酸再生机组废气余热回收及废气处理系统及方法

摘要

本发明公开了一种酸再生机组废气余热回收及废气处理系统及方法，系统包括石墨换热器、石墨换热器水循环泵、水池和凉水塔。其中，水池和凉水塔相接，水循环泵二同时与水池和凉水塔相接，与石墨换热器相接的水循环泵一同时与水池相接。本发明能够显著降低废气排气量，并回收大量工业用水，可节约天然气和电力等大量的生产资源，对于缩减成本、提高生产效率，以及热能等资源的回收、环境保护和水土保持等都十分有意义，有着良好的促进作用。

说明书

技术领域

本发明涉及酸再生机组废气余热回收及废气处理技术领域，尤其是涉及一种效率更高的酸再生机组废气余热回收及废气处理系统，以及基于该系统进行实施的酸再生机组废气余热回收及废气处理方法。

背景技术

环境保护始终是经济社会发展的制约因素，可持续发展必须要建立在环境保护的基础上，以牺牲环境为代价的经济发展是不可持续的。因此，化工、钢铁等高污染行业都开发出了种种的资源回收以及环境保护的技术手段，以满足可持续发展的要求，例如钢铁行业比较常见的酸再生方式。

当前，国内钢铁行业所使用的数几百条酸再生机组，大多采用自世界上最先进的喷雾焙烧法进行再生，但是，该方法依然无法避免排出大量水蒸气和少量的HCI，因此每套机组都有一个标志性的冒“白烟”的烟囱，排气温度75℃浪费热能。

经典的传统酸再生机组的现有流程，虽然最大限度地对废酸进行了再生循环，并且进行再生机组与酸洗机组的连接使用，其排放指标也符合国标GB28665-2012要求，但是，随着产能的增加和日趋严格且严峻的环保要求，目前的酸再生的资源回收方式已经显得比较单一。针对这一问题，从广度的技术上来说，应该将解决问题的目光放在废气排放出的水蒸气上，进行热能回收，节能减排，进而更好地改善环境，提升当前的回收效率。

中国专利CN201080053588.7公开了排气处理和热回收系统，涉及控制冷凝和蓄积在空气预热器热传递元件上的酸的量，从而改善空气预热器从来自例如熔炉燃烧室的烟道气流提取热量的功效。又涉及控制热传递表面上沉积物的“湿度”以便可使沉积物维持在允许在空气预热器操作中容易将其( 沉积物) 清除的状态。还涉及配置以允许分布从烟道气流提取的额外热量的空气预热器。热效率再生性空气预热器通过采用碱性注射系统从离开固体燃料燃炉的烟道气中提取更多热能。这通过将不同大小的碱性颗粒选择性注入空气预热器内减轻酸结垢。小颗粒提供酸蒸汽冷凝和中和的成核部位。大颗粒注射以接触和选择性粘附于热交换元件和中和在那里冷凝的液体酸。当沉积物蓄积超过阈值时，装置产生和利用较高相对百分数的大颗粒。类似地，在其它情况下使用较大相对百分数的小颗粒。减轻结垢状态允许重新设计空气预热器以在无过量结垢的情况下实现从烟道转移更多热量，产生更低的烟道气出口温度。当烟道气通过再生性空气加热器的气体侧时从中提取更多热量，而再生性空气预热器设备下游的热传递表面不变得过度结垢或腐蚀的装置。但是其中涉及的方法能耗高，工业化成本大，技术难度大，可实施性不佳。因此在大规模推广应用中存在较大阻碍。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，提供一种酸再生机组废气余热回收及废气处理系统，包括石墨换热器（1）、水循环泵一（4）、水循环泵二（3），水池（2）和凉水塔（5）；

其中，

石墨换热器（1）分为两级，

石墨换热器第一级顶部设置废气进气口（11），石墨换热器第一级下侧壁设置助燃空气进气口（13），上侧壁设置助燃空气出口（12）；

石墨换热器第二级下部侧壁设置废气出口（17），第二级底部设置冷凝废水出口（18），第二级下部侧壁设置进水口（15），上部侧壁设置出水口（14），进水口（15）通过水循环泵一（4）与水池（2）的出口（21）相连接，出水口（14）与水池（2）的进口（22）相连接；

水池（2）的另一进口（23）和凉水塔（5）出口相接，水池的另一个出口通过水循环泵二（3）与凉水塔进口（5）相接。

优选地为，石墨换热器数量不少于一个，每个石墨换热器配置一组水循环泵，每组水循环泵都有两台，其中一台备用。

优选地为，所述的水循环泵上设有卧式离心泵（31）和联轴器（33），且联轴器（33）外侧设有联轴器护罩（32），卧式离心泵（31）的叶轮由超高分子量聚乙烯制成，分子量优选1万-5万，联轴器（33）的轴封通过单机械碳化硅密封。

优选地为，所述石墨换热器出水口（14）设置电导仪，用于检测冷却水中的Cl离子含量以其检测石墨换热器是否泄漏损坏，石墨换热器助燃空气出口（12）和废气出口（17）设置温度计和压力表。

