CN103111131B - 矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺及专用过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够同时实现除尘和脱硫的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺。本发明的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，所述炉气中含有固体粉尘、二氧化硫、金属元素及其他存在的物质，该工艺包括的步骤为：使炉气在过滤器中从过滤元件的迎风面向背风面运动；通过高压放电发生装置在所述迎风面前产生高压放电场；通过高压放电场促发炉气中的二氧化硫与金属元素反应生成硫酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐中的至少一种固体微粒；通过过滤元件将所述固体微粒与炉气中本身所含的固体粉尘一起截留于过滤元件的迎风面一侧，其他不能被截留的物质则从过滤元件中通过。本发明通过化学及物理方法能够同时将炉气中的二氧化硫及固体粉尘分离出来，达到一体净化效果。
Description
技术领域
本发明涉及矿热炉炉气净化技术，具体涉及矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺及专用过滤器。
背景技术
现有的等离子体烟气脱硫技术主要包括电子束法烟气脱硫技术（简称EBA）和脉冲电晕法烟气脱硫技术（简称PPCP）。电子束法烟气脱硫技术是在反应器中通过电子加速器产生的电子束辐照烟气，利用产生的自由基活性基团氧化烟气中的二氧化硫和氮氧化物，然后同投加的氨反应，生成硫酸铵颗粒和硝酸铵颗粒，最终实现污染物脱除。脉冲电晕法烟气脱硫技术的脱硫脱硝机理与电子束法烟气脱硫技术基本相同，区别在与它用高压脉冲电源代替了电子束法中的电子加速器，在反应器中产生高压窄脉冲电晕场，从而促发烟气中的二氧化硫、氮氧化物分别与氨反应生成硫酸铵颗粒和硝酸铵颗粒。虽然上述这些等离子体烟气脱硫技术有着可同时脱硫脱硝等传统脱硫技术无法比拟的优点，但是它们的反应器均不能将产生的硫酸铵颗粒、硝酸铵颗粒以及烟气中本身所含的固体粉尘从烟气中分离出来，因此在反应器之后还必须装备除尘设备，增大了技术实施成本。
发明内容
本发明旨在提供一种能够同时实现除尘和脱硫的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺。
本发明的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，所述炉气中含有固体粉尘、二氧化硫、金属元素及其他存在的物质，该工艺包括的步骤为：使炉气在过滤器中从过滤元件的迎风面向背风面运动；通过高压放电发生装置在所述迎风面前产生高压放电场；通过高压放电场促发炉气中的二氧化硫与金属元素反应生成硫酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐中的至少一种固体微粒；通过过滤元件将所述固体微粒与炉气中本身所含的固体粉尘一起截留于过滤元件的迎风面一侧，其他不能被截留的物质则从过滤元件中通过。
本发明的上述矿热炉炉气除尘脱硫一体净化工艺将等离子体炉气脱硫技术与炉气过滤除尘进行了有机的结合。在该工艺的实施过程中，炉气中本身所含的固体粉尘会逐渐在过滤元件的迎风面上形成滤饼层，滤饼层上的孔道比过滤元件上的孔道更小，从而使反应生成的硫酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐中的至少一种固体微粒难以通过。因此，本发明通过化学及物理方法能够同时将炉气中的二氧化硫及固体粉尘分离出来，达到一体净化效果。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例1 的除尘脱硫一体净化示意图。
图2为本发明实施例2的除尘脱硫一体净化示意图。
图3为本发明实施例3的除尘脱硫一体净化示意图。
