基於非熱等離子體注入的溼熄焦氣霧處理方法及裝置的製作方法

2023-05-21 17:39:36

專利名稱：基於非熱等離子體注入的溼熄焦氣霧處理方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用具有氧化活性的非熱等離子體和高壓電場淨化氣霧中的有害組分， 並分離、回收氣溶膠顆粒的方法及裝置，屬於節能環保領域。尤其適用於淨化溼熄焦所產生 氣霧中的多環芳烴、揮發酚、氰化物和氨氮化合物等汙染物質，並分離、回收蒸汽和焦粉的 方法及設備。
背景技術：
在煉焦過程中，紅焦從焦爐推出來後，必須及時降溫熄焦，防止其在大氣中氧化燃燒。 目前焦化企業多釆用溼法熄焦，其工作過程是，紅焦從焦爐推入焦車後，由機車牽引沿軌道 推入熄焦塔底部，噴水裝置瞬間向紅焦噴出大量水，使紅焦迅速熄滅。與此同時，水瞬間吸 熱汽化，產生大量蒸汽氣團，氣團中夾帶著焦粉、以及源於焦炭或熄焦水的多環芳烴、揮發 酚、氨氮和氰化物等汙染組分。在熱力作用下，蒸汽連同焦粉、多環芳烴、揮發酚、氨氮和 氰化物等汙染組分，在熄焦塔內構成上升氣霧。
採用傳統的檔板式蒸汽、除塵回收措施，儘管能回收一定量的蒸汽和焦粉，但隨氣霧 帶出，並進入大氣環境的蒸汽、焦粉和汙染物比重仍然很大。由此，不僅造成資源浪費，而 且嚴重汙染大氣環境，危害人體健康和生態環境。統計表明，每生產1噸焦，經熄焦塔頂出
口外排蒸汽約0.5噸，焦粉IOO克。多環芳烴、揮發酚、氨氮和氰化物等汙染物隨氣霧外排 量視所用熄焦水源而定。用於熄焦的水主要有生化站未處理水、生化站處理後水和熄焦循環 水三類，外排汙染物由高至低的排序為生化站未處理水〉熄焦循環水>生化站處理水。有測 算表明，採用生化站未處理水熄焦，每生產1噸焦，外排苯並[a]芘、揮發酚、氨氮和氰化物 量分別高達3毫克、51500亳克、69000亳克和1875毫克。即使採用生化站處理水熄焦， 每生產1噸焦，外排苯並[a]芘、揮發鼢、氨氮和氰化物量也分別達到0.063亳克、71.2亳 克、1250毫克和235亳克。實際上，由於對熄焦塔外排氣氣霧汙染物監管不嚴，熄焦塔已 經成為許多企業轉移水中汙染物的一條主要途徑。
中國是焦炭生產大國，年產焦炭3億多噸，產地主要分布在山西、河南等缺水且大氣 汙染嚴重，大氣環境容量低的地區。熄焦對於當地的水資源和環境質量來說，無疑是雪上加 霜，已成為嚴重製約當地可持續發展的因素。在全社會日益關注節能減排的今天，如何回收 熄焦外排的蒸汽和焦粉，淨化熄焦氣霧中的汙染組分已經成為急待解決的問題。 發明內容本發明針對現有溼熄焦塔缺乏有效的多環芳烴、揮發酚、氨氮和氰化物等汙染物淨化作 用，而且分離、回收蒸汽和焦粉效率低等問題，提供了一種溼熄焦塔氣霧淨化和蒸汽、焦粉 回收方法及裝置。所述方法基於施加高電壓，形成高壓電場和將高壓放電產生的具有氧化活 性的非熱等離子體注入到氣霧之中，實現同步淨化溼熄焦氣霧中的多環芳烴、揮發酚、氨氮 和氰化物等汙染組分，並分離、回收蒸汽和焦粉的目的。
本發明的技術解決方案是在熄焦塔內部，由下至上依次布置噴霧降溫裝置、折流板預
除塵裝置、非熱等離子體反應器和淋洗裝置。其中，噴霧降溫裝置由多根連成一體的管道構
成，管道上裝配噴嘴，噴出細霧，起到降低上升氣霧的溫度，促進蒸汽凝結、長大，並捕集、
分離大粒徑焦粉和水粒之作用。折流板預除塵裝置為一組均布在整個斷面的"之"字形或波
紋板型折流板，依靠慣性碰撞作用，從氣相分離出粒徑較大的水粒和焦粉顆粒，以降低後接
非熱等離子體反應器的負荷，並起到均布進入非熱等離子體反應器斷面氣流的作用。
非熱等離子體反應器由設置在塔內放電電極和捕集極板、絕緣組件和設置在塔外供電電
源、高壓控制器構成。放電電極連接供電電源的高壓端，可用細圓形線、星形線、鋸齒線、 芒刺線等製作。捕集極板可用平板、V形板、折流板等板材製作，安裝時與塔體、塔外供電 電源低壓端連通接地。高壓供電電源起到向放電電極提供高電壓的作用，可為正極性直流高 壓電源、負極性直流高壓電源、高壓脈衝電源、正極性直流高壓疊加交流和負極性直流高壓 疊加交流電源。絕緣組件包括高壓輸電線絕緣套管、絕緣子和防結霧裝置等。