本发明还提供利用上述的酸再生机组废气余热回收及废气处理系统进行酸再生机组废气余热回收及废气处理方法，其包括如下步骤：

1）将酸再生机组处理后的废气经过石墨换热器第一级顶部废气进气口（11）通入石墨换热器第一级管道，由酸再生机组的助燃风机向石墨换热器第一级下侧壁助燃空气进气口（13）输送助燃空气，通过石墨换热器（1）的管道内外壁的温度差降低废气排放温度，废气被冷却后进入石墨换热器第二级；助燃空气温度提高，再由石墨换热器第一级助燃气出气口（12）输送至酸再生机组；

2）经石墨换热器第一级冷却后的废气进入石墨换热器第二级的管道，水池的冷却水经过水循环泵一输送至石墨换热器进水口（15），用于冷却管道中的废气，废气中的水蒸气和HCl被冷却成液态流入石墨换热器第二级底部，用于吸收塔吸收水而流入酸再生机组的集水槽；其余废气进入废气风机，废气风机之后是一台液滴分离器，在这里将气体和液体分离，液体再一次被分离进入酸再生机组工艺流程中的集水槽，剩余废气成为净化后的气体，排入大气；

3）石墨换热器（1）的冷却水通过石墨换热器（1）的出水口（14），进入水池（2）中，与水池（2）相连的水循环泵二（3）将水池（2）的水送入凉水塔（5）进行降温冷却。

优选地，步骤1）中，石墨换热器第一级废气被冷却至60℃，助燃空气温度提高到60℃。

优选地，石墨换热器第一级顶部废气进气口11的废气成份为：50-60%H₂O (v%)，35-40%N₂ (v%)，1-5%CO₂ (v%)，1-5%O₂ (v%)，HCl含量15~50mg/Nm³。

优选地，石墨换热器第一级顶部废气进气口11的废气废气成份为：56%H₂O (v%)，38%N₂ (v%)，3%CO₂ (v%)，3%O₂ (v%)， HCl含量15~50mg/Nm³。

优选地，排气5700 m³/h，水蒸气≤10mg/Nm³，HCl保证值：≤10mg/Nm³。

优选地，石墨换热器第一级顶部废气进气口11的废气通入速度为0.3m³/min，助燃空气进气口13通入速度为0.8m³/ min。

优选地，由水池输送到石墨换热器的泠凝水温度控制在10-20℃，优选13℃，石墨换热器进水口15的水流速度为0.5m³/min。

本发明的有益之处：

本发明能够显著降低废气排气量，并回收大量工业用水，可节约天然气和电力等大量的生产资源，对于缩减成本、提高生产效率，以及热能等资源的回收、环境保护和水土保持等都十分有意义，有着良好的促进作用。

附图说明

图1所示为本发明一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

下面将结合本发明中的说明书附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为可作为本发明较佳实施例的酸再生机组废气余热回收及废气处理系统，其特征在于，包括石墨换热器（1）、水循环泵一（4）、水循环泵二（3），水池（2）和凉水塔（5）；

其中，

石墨换热器（1）分为两级，

石墨换热器第一级顶部设置废气进气口（11），石墨换热器第一级下侧壁设置助燃空气进气口（13），上侧壁设置助燃空气出口（12）；

石墨换热器第二级下部侧壁设置废气出口（17），第二级底部设置冷凝废水出口（18），第二级下部侧壁设置进水口（15），上部侧壁设置出水口（14），进水口（15）通过水循环泵一（4）与水池（2）的出口（21）相连接，出水口（14）与水池（2）的进口（22）相连接；

水池（2）的另一进口（23）和凉水塔（5）出口相接，水池的另一个出口通过水循环泵二（3）与凉水塔进口（5）相接。

石墨换热器数量不少于一个，每个石墨换热器配置一组水循环泵，每组水循环泵都有两台，其中一台备用。

优选地为，所述的水循环泵上设有卧式离心泵（31）和联轴器（33），且联轴器（33）外侧设有联轴器护罩（32），卧式离心泵（31）的叶轮由超高分子量聚乙烯制成，分子量优选1万-5万，联轴器（33）的轴封通过单机械碳化硅密封。

优选地为，所述石墨换热器出水口（14）设置电导仪，用于检测冷却水中的Cl离子含量以其检测石墨换热器是否泄漏损坏，石墨换热器助燃空气出口（12）和废气出口（17）设置温度计和压力表。

石墨换热器用于回收热能和冷凝焙烧废气的水蒸汽。石墨换热器内分为上下两级。石墨换热器的第一级和第二级均设有由石墨管组成的列管式换热器，其作用是用来冷却气体降低废气温度，达到回收热能、HCI及水的目的。

石墨换热器第一级顶部设置废气进气口，石墨换热器第一级下侧壁设置助燃空气进气口，上侧壁设置助燃空气出气口；石墨换热器的上部通过助燃空气换热回收废气中的热能。水池中的水通过与石墨换热器相接的石墨换热器水循环泵一送入各个石墨换热器的第二级入水口中，对废气进行间接冷却。

