥体多孔眼，容易使得进入vri反应器内的氧化铝粉分布不均匀，吸附不彻底，环保数据达标排放不稳定的现象，并且存在堵塞的可能性。vri反应器进料分布是多孔眼圆截面，使用一段时间磨损严重，其使用功能下降，脱氟效率降低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种干法脱氟除尘烟气净化系统及方法，该系统脱氟效率可达99.7％，烟气流速15～22m/s，烟气温度120-150℃，反应速率快，适用于非铝行业；其方法简单，无废水产生，且当hf浓度出现脉冲式增加时，开启喷枪喷入氧化铝可满足排放要求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种干法脱氟除尘烟气净化系统，包括：氧化铝储罐、文丘里管反应器、烟道、除尘器、罗茨风机和烟卤；其中，所述氧化铝储罐的底端具有第一下料口和第二下料口；

所述第一下料口依次连通有第一抽气室、第一锁气器、第一混合器和喷枪，所述第一混合器上连通有第一压缩空气输送管道，所述喷枪的出口连通有烟道；位于喷枪出口之后的烟道上依次连通有文丘里管反应器、除尘器、罗茨风机和烟卤；

所述第二下料口依次连通有第二抽气室、第二锁气器和第二混合器，所述第二混合器上连通有第二压缩空气输送管道，所述第二混合器的出口与所述文丘里管反应器相连通。

优选的，所述文丘里管反应器上连通有第三压缩空气输送管道。

优选的，所述除尘器为布袋除尘器。

优选的，所述除尘器和罗茨风机之间的烟道上设置有hf检测仪。

优选的，还包括载氟氧化铝储罐，所述除尘器的出料口依次连通有第三抽气室、第三锁气器、第三混合器和载氟氧化铝储罐；所述第三混合器上连通有第四压缩空气输送管道；

所述载氟氧化铝储罐的出料口依次连通有第四抽气室、第四锁气器、第四混合器，所述第四混合器的出口与文丘里管反应器相连通，所述第四混合器上连通有第五压缩空气输送管道。

(二)一种干法脱氟除尘烟气净化方法，包括以下步骤：

步骤1，氧化铝储罐内的氧化铝粉末与第一压缩空气输送管道内的压缩空气经第一混合器混合后送入喷枪，喷枪将混合后的物质喷入烟道，与烟道内的烟气进行吸附，形成载氟氧化铝，载氟氧化铝通过烟道进入文丘里管反应器；

步骤2，氧化铝储罐内的氧化铝粉末与第二压缩空气输送管道内的压缩空气经第二混合器混合后送入文丘里管反应器；

步骤3，载氟氧化铝和氧化铝粉末在文丘里管反应器内充分与烟气进行吸附作用，得脱氟后的烟气和载氟氧化铝；

步骤4，将脱氟后的烟气和载氟氧化铝送入除尘器内进行气固分离，得净化后的气体；净化后的气体从烟炉中排出，固体从除尘器的出料口排出并收集。

优选的，步骤1中，所述烟道内的烟气流速为15～22m/s，烟道内的温度为120～150℃。

优选的，还包括步骤5，除尘器的出料口排出的固体与第四压缩空气输送管道内的压缩空气经第三混合器混合后送入载氟氧化铝储罐，载氟氧化铝储罐出口排出的物质与第五压缩空气输送管道的压缩空气经第四混合器混合后送入文丘里管反应器，进行吸附作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所得的干法脱氟除尘烟气净化系统脱氟效率可达99.7％，烟气流速15～22m/s，烟气温度120-150℃，反应速率快，适用于非铝行业的干法脱氟除尘。

(2)采用的粉末状的al2o3，与hf反应生成的产物为alf3和h2o，水在烟气温度120℃是水蒸气，该反应不需要投入水，也不产生含废水的二次污染，对于干旱地区特别适用。采用喷枪，当hf浓度出现脉冲式增加时，开启喷枪喷入氧化铝可满足排放要求。

(3)本发明采用的文丘里管反应器上有两个氧化铝进料口，里面呈现敞口圆管状，通过压缩空气和文丘里管反应器喉管出的高速气流将氧化铝快速吹散与烟气充分混合，接触充分吸附彻底，对hf的去除效率高于vri反应器。文丘里管反应器进料部分是圆管状，不存在磨损情况，因而脱氟效率不受此影响。vri反应器单位时间投入烟道中的氧化铝小于文丘里管反应器的投入量，同样工况条件下脱氟效率低于文丘里管反应器。文丘里管反应器对hf的去除效率可达99.7％，高于vri反应器的99.2％。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的干法脱氟除尘烟气净化系统图；

