一种新型炭黑尾气锅炉及炭黑尾气处理方法与流程

本发明涉及废气处理，具体涉及一种新型炭黑尾气锅炉及炭黑尾气处理方法。

背景技术：

1、炭黑是一种重要化工原料，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油墨、军工、通讯、电子、电信、家用电器、电缆、光缆、高能电池、静电复印、感光材料、印染、造纸及冶金等多种领域。炭黑工业的发展，促进了社会的进步，但同时也增加了对人类生存环境的污染。

2、炭黑工业历来都是一个高耗能、高污染的行业。随着汽车工业的快速发展，对炭黑的需求量也越来越大。对于炭黑行业发展来说，除了不断适应市场的需要，还需挖掘炭黑内部潜力，降低炭黑生产能耗，把炭黑生产中的余热利用充分利用，实现资源的循环利用。

3、炭黑尾气是炭黑生产过程中产生的副产物，炭黑生产过程中，经过原料油的高温裂解可产生含有co、h2 、h2s、so2 等可燃气体的废气，经袋滤器过滤筛分炭黑后的废气即为炭黑尾气；炭黑尾气具有热值低、水分高、含硫量高、酸露点高等特点。

4、炭黑尾气锅炉是用来回收炭黑生产中排放的尾气，并将炭黑尾气中的化学能转化为热能的装置，通过它的转化，使炭黑尾气中的氢气、甲烷、一氧化碳等物质，转化为水和二氧化碳。该装置不仅可以消除有毒气体，还可以回收能源。

5、现有的技术方案中，如授权公告号为的一种炭黑尾气锅炉，设置空气分级入口和y型低氮燃烧器，使得炭黑尾气能够在炉膛内先后发生欠氧燃烧和过氧燃烧；并设置烟气循环风机，使得一部分锅炉烟气能够参与炭黑尾气的燃烧，并且通过锅炉烟气的再循环，来抑制no x 的生成量，但是仅仅通过低氮燃烧器加锅炉烟气再循环来脱硝，这种脱硝效率不高，燃烧后的尾气中nox的生成量达到80mg/m3以下，对于燃烧后的尾气没有进行充足的脱硝处理，还是会对空气造成一定的污染。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种新型炭黑尾气锅炉及炭黑尾气处理方法，能够结合燃烧中脱硝和燃烧后脱硝两种工艺来进行脱硝，提高脱硝效率。

2、为实现以上目的，本发明提出以下技术方案：

3、一种新型炭黑尾气锅炉，包括锅炉本体、鼓风机、引风机、布袋除尘器、尾气脱硫塔、低氮循环风机；所述锅炉本体的炉膛前排墙并排设置两台低氮燃烧器；所述锅炉本体的炉膛一侧设置sncr氨水喷枪。

4、所述锅炉本体的水平烟道内设置一级立式过热器和二级立式过热器，竖直烟道内依次设置第一scr氨水脱硝器、第二scr氨水脱硝器、高温省煤器和单级螺旋鳍片式低温省煤器，锅炉本体的尾气出口上方设置低温空预器，所述鼓风机与低温空预器连接，所述尾气出口与引风机、布袋除尘器和尾气脱硫塔依次连接。

5、所述尾气出口同时与低氮循环风机连接，所述低氮循环风机与低氮燃烧器的空气入口连接，低氮循环风机设置尾气入口。

6、优选地，所述锅炉本体前部为绝热炉膛，炉膛分上下两部分，上段为水冷壁，四周布置膜式水冷壁，炉顶为水冷顶棚，所述锅炉本体炉膛外设置汽包。

7、优选地，所述锅炉本体的炉墙部分除炉顶外，为重型炉墙。

8、优选地，所述锅炉本体内对流管束及尾部为轻型护板炉墙。

9、优选地，所述炉膛上段在氨水喷枪处设有一段变径内壁，由下至上，内径先逐渐变小再逐渐变大，形成上层内壁和下层内壁，最小内径为最大内径的0.5~0.6，上层内壁高度为下层内壁高度的1.2~1.5；氨水喷枪的氨水喷头设置多个，且在上层内壁螺旋分布，氨水喷头的喷射方向与氨水喷头所在螺旋线位置处的切线方向夹角为3°~10°，氨水喷头向内倾斜喷射，形成一个氨水喷雾全覆盖的集中区，延长氨水喷雾的停留时间，进而延长氨水喷雾与燃烧后的尾气的反应时间，对燃烧后的尾气进行充分的还原脱硝，优化脱硝效果；变径内壁的设置能够对燃烧后的尾气有一定的集中效果，进而优化对燃烧后尾气的还原脱硝效果。

