CN101564633B - 一种固定床烟气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种填充活性炭纤维的固定床烟气净化装置，其壳体的顶部设置有废气入口，其底部设置有排气口，壳体内腔自上对下划分为导流段、净化段和集气段，导流段内安装有带孔的整流板，整流板上方安装有导流板；净化段内填充有活性炭纤维填充单元。活性炭纤维填充单元的固定框架的上、下两端各有两根相互平行的梳板，上、下两根梳板的各梳口内分别插有上、下夹板，上、下夹板之间均固定有片状的活性炭纤维，相邻两片活性炭纤维之间的空隙宽度为0.5到10毫米。本发明能够将活性炭纤维牢固可靠地长期固定装载在净化装置内，具有结构紧凑，活性炭纤维的填充效率高，反应器的压力损耗小，维修、安装、更换和再生方便等优点。

Description

一种固定床烟气净化装置

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种利用活性炭纤维作为吸附材料、用于脱除燃煤烟气或其他有害废气中的硫氧化物、氮氧化物以及剧毒物如汞等的固定床烟气净化装置。

背景技术

活性炭纤维作为活性炭中的一种，是活性炭家族中的第三代产品，与粉末活性炭(Powdered Activated Carbon)(PAC)和颗粒活性炭(GranularActivated Carbon)(GAC)相较，在吸附容量、微孔和活性位、吸附催化能力、气固接触效率等方面更具优势，在烟气脱硫、脱硝甚至包括重金属以及挥发性有机污染物的脱除等方面展示了广阔的应用前景。

活性炭纤维吸附法是利用活性炭纤维的高吸附容量和高催化转化特性将污染物吸附并催化转化而加以脱除。活性炭纤维较为柔软，制成的产品一般是活性炭纤维布和活性炭纤维毡，不易填充成型，机械强度较差。即便完成固定填充，烟气在填充好的活性炭纤维之间流动时，对活性炭纤维具有一定的冲刷力，如果填充方式不当，固定不牢靠，则容易出现活性炭纤维被烟气气流冲击而脱落的现象；尤其当废气中含有大量水分或者在活性炭纤维再生过程中，不可避免会出现活性炭纤维吸附水分而自重大大增加的情况，这种情况下极易变形、甚至垮塌。在大规模工业烟气净化领域，除了自身的生产成本过高以外，活性炭纤维的大规模装填固定方法难以解决，这也是限制其广泛应用的一个重要因素。因此寻求较优的活性炭纤维固定方法，发展具有良好力学性能、较低压力损耗的活性炭纤维吸附装置对于推动活性炭纤维在废气净化方面的应用具有非常重要的意义。

活性炭纤维的填充与固定，有三个重要因素需要综合考虑。

首先要考虑其填充效率，即单位填充空间内所填充的活性炭纤维的质量。填充效率越高，烟气与活性炭纤维的接触也就越充分，催化吸附等反应过程的效果也就越好；同时设备规模也相应变小，烟气净化装置占用场地越小，成本也就越低。

其次要考虑其力学性能，即要有一定的机械强度。在吸水后自重增加、气流冲击等条件下，所填充的活性炭纤维能够长时间保持原有状态，没有变形、破损、脱落、塌陷等状况发生。

第三，要考虑烟气通过所填充的活性炭纤维时的压力损耗。压力损耗越小就意味着可以选择较低功率的引风机，降低运行成本。影响压力损耗大小的因素有很多，一般而言，填充方式合理、填充的活性炭纤维平整均匀，压力损耗相应较小。另外填充效率和压力损耗这两个因素具有一定的矛盾性，因为填充效率越高，则意味着活性炭纤维越密集，压力损耗相应越大；相反若是填充效率越低，则说明活性炭纤维之间的空隙越疏松，可供烟气流通的空间越大，压力损耗也就越小。因而，在填充活性炭纤维的过程中，需要综合权衡填充效率与压力损耗这两个因素。

中国专利文献CN1460033A(公开日为2003年12月03日)公开了一种以负载催化剂的活性炭纤维作为催化单元，并向催化单元喷水，进而脱除污染物的装置及其运行方法。该技术的活性炭纤维填充单元采用波板和平板活性炭纤维交替叠放的形式，加上送水及支撑装置，结构较为复杂。平板和波板之间的孔隙难以保持均匀，容易导致气流分布不均，从而影响脱除效率以及活性炭纤维的利用效率。另外，活性炭纤维在工作过程中吸水后自重成倍增加，这种平板和波板交替叠放再粘结固定的方式并不十分可靠，容易导致活性炭纤维填充单元内的烟气通道变形、活性炭纤维塌陷甚至脱落，进而使得活性炭纤维填充单元内的通道孔隙过小、烟气气流分布不均、甚至通道完全堵死，形成活性炭纤维死区。因此，此种活性炭纤维的固定与填充方式，虽然有着较好的填充效率以及压力损耗，但力学性能没有保障。