图4为实施本发明实施例3的除尘脱硫一体化工艺的过滤器结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例1的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺通过高压放电发生装置1在过滤器中位于过滤元件3的迎风面前产生一高压放电场，具体而言，该高压放电场是由从电子加速器101产生并经电子枪102向外辐射的电子束103所形成。含有固体粉尘、二氧化硫、金属元素及其他物质的炉气2以图1中箭头所示方向通过该高压放电场，其间，如果该炉气2中含有水蒸汽，则高压放电场将二氧化硫离子化形成SO2 n-，并从水蒸汽中激发出氧化性极强的自由基活性基团，从而将SO2 n-氧化为硫酸根离子或亚硫酸氢根离子，所述硫酸根离子或亚硫酸氢根离子再与炉气2中的金属元素反应生成硫酸盐或亚硫酸氢盐的固体微粒202，同时SO2 n-带电粒子会在电场中形成定向移动，在移动过程中与灰尘中的各种金属物质进行充分接触，使反应更加充分，另外，在滤芯的表面上附近，形成的浓度梯度也会增加这种反应的进行；如果该炉气2中不含水蒸汽等能够产生所述自由基活性基团的物质，则二氧化硫从高压放电场中得到电子并与炉气2中的金属元素反应生成亚硫酸盐的固体微粒202；由于炉气2中本身所含的固体粉尘201会逐渐在过滤元件3的迎风面上形成滤饼层，滤饼层增强了过滤元件3对固体微粒202的截留效果，从而使固体微粒202与炉气2中本身所含的固体粉尘201一起被截留于该过滤元件3的迎风面一侧，而其他不能被截留的物质则从过滤元件3中通过并进入过滤元件3的背风面一侧。
如图2所示，本发明实施例2的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺仍通过高压放电发生装置1在过滤器中位于过滤元件3的迎风面前产生一高压放电场，具体而言，该高压放电场是由为导体且兼作高压放电发生装置电极的过滤元件3、位于该过滤元件3的迎风面前并与过滤元件3间隔一定距离的电极线105以及分别与所述过滤元件3和电极线105电连接的高压电源104所产生的电晕106形成。含有固体粉尘、二氧化硫、金属元素及其他物质的炉气2以图2中箭头所示方向通过该高压放电场，其间，如果该炉气2中含有水蒸汽，则高压放电场将二氧化硫离子化形成SO2 n-，并从水蒸汽中激发出氧化性极强的自由基活性基团，从而将SO2 n-氧化为硫酸根离子或亚硫酸氢根离子，所述硫酸根离子或亚硫酸氢根离子再与炉气2中的金属元素反应生成硫酸盐或亚硫酸氢盐的固体微粒202，同时SO2 n-带电粒子会在电场中形成定向移动，在移动过程中与灰尘中的各种金属物质进行充分接触，使反应更加充分，另外，在滤芯的表面上附近，形成的浓度梯度也会增加这种反应的进行；如果该炉气2中不含水蒸汽等能够产生所述自由基活性基团的物质，则二氧化硫从高压放电场中得到电子并与炉气2中的金属元素反应生成亚硫酸盐的固体微粒202；由于炉气2中本身所含的固体粉尘201会逐渐在过滤元件3的迎风面上形成滤饼层，滤饼层增强了过滤元件3对固体微粒202的截留效果，从而使固体微粒202与炉气2中本身所含的固体粉尘201一起被截留于该过滤元件3的迎风面一侧，而其他不能被截留的物质则从过滤元件3中通过并进入过滤元件3的背风面一侧。
显然，本发明实施例1的高压放电发生装置借鉴了现有电子束法炉气脱硫技术中形成电子束的相关技术。本发明实施例2的高压放电发生装置则了现有脉冲电晕法炉气脱硫技术中形成电晕场的相关技术。对于本发明实施例2，高压电源104最好采用高压脉冲电源，过滤元件3最好采用板状结构。
