CN108722380B - 一种粉状脱硫活性焦解析塔及工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种粉状脱硫活性焦解析塔及工作方法，该解析塔包括自上而下依次连通的给料段、解析段、冷却段和出料段，解析段和冷却段均采用管壳式换热结构，冷却段采用空气作为冷却介质，冷却回收的热量用于解析段，实现能量综合利用；解析段采用分段式，每两段之间设屋脊式气粉分离装置，用以建立解析气体流通通道，降低析出气体在粉焦床层内的流动阻力，防止产生压力波动，解析段中间的缓冲段设置解析气出口，所有解析气出口并联，通过引风机送入副产物回收系统；本发明粉状活性焦解析塔，结构简单、换热效率高、能耗低，不仅实现粉状脱硫活性焦再生，而且可以解决解析气在粉体床层中流动产生的流动阻力大、压力波动等问题。
Description
技术领域
本发明涉及活性焦烟气净化技术领域，具体涉及一种粉状脱硫活性焦解析塔及工作方法。
背景技术
近年，我国环境问题日益突出，尤其是以“雾霾天气”为主的大气污染，严重危害了人们的健康。燃煤电厂是大气环境的主要污染源，多年来，一直是环境治理的重点。为响应国家号召，国内各个电厂大都配置了SCR、ESP、FGD等技术控制NOx、粉尘、SO2等污染物的排放，取得了良好效果。但是，现有技术也存在许多问题，如工艺链长、能耗大、脱除效率低、二次污染等。因此，我国急需开发新的烟气净化技术，具体发展方向为：污染物集成净化技术、干法烟气脱硫技术、污染物深度脱除技术、硫的资源化利用技术等。
活性焦烟气净化技术是一种工业化的干法烟气净化技术，脱硫效率超过98％，节水90％以上，而且可以实现粉尘、Hg、二噁英等多种污染物的联合脱除以及硫的资源化利用，不会产生“石膏雨”问题，也不会产生湿烟气的烟羽视觉污染，特别适用于我国北方富煤缺水地区的新建电厂、城市周边热电厂、冶炼厂、垃圾焚烧厂等，在我国有着非常广阔的市场前景。
现有活性焦脱硫工艺采用成型颗粒活性焦作为吸附剂，配合移动床吸附工艺，已实现大规模工程应用，在我国钢铁、焦化等烟气污染控制领域应用广泛。这种工艺条件下，吸附速度慢，设备体积大，且活性焦循环过程中破损量大，投资和运行成本高。为解决现有工艺存在的问题，粉状活性焦脱硫工艺被提出，即采用煤粉原位制备粉状活性焦，采用流化床快速吸附，吸附饱和的活性焦采用加热再生。这种工艺采用不定型粉状活性焦，实现快速吸附，设备体积小，且活性焦转运过程中不存在破损问题，运行成本低，是对现有活性焦脱硫工艺的巨大改进。
解析塔是活性焦烟气脱硫工艺的核心设备，由于吸附剂粒径变小，粉焦解析工艺也发生重大变化，颗粒活性焦解析所采用的管壳式换热结构不能满足粉焦解析工程需要，因此我国亟需开发新型粉焦高效解析塔，降低解析能耗，同时解决气体析出产生的压力波动问题，为该工艺的推广奠定基础。
发明内容
为了解决粉焦解析过程存在的问题，本发明的目的在于提供一种粉状脱硫活性焦解析塔及工作方法，具有结构简单、换热效率高、能耗低，不仅实现粉状脱硫活性焦再生，而且可以解决解析气在粉体床层中流动产生的流动阻力大、压力波动等问题。