技术领域
[0001] 本
发明涉及污染物控制技术领域，尤其涉及一种电解铝碳素阳极焙烧烟气的处理装置及方法和用途。
背景技术
[0002] 电解铝碳素阳极焙烧是指成型后的生阳极经1150℃高温焙烧的工序。生阳极的配料中含有
石油焦煅烧成的煅后焦、作为
粘合剂的
沥青、以及一部分残阳极。碳素阳极焙烧烟气成分较为复杂，其主要污染物包括颗粒物(350mg/m3)、SO2(300mg/m3)、NOx(50-120mg/m3)、氟化物(50-80mg/m3)和沥青烟(185mg/m3)，多种污染物排放超标。焙烧工序是电解铝碳素阳极生产的一个重要工序，污染物
排放量在整个铝行业污染物排放量占比较高。因此，开发碳素阳极焙烧烟气多污染物联合控制技术，实现烟气中SO2、氟化物和沥青烟的联合脱除，具有重要意义。
[0003] 电捕焦油
净化技术使用高压静电捕集焦油的方法。目前干式静电捕油器较为成功。用静电捕集法电源
电压维持40000～60000V。沥青烟在高温场合比
电阻较大，难以清除；
温度过低(在沥青烟冷凝温度下)容易粘附且不易清除。一般控制静电捕集器入口烟气温度不低于70～80℃，平均效率在90％左右。但电捕焦油净化技术对烟气中SO2和氟化物没有净化效果，在全国多个地区普遍执行特别排放限值的前提下，需额外添加
脱硫脱氟设施。
[0004]
氧化铝干法净化技术是以氧化铝为
吸附剂的干法净化工艺。可以净化烟气中的沥青烟、氟化物、颗粒物。这种工艺是以电解铝生产的原料-氧化铝为吸附剂，吸附大量的沥青焦油的氧化铝返回电解铝生产使用。进入
电解槽后，一部分沥青焦油被烧掉，另一部分进入电解铝烟气，造成一定的二次污染。而且含有沥青焦油的氧化铝流动性较差，返回电解槽后会造成
电解质含碳量增高，从而影响电解槽正常生产。
[0005] 湿法净化技术使用稀NaOH溶液喷淋洗涤，烟气中的HF和SO2被NaOH溶液吸收，一部分粉尘和沥青烟也被洗涤，从洗涤塔出来的烟气再经湿式电
除尘器净化。但湿法净化存在一些
缺陷：系统庞大，基建投资和检修
费用较高，需解决
废水排放和设备
腐蚀的问题。
[0006] CN 1974866A公开了一种应用于电解铝阳极生产厂的阳极焙烧炉烟气净化工艺。焙烧炉烟气首先经过烟气冷却系统将高温烟气降温，降温后的烟气进入电捕焦油器去除烟气中大量的沥青焦油，之后进入干法净化系统去除烟气中的大量焦油，之后进入干法净化系统去除烟气中的固态氟化物及HF气体、
烟尘、焦油，净化后的烟气由主排烟
风机进入烟囱。但是，所述电解铝阳极生产厂的阳极焙烧炉烟气净化工艺对烟气中的SO2和NOx基本无净化效果。
发明内容
[0007] 鉴于电解铝碳素阳极焙烧烟气的
现有技术中大多难以既经济又高效地将SO2、NOx、氟化物和沥青烟等多污染物一体化联合脱除，本发明的目的之一在于提供一种通过脱硫、脱硝、脱氟、脱沥青烟系统与循环
流化床反应器的有效集成的装置和方法，实现电解铝碳素阳极焙烧烟气中多污染物一体化联合脱除。
[0008] 为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 第一方面，本发明提供了一种电解铝碳素阳极焙烧烟气的处理装置，包括依次连接的烟气冷却系统、电捕焦油器、预氧化系统、和半干法净化系统。
[0010] 其中，所述烟气冷却系统的出口与所述电捕焦油器的入口相连，所述电捕焦油器的出口与所述半干法净化系统的入口通过中间烟道相连，所述中间烟道设有预氧化系统。
[0011] 针对电解铝碳素阳极焙烧烟气大多仅安装电捕焦油器难以满足SO2、NOx、氟化物和沥青烟等多污染物治理的现状，本发明结合循环流化床半干法具有工艺流程短、占地小、效率高等优点，通过脱硫、脱硝、脱氟、脱沥青烟系统与循环流化床反应器的有效集成，实现多污染物在循环流化床反应器内的一体化联合脱除。其中本发明预氧化系统与半干法净化系统之间存在协同作用，预氧化系统不仅将烟气中的NO氧
化成高价态NOx，同时将烟气中沥青烟有机成分氧化分解为CO2和H2O，使得烟气进入半干法净化系统中后容易在雾化水的作用下被吸收剂吸收，吸收效率提高，并且沥青烟的去除更加彻底。
