基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统

965 编辑：中冶有色技术网来源：浙江卓锦环保科技股份有限公司

2023-11-30 13:31:05

权利要求书： 1.一种基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，包括矿热炉（1）、余热锅炉（3）、除尘模块、脱硝模块、脱硫模块、脱碳模块和烟囱（19），所述除尘模块包括第一级除尘模块和第二级除尘模块，所述矿热炉（1）的水冷段（2）、余热锅炉（3）、所述第一级除尘模块、第二级除尘模块、脱硝模块、脱硫模块、脱碳模块和烟囱（19）依次连接，其特征在于：所述第一级除尘模块包括旋风除尘器（5），所述第二级除尘模块包括布袋除尘器（6），所述脱硝模块包括臭氧格栅（8），所述脱硫模块包括脱硫塔（11），所述脱碳模块包括吸收塔（16）、分相器（17）和再生塔（18），所述余热锅炉（3）、旋风除尘器（5）、布袋除尘器（6）、臭氧格栅（8）、脱硫塔（11）、吸收塔（16）、分相器（17）、再生塔（18）和烟囱（19）依次连接。

2.根据权利要求1所述的基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，其特征在于：所述余热锅炉（3）与旋风除尘器（5）之间连接有引风机（4），所述布袋除尘器（6）与脱硝模块之间连接有增压风机（7）。

3.根据权利要求1所述的基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，其特征在于：所述脱硝模块还包括臭氧发生器（9）和分子筛变压吸附制氧设备（10），所述分子筛变压吸附制氧设备（10）、臭氧发生器（9）和臭氧格栅（8）依次连接。

4.根据权利要求1所述的基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，其特征在于：所述脱硫模块还包括入口烟道（12）、喷淋层（13）、烟气导流环（14）和两级屋脊式除雾器（15），所述入口烟道（12）、烟气导流环（14）、喷淋层（13）和两级屋脊式除雾器（15）由下至上依次设置在脱硫塔（11）内。

5.根据权利要求4所述的基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，其特征在于：所述喷淋层（13）与烟气导流环（14）间隔设置。

说明书：一种基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统技术领域[0001] 本实用新型涉及一种基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，属于新能源领域高纯硅冶炼炉烟气治理技术领域。背景技术[0002] 在碳达峰、碳中和的大背景下，我国光伏行业发展迅速，2021年新增光伏发电并网装机容量5300万千瓦，连续9年稳居世界首位。工业硅行业作为光伏行业的上游产业，与光伏行业的发展休戚相关。目前，我国是全球最大的工业硅生产国，根据相关资料显示，2021年中国工业硅产能498万吨，产量261万吨、占全球总份额的77％。工业高纯硅的生产过程中，其硅冶炼工序会产生大量的粉尘、NOx、SO2、CO2、HCl、HF等大气污染物，对大气环境造成危害。[0003] 在新能源工业高纯硅行业快速发展的同时，现有烟气治理技术中存在效率低、烟气排放因素复杂、出口污染物排放浓度不稳定、温室气体排放量大等问题，因此，基于高纯硅行业烟气排放特征，开发高纯硅行业多污染物和温室气体协同治理技术，为新能源高纯硅行业的绿色、低碳发展提供技术支撑。实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，可协同治理粉尘、NOx、SO2、CO2、HCl、HF等多污染物，为高纯硅行业减污降碳提供技术支撑和工程示范。[0005] 本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，包括矿热炉、余热锅炉、除尘模块、脱硝模块、脱硫模块、脱碳模块和烟囱，所述除尘模块包括第一级除尘模块和第二级除尘模块，所述矿热炉的水冷段、余热锅炉、所述第一级除尘模块、第二级除尘模块、脱硝模块、脱硫模块、脱碳模块和烟囱依次连接，其结构特点在于：所述第一级除尘模块包括旋风除尘器，所述第二级除尘模块包括布袋除尘器，所述脱硝模块包括臭氧格栅，所述脱硫模块包括脱硫塔，所述脱碳模块包括吸收塔、分相器和再生塔，所述余热锅炉、旋风除尘器、布袋除尘器、臭氧格栅、脱硫塔、吸收塔、分相器、再生塔和烟囱依次连接。[0006] 进一步地，所述余热锅炉与旋风除尘器之间连接有引风机，所述布袋除尘器与脱硝模块之间连接有增压风机。[0007] 进一步地，所述脱硝模块还包括臭氧发生器和分子筛变压吸附制氧设备，所述分子筛变压吸附制氧设备、臭氧发生器和臭氧格栅依次连接。[0008] 进一步地，所述脱硫模块还包括入口烟道、喷淋层、烟气导流环和两级屋脊式除雾器，所述入口烟道、烟气导流环、喷淋层和两级屋脊式除雾器由下至上依次设置在脱硫塔内。[0009] 进一步地，所述喷淋层与烟气导流环间隔设置。[0010] 相比现有技术，本实用新型具有以下优点：该基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统集成除尘、脱硝、脱硫、脱碳等模块，可协同治理粉尘、NOx、SO2、CO2、HCl、HF等多污染物，确保污染物出口排放浓度的稳定性，同时，可得到99％纯度的CO2等副产物，实现温室气体的资源化利用；可有效实现高纯硅冶炼领域排放烟气的多污染协同治理、提质增效；同时，整个系统运行可自动化运行，连续稳定，操作简单，与其他相比，在保证达标排放的前提下，本系统安全性更有保障。附图说明[0011] 图1是本实用新型实施例的基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统的结构示意图。[0012] 图2是本实用新型实施例的脱硫塔的结构示意图。[0013] 图3是本实用新型实施例的臭氧格栅的结构示意图。[0014] 图中：矿热炉1、水冷段2、余热锅炉3、引风机4、旋风除尘器5、布袋除尘器6、增压风机7、臭氧格栅8、臭氧发生器9、分子筛变压吸附制氧设备10、脱硫塔11、入口烟道12、喷淋层13、烟气导流环14、两级屋脊式除雾器15、CO2吸收塔16、分相器17、再生塔18、烟囱19。