中国专利文献CN2429246Y(授权公告日为2001年05月09日)公开了一种活性炭纤维脱硫装置，其活性炭纤维的填充与固定是以将活性炭纤维制作若干滤管的形式实现，此种方式虽然能将活性炭纤维牢固、均匀地固定，与烟气的接触也非常充分，能有效提高活性炭纤维的利用率和吸附脱附速率，但制作较为麻烦，尤其是在烟气流量较大的场合，由于每一根滤管都需要单独的烟气通道，而活性炭纤维的特性又使得滤管的直径大小有限，因而滤管数量会随着烟气流量的增大而线性增长，这不仅会使得设备较为庞大而增加制造成本，而且压力损耗也会随着滤管数量的增加而线性增加，因而增加了运行成本。因此，此种活性炭纤维的固定与填充方式，虽然有着较好的力学性能和活性炭纤维的利用效率，但有着较大的压力损耗，并且较大的压力损耗并没有带来令人满意的填充效率，其动力主要消耗在烟气穿透活性炭纤维滤管的过程中。

中国专利文献CN2425281Y(授权公告日为2001年03月28日)公开了一种气体净化装置，是由上下布流器、罐体、大小圆柱过滤筒、上下网架组成，其特征在于大小圆柱过滤筒皆由内外钢条钢网组成的内外圆网柱将活性炭纤维过滤布夹在其间，同时又形成两道同心圆过滤芯，再由上下网架固定并形成分流通道。该吸附装置的压力损失很小，在处理流量小、流速低的场合较为有效；对于大型锅炉废气而言，其填充效率过低，仅靠两道同心圆过滤芯来达到气体净化，显然难以满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的活性炭纤维固定与净化装置中存在的问题与不足之处，提供一种固定床烟气净化装置，该装置具有结构紧凑、活性炭纤维的填充效率高、反应器的压力损耗小以及使用方便的特点。

本发明提供的固定床烟气净化装置，其特征在于：壳体的顶部设置有废气入口，其底部设置有排气口，壳体自上而下划分为导流段、净化段和集气段，导流段内安装有带孔的整流板，整流板上方安装有导流板；净化段内填充有活性炭纤维填充单元；导流段和净化段之间布置有均匀分布的雾化喷嘴和进水口；

活性炭纤维填充单元的结构为：固定框架的上、下两端各有两根相互平行的梳板，两根梳板上的梳齿和梳口都呈均匀分布，并且间隙大小一致，上、下两根梳板的各梳口内分别插有上、下夹板，上、下夹板之间均固定有片状的活性炭纤维，相邻两片活性炭纤维之间的空隙宽度为0.5到10毫米。

作为上述技术方案的改进，该装置包括有至少两个净化段，相邻的净化段之间安装有栅格。

与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：

1)本发明的净化装置可以同时脱除多种污染物如硫氧化物、氮氧化物、汞及挥发性有机物等。

2)本发明的净化装置保证了活性炭纤维的填充效率和污染物脱除效率。可以在一定的反应器空间内装填尽量多的活性炭纤维，获取最佳的填充效率，保证净化装置内废气与活性炭纤维的接触更加充分，有利于污染物的吸附脱除；同时净化装置的结构紧凑，尺寸规模小，从而减小设备建造和运行成本。

3)本发明的净化装置具有广泛的适用性。可用于填充不同类型的活性炭纤维例如粘胶基活性炭纤维、酚醛基活性炭纤维、聚丙烯腈基活性炭纤维和沥青基活性炭纤维，也适用于其它能够采用本发明所提供的装载填充方法而加以装载填充的其它吸附催化材料。能够应用于烟气排放规模不同的场合，特别是大流量规模的场合。

4)本发明在填充有活性炭纤维的净化装置内供烟气通过的空隙分布窄小均匀，不存在无法与烟气接触的活性炭纤维死区，烟气容易通过反应器内的活性炭纤维填充体，也有效控制了压力损耗。