當施加高電壓至放電電極時，在電極周圍會產生具有強氧化活性的非熱等離子體。當熄 焦氣霧通過非熱等離子體反應器時，這些非熱等離子體能注入到氣霧之中，起到降解氣霧中 的多環芳烴、揮發鼢、氨氮和氰化物等汙染物的作用，或使水粒或焦粉顆粒荷電。與此同時， 藉助放電電極與捕集極板之間形成的高壓電場，可使荷電水粒或焦粉顆粒定向運動，繼而附 著至捕集極板或塔體表面，並形成水流。最終，借重力作用，流至熄焦塔底部，實現氣霧淨 化，回收蒸汽和焦粉的目的。
淋洗裝置由多根連成一體的管道構成，管道上裝配噴嘴，當捕集極板、放電電極和折流 板上積有較多粉塵時，開啟淋洗裝置，清洗捕集極板、放電電極和折流板。
與傳統溼熄焦除塵和蒸汽回收方法相比，本發明的優勢在於
(1) 藉助高壓電場的作用，可顯著提高蒸汽和焦粉的分離、回收效率，使每生產l噸 焦炭的外排水和焦粉分別降至0.05噸和5克以下。
(2) 通過注入氧化性強的非熱等離子體，可降解氣霧中的多環芳烴、揮發酚、氨氮和 氰化物等汙染組分，使排入大氣的汙染物量降低80%以上。
(3) 部分注入至氣霧的非熱等離子體，最終進入熄焦廢水之中，可起到進一步降解水 中多環芳烴、揮發酚、氨氮和氰化物等汙染物的作用，從而大大降低後續廢水處理的負擔或
4防止汙染物轉移排放。
(4)本發明提供的氣霧淨化和蒸汽回收方法及裝置可回收大量水和焦粉，降低多環芳 烴、揮發酚、氨氮和氰化物的外排量，具有顯著的經濟、環境和社會效益。


圖1是基於非熱等離子體注入淨化溼熄焦氣霧和回收蒸汽、焦粉的流程圖2是基於非熱等離子體注入淨化溼熄焦氣霧和回收蒸汽、焦粉所用熄焦塔的結構示意
圖中
1熄焦車2熄焦塔3水管
4噴嘴5水管6噴嘴
7折流板8捕集極板9放電電極
10水管 .11淋洗噴嘴12絕緣子
13髙壓引線14高壓電源15電源控制器
16熄焦水池
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的非熱等離子體注入淨化熄焦氣霧和回收蒸汽的方法及裝置的具 體實施方式進行說明。
如圖1、圖2所示，當熄焦車1進入熄焦塔2時，熄焦和熄焦氣霧處理系統開始工作。 熄焦水通過水管3輸送至噴嘴4，熄焦水噴向紅焦後，迅速吸熱，部分轉化為熱蒸汽，與此 同時，熱蒸汽還誘導外界空氣進入熄焦塔2。在熱蒸汽和誘導空氣的浮力作用下，會產生一 股由蒸汽、外界空氣、焦粉和水粒，以及從熄焦水和焦炭揮發出的多環芳烴、揮發酚、氨氮 和氰化物等組分構成的向上運動的氣霧。氣霧上升過程中，首先進入噴霧降溫區，在該區域 內，霧化降溫水通過水管5輸送至噴嘴6噴出，從噴嘴6噴出的水霧可使熄焦氣霧降溫，氣 霧中部分蒸汽凝結並長大成水粒，大的水粒和焦粉在自重或下落7jC粒碰撞作用下，從上升氣 霧中分離，落入熄焦塔底，並流至熄焦水池16。然後，氣霧上升進入折流板7，在慣性碰撞 作用下，較粗大的水粒和焦粉從氣流中分離，並撞擊到折流板上，匯聚成液流落入熄焦塔底 部，並流至熄焦水池16。折流板7除起預除塵作用之外，還具有均布氣流，使氣流在熄焦塔 斷面均勻分布的作用。最後，氣霧進入非熱等離子體作用區，該區域布置了可靠接地的捕集 極板8、放電電極9和絕緣子12。通過高壓引線13、高壓電源14和電源控制器15可將高 電壓引至放電電極9，在高電壓作用下，產生非熱等離子體，並被注入到氣霧之中。這些非 熱等離子體具有很強的氧化作用，能夠降解氣霧所含的有機組分、氨氮和氰化物等，使它們無害化。另一方面，使氣霧中的水粒、焦粉等溶膠粒子荷電，荷電粒子在髙壓電場作用下， 定向遷移至捕集極板8,並被捕集，從氣相中分離出來，淨化後的氣體夕f排至大氣。捕集極 板8和放電電極9上積聚的水和塵粒借重力作用下落，最終流至熄焦水池16。經過上述處 理後，可使生產1噸焦炭的外排水蒸汽和焦粉分別降至0.05噸和5克以下，多環芳烴、揮 發酚、氨氮和氰化物的脫除率達到80%以上。
