CN111059520A - 一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统 - Google Patents

一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，属于工业窑炉环境保护领域，包括烟气循环单元、除尘消白单元、控制单元、焚烧炉、余热锅炉、冷却水池和烟囱，所述烟气循环单元包括炭化炉、第一烟气循环管道和第二烟气循环管道，所述除尘消白单元从左至右依次包括余热利用冷凝器、脱硫塔、除尘冷凝器和烟气再热器。本发明系统将烟气冷凝后并利用来自于炭化炉尾部的高温循环烟气将烟温提高至80℃左右，脱除碳烟同时降低烟气的绝对湿度，余热利用冷凝器以及除尘冷凝器内的冷却水将烟气中的部分热量回收后进入余热锅炉，从而提高了系统热量利用率，然后利用烟气蝶阀、冷却水阀，分别对烟气循环量以及冷却水量进行调节，从而降低了成本。

Description

一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统
技术领域
本发明涉及工业窑炉环境保护领域，具体为一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统。
背景技术
随着中国化石能源消耗量的逐年增加，煤炭利用过程中排放颗粒物、SO2、NOx等污染物对环境生态、人体健康的影响日益加剧，政府逐步采用多项措施对锅炉烟气排放进行管控，上海市2014年发布工业炉窑大气污染物排放标准(DB31/860-2014)，要求新建工业窑炉颗粒物、SO2排放浓度为20、100mg/m3；2018年两会期间，政府工作报告强调推进污染防治取得更大成效，重点地区细颗粒物(PM)浓度继续下降，推动工业窑炉超低排放改造。
活性炭工业窑炉在生产过程中，原料进入炭化炉内受热热解破碎释放出挥发分气体与粒径较小的焦炭颗粒，随后挥发分气体会携带焦炭颗粒进入焚烧炉内燃烧并产生大量的颗粒物，焚烧炉内的颗粒物(碳烟)随烟气经脱硫塔脱硫后排入大气，对环境造成一定的污染。为满足超低排放要求，国内活性炭工业窑炉大多采用湿法脱硫装置处理烟气，湿法脱硫装置能够大幅脱除烟气中的SO2，但其缺乏能够有效脱除烟气中颗粒物(碳烟)的方法，同时，工业窑炉烟气在经过湿法脱硫后一般为60-65℃的饱和湿烟气，从烟囱排出后与环境中低温空气混合，水蒸气冷凝析出形成可见白灰色湿烟羽，俗称“白烟”，高湿环境促进污染物生成、气溶胶二次转化，不利于污染物扩散，周围环境空气能见度随环境相对湿度的增加而降低，对工厂周边大气环境造成一定的污染。
目前国内活性炭行业大多采用小型的工业窑炉，常用于电站锅炉除尘的静电除尘器由于成本较高以及安装布置问题难以适用于小型窑炉，因此，大部分窑炉烟气未采取有效的除尘措施就直接排入大气，环境污染问题较为严重。
发明内容
本发明的目的在于：目前国内活性炭行业大多采用小型的工业窑炉，常用于电站锅炉除尘的静电除尘器由于成本较高以及安装布置问题难以适用于小型窑炉，针对大部分窑炉烟气未采取有效的除尘措施就直接排入大气造成严重环境污染的问题，提供一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，包括烟气循环单元、除尘消白单元、控制单元、焚烧炉、余热锅炉、冷却水池和烟囱，所述烟气循环单元包括炭化炉、第一烟气循环管道和第二烟气循环管道，所述除尘消白单元从左至右依次包括余热利用冷凝器、脱硫塔、除尘冷凝器和烟气再热器，所述控制单元的输出端分别电性连接有冷却水阀、烟气蝶阀、第一温度监测仪、颗粒物浓度监测仪、第二温度监测仪和温湿度监测仪。
优选地，所述脱硫塔的两端安装有三级换热器，所述脱硫塔的烟气进口通过连管与余热利用冷凝器连通，所述脱硫塔烟气出口通过通管与除尘冷凝器和烟气再热器连接。
优选地，所述炭化炉与焚烧炉的连接位置处通过烟气蝶阀连接，所述烟气蝶阀位于第一烟气循环管道的一侧。
优选地，所述烟气再热器的输出端通过第二烟气循环管道与焚烧炉连通，所述余热利用冷凝器和除尘冷凝器的冷却水出口皆与余热锅炉连接。
优选地，所述余热利用冷凝器和除尘冷凝器的内部皆设置有蛇形管换热器，且蛇形管换热器皆错列布置。
优选地，所述烟气再热器的内部设置有套管换热器，且换热管皆为双层结构竖管。
优选地，所述炭化炉的输出端设置有分流管，所述分流管包括第一管道和第二管道，所述第二管道通过第一烟气循环管道与烟气再热器的输入端连通。
优选地，所述炭化炉的输出端通过第一管道与焚烧炉连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明系统将烟气冷凝后并利用来自于炭化炉尾部的高温循环烟气将烟温提高至80℃左右，脱除碳烟同时并降低烟气的绝对湿度，余热利用冷凝器以及除尘冷凝器内的冷却水将烟气中的部分热量回收后进入余热锅炉，提高系统热量利用率，然后利用烟气蝶阀、冷却水阀，分别对烟气循环量以及冷却水量进行调节，适用于小型窑炉，能够有效降低烟气中碳烟浓度并消除了烟囱顶部的白色烟羽现象，降低了对环境的污染。
附图说明
图1为本发明的碳烟脱除及消白一体化系统结构示意图。