[0012] 优选地，所述烟气冷却系统包括全
蒸发冷却塔、水
泵、输送管道、
喷枪和PLC控制系统。
[0013] 优选地，所述电捕焦油器为卧式双
电场电除尘器。
[0014] 优选地，所述预氧化系统包括
氧化剂供给设备、稀释风机、缓冲罐和分布器。
[0015] 优选地，所述半干法净化系统包括吸收剂仓、喷水
喷嘴、循环流化床反应塔。
[0016] 所述循环流化床反应塔的底端为进气端，所述进气端安装有文丘里装置，所述文丘里装置的进气口连接所述预氧化系统的出气口，所述文丘里装置的出气口位于所述循环流化床反应塔的内部。
[0017] 所述文丘里装置的扩张段上设有吸收剂入口和喷水喷嘴，所述吸收剂入口与吸收剂仓相连。
[0018] 优选地，所述吸收剂仓填充有吸收剂。
[0019] 优选地，所述吸收剂包括石灰、氧化镁、赤泥、电石渣和
粉煤灰的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：石灰与氧化镁的组合，赤泥与电石渣的组合，石灰和粉煤灰的组合，赤泥、电石渣与粉煤灰的组合。考虑到电解铝企业一般建有燃煤热电厂，在提供热电的同时，排放大量的粉煤灰固废。而粉煤灰中主要成分为Al2O3和SiO2，另含有10％～20％左右的
碱性金属氧化物(CaO、MgO、Na2O、K2O等)及5％左右的未燃尽碳。其中，Al2O3和SiO2对氟化物的吸收能
力远优于CaO、MgO等吸收剂，碱性金属氧化物可以用于吸收烟气中SO2和高价态NOx，而未燃尽碳则可以用于吸附烟气中的沥青烟。因此，本发明吸收剂优选粉煤灰。粉煤灰不仅实现了硫化物、氟化物和沥青烟的协同去除，而且来源于电解铝工业链条上的固废，达到协同治废的双赢效果。保证与石灰、氧化镁、赤泥、电石渣相当的脱硫脱硝效率，同时进一步提高氟化物和沥青烟的净化效率。
[0020] 优选地，所述半干法净化系统还包括旋风分离器、袋式除尘器和灰仓。
[0021] 优选地，所述循环流化床反应塔的出气口与所述旋风分离器的进气口相连，所述旋风分离器的出气口与所述袋式除尘器的进气口相连，所述袋式除尘器的出气口与所述灰仓的进气口相连。
[0022] 优选地，所述旋风分离器的底部设有第一分离料斗，所述第一分离料斗的出口设有第一支路和第二支路，为了将反应后的吸收剂返回实现循环利用，所述第一支路与所述文丘里装置的扩张段相连，所述第二支路与所述灰仓相连。
[0023] 优选地，所述袋式除尘器的底部设有第二分离料斗，所述第二分离料斗的出口与灰仓相连。
[0024] 优选地，所述第二分离料斗的出口与所述第一分离料斗的第二支路汇并后与灰仓相连。
[0025] 第二方面，本发明提供了一种电解铝碳素阳极焙烧烟气的处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0026] 1)将所述电解铝碳素阳极焙烧烟气进行降温，凝聚后生成液态沥青焦油；
[0027] 2)经步骤1)降温的烟气进行电捕焦油，除去液态沥青焦油；
[0028] 3)将步骤2)电捕焦油后的烟气进行预氧化；
[0029] 4)将步骤3)预氧化后的烟气进行半干法净化，除去烟气中的颗粒物、SO2、高价态NOx、氟化物和沥青烟，得到净化烟气。
[0030] 优选地，所述方法利用如第一方面所述的装置进行。
[0031] 优选地，步骤1)所述降温在烟气冷却系统中进行。
[0032] 优选地，步骤1)所述降温的方法包括喷水雾化降温。
[0033] 优选地，步骤1)所述降温后烟气的温度为90～100℃，例如90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃等。
[0034] 优选地，步骤2)所述电捕焦油在电捕焦油器中进行。
[0035] 优选地，步骤3)中所述的预氧化在预氧化系统中进行。
[0036] 优选地，步骤3)所采用的氧化剂为双氧水、臭氧、高锰酸
钾、
次氯酸钠和亚氯酸钠的任意一种或至少两种的组合，其中，典型但非限制性的组合为：双氧水与臭氧的组合，高锰酸钾与次氯酸钠的组合，双氧水与亚氯酸钠的组合。
