CN107177396A - 聚能超声波脱硫装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脱硫，提供一种聚能超声波脱硫装置，包括可内置提取剂的脱硫槽，所述脱硫槽具有进料口与出料口，还包括控制物料沿所述进料口至所述出料口的方向移动的输送机构以及安设于所述脱硫槽上的聚能超声波单元，且所述聚能超声波单元的辐射端伸入所述脱硫槽内。本发明中，利用超声波的物理以及化学效应可以使得煤炭、石油焦内的微观结构壁垒被破坏和断链有机硫高价大分子链，使有机硫、无机硫质点获得运动能量、脱离煤炭、石油焦基体生成可富集的新硫化物，同时本发明脱硫效率高运行成本低，无需高温、高压、高耗能，无酸碱污染，可连续作业工业化大批量煤炭、石油焦处理。
Description
技术领域
本发明涉及脱硫，尤其涉及一种聚能超声波脱硫装置。
背景技术
煤炭是我国重要能源基础；近年来煤炭资源的短缺和去产能，发热量高于煤炭1.5倍的石油焦逐渐成为制铝、玻璃、水泥、陶瓷、工业硅、碳化硅等行业和部分新建火电厂难以舍弃的主要燃料。
我国煤质含硫量含灰偏高、石油焦含硫量更是高于煤炭数倍，每年全国近40亿吨的煤炭消耗量和数千万吨的石油焦消耗量是华北、华东地区乃至全国雾霾的主要成因之一。煤炭、石油焦燃烧产生大量含硫H2S、SO2、COS等有害气体，形成酸雨、雾霾和PM2.5严重超标，大面积危及人类健康和农作物的生长，严重破坏生态环境。众多煤炭生产企业、火力发电、制铝、水泥、玻璃、陶瓷、锅炉供热等耗煤、石油焦量大使用企业往往苦于可持续发展和环保治理的两难境地，目前还稀有可供选择大批量、高效低耗的煤炭、石油焦燃前脱硫工艺、设备。
煤炭、石油焦脱硫分为燃烧前脱硫和燃烧后脱硫，目前煤炭因燃烧前脱硫率低和其主要成分有机硫几乎很难脱除，实际上多为退而求其次采用燃烧后脱硫，但是燃烧后已经生成大量含硫H2S、SO2、COS等有害气体致使脱硫效果有限、脱硫成本高。煤炭燃烧前脱硫是从根本上控制上述有害气体生成，因此是合理、清洁、环保使用煤炭的必然方向。
煤的燃前脱硫现有物理法、化学法和生物法三种：物理法包括浮选法、重液体富集法、磁性分离法等；化学法包括强酸、强碱、强氧化剂通过化学还原、氮抽提、热解等方法脱硫；生物法利用某些嗜酸、耐热微生物消化、吸收Fe3和SO2分解法脱硫。
现有石油焦物理脱硫采用1100K～1700K高温处理，本身即是消耗高能源的方法而且对碳骨架的噻吩有机硫效果并不理想；化学脱硫采用相似相溶原理选取芳烃类化合物作为抽提溶剂脱硫，有资料表明该法脱硫率难以超过20％；高温加化学脱硫是在一定温度条件下促进化学试剂脱硫。由于高污染和政策限制，石油焦燃前脱硫在我国处于半盲区状态。
现有物理、化学、生物法脱硫实际上在煤炭行业探索多年但效果并不理想，主要缺陷是对煤炭中主要成分的有机硫几乎无法脱除、无机硫脱硫率低，而且高温高压条件耗能大、成本高、污染重；生物法嗜酸菌生长缓慢、脱硫时间长、效果有限等等。现有石油焦物理、化学法脱硫主要问题是噻吩有机硫脱硫率低、高温耗能大、芳烃类化合物溶剂作为抽提剂成本高。而且现有石油焦脱硫研究都仅仅是实验室试验结果。
上述各种方法的难点在于无法有效脱除煤炭、石油焦的有机硫，而有机硫主要以烷基硫、芳基硫和噻吩硫等高价有机官能团的形态存在于煤炭、石油焦中，煤炭、石油焦有机硫脱除的关键在于破坏其高价键合力和打断其长链大分子结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚能超声波脱硫装置，旨在用于解决现有的煤炭等燃料在燃烧前脱硫成本较高且脱硫效率较低的问题。
本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种聚能超声波脱硫装置，包括可内置提取剂的脱硫槽，所述脱硫槽具有进料口与出料口，还包括控制物料沿所述进料口至所述出料口的方向移动的输送机构以及安设于所述脱硫槽上的聚能超声波单元，且所述聚能超声波单元的辐射端伸入所述脱硫槽内。
进一步地，所述脱硫槽相对水平方向倾斜设置，所述输送机构包括沿所述脱硫槽长度方向设置的传动轴杆以及驱使所述传动轴杆旋转的电机，且于所述传动轴杆上设置有连续的螺旋推进叶片，所述传动轴杆位于所述进料口与所述出料口对应的区间内。