石墨换热器的第二级通过冷凝废气中的水蒸气回收水份和夹带的HCI，石墨换热器第二级底部设置冷凝废水出口，石墨换热器第二级回收的水份和HCI通过石墨换热器底部冷凝废水出口进入酸再生机组工艺流程中的集水槽，集水槽收集的水被酸再生机组工艺流程中的吸收塔吸收使用，回收的HCl随水进入吸收塔生成再生酸返回酸洗机组循环使用。

其中，通过电导仪检测冷却水中的Cl离子含量以及石墨换热器水循环泵的泄漏损坏情况，所述石墨换热器出水口设置电导仪，用于检测冷却水中的Cl离子含量以其检测石墨换热器是否泄漏损坏，石墨换热器助燃空气出口和废气出口设置温度计和压力表。

基于上述系统进行实施的酸再生机组废气余热回收及废气处理方法，包括如下步骤：

1）将酸再生机组处理后的废气经过石墨换热器第一级顶部废气进气口（11）通入石墨换热器第一级管道，由酸再生机组的助燃风机向石墨换热器第一级下侧壁助燃空气进气口（13）输送助燃空气，通过石墨换热器（1）的管道内外壁的温度差降低废气排放温度，废气被冷却后进入石墨换热器第二级；助燃空气温度提高，再由石墨换热器第一级助燃气出气口（12）输送至酸再生机组；

在本实施例中，令自左侧起的第一组石墨换热器顶部输入来自老酸再生机组的焙烧炉废气，底部输出焙烧炉废气至老酸再生机组的废气风机；通过老酸再生机组的助燃风机向助燃空气入口内输送助燃空气，同时通过助燃空气出口输送助燃空气至老酸再生机组的烧嘴。

在本实施例中，令自左侧起的第二组石墨换热器顶部输入来自新酸再生机组吸收塔的焙烧炉废气，底部输出焙烧炉废气至新酸再生机组的废气风机；通过新酸再生机组的助燃风机向助燃空气入口内输送助燃空气，同时通过助燃空气出口输送助燃空气至新酸再生机组的烧嘴。

通过各个石墨换热器的第一级用助燃空气换热回收废气中的热能，助热空气起到冷却介质的作用，在此过程中，废气被冷却至60℃，助燃空气温度提高到60℃；接着，废气进入石墨换热器的第二级。

2）经石墨换热器第一级冷却后的废气进入石墨换热器第二级的管道，水池的冷却水经过水循环泵一输送至石墨换热器进水口（15），用于冷却管道中的废气，废气中的水蒸气和HCl被冷却成液态流入石墨换热器第二级底部，用于吸收塔吸收水而流入酸再生机组的集水槽；其余废气进入废气风机，废气风机之后是一台液滴分离器，在这里将气体和液体分离，液体再一次被分离进入酸再生机组工艺流程中的集水槽，剩余废气成为净化后的气体，排入大气；

3）石墨换热器（1）的冷却水通过石墨换热器（1）的出水口（14），进入水池（2）中，与水池（2）相连的水循环泵二（3）将水池（2）的水送入凉水塔（5）进行降温冷却。

石墨换热器第一级顶部废气进气口的废气通入速度为0.3 m³/min，助燃空气进气口通入速度为0.8 m³/ min，石墨换热器进水口的水流速度为0.5 m³/min。

由水池输送到石墨换热器的泠凝水温度控制在10-20℃，优选13℃，石墨换热器进水口的水流速度为0.5m³/min。

现有生产中，每再生1m³废酸，产生约2100Nm³（工况状态下约4000m³）的焙烧废气。废气组成成分的重量系数如下：约56%的H₂O (v%)；约38%的N₂ (v%)；约3%的CO₂ (v%)；约3%的O₂ (v%)；同时，废气包含15~50mg/Nm³的HCl，废气温度一般为75℃。

这些含有大量水蒸气及微量HCl随废气排放分散至周围环境后，会造成环境污染，因此，回收利用这些资源，回收热能，节能减排，消除污染。对资源回收、环境保护和水土保持都变得十分有意义。

就经济意义而言，对于一条年产120万吨的酸洗板酸洗机组，其每年排放出3.65万m³废酸，顺带排出水蒸气约为3.65万m³，因此，回收这部分水及热能资源有很大的经济意义。

对于年产120万吨冷轧酸洗板生产线而言，原设计排气量为24000 m³/h，应用本发明后的排气量为8550m³/h，基本消除了水蒸气，减排了15450m³/h；此外，排出HCI≤10mg/Nm³，相比国标GB28665-2012规定的20mg/Nm³降低不少。综合而言，本发明每年减排1560Kg废气量，同时可回收水39000吨。相应的，本发明每年可节约天然气97500Nm³。同时，由于剥离了水蒸气，所以需要吹送的物质质量变小了，进而功率也变少了；因此本发明可以令废气风机的运行功率降低30~50%，合计每年节约电1023750度。

综上所述，显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。