[0037] 优选地，步骤4)所述的半干法净化在半干法净化系统中进行。
[0038] 优选地，步骤4)所采用的吸收剂为粉煤灰、石灰、氧化镁、赤泥、电石渣的任一种或至少两种的组合，优选粉煤灰。
[0039] 作为本发明优选的技术方案，电解铝碳素阳极焙烧烟气的处理方法包括如下步骤：
[0040] 1)高温烟气经过烟气冷却系统降温至90～100℃后，烟气中大部分气态的沥青烟凝聚成液态沥青焦油；
[0041] 2)烟气降温后进入电捕焦油器，除去液态沥青焦油；
[0042] 3)烟气进入预氧化系统，采用双氧水、臭氧、高锰酸钾、次氯酸钠和亚氯酸钠的任意一种或至少两种的组合作为氧化剂将烟气进行预氧化；
[0043] 4)烟气进入半干法净化系统，用粉煤灰、石灰、氧化镁、赤泥、电石渣的任一种或至少两种的组合作为吸收剂吸收除去烟气中的颗粒物、SO2、高价态NOx、氟化物和沥青烟，其中吸收剂仓内的吸收剂以粉状形式喷入文丘里装置的扩张段，同时喷水喷嘴喷入雾化水，随烟气进入循环流化床反应塔，吸收剂在雾化水的作用下对烟气中的多污染物进行反应或吸收脱除，实现半干法净化，优选通过旋风分离器和袋式除尘器进行烟气分离，所得尘粉收集于回仓中，回仓中的尘粉优选返回文丘里装置作为吸收剂循环利用，分离所得净化烟气可直接排出。
[0044] 第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述装置的用途，所述装置用于脱硫脱硝脱氟脱沥青烟一体化净化工艺。
[0045] 与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
[0046] 1.本发明提供的电解铝碳素阳极焙烧烟气处理装置，实现了多种污染物的协同控制，且净化效率较高，脱硫效率达95％以上，脱硝效率可达80％以上，脱氟化物效率可达90％以上，脱沥青烟效率可达95％以上，能够满足日渐严格的电解铝碳素阳极焙烧烟气的排放标准；
[0047] 2.本发明将预氧化系统与半干法净化系统互相协同，不仅提高脱硫效率、脱硝效率和脱沥青烟效率，还不需单独配置专
门的脱硝装置和脱沥青烟装置，使得装置的经济性和有效性显得突出；
[0048] 3.本发明通过选择合适的吸收剂，与循环流化床半干系统配合，实现多污染物在循环流化床反应器内的一体化联合脱除。
附图说明
[0049] 图1为本发明
实施例1中装置的示意图；
[0050] 图中标记示意为：1-烟气冷却系统；2-电捕焦油器；3-预氧化系统；4-半干法净化系统；5-吸收剂仓；6-喷水喷嘴；7-循环流化床反应塔；8-旋风分离器；9-袋式除尘器；10-灰仓；11-烟囱
具体实施方式
[0051] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以
权利要求书为准。
[0052] 实施例1
[0053] 一种电解铝碳素阳极焙烧
烟气脱硫脱氟脱沥青烟装置，包括依次连接的烟气冷却系统1、电捕焦油器2、预氧化系统3、和半干法净化系统4，烟气冷却系统1出口与电捕焦油器2入口相连，电捕焦油器2出口与半干法净化系统4入口相连，电捕焦油器2半干法净化系统4中间烟道设有预氧化系统3。
[0054] 烟气冷却系统1由全
蒸发冷却塔、水泵、输送管道、喷枪、PLC控制系统组成，电捕焦油器2为卧式双电场电除尘器，预氧化系统3由氧化剂供给设备、稀释风机、缓冲罐、分布器组成，半干法净化系统4由吸收剂仓5、喷水喷嘴6、循环流化床反应塔7、旋风分离器8、袋式除尘器9和灰仓10组成。
[0055] 电捕焦油器2出口与循环流化床反应塔7底部的烟气出入相连。吸收剂仓5与循环流化床反应塔7的文丘里扩张段相连。喷水喷嘴6位于循环流化床反应塔7的文丘里扩张段。旋风分离器8底部的分离料斗分为两条支路，一条支路与循环流化床反应塔7的文丘里扩张段相连，另一条支路与袋式除尘器8底部的分离料斗汇聚后与灰仓10相连。
[0056] 一种由上述电解铝碳素阳极焙烧烟气脱硫脱硝脱氟脱沥青烟装置进行的多污染物联合控制的方法，所述方法包括如下步骤：