5)本发明中活性炭纤维竖直固定，各片活性炭纤维均拉紧平直、牢固可靠，能经得住长期的烟气冲刷而不出现破损、脱落、塌陷等现象，具有较好的力学性能，满足工程应用要求。

6)本发明中净化装置的固定安装、拆卸和维修以及活性炭纤维的再生和更换非常方便。

附图说明

图1是活性炭纤维填充单元的整体示意图；

图2是活性炭纤维夹片示意图；

图3是活性炭纤维填充单元的固定框架示意图；

图4是活性炭纤维填充单元固定框架上的梳板示意图；

图5是活性炭纤维填充单元的局部填充示意图；

图6是活性炭纤维填充单元的剖视图；

图7是填充活性炭纤维的固定床净化装置示意图；

图8是多段填充活性炭纤维的固定床净化装置示意图。

具体实施方式

现结合附图和实例来对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1至图6所示，活性炭纤维填充单元的结构为：固定框架7的上下两端各有两根相互平行的梳板3，梳板上有分布均匀的梳齿4，梳板3上的梳齿4以及梳口5间隙大小一致、均匀分布、对正平齐。将活性炭纤维1裁剪成规则的片状，然后采用夹板2将其上下两端夹紧，将每片纤维的上下夹板2插入固定框架7上的梳板3的相邻梳齿4之间的梳口5中，形成过盈配合从而将活性炭纤维片两端夹牢，并上下拉紧，保持平直，使得每片活性炭纤维都能够均匀垂直固定，相邻两片活性炭纤维之间的空隙宽度为1毫米。按此方法将若干规则整齐大小尺寸一致的活性炭纤维牢固地固定在固定框架上，得到活性炭纤维填充单元。当烟气流经活性炭纤维填充单元时，烟气中的污染物在通过活性炭纤维片与片之间形成的均匀狭窄的方形通道6以及填充单元边缘处的烟气通道8时被吸附脱除。

固定框架7的板材要求耐腐蚀、耐260摄氏度的中低温、具有一定的强度，可以是工程塑料，也可以是不锈钢。

如图7所示，填充活性炭纤维的固定床净化装置包括：壳体10、废气入口11、含有导流板13以及多孔整流板14的导流段12、由活性炭纤维填充单元9构成填充体的净化段15、尾部集气段16以及排气口17。

净化段可以为长方体状的空间，将一个或多个活性炭纤维填充单元9累叠构成填充体放置其中。待处理的含污染物的废气经过入口11进入净化装置的导流段12，废气经过导流段的导流板13以及多孔整流板14后形成均匀的气流进入净化段15，经过净化段填充体中活性炭纤维的吸附脱除后形成的洁净废气通过尾部集气段16以及排气口17排出。

在净化装置内部的导流段和净化段之间布置有均匀分布的若干雾化喷嘴18和进水口19，用来实现喷水调节装置内部的温度、废气增湿以及活性炭纤维水洗脱附再生的目的。导流段、净化段与集气段以及相邻净化段之间的壳体由法兰连接20，保证良好的水气密封性能。

在装置运行时，烟气经入口11进入净化装置之后，由于烟气导流板13和多孔整流板14的作用，使得反应器横截面上烟气的流动速度和流量分布均匀。均匀分布的烟气流经活性炭纤维填充体中活性炭纤维片与片之间、填充边缘处的狭长扁平的方形通道8时，烟气中的污染物成分在具有催化转化特性的活性炭纤维表面被催化、吸附和转化进而被脱除，最终经废气出口17排出。

如图8中所示的多段填充活性炭纤维的固定床净化装置。净化装置内包括四个净化段，有利于安装、维护以及活性炭纤维的更换等工作。相邻两段的壳体之间由法兰20连接，具有良好的水气密封性能。每一净化段内部装载的活性炭填充单元可以是一个或者多个，视净化装置的规模和填充单元的尺寸大小而定。每段之间布置由耐腐蚀的不锈钢制造的栅格21，用于承载活性炭纤维填充单元并保持废气流通，同时便于每段的运行工况检查与检修。在每段壳体都开有可供工作人员出入的检修口22，检修口的尺寸高度大于活性炭纤维填充单元的高度而略小于该段壳体的高度；检修口的宽度大于两倍活性炭纤维填充单元的宽度。检修时，检修人员将活性炭纤维填充单元从检修口移出若干个便可以进入该段逐个检查该层填充单元的设备状况以及与之相邻的各净化段的设备工作状况。

以上所述为本发明的典型实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种固定床烟气净化装置，其特征在于：壳体(10)的顶部设置有废气入口(11)，其底部设置有排气口(17)，壳体(10)自上而下划分为导流段(12)、净化段(15)和集气段(16)，导流段(12)内安装有带孔的整流板(14)，整流板(14)上方安装有导流板(13)；净化段(15)内填充有活性炭纤维填充单元(9)；导流段(13)和净化段(15)之间布置有均匀分布的雾化喷嘴(18)和进水口(19)；

活性炭纤维填充单元(9)的结构为：固定框架(7)的上、下两端各有两根相互平行的梳板(3)，两根梳板(3)上的梳齿(4)和梳口(5)都呈均匀分布，并且间隙大小一致，上、下两根梳板(3)的各梳口(5)内分别插有上、下夹板(2)，上、下夹板(2)之间均固定有片状的活性炭纤维(1)，相邻两片活性炭纤维之间的空隙宽度为0.5到10毫米。

2.根据权利要求1所述的固定床烟气净化装置，其特征在于：该装置包括有至少两个净化段，相邻的净化段之间安装有栅格(21)。

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