如图3所示，本发明实施例3的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺仍通过高压放电发生装置1在过滤器中位于过滤元件3的迎风面前产生一高压放电场，具体而言，所述高压放电发生装置包括第一板状过滤元件3a、第二板状过滤元件3b以及分别与第一板状过滤元件3a和第二板状过滤元件3b电连接的高压电源107，所述第一板状过滤元件3a的迎风面与第二板状过滤元件3b的迎风面相对设置并在其间形成高压放电场。含有固体粉尘201、二氧化硫、金属元素及其他物质的矿热炉炉气2以图3中箭头所示方向通过该高压放电场，其间，如果该炉气2中含有水蒸汽，则高压放电场将二氧化硫离子化形成SO2 n-，并从水蒸汽中激发出氧化性极强的自由基活性基团，从而将SO2 n-氧化为硫酸根离子或亚硫酸氢根离子，所述硫酸根离子或亚硫酸氢根离子再与炉气2中的金属元素反应生成硫酸盐或亚硫酸氢盐的固体微粒202，同时SO2 n-带电粒子会在电场中形成定向移动，在移动过程中与灰尘中的各种金属物质进行充分接触，使反应更加充分，另外，在滤芯的表面上附近，形成的浓度梯度也会增加这种反应的进行；如果该炉气2中不含水蒸汽等能够产生所述自由基活性基团的物质，则二氧化硫从高压放电场中得到电子并与炉气2中的金属元素反应生成亚硫酸盐的固体微粒202；由于炉气2中本身所含的固体粉尘201会逐渐在第一板状过滤元件3a和第二板状过滤元件3b的迎风面上形成滤饼层，滤饼层增强了第一板状过滤元件3a、第二板状过滤元件3b对固体微粒202的截留效果，从而使固体微粒202与炉气2中本身所含的固体粉尘201一起被截留于该第一板状过滤元件3a与第二板状过滤元件3b之间，而其他不能被截留的物质则分别从第一板状过滤元件3a和第二板状过滤元件3b过滤元件3中通过并进入第一板状过滤元件3a和第二板状过滤元件3b的背风面一侧。
本发明实施例3中，高压电源104最好采用高压脉冲电源。本发明实施例3中产生的高压放电场既不同于实施例1中产生的电子束103，亦不同于实施2中产生的电晕106，实施例3采用在第一板状过滤元件3a、第二板状过滤元件3b之间施加高电压从而将极间气体介质击穿放电。本发明实施例3与实施例2的共同之处在与，它们的过滤元件3为导体且兼作高压放电发生装置的电极。由于高压放电场会使待净化的炉气2中的杂质带电，而过滤元件3本身又作为高压放电发生装置的电极，因此，过滤元件3会对炉气2中的带电杂质产生吸附或排斥作用，使这些杂质无法从过滤元件3中通过，进一步提高炉气净化效果。本发明实施例3与实施例2的过滤元件3可由无机多孔导体材料构成，例如不锈钢多孔材料，镍多孔材料等，但最好是由钛铝合金多孔导体材料、铁铝合金多孔导体材料、镍铝合金多孔导体材料中的一种构成，以使本发明能够适应高温过滤条件。
图4为一种可实施本发明实施例3的除尘脱硫一体化工艺的过滤器的结构示意图。该过滤器4包括进气口401、排气口404和排渣口405，过滤器4的外壳内设有与所述进气口401相通的进气室402以及与排渣口405相通的集尘室406，所述进气室402与集尘室406之间为炉气净化区，炉气净化区内安装有迎风面相对设置的第一板状过滤元件3a和第二板状过滤元件3b，所述第一板状过滤元件3a、第二板状过滤元件3b分别与高压电源107电连接，从而在第一板状过滤元件3a的迎风面与第二板状过滤元件3b的迎风面之间形成高压放电场；在过滤器4的外壳内位于所述炉气净化区的外围设有一独立的环形净气室403，该环形净气室403与所述排气口404以及位于第一板状过滤元件3a的背风面和第二板状过滤元件3b的背风面之后的净气排气通道连通。所述的炉气净化区内可以按照相同方式安装多块第一板状过滤元件3a和第二板状过滤元件3b，以提高炉气处理量。
上述过滤器的工作过程为：炉气2从进气口401进入过滤器4中；此后，炉气2从进气室402向第一板状过滤元件3a的迎风面与第二板状过滤元件3b的迎风面之间的通道中运动，然后通过所述高压放电场促发炉气2中的二氧化硫与与金属元素反应生成硫酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐中的至少一种固体微粒202；通过第一板状过滤元件3a和第二板状过滤元件3b将所述固体微粒202以及炉气中本身所含的固体粉尘201一起截留所述通道中，并借助重力落入集尘室406，从而堆积在集尘室406的排渣口405处，而其他不能被截留的物质则从第一板状过滤元件3a和第二板状过滤元件3b中通过并通过位于第一板状过滤元件3a的背风面和第二板状过滤元件3b的背风面之后的净气排气通道进入环形净气室403，最终再从排气口404排出。