进一步地，还包括安装座，所述安装座包括第一支架以及与所述第一支架间隔设置的第二支架，所述第一支架的高度大于所述第二支架的高度，所述脱硫槽的两个端部分别安设于所述第一支架以及第二支架上。
进一步地，所述电机安装于所述第一支架上。
进一步地，所述出料口竖直向下设置，所述进料口竖直向上设置，且所述出料口以及所述进料口均高于所述脱硫槽内的液面。
进一步地，于所述脱硫槽的底部设置有排液阀，所述排液阀位于所述脱硫槽靠近所述进料口一侧的底端。
进一步地，所述聚能超声波单元为多个，且各所述聚能超声波单元的辐射端均位于所述进料口与所述出料口的区间内。
进一步地，且其中至少部分所述聚能超声波单元均绕所述脱硫槽的周向依次间隔分布。
进一步地，所述聚能超声波单元包括位于所述脱硫槽外侧的超声换能器以及位于所述脱硫槽内侧表面的聚能棒，所述聚能棒为所述聚能超声波单元的辐射端。
进一步地，还包括电控柜，所述电控柜设置有变频调速器，所述变频调速器与所述输送机构电连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明的脱硫装置中，将含硫物料由进料口置于脱硫槽内，一般该含硫物料为煤炭或石油焦，同时向脱硫槽内导入脱硫提取剂，聚能超声波单元开始工作，发出超声强度大于30～50W/cm2的聚能超声波作用于煤炭或石油焦(一般聚能超声波清洗超声强度2～3W/cm2)，利用煤炭或石油焦微观结构中的松散多孔性，聚能超声波特有的空化效应可产生瞬间压力达上千个大气压的无数微观冲击波破坏煤炭或石油焦的结构壁垒和打断有机硫的高价大分子链；聚能超声波的惠更斯波动效应可以使有机硫、无机硫分子质点获得比重力加速度大8200倍以上的质点加速度和运动学巨大的速度(加速度一次积分)、位移(加速度二次积分)和动能(与质点运动速度的平方成正比)，使有机硫、无机硫具有运动能量脱离煤炭或石油焦结构基体从而达到脱硫的目的，且聚能超声波的温度效应、搅拌效应、催化效应可以促进有机硫、无机硫与提取剂产生化学反应，生成易于分离的硫化物，而输送机构则可以控制煤炭或石油焦物料沿脱硫槽移动提升，进而可以使得脱硫后的煤炭或石油焦由出料口排出。在上述过程中，利用聚能超声波的物理以及化学效应可以使得煤炭或石油焦内的微观结构壁垒被破坏和断链有机硫高价大分子链，使有机硫、无机硫质点获得运动能量、脱离煤炭或石油焦基体生成可富集的新硫化物，同时本发明脱硫效率高运行成本低，无需高温、高压、高耗能，无酸碱污染，可连续作业工业化大批量煤炭或石油焦处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的聚能超声波脱硫装置的结构示意图；
图2为图1中A-A向剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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它实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1以及图2，本发明实施例提供一种聚能超声波脱硫装置，包括脱硫槽1，脱硫槽1采用圆管状结构，为相对密封的腔体结构并相对水平方向倾斜安装在安装座2上，可以向脱硫槽1内导入一定量的提取剂，该提取剂为脱硫提取剂，可与无机硫以及有机硫发生化学反应，脱硫槽1具有进料口11与出料口12，进料口11与出料口12之间应相互远离，通常进料口11位于脱硫槽1的低端，而出料口12位于脱硫槽1的高端，进料口11主要是用于向脱硫槽1内添加待脱硫的物料和提取剂，一般为含硫煤炭以及含硫石油焦等，且在脱硫槽1内被脱硫后由出料口12排出，通常还应设置安装座2，安装座2固定安设于地面上，脱硫槽1则固定安装于安装座2上，使得出料口12与地面之间具有一定距离，方便煤炭等物料排出。脱硫装置还包括有输送机构3以及聚能超声波单元4，其中输送机构3是用于控制脱硫槽1内的物料由进料口11向出料口12移动，进而可以控制脱硫后的物料由出料口12排出，而多组聚能超声波单元4则是重要的脱硫工具，其分布安装于脱硫槽1上，可向脱硫槽1内的提取剂、物料辐射大功率聚能超声。