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种粉状脱硫活性焦解析塔，包括自上而下依次连通的给料段Ⅰ、解析段Ⅱ、冷却段Ⅲ和出料段Ⅳ；所述解析段Ⅱ和冷却段Ⅲ均采用管壳式换热结构；解析塔进出口设置双段星型给料阀1和双段星型卸料阀5，用于保证塔体密封；所述解析段Ⅱ采用分段式换热段，每段换热段内盘绕设置换热管，相邻换热段间设置气粉分离装置4，所述气粉分离装置4侧面连通解析气出口3；所述冷却段Ⅲ内盘绕设置换热管，换热管入口与鼓风机6连接，换热管出口与气体加热器7连通，加热产生的换热气体与解析段Ⅱ多个换热段依次连通，所述解析段Ⅱ顶部的换热气体出口与烟囱8连接或对空排放；所述解析气出口3经管道并联在一起，经引风机9连通副产物回收系统10；粉状脱硫活性焦走壳程，换热气体走管程；所述解析气出口3中设置过滤装置，用于气粉分离，解析气出口3底部与解析段Ⅱ壳程连通，分离的粉焦直接进入解析塔循环。
所述解析塔整体为方形，便于换热管布置。
所述气粉分离装置4采用屋脊式，用于建立解析气体在粉焦床层内流通的气体通道。
所述解析气出口3中设置的过滤装置采用耐高温的陶瓷过滤材料。
所述的粉状脱硫活性焦解析塔的工作方法，
粉状脱硫活性焦在解析塔内流程如下：粉状脱硫活性焦从给料段Ⅰ进入解析塔内，依靠重力向下移动，依次经过解析段Ⅱ解析和冷却段Ⅲ进行换热，经出料段Ⅳ流出解析塔；在解析段Ⅱ内，粉状脱硫活性焦与高温气体换热，通过高温气体将粉状脱硫活性焦加热至400℃，使吸附在粉状脱硫活性焦孔隙内部的H2SO4与粉状脱硫活性焦表面的碳原子发生如下反应，生成高浓度SO2、CO2和H2O的混合气体即解析气；
2H2SO4+C→CO2+2SO2+H2O (1)
实现粉状脱硫活性焦再生，解析产生的富SO2气体经过滤后从解析气出口3送至副产物回收系统10；解析后的粉状脱硫活性焦进入冷却段Ⅲ，在冷却段Ⅲ与管程内的冷空气换热，粉状脱硫活性焦温度被降至80℃以下，经出料段Ⅳ排出解析塔；
换热气体流程如下：冷空气经鼓风机6送入冷却段Ⅲ的换热管内，与壳程内的高温粉状脱硫活性焦换热，被加热至250～300℃，被加热的高温空气进入气体加热器7被继续加热至550℃，进而进入解析段Ⅱ加热粉状脱硫活性焦，换热后的空气被粉状脱硫活性焦冷却至150℃以下经烟囱8或对空排出。
所述被加热的高温空气进入气体加热器7被继续加热采用三种方式：一是热空气直接通过电加热器加热，二是燃气或燃油炉燃烧产生烟气，与冷却段Ⅲ的热空气换热，三是电厂高温蒸汽与冷却段Ⅲ热空气换热。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明解析塔解析段、冷却段采用管壳式换热结构，换热面积大、效率高，设备体积小，冷却段采用空气作为冷却介质，冷却段回收热量用于解析段，从而实现能量综合利用，从而降低系统能耗。
2、本发明解析塔采用管壳式换热结构，换热气体走管程，粉状脱硫活性焦走壳程，塔体为方形，便于换热管布置，换热管对粉焦起到很好的支撑作用，从而降低粉焦在解析塔内的堆积密度，利于解析气析出。
3、本发明解析塔解析段采用分段式布置，每段之间设置屋脊式气粉装置，通过粉焦的堆积和流动特性，在屋脊式气粉分离装置下部创造解析气析出通道，防止解析气析出压力过高产生波动，屋脊式气粉分离装置侧面与解析气出口连接，解析气出口设置高温陶瓷分离装置，实现气粉分离，解析气出口底部与解析塔壳程联通，分离的粉焦进入解析塔循环。
总之，本发明解析塔具有结构简单、换热效率高、能耗低，不仅实现粉状脱硫活性焦再生，而且可以解决解析气在粉体床层中流动产生的流动阻力大、压力波动等问题。
附图说明
图1为本发明解析塔主视图。
图2为本发明图1中A处气粉分离装置结构放大图。