10、优选地，所述氨水喷头的倾斜角度一致，进一步的保证脱硝效果。

11、具体地，低氮循环风机从尾气出口处抽取部分低温废气和低温空气混合，混合后进入低氮燃烧器，炭黑尾气经尾气入口进入低氮燃烧器，炭黑尾气和混合气体经低氮燃烧器在炉膛内燃烧，将炭黑尾气中的可燃气体充分燃烧，sncr氨水喷枪向燃烧后的尾气喷射氨水，对燃烧后的尾气中含有的nox进行还原脱硝，然后依次经过一级立式过热器、二级立式过热器吸收尾气热量，再经过第一scr氨水脱硝器、第二scr氨水脱硝器进行催化还原脱硝，然后经过高温省煤器和单级螺旋鳍片式低温省煤器依次进行回收余热处理，但是处理后的尾气仍留有余热，外界空气经由鼓风机进入低温空预器，带有余热的尾气进入低温空预器，尾气的热能传递至外界空气，处理后的尾气经由尾气出口进入引风机，引至布袋除尘器除尘，在进入尾气脱硫塔进行脱硫操作，合格后排放，部分尾气进入低氮循环风机形成循环。

12、低氮燃烧技术主要是通过优化燃烧过程，减少氮氧化物的生成；sncr技术是在没有催化剂的情况下，通过向炉膛内喷射还原剂（如氨水或尿素），在适当温度下直接还原nox；scr技术是在催化剂的作用下，使用还原剂将nox还原为氮气和水；低氮燃烧属于燃烧中脱硝工艺，在最初阶段就减少nox的生成，sncr+scr属于燃烧后工艺，对燃烧后的尾气进行进一步的脱硝操作，两者结合能够提高脱硝效率，优化脱硝效果。

13、scr氨水脱硝器、高温省煤器、sncr氨水喷枪、低氮燃烧器、鼓风机、引风机、布袋除尘器、低氮循环风机、低温空预器、尾气脱硫塔为现有技术中已有的内容，本领域技术人员可以直接使用。

14、由于炭黑尾气中含有h2s，燃烧后会生成so2，少量so2 会进一步氧化成so3，再加上脱硝过程中需要加入氨水，由于氨的不完全反应，会存在氨逃逸。逃逸的氨与烟气中的so3在一定条件下会生成硫酸氢铵和硫酸铵。硫酸铵是一种干燥粉末状物质，易通过吹灰去除。而硫酸氢铵具有吸湿性、腐蚀性、粘性，易吸附烟气中的飞灰，从而可能造成催化剂阻塞和下游装置腐蚀。

15、螺旋鳍片式省煤器通常采用h型或双h型翅片管组装而成，基本形式为顺列布置。h型鳍片管通过把空间分成若干小的区域，对气流起到均流作用，这样可以增加流体与管壁的接触面积，提高热交换效率。螺旋鳍片的设计能够引导气流更均匀地通过管束，能够减少局部的磨损和积灰问题，因此在一定程度上能够避免脱硝过程中生成的硫酸氢铵和硫酸铵附着堵塞在螺旋鳍片式省煤器列管内。单级螺旋鳍片式低温省煤器为现有技术中已有的内容，本领域技术人员可以直接使用。

16、本发明的另一目的为提供一种采用上述新型炭黑尾气锅炉进行炭黑尾气处理的方法，包括以下内容：

17、 ①使常温空气经鼓风机进入低温空预器，炉内带有余温的尾气与常温空气热交换，得低温空气；

18、②在尾气出口处抽取部分低温废气和低温空气混合，低氮循环后低氮燃烧炭黑尾气；

19、③炭黑尾气燃烧后的尾气喷洒氨水，无催化还原脱硝，后依次进行两次吸热、两次催化还原脱硝以及两次省煤吸热，后引风除尘并脱硫，合格后排放。

20、优选地，氨水喷洒位置处于炉膛上段的中间位置。

21、优选地，第二次省煤吸热通过单级螺旋式鳍片式列管进行吸热。

22、优选地，氨水喷头在炉膛上段内壁螺旋分布，形成螺旋式的全覆盖氨水喷雾集中区，延长氨水喷雾与燃烧后的尾气的反应时间，对燃烧后的尾气进行尽可能充分的还原脱硝，优化脱硝效果。

23、本发明有益效果在于：

24、本发明采用低氮燃烧+sncr+scr工艺，结合各工艺优势，进行炭黑尾气的脱硝处理，大幅度提高了脱硝效率。

25、本发明通过采用单级螺旋鳍式省煤器，一定程度上避免脱硝过程中产生的物质附着在省煤器列管上造成腐蚀泄漏和堵塞，减少生产系统的停车维修次数和时间，延长了生产运行周期，进而降低了生产成本，提高了生产效率。

26、本发明通过在尾气出口设置引风机、布袋除尘器和尾气脱硫塔，对处理后的尾气进行最终处理，使得尾气达标后直接进行排放，形成对炭黑尾气的完整且完善的处理系统，提高了除尘效率。

27、本发明通过在炉膛上段内壁设置变径内壁，氨水喷头在炉膛上段内壁螺旋分布，形成螺旋式的全覆盖氨水喷雾集中区，延长氨水喷雾与燃烧后的尾气的反应时间，对燃烧后的尾气进行尽可能充分的还原脱硝，优化脱硝效果。

28、采用上述方案，本发明能够结合燃烧中脱硝和燃烧后脱硝两种工艺来进行脱硝，提高了脱硝效率，同时在一定程度上避免了脱硝过程中产生的物质附着在省煤器列管上造成腐蚀泄漏和堵塞，减少了生产系统的停车维修次数和时间，进而降低了生产成本，提高了生产效率，形成了一套对于炭黑尾气的完整且完善的处理系统，提高了除尘效率。