本发明中，聚能超声波单元4工作时可以发出超声强度大于30W/cm2的聚能超声波，利用煤炭、石油焦微观结构中的松散多孔性，聚能超声波特有的空化效应可产生瞬间压力达上千个大气压的无数微观冲击波破坏煤炭、石油焦的结构壁垒和打断有机硫的高价大分子链，同时聚能超声波的惠更斯波动效应可以使有机硫、无机硫分子质点获得比重力加速度大8200倍的质点加速度和运动学巨大的速度、位移和动能，使有机硫、无机硫具有运动能量脱离煤炭、石油焦结构基体，且聚能超声波的温度效应、搅拌效应、催化效应可以促进有机硫、无机硫与提取剂产生化学反应，生成易于分离的硫化物，而螺旋输送机构3则可以将脱硫后的煤炭、石油焦由出料口12排出。当然脱硫槽1的进料口11与出料口12处分别连接有自动进料设备以及接料设备，自动进料设备可以由进料口11向脱硫槽1内持续导入待脱硫的煤炭或石油焦，同时输送机构则可以持续将脱硫后的煤炭或石油焦由出料口12排至接料设备内，从而可以实现连续作业工业化大批量煤炭处理。另外采用这种脱硫装置不但脱硫效率比较高，运行成本低，而且无需高温、高压、高耗能，无酸碱污染。
参见图1，优化上述实施例，细化输送机构3的结构，其包括螺旋推进叶片31和传动轴杆32、电机33、减速器34和联轴器35，其中螺旋推进叶片31、传动轴杆32、电机33、减速器34和联轴器35与脱硫槽1的轴线倾斜安装一致。螺旋推进叶片31与传动轴杆32设置于脱硫槽1内且位于脱硫槽1对应进料口11与出料口12之间的区间内，螺旋推进叶片11为连续结构，沿传动轴杆32的长度方向依次螺旋延伸。具体为传动轴杆32的低端靠近进料口11，而高端向出料口12靠近，电机33、减速器34、联轴器35则为动力部分，可以驱使传动轴杆32绕自身的轴线旋转，具体为电机33驱使传动轴杆32的传动轴旋转，然后由传动轴带动螺旋推进叶片31同步旋转，通常在电机33的输出轴与传动轴杆32之间还应传动连接有减速器34，而减速器34与传动轴杆32之间采用联轴器35连接。本实施例中，螺旋推进叶片31应具有一定的旋向，当传动轴杆32沿顺时针或者逆时针转动时，螺旋推进叶片31在同步旋转时可以驱使煤炭或石油焦沿进料口11向出料口12的方向移动，且煤炭、或石油焦在移动的过程中，叶片对煤炭或石油焦还形成了翻转搅拌作用，从而可以保证聚能超声波单元4能够对脱硫槽1内的煤炭或石油焦充分均匀脱硫，有效防止了煤炭或石油焦的堆积，提高脱硫效率。
细化安装座2的结构，安装座2包括第一支架21以及与第一支架21间隔设置的第二支架22，第一支架21的高度大于第二支架22的高度，且脱硫槽1的两个端部分别安设于第一支架21以及第二支架22上。本实施例中，通过第一支架21与第二支架22的高度使得脱硫槽1整体倾斜设置，针对这种结构，脱硫槽1的进料口11靠近第二支架22，出料口12靠近第一支架21，通常在第一支架21与第二支架22之间还设置有另外的支撑结构23，该支撑结构23也用于支撑脱硫槽1，进而保证脱硫槽1安装后结构的稳定性。另外将上述的电机33安设于第一支架21上，电机33、减速器34以及联轴器35的高度均高于提取剂的液面以及出料口12的高度，进而可以避免提取剂由联轴器35位置溢出。
另外，针对上述提取剂的形式，在脱硫槽1的底部应设置有排液阀13，具体是，于所述脱硫槽1靠近所述进料口11一侧的底端，当需要排出脱硫槽1内的提取剂时，比如测定提取剂的含硫量或硫化物富集程度后可通过排液阀13排放收集并更换新提取剂，打开排液阀13即可，非常方便，且具有较好的排空效果。出料口12竖直向下设置，进料口11竖直向上设置，且出料口12以及进料口11均高于脱硫槽1内的液面，避免螺旋推进叶片31导料过程中，提取剂由进料口11或者出料口12排出。
通常脱硫装置还应包括有电控柜，电控柜为脱硫装置的控制中心，其内设置有变频调速器，该变频调速器与输送机构3电连接，其可以控制螺旋推进叶片31的转动速度，进而实现对脱硫槽1内煤炭的移动速度，可以改变不同含硫量煤炭的超声脱硫时间。当然假若需要提高脱硫槽1内的提取剂的脱硫温度时，则可以增设加热装置，而加热装置也电连接至电控柜5，通过该处开启加热装置或者控制加热温度，操作比较方便。