图中：1氧化铝储罐；101第一下料口；102第二下料口；103仓顶除尘器；104气化板；2第一抽气室；3第一锁气器；4第一混合器；5喷枪；6烟道；7第一压缩空气输送管道；8第二抽气室；9第二锁气器；10第二混合器；11第二压缩空气输送管道；12文丘里管反应器；13除尘器；1301返料空气斜槽；14罗茨风机；15烟卤；16第三压缩空气输送管道；17hf检测仪；18载氟氧化铝储罐；19第三抽气室；20第三锁气器；21第三混合器；22第四压缩空气输送管道；23第四抽气室；24第四锁气器；25第四混合器；26第五压缩空气输送管道；27废料收集袋。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

(一)参考图1，根据本发明的内容的实施例所提出的一种干法脱氟除尘烟气净化系统，包括：氧化铝储罐1、文丘里管反应器12、烟道6、除尘器13、罗茨风机14和烟卤15；其中，所述氧化铝储罐1的底端具有第一下料口101和第二下料口102；所述第一下料口101依次连通有第一抽气室2、第一锁气器3、第一混合器4和喷枪5，所述第一混合器4上连通有第一压缩空气输送管道7，所述喷枪5的出口连通有烟道6；位于喷枪5出口之后的烟道6上依次连通有文丘里管反应器12、除尘器13、罗茨风机14和烟卤15；所述第二下料口102依次连通有第二抽气室8、第二锁气器9和第二混合器10，所述第二混合器10上连通有第二压缩空气输送管道11，所述第二混合器10的出口与所述文丘里管反应器12相连通。

在以上实施例中，氧化铝储罐1内用于存储新鲜的氧化铝粉末，氧化铝储罐1的底端具有第一下料口101和第二下料口102；其中，氧化铝储罐1上设置有气化板104，防止氧化铝储罐1的料板结，鼓吹压缩空气防止氧化铝料出现板结不能流畅下落；氧化铝储罐1的顶部为仓顶除尘器13103，防止加料过程中产生扬尘排放室外。第一下料口101通过管道依次连接有手动插板阀、第一抽气室2、第一锁气器3、手动插板阀、第一混合器4和喷枪5，管道与各部件的连接均采用法兰，第一混合器4上还连接有第一压缩空气输送管道7。第二下料口102通过管道依次连接有手动插板阀、第二抽气室8、第二锁气器9、手动插板阀、第二混合器10和文丘里管反应器12，第二混合器10上还连接第二压缩空气输送管道11。锁气器是让压缩空气向着物料下落的方向流动，锁气器需通过抽气室控制返气。

通过第一下料口101将新鲜的氧化铝粉末送入第一混合器4，第一压缩空气输送管道7内的压缩空气与氧化铝粉末在第一混合器4充分混合均匀，再利用压缩空气的气力将混合后的氧化铝粉末送入喷枪5内(喷枪5与烟道6焊接，是喷射氧化铝的备用设备)，接着喷入烟道6内与含氟烟气进行吸附作用。通过第二下料口102将氧化铝粉末送入第二混合器10，第二压缩空气输送管道11内的压缩空气与氧化铝粉末在第二混合器10充分混合均匀，再利用压缩空气的气力将混合后的氧化铝粉末送入文丘里管反应器12。文丘里管反应器12的下方设置有废料收集袋27，用于收集没有脱氟效率的载氟氧化铝，排掉废料。氧化铝的输送选用气力输送需保证每条支路的压力平衡，需通过减压阀调整平衡。

文丘里管反应器12可以循环利用的载氟氧化铝继续脱氟，新鲜氧化铝与hf发生反应；载氟氧化铝与新鲜的氧化铝按比例加入，利于反应物料耗量经济化。在文丘里管反应器12后，烟道6与除尘器13通过法兰连接，在除尘器13的滤袋下方有返料空气斜槽1301、载氟氧化铝循环调节阀、手动插板阀、罗茨风机14等，返料空气斜槽1301与除尘器13主体设备以满焊的方式连接，载氟氧化铝循环调节阀与返料空气斜槽1301下的管道以法兰的方式连接，手动插板阀与调节阀下的管道以法兰的方式连接，罗茨风机14以法兰的方式与返料空气斜槽1301下的管道连接。