Ⅰ-给料段，Ⅱ-解析段，Ⅲ-冷却段、Ⅳ-出料段。
1-双段星型给料阀，2-给料斗，3-解析气出口，4-气粉分离装置，5-双段星型卸料阀，6-鼓风机，7-气体加热器，8-烟囱，9-引风机，10-副产物回收系统。
41-活性焦料层，42-气体析出通道。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种粉状脱硫活性焦解析塔，包括自上而下依次连通的给料段Ⅰ、解析段Ⅱ、冷却段Ⅲ、出料段Ⅳ；所述解析段Ⅱ和冷却段Ⅲ均采用管壳式换热结构；解析塔进出口设置双段星型给料阀1和双段星型卸料阀5，用于保证塔体密封；所述解析段Ⅱ采用分段式换热段，每段换热段内盘绕设置换热管，相邻换热段间设置气粉分离装置4，所述气粉分离装置4侧面连通解析气出口3。所述冷却段Ⅲ内盘绕设置换热管，换热管入口与鼓风机6连接，换热管出口与气体加热器7连通，加热产生的换热气体与解析段Ⅱ多个换热段依次连通，所述解析段Ⅱ顶部的换热气体出口与烟囱8连接或对空排放；所述解析气出口3经管道并联在一起，经引风机9连通副产物回收系统10；粉状脱硫活性焦走壳程，换热气体走管程；所述解析气出口3中设置过滤装置，用于气粉分离，解析气出口3底部与解析段Ⅱ壳程连通，分离的粉焦直接进入解析塔循环。
作为本发明的优选实施方式，所述解析塔整体为方形，便于换热管布置。
作为本发明的优选实施方式，所述的气粉分离装置4采用屋脊式，用于建立解析气体在粉焦床层内流通的气体通道。
作为本发明的优选实施方式，解析气出口设置的过滤装置采用耐高温的陶瓷过滤材料。
本发明的工作过程如下：
粉状活性焦脱硫工艺如下：采用煤粉原位制备粉状活性焦，粉状活性焦进入循环流化床反应器进行快速吸附，实现高效脱硫，脱硫后的粉状活性焦进入解析塔再生，在解析塔内，被加热至400℃，此时活性焦表面的碳原子与吸附态的硫酸发生反应，释放出高浓度的SO2，进入副产物回收系统，制得工业浓硫酸或硫磺，再生后的活性焦，进入吸附塔循环使用。
本发明针对粉状脱硫活性焦，通过高温气体将粉状脱硫活性焦加热至400℃，使吸附在活性焦孔隙内部的H2SO4与活性焦表面的碳原子发生如下反应，生成高浓度SO2、CO2和H2O的混合气体(解析气)。
2H2SO4+C→CO2+2SO2+H2O (1)
本发明工作过程如图1所示，粉状脱硫活性焦在解析塔内流程如下：粉状脱硫活性焦从给料段Ⅰ进入解析塔内，依靠重力向下移动，依次经过解析段Ⅱ解析和冷却段Ⅲ进行换热，经出料段Ⅳ流出解析塔；在解析段Ⅱ内，粉状脱硫活性焦与高温气体换热，从常温被加热至400℃，发生式1所述的化学反应，实现粉状脱硫活性焦再生，解析产生的富SO2气体经过滤后从解析气出口3送至副产物回收系统10；解析后的粉状脱硫活性焦进入冷却段Ⅲ，在冷却段Ⅲ与管程内的冷空气换热，粉状脱硫活性焦温度被降至80℃以下，经出料段Ⅳ排出解析塔；换热气体流程如下：冷空气经鼓风机6送入冷却段Ⅲ的换热管内，与壳程内的高温粉状脱硫活性焦换热，被加热至约300℃，被加热的高温空气进入气体加热器7被继续加热至550℃，进而进入解析段Ⅱ加热粉状脱硫活性焦，换热后的空气被粉状脱硫活性焦冷却至150℃以下经烟囱8或对空排出。气体加热通常采用三种方式：一是热空气直接通过电加热器加热，二是燃气或燃油炉燃烧产生烟气，与冷却段Ⅲ的热空气换热，三是电厂高温蒸汽与冷却段Ⅲ热空气换热。