[0057] 1)高温烟气经过烟气冷却系统1降温之后，烟气中大部分气态的沥青烟凝聚成液态沥青焦油；
[0058] 2)烟气降温后进入电捕焦油器2，除去液态沥青焦油；
[0059] 3)烟气进入预氧化系统3，将烟气中NO氧化成高价态NOx，将烟气中沥青烟氧化分解为CO2和H2O；
[0060] 4)烟气进入半干法净化系统4，除去烟气中的颗粒物、SO2、高价态NOx、氟化物和沥青烟，其中吸收剂仓5内的吸收剂以粉状形式喷入文丘里装置的扩张段，同时喷水喷嘴6喷入雾化水，随烟气进入循环流化床反应塔7，吸收剂在雾化水的作用下对烟气中的多污染物进行反应或吸收脱除，实现半干法净化，优选通过旋风分离器8和袋式除尘器9进行烟气分离，所得尘粉收集于灰仓10中，灰仓10中的尘粉优选返回文丘里装置作为吸收剂循环利用，分离所得净化烟气通过烟囱11直接排出。
[0061] 实施例2
[0062] 利用实施例1所述的装置，对10万吨/年碳素阳极生产厂的焙烧烟气净化：
[0063] 烟气量为100000m3/h，初始烟气温度为150℃，SO2浓度为300mg/m3，NOx浓度为80mg/m3，氟化物浓度为50mg/m3，沥青烟浓度为200mg/m3。通过烟气冷却系统将烟气降温至
3
100℃，采用臭氧为氧化剂，采用粉煤灰为吸收剂。处理后SO2浓度为10mg/m ，NOx浓度为
10mg/m3，氟化物浓度为2.5mg/m3，沥青烟浓度为3.5mg/m3。
[0064] 实施例3
[0065] 利用实施例1所述的装置，对6万吨/年碳素阳极生产厂的焙烧烟气净化：
[0066] 烟气量为50000m3/h，初始烟气温度为180℃，SO2浓度为500mg/m3，NOx浓度为120mg/m3，氟化物浓度为80mg/m3，沥青烟浓度为300mg/m3。通过烟气冷却系统将烟气降温至
90℃，采用双氧水为氧化剂，采用粉煤灰和石灰
质量比1:1的混合吸收剂。处理后SO2浓度为
8mg/m3，NOx浓度为15mg/m3，氟化物浓度为2mg/m3，沥青烟浓度为5mg/m3。
[0067] 实施例4
[0068] 与实施例2的区别仅在于：氧化剂替换为高锰酸钾，吸收剂替换为氧化镁和赤泥质量比1:1的混合吸收剂。
[0069] 处理后SO2浓度为8mg/m3，NOx浓度为10mg/m3，氟化物浓度为5mg/m3，沥青烟浓度为10mg/m3。
[0070] 实施例5
[0071] 与实施例3的区别仅在于：氧化剂替换为次氯酸钠，吸收剂替换电石渣。
[0072] 处理后SO2浓度为15mg/m3，NOx浓度为15mg/m3，氟化物浓度为5mg/m3，沥青烟浓度为12mg/m3。
[0073] 实施例6
[0074] 与实施例3的区别仅在于：氧化剂替换为亚氯酸钠，吸收剂替换为：氧化镁和粉煤灰质量比1:2的混合吸收剂。
[0075] 处理后SO2浓度为5mg/m3，NOx浓度为10mg/m3，氟化物浓度为2.5mg/m3，沥青烟浓度3
为3.5mg/m。
[0076] 对比例1
[0077] 与实施例3的区别仅在于：装置中省去预氧化系统。
[0078] 处理后SO2浓度为8mg/m3，NOx浓度为110mg/m3，氟化物浓度为2mg/m3，沥青烟浓度为50mg/m3。
[0079] 对比例2
[0080] 与实施例3的区别仅在于：装置替换为CN1974866A具体实施方式中图3所示的净化系统。
[0081] 处理后SO2浓度为450mg/m3，NOx浓度为115mg/m3，氟化物浓度为3.5mg/m3，沥青烟浓度为15mg/m3。
[0082] 对比例2如果要提高脱硫和脱硝效率，需要增加额外的脱硫和脱硝装置，不仅增加设备复杂性降低其经济性，而且对氟化物和沥青烟的脱除也几乎没有帮助，不能实现本发明的一体化脱除，净化效率也不如本发明。对照实施例3与对比例1、对比例2可知，本发明预氧化系统不仅提高脱硝效率，而且提高了脱沥青烟的效率，取得了预料不到的技术效果。
[0083]
申请人
声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