在含有氟化氢(hf)、so2、co、nox、co2、sif4等的烟气成分中，hf的沸点最高，为19.5℃，气体的凝结与蒸发是由分子间的范德华力所致。气体被吸附所需要的最低级能与气体凝结成液体的能量相当，当难液化的气体呈现很小的吸附能力；因此，氟化氢最容易被吸附。

氧化铝(al2o3)是一种多孔结构的物质，具有很大的内表面积，这给吸附物和吸附剂之间提供了接触机会，所以比表面积越大，接收吸附的能力也越大，吸附量也随比表面积的增加而增加。氧化铝中起吸附作用的主要依赖于γ型氧化铝，因此γ型氧化铝含量与吸附量成正比。为了提高烟气中hf的去除效率，应尽量采用高γ-al2o3含量的al2o3。

反应方程式：al2o3+6hf＝2alf3+3h2o

吸附反应原理：氧化铝吸附氟化氢以化学吸附为主，物理吸附居次。化学吸附的结果在氧化铝表层，形成单分子层吸附化合物。其过程是除尘器13在引风机启动后启动，引风机的作用使前端工艺的烟气进入烟道6中通过文丘里管反应器12，在此使新加入的氧化铝与烟气充分混合，并发生吸附反应吸附烟气中的氟化氢，反应后载氟氧化铝粉尘等固体物料与烟气一起进入反应通道，再次吸附反应，然而经灰斗进入布袋除尘器气室，吸附停留在滤袋外表面，吸附过氟化氢的氧化铝(亦称载氟氧化铝)与含氟浓度高的烟气，再一次反应，从而获得更高的氟净化效率。

过滤工作原理：含氟烟气首先由立管段上文丘里管反应器12通过加料，加入新鲜氧化铝、载氟氧化铝，称净化系统第一次反应、吸附。然而进入除尘器13的进风通道，使烟气较均匀地通过设置在箱体内的下降烟道6，通过进风道及灰斗进入到各除尘器13箱体尘气室内、随着截面的扩大气流速度降低，使气流折转向下，粗颗粒粉尘由于惯性沉降直接落入灰斗，细小的粉尘随气流进入过滤室；由于灰斗下部装有沸腾床，能将氧化铝粉末的储料和排料集中于一体，具有一定氧化铝的贮存空间。返料空气斜槽1301受底部罗茨风机14鼓入的空气喷吹，灰斗中的氧化铝充分混合，新鲜氧化铝和含氟氧化铝作用并再次吸附、反应，称第二次反应、吸附。当细小粉粒到达滤袋表面，粉尘积附在滤袋表面，清灰时一般控制滤袋表面积有一定量的氧化铝，当新的粉粒由引风机引力吸附，吸附的粉粒与原留的氧化铝粉粒又一次反应，称为第三次吸附反应。然而过滤后的气体经风机排入大气。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述文丘里管反应器12上连通有第三压缩空气输送管道16。

在以上实施例中，通过第三压缩空气输送管道16向文丘管反应器内通入空气，有利于文丘管反应器内物质进行充分接触反应，提高脱氟效率。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述除尘器13为布袋除尘器。

在以上实施例中，布袋除尘器用于将净化后的气体与载氟al2o3进行气固分离，并使氧化铝粉末与未反应的hf气体、氟化物气体(氟硅酸)进行吸附反应。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述除尘器13和罗茨风机14之间的烟道6上设置有hf检测仪17。

在以上实施例中，hf检测仪17与预先在除尘器13和罗茨风机14之间的烟道6上留的孔以套管的方式连接，hf检测仪17用于检测除尘器13作用后的烟气中的hf浓度，根据检测的hf浓度通过化学反应方程式计算氧化铝耗量，并选择喷枪5对应的氧化铝流量。

参考图1，根据本发明的一个实施例，还包括载氟氧化铝储罐18，所述除尘器13的出料口依次连通有第三抽气室19、第三锁气器20、第三混合器21和载氟氧化铝储罐18；所述第三混合器21上连通有第四压缩空气输送管道22；所述载氟氧化铝储罐18的出料口依次连通有第四抽气室23、第四锁气器24、第四混合器25，所述第四混合器25的出口与文丘里管反应器12相连通，所述第四混合器25上连通有第五压缩空气输送管道26。