本发明上述实施例1、2和3所处理的炉气可以为油页岩干馏气体，该炉气中的金属元素主要为铁、铝。或者，本发明上述实施例1、2和3所处理的炉气为铁合金矿热炉炉气，该炉气中的金属元素主要为铁以及锰、铬、钨、钼、钒、钛、镍、铌、钽中的至少一种。
Claims (10)
1.矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，所述炉气中含有固体粉尘、二氧化硫、金属元素及其他存在的物质，该工艺包括的步骤为：使炉气在过滤器中从过滤元件(3)的迎风面向背风面运动；通过高压放电发生装置(1)在所述迎风面前产生高压放电场；通过高压放电场促发炉气中的二氧化硫与金属元素反应生成硫酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐中的至少一种固体微粒；通过过滤元件(3)将所述固体微粒与烟气中本身所含的固体粉尘一起截留于过滤元件(3)的迎风面一侧，其他不能被截留的物质则从过滤元件(3)中通过。
2.如权利要求1所述的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，其特征在于：所述矿热炉炉气为油页岩干馏气体，该炉气中的金属元素主要为铁和铝。
3.如权利要求1所述的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，其特征在于：所述矿热炉炉气为铁合金矿热炉炉气，该炉气中的金属元素主要为铁以及锰、铬、钨、钼、钒、钛、镍、铌、钽中的至少一种。
4.如权利要求1、2或3所述的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，其特征在于：所述过滤元件(3)为导体且兼作高压放电发生装置的电极。
5.如权利要求4所述的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，其特征在于：所述过滤元件(3)由无机多孔导体材料构成。
6.如权利要求5所述的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，其特征在于：所述过滤元件(3)由钛铝合金多孔导体材料、铁铝合金多孔导体材料、镍铝合金多孔导体材料中的一种构成。
7.如权利要求4所述的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，其特征在于：所述过滤元件(3)包括第一板状过滤元件(3a)和第二板状过滤元件(3b)，高压放电发生装置的高压电源分别与第一板状过滤元件(3a)和第二板状过滤元件(3b)电连接，所述第一板状过滤元件(3a)的迎风面与第二板状过滤元件(3b)的迎风面相对设置并在其间形成高压放电场。
8.如权利要求7所述的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，其特征在于：所述高压电源为高压脉冲电源。
9.如权利要求1、2或3所述的矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺，其特征在于：所述高压放电场为脉冲电晕场。
10.专用于实施权利要求1所述矿热炉炉气除尘脱硫一体化工艺的过滤器，包括进气口、排气口和排渣口，过滤器的外壳内设有与所述进气口相通的进气室以及与排渣口相通的集尘室，所述进气室与集尘室之间为烟气净化区，其特征在于：烟气净化区内安装有迎风面相对设置的第一板状过滤元件(3a)和第二板状过滤元件(3b)，所述第一板状过滤元件(3a)、第二板状过滤元件(3b)分别与高压电源(107)电连接，从而在第一板状过滤元件(3a)的迎风面与第二板状过滤元件(3b)的迎风面之间形成高压放电场；在过滤器的外壳内位于所述烟气净化区的外围设有一独立的环形净气室(403)，该环形净气室(403)与所述排气口以及位于第一板状过滤元件(3a)的背风面和第二板状过滤元件(3b)的背风面之后的净气排气通道连通。
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