具体实施方式[0015] 下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。[0016] 实施例[0017] 参见图1至图3所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。[0018] 本实施例中的基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统，包括矿热炉1、余热锅炉3、除尘模块、脱硝模块、脱硫模块、脱碳模块和烟囱19，除尘模块包括第一级除尘模块和第二级除尘模块，矿热炉1的水冷段2、余热锅炉3、第一级除尘模块、第二级除尘模块、脱硝模块、脱硫模块、脱碳模块和烟囱19依次连接，余热锅炉3与旋风除尘器5之间连接有引风机4，布袋除尘器6与脱硝模块之间连接有增压风机7。

[0019] 本实施例中的第一级除尘模块包括旋风除尘器5，第二级除尘模块包括布袋除尘器6，脱硝模块包括臭氧格栅8、臭氧发生器9和分子筛变压吸附制氧设备10，脱硫模块包括脱硫塔11、入口烟道12、喷淋层13、烟气导流环14和两级屋脊式除雾器15，脱碳模块包括吸收塔16、分相器17和再生塔18。[0020] 本实施例中的余热锅炉3、旋风除尘器5、布袋除尘器6、臭氧格栅8、脱硫塔11、吸收塔16、分相器17、再生塔18和烟囱19依次连接，分子筛变压吸附制氧设备10、臭氧发生器9和臭氧格栅8依次连接，入口烟道12、烟气导流环14、喷淋层13和两级屋脊式除雾器15由下至上依次设置在脱硫塔11内，喷淋层13与烟气导流环14间隔设置。[0021] 具体的说，该基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统集成除尘、脱硝、脱硫、脱碳等模块，可协同治理粉尘、NOx、SO2、CO2、HCl、HF等多污染物，确保出口污染物排放浓度的稳定性。[0022] 除尘模块，共设置两级除尘，分别是第一级除尘模块和第二级除尘模块，第一、第二级除尘模块设置于余热锅炉3的出口，用于去除烟气中携带的硅尘；脱硝模块设置于第二级除尘模块至脱硫模块入口烟道内，喷入臭氧，用于将烟气中的低价态不溶性氮氧化物氧化成高价态水溶性氮氧化物；脱硫模块设置于脱碳模块前，用于吸收烟气中的SO2、水溶性NOx以及HCl、HF等可溶性酸性气体；脱碳模块设置于烟囱19前，用于吸收并提取烟气中的二氧化碳，经处理后的净烟气通过烟囱排放。[0023] 该基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统对炉膛负荷适应性强，经处理后的烟气粉尘、SO2、NOx等污染物符合《工业硅生产大气污染物排放标准》，并对CO2等温室气体进行提取利用，有效减少了新能源领域高纯硅生产对环境带来的污染。[0024] 除尘模块包括两级除尘，第一级除尘模块设置于余热锅炉出口，采用旋风除尘器5，用以去除烟气中夹带的大颗粒粉尘，随后进入布袋除尘器6进行二级除尘，二级除尘后的