在以上实施例中，载氟氧化铝储罐18内的载氟氧化铝的输送与氧化铝的输送相同，二者的下料结构一致。新鲜氧化铝吸附氟化物后便成了载氟氧化铝，载氟氧化铝吸附氟化氢的效率远远高于新鲜氧化铝，所以载氟氧化铝循环使用参与到吸附反应中，可有效提高吸附反应效率。除尘器13收集的载氟粉尘通过卸料阀至氟化铝储存罐，收集的载氟粉尘可在电解铝行业中回收中再利用，无二次污染。

(二)一种干法脱氟除尘烟气净化方法，包括以下步骤：

步骤1，氧化铝储罐1内的氧化铝粉末与第一压缩空气输送管道7内的压缩空气经第一混合器4混合后送入喷枪5，喷枪5将混合后的物质喷入烟道6，与烟道6内的烟气进行吸附，形成载氟氧化铝，载氟氧化铝通过烟道6进入文丘里管反应器12。

步骤2，氧化铝储罐1内的氧化铝粉末与第二压缩空气输送管道11内的压缩空气经第二混合器10混合后送入文丘里管反应器12。

步骤3，载氟氧化铝和氧化铝粉末在文丘里管反应器12内充分与烟气进行吸附作用，得脱氟后的烟气和载氟氧化铝。

步骤4，将脱氟后的烟气和载氟氧化铝送入除尘器13内进行气固分离，得净化后的气体；净化后的气体从烟炉中排出，固体从除尘器13的出料口排出并收集。

步骤5，除尘器13的出料口排出的固体与第四压缩空气输送管道22内的压缩空气经第三混合器21混合后送入载氟氧化铝储罐18，载氟氧化铝储罐18出口排出的物质与第五压缩空气输送管道26的压缩空气经第四混合器25混合后送入文丘里管反应器12，进行吸附作用。

氧化铝与氟化氢的可反应温度区间在120℃～150℃，最佳反应温度120℃；由于该反应是依靠文丘里反应器形成的瞬间高速将氧化铝喷入烟道6中，因此文丘里反应器这部分需要安装在竖直烟道6上，且烟气流速需在15～22m/s，烟道6的长度需保证氧化铝与hf反应时间最少1s；该反应的反应速率特别快，1s内完成反应。

本发明的干法脱氟除尘烟气净化系统中，包括第一脱氟体系、除尘体系、气力输送体系和第二脱氟体系，通过四个体系的相互配合，实现干法脱氟除尘在非铝行业小烟气量的达标排放。

其中，第一脱氟体系包含氧化铝储罐1、第一抽气室2、第一锁气器3、手动插板阀、第一混合器4、喷枪5、第二抽气室8、第二锁气器9、手动插板阀、第二混合器10、文丘里管反应器12、烟道6、气力输送管道等。第一脱氟体系用于向文丘里管反应器12内通入氧化铝粉末、压缩空气、烟气，通过氧化铝粉末与烟气进行吸附作用，去除烟气中的氟化物。

除尘体系包含布袋除尘器、返料空气斜槽1301、载氟氧化铝循环调节阀、第三抽气室19、第三锁气器20、手动插板阀、罗茨风机14、hf检测仪17等。除尘体系用于将第一脱氟体系净化后的气体与载氟al2o3进行气固分离，并使氧化铝粉末与未反应的hf气体、氟化物气体(氟硅酸)进行吸附反应。

第二脱氟体系包含载氟氧化铝储罐18、第四抽气室23、第四锁气器24、第四混合器25等。第二脱氟体系用于将除尘体系收集的载氟粉尘通过卸料阀至氟化铝储存罐，收集的载氟氧化铝循环使用参与到吸附反应中，可有效提高吸附反应效率。

气体输送体系包含第一压缩空气输送管道7、第二压缩空气输送管道11、第三压缩空气输送管道16、第四压缩空气输送管道22和第五压缩空气输送管道26。通过气力输送系统将新鲜氧化铝喷入串联在烟道6的喷枪5和文丘里管，新鲜氧化铝与烟气中的hf气体反应生产alf3和水。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。