再次参见图1以及图2，进一步地，细化聚能超声波单元4的结构形式，其可以为多个，如图2所示各聚能超声波单元4的辐射端均分布在脱硫槽1有提取剂的区间段，具体位于进料口11与出料口12的区间内，且其中至少部分聚能超声波单元4均绕脱硫槽1的周向依次间隔分布。本实施例中，为提高脱硫槽1内的脱硫效率，聚能超声波单元4采用多组同时工作的形式，具体可以将多个聚能超声波单元4分为多组形式，各组依次沿脱硫槽1的长度方向依次间隔设置，而每一组又包括四个聚能超声波单元4，从而可以有效保证脱硫槽1内的煤炭、石油焦均被脱硫完全，脱硫速度以及脱硫质量均比较高。
具体地，每一聚能超声波单元4均包括位于脱硫槽1外侧的超声换能器以及位于脱硫槽1内侧表面的聚能棒，而该聚能棒即为前述的聚能超声波单元4的辐射端。当然聚能超声波单元4还应包括有聚能超声波发生器以及变幅杆，聚能超声波发生器为聚能超声波单元4的控制部分，而变幅杆则是用于放大聚能超声波的振动幅度，进而可以通过超声换能器将聚能超声波传递至聚能棒，达到产生聚能超声波的目的，超声波发生器具有大功率超声波输出、谐振频率自动跟踪、脉冲和连续两种运行方式、匹配电感高精度可调、换能器聚能棒温度低等功能和特点。由于聚能超声波单元4在工作的过程中，振动会产生一定的热量，则聚能超声波单元4还可以配置有冷却装置，用于冷却散热，保证聚能超声波单元4正常持续工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚能超声波脱硫装置，包括可内置提取剂的脱硫槽，所述脱硫槽具有进料口与出料口，其特征在于：还包括控制物料沿所述进料口至所述出料口的方向移动的输送机构以及安设于所述脱硫槽上的聚能超声波单元，且所述聚能超声波单元的辐射端伸入所述脱硫槽内。
2.如权利要求1所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：所述脱硫槽相对水平方向倾斜设置，所述输送机构包括沿所述脱硫槽长度方向设置的传动轴杆以及驱使所述传动轴杆旋转的电机，且于所述传动轴杆上设置有连续的螺旋推进叶片，所述传动轴杆位于所述进料口与所述出料口对应的区间内。
3.如权利要求2所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：还包括安装座，所述安装座包括第一支架以及与所述第一支架间隔设置的第二支架，所述第一支架的高度大于所述第二支架的高度，所述脱硫槽的两个端部分别安设于所述第一支架以及第二支架上。
4.如权利要求3所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：所述电机安装于所述第一支架上。
5.如权利要求1所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：所述出料口竖直向下设置，所述进料口竖直向上设置，且所述出料口以及所述进料口均高于所述脱硫槽内的液面。
6.如权利要求1所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：于所述脱硫槽的底部设置有排液阀，所述排液阀位于所述脱硫槽靠近所述进料口一侧的底端。
7.如权利要求1所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：所述聚能超声波单元为多个，且各所述聚能超声波单元的辐射端均位于所述进料口与所述出料口的区间内。
8.如权利要求7所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：且其中至少部分所述聚能超声波单元均绕所述脱硫槽的周向依次间隔分布。
9.如权利要求1所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：所述聚能超声波单元包括位于所述脱硫槽外侧的超声换能器以及位于所述脱硫槽内侧表面的聚能棒，所述聚能棒为所述聚能超声波单元的辐射端。
10.如权利要求1所述的聚能超声波脱硫装置，其特征在于：还包括电控柜，所述电控柜设置有变频调速器，所述变频调速器与所述输送机构电连接。
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