3

烟气粉尘浓度小于30mg/Nm。

[0025] 经除尘后的烟气通过增压风机7进入脱硫模块，脱硝模块设置于增压风机7的出口至脱硫模块入口烟道内，在烟道内设置臭氧格栅8，随烟气喷入臭氧，用于将烟气中的低价态不溶性氮氧化物氧化成高价态水溶性氮氧化物。[0026] 在臭氧格栅8前设置臭氧发生器9，利用臭氧发生器9产生臭氧通过合理分配后喷入尾部烟道中，经混合对NOx进行氧化。[0027] 在臭氧发生器9前设置分子筛变压吸附制氧设备10，在加压条件下，优先吸附空气中的氮气、二氧化碳和水分等杂质，从而取得纯度较高的氧气，用于臭氧发生器9制备臭氧。[0028] 经氧化后的氮氧化物随烟气进入脱硫模块，采用氧化镁为吸收剂，用于吸收烟气中的二氧化硫、水溶性氮氧化物以及HCl、HF等可溶性酸性气体，经处理后烟囱出口二氧化3 3

硫排放浓度小于100mg/Nm ,氮氧化物排放浓度小于100mg/Nm。

[0029] 脱硫模块包括吸收剂制备、喷淋、除雾、后处理等治理工序，吸收剂制备工序用于制备吸收SO2、高价态NOx、HCl、HF等可溶性气体的氢氧化镁浆液，喷淋工序是在脱硫塔11内吸收剂自上而下喷淋，与自下而上的烟气进行逆向接触，从而去除烟气中的污染物，除雾工序是基于两级屋脊式除雾器15，去除烟气中夹带的雾滴。[0030] 脱碳模块包括CO2吸收塔16、再生塔18、分相器17等，在CO2吸收塔16中烷醇胺类两相吸收剂与烟气逆向接触，吸收CO2后净烟气通过烟囱19排入大气，烷醇胺类吸收CO2后在分相器17中实现液?液分相，CO2富相液进入再生塔18经加热后解析出纯度为99％的CO2，CO2贫相液则返回CO2吸收塔16继续吸收烟气中的CO2。[0031] 该基于高纯硅冶炼炉烟气减污降碳治理系统的工作原理如下：引风机4的入口端引入经余热锅炉3燃烧后的烟气，将烟气升压后送至旋风除尘器5，经过一级除尘后，烟气进入布袋除尘器6进行二次除尘，除尘达标后烟气通过增压风机7进入脱硫模块。[0032] 如图1所示，在脱硫模块前烟道内设置脱硝模块，即臭氧格栅8，形式如图3所示，在烟道内喷入臭氧，用以氧化低价态氮氧化物为高价态水溶性氮氧化物，反应原理如下[0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039] 高价氮氧化物被水吸收后，与吸收剂氢氧化镁浆液反应生成硝酸镁，脱硫废水进入厂区污水处理站进行处理；同时，喷入的臭氧也能氧化Hg等其他污染物，实现多种污染物的协同脱除。[0040] 如图1所示，在臭氧格栅8前设置分子筛变压吸附制氧设备10以及臭氧发生器9，用以提供脱硝所需的臭氧，臭氧发生器9可根据烟气中各污染物的浓度进行配比调节，减少不必要的消耗。[0041] 如图2所示，经臭氧氧化后的烟气通过入口烟道12进入脱硫塔11，在脱硫塔11中自下而上的烟气跟自上而下喷淋层13喷出的循环浆液逆向接触反应，脱除二氧化硫、氮氧化物、HCl、HF等多种污染物，同时在喷淋层13下方设置烟气导流环14，用以将烟气引入到喷淋区，防止烟气沿塔壁逃逸，提高脱除效率，处理后的烟气经过脱硫塔11上部的两级屋脊式除雾器15，用以去除烟气中夹带的雾滴。[0042] 如图1所示从脱硫模块出来后的烟气，进入CO2吸收塔16，CO2被烷醇胺类吸收后，进入分相器17，在分相器17中实现液?液分相，CO2富液相进入再生塔18经加热后得到纯度99％的CO2,CO2贫液相则返回CO2吸收塔16继续吸收烟气中的CO2，净化后的烟气通过烟囱19进行排放。

[0043] 此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。