解析过程中，由于粉状脱硫活性焦粒径小，解析量大，堆积高度高，导致床层阻力大，解析气不容易析出，长期累积产生压力波动，危害设备安全运行。为解决上述问题，本发明采用分段式，且在每段之间设置气粉分离装置4，如图2所示，气粉分离装置4采用屋脊式，包括活性焦料层41和顶部的气体析出通道42，根据粉体流动及堆积特性，气粉分离装置4对上层粉状脱硫活性焦起到支撑作用，降低床层堆积密度，进而降低气体析出压力，同时粉体不会堆积至屋脊式气粉分离装置的底部，从而创造出解析气流通通道，使解析气流畅的析出。
Claims (4)
1.一种粉状脱硫活性焦解析塔，其特征在于：包括自上而下依次连通的给料段(Ⅰ)、解析段(Ⅱ)、冷却段(Ⅲ)和出料段(Ⅳ)；所述解析段(Ⅱ)和冷却段(Ⅲ)均采用管壳式换热结构；解析塔进出口设置双段星型给料阀(1)和双段星型卸料阀(5)，用于保证塔体密封；所述解析段(Ⅱ)采用分段式换热段，每段换热段内盘绕设置换热管，相邻换热段间设置置屋脊式的气粉分离装置(4)，用于建立解析气体在粉焦床层内流通的气体通道，所述气粉分离装置(4)侧面连通解析气出口(3)；所述冷却段(Ⅲ)内盘绕设置换热管，换热管入口与鼓风机(6)连接，换热管出口与气体加热器(7)连通，加热产生的换热气体与解析段(Ⅱ)多个换热段依次连通，所述解析段(Ⅱ)顶部的换热气体出口与烟囱(8)连接或对空排放；所述解析气出口(3)经管道并联在一起，经引风机(9)连通副产物回收系统(10)；粉状脱硫活性焦走壳程，换热气体走管程；所述解析气出口(3)中设置过滤装置，用于气粉分离，解析气出口(3)底部与解析段(Ⅱ)壳程连通，分离的粉焦直接进入解析塔循环；
所述解析气出口(3)中设置的过滤装置采用耐高温的陶瓷过滤材料。
2.根据权利要求1所述的一种粉状脱硫活性焦解析塔，其特征在于：所述解析塔整体为方形，便于换热管布置。
3.权利要求1或2所述的粉状脱硫活性焦解析塔的工作方法，其特征在于：
粉状脱硫活性焦在解析塔内流程如下：粉状脱硫活性焦从给料段(Ⅰ)进入解析塔内，依靠重力向下移动，依次经过解析段(Ⅱ)解析和冷却段(Ⅲ)进行换热，经出料段(Ⅳ)流出解析塔；在解析段(Ⅱ)内，粉状脱硫活性焦与高温气体换热，通过高温气体将粉状脱硫活性焦加热至300～400℃，使吸附在粉状脱硫活性焦孔隙内部的H2SO4与粉状脱硫活性焦表面的碳原子发生如下反应，生成高浓度SO2、CO2和H2O的混合气体即解析气；
2H2SO4+C→CO2+2SO2+H2O (1)
实现粉状脱硫活性焦再生，解析产生的富SO2气体经过滤后从解析气出口(3)送至副产物回收系统(10)；解析后的粉状脱硫活性焦进入冷却段(Ⅲ)，在冷却段(Ⅲ)与管程内的冷空气换热，粉状脱硫活性焦温度被降至80℃以下，经出料段(Ⅳ)排出解析塔；
换热气体流程如下：冷空气经鼓风机(6)送入冷却段Ⅲ的换热管内，与壳程内的高温粉状脱硫活性焦换热，被加热至250～350℃，被加热的高温空气进入气体加热器(7)被继续加热至550℃，进而进入解析段(Ⅱ)加热粉状脱硫活性焦，换热后的空气被粉状脱硫活性焦冷却至150℃以下经烟囱(8)或对空排出。
4.根据权利要求3所述的工作方法，其特征在于：所述被加热的高温空气进入气体加热器(7)被继续加热采用三种方式：一是热空气直接通过电加热器加热，二是燃气或燃油炉燃烧产生烟气，与冷却段(Ⅲ)的热空气换热，三是电厂高温蒸汽与冷却段(Ⅲ)热空气换热。
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