熄焦塔頂部設有淋洗設施，當捕集極板8、放電電極9和折流板7積有較多塵粒時，可 開啟淋洗設施，進行淋洗處理。淋洗水通過水管lO輸送至淋洗噴嘴ll,淋洗水首先噴向捕 集極板8和放電電極9，去除其上的積塵。然後，落至折流板7，清除折流板7上的積塵， 最後落入熄焦塔2底部，並流至熄焦水池16。淋洗作業須在不熄焦時段進行，此時，放電電 極9上未施加高電壓。
權利要求
1、基於非熱等離子體注入的溼熄焦氣霧處理方法，其特徵在於溼熄焦產生的熱氣霧在上升過程中，依次經過噴霧降溫、折流板預除塵和非熱等離子體淨化三個處理步驟；在噴霧降溫區，從霧化噴嘴噴出的水霧實現對熱氣霧的冷卻；冷卻後的氣霧進入折流板預除塵區，氣霧中較粗大的水粒和焦粉在慣性作用下，從氣霧中分離並撞擊到折流板上；剩下的氣霧通過折流板後繼續上升，進入非熱等離子體淨化區；在非熱等離子體淨化區，氣霧中的有機組分、氨氮和氰化物被非熱等離子體氧化；氣霧中的水粒和焦粉荷電並在高壓電場作用下，定向遷移至捕集極板；經過非熱等離子體淨化區的氣流繼續上升至熄焦塔頂部排出，完成溼熄焦氣霧處理全過程。
2、 根據權利要求1所述的基於非熱等離子體注入的溼熄焦氣霧處理方法，其特徵在於當 捕集極板、放電電極和折流板積有較多塵粒時，開啟熄焦塔頂部的淋洗噴嘴，利用清水淋 洗捕集極板、放電電極和折流板。
3、 一種實現權利要求1所述的基於非熱等離子體注入的溼熄焦氣霧處理方法的裝置，其特徵在於熄焦塔內部自下而上依次設置噴霧降溫噴嘴、折流板預除塵器、非熱等離子體反應器和淋洗噴嘴。
4、 根據^(利要求3所述的裝置，其特徵在於所述的非熱等離子體反應器包括捕集極板、放電電極和絕緣子。
5、 根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述的捕集極板用於捕集氣霧中的霧和塵粒；捕集極板採用平板、v形板或折流板型式。
6、 根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述的放電電極採用細圓形線、星形線、鋸齒線或芒刺線型式。
7、 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於所述的非熱等離子體反應器是在高電壓作用下，產生非熱等離子體，並使等離子體注入到氣霧之中；高電壓是通過高壓電源和高壓 弓l線引至放電電極，其電壓由電源控制器調控。
8、 根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於所述的高壓電源包括正極性直流高壓電源、 負極性直流高壓電源、高壓脈衝電源、正極性直流高壓疊加交流電源或負極性直流高壓 疊加交流電源。
9、 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於所述的折流板呈波紋形或"之"字形。
10、 根據權利要求4或7中任意一項權利要求所述的裝置，其特徵在於安裝時，捕集極板 與高壓電源低壓端連通並可靠接地。
全文摘要
本發明公開一種基於非熱等離子體注入的溼熄焦氣霧處理方法及裝置。溼熄焦產生的熱氣霧在上升過程中，依次經過噴霧降溫、折流板預除塵和非熱等離子體淨化三個處理步驟；在噴霧降溫區實現對熱氣霧的冷卻；冷卻後的氣霧進入折流板預除塵區，氣霧中較粗大的水粒和焦粉在慣性作用下，從氣霧中分離並撞擊到折流板上；剩下的氣霧繼續上升進入非熱等離子體淨化區，氣霧中的有機組分、氨氮和氰化物被非熱等離子體氧化；水粒和焦粉荷電並在高壓電場作用下定向遷移至捕集極板；經過非熱等離子體淨化區的氣流繼續上升至熄焦塔頂部排出。經上述處理後，可使生產1噸焦炭的外排水蒸汽和焦粉量分別控制在0.05噸和5克以下，有機組分、氨氮和氰化物脫除率達80％以上。
文檔編號B03C3/00GK101486017SQ20091007661
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月12日 優先權日2009年1月12日
發明者朱天樂, 王美豔, 羅宏晶 申請人:北京航空航天大學