图中：1、炭化炉；2、烟气蝶阀；3、焚烧炉；4、第一烟气循环管道；5、余热锅炉；6、余热利用冷凝器；7、冷却水阀；8、第一温度监测仪；9、脱硫塔；10、除尘冷凝器；11、第二温度监测仪；12、颗粒物浓度监测仪；13、烟气再热器；14、温湿度监测仪；15、烟囱；16、烟气循环单元；17、除尘消白单元；18、控制单元；19、第二烟气循环管道；20、冷却水池。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，包括烟气循环单元16、除尘消白单元17、控制单元18、焚烧炉3、余热锅炉5、冷却水池20和烟囱15，炭化炉1烟气循环单元16的一侧安装有炭化炉1、第一烟气循环管道4和第二烟气循环管道19，炭化炉1除尘消白单元17从左至右依次包括余热利用冷凝器6、脱硫塔9、除尘冷凝器10和烟气再热器13，炭化炉1控制单元18的输出端分别电性连接有冷却水阀7、烟气蝶阀2、第一温度监测仪8、颗粒物浓度监测仪12、第二温度监测仪11和温湿度监测仪14。
本发明通过设置的烟气循环单元16、除尘消白单元17、控制单元18，通过多个单元对各个阶段烟气的温度、湿度以及颗粒物浓度进行实时监测，并自动调节冷却水量以及烟气循环量，保证能够有效地控制烟气中颗粒物浓度以及烟气含湿量。
实施例1
作为本发明的一种优选实施例，炭化炉1脱硫塔9的两端安装有三级换热器，炭化炉1和脱硫塔9的一侧通过连管与余热利用冷凝器6连通，脱硫塔9烟气出口侧通过通管与除尘冷凝器10和烟气再热器13。
该种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统通过连管和通管的相互配合，便于对脱硫塔9与余热利用冷凝器6对接，脱硫塔9与除尘冷凝器10和烟气再热器13对接，从而提高了使用率。
实施例2
作为本发明的一种优选实施例，炭化炉1与焚烧炉3的连接位置处通过烟气蝶阀2连接，炭化炉1烟气蝶阀2位于第一烟气循环管道4的一侧，炭化炉1烟气再热器13的输出端通过第二烟气循环管道19与焚烧炉3连通，炭化炉1余热利用冷凝器6和除尘冷凝器10的冷却水出口皆与余热锅炉5连接。
该种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统通过设置的余热利用冷凝器6和除尘冷凝器10，且余热利用冷凝器6和除尘冷凝器10的冷源均采用冷却水，冷却水分别进入冷凝器，冷却水将烟气中的部分热量回收后进入余热锅炉5的内部；烟气再热器13热源选用炭化炉1尾部烟气，高温烟气经第一烟气循环管道4进入烟气再热器13后又重新进入余热锅炉5内部，随后进入脱硫塔以及除尘换热器进行脱硫、碳烟脱除、冷凝除水以及再热。
实施例3
作为本发明的一种优选实施例，炭化炉1余热利用冷凝器6和除尘冷凝器10的内部皆设置有蛇形管换热器，且蛇形管换热器皆错列布置，炭化炉1烟气再热器13的内部设置有套管换热器，且换热管皆为双层结构竖管。
该种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统通过设置的错列布置蛇形换热器和竖直结构的套管换热器，从而尽可能出去烟气中颗粒物，提高了使用率。
实施例4
作为本发明的一种优选实施例，炭化炉1炭化炉1的输出端设置有分流管，炭化炉1分流管包括第一管道和第二管道，炭化炉1第二管道通过第一烟气循环管道4与烟气再热器13的输入端连通。炭化炉1炭化炉1的输出端通过第一管道与焚烧炉3连通。
该种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统通过设置的分流管，利用分流管便于将炭化炉1排出的烟气分成两份，便于将携带颗粒物的烟气直接导至焚烧炉3，并将其他部分颗粒物含量较少的烟气导至烟气再热器13进行循环处理。
工作原理：使用时，原料经进料口进入炭化炉1内部受热，原料在高温下发生热解挥发出大量可燃性气体并生成活性炭颗粒，随后活性炭颗粒经出料口收集包装，可燃性挥发分气体携带热解过程中产生的颗粒物经烟道进入焚烧炉3；可燃性气体进入焚烧炉3后与大量空气混合后燃烧产生高温烟气，高温烟气携带燃尽后的细小颗粒物进入余热锅炉5内部，余热锅炉5将烟气中大部分的热量吸收，余热锅炉5尾部烟气温度在130-140℃；随后烟气携带颗粒物(碳烟)进入余热利用冷凝器6，通过余热利用冷凝器6将烟气中的部分热量回收，将烟气温度降低至115℃以下并进入脱硫塔9脱除烟气中的SO2；烟气经脱硫塔9脱硫后进入除尘冷凝器10，除尘冷凝器10将烟气温度进一步降低，排烟温度在40-50℃，并通过蒸汽冷凝相变将烟气中大部分纳米级别的颗粒物吸附脱除，同时通过降低烟气温度大大降低烟气中的含湿量；低温烟气进入烟气再热器13，烟气温度提高至80℃左右并经过烟囱15排入大气，此时烟气中颗粒物(碳烟)浓度及相对含湿量较小，烟囱15顶部的白色烟羽消失；其中关于高温烟气的循环处理：先在焚烧炉3前方的分流管中取一定量的高温烟气经第一烟气循环管道4进入烟气再热器13，随后出烟气再热器13排出的气体经第二烟气循环管道19进入焚烧炉3内部燃烧，从而实现对烟气的循环处理，确保排出气体的质量，且通过设置的余热利用冷凝器6、除尘冷凝器10和烟气再热器13，挡高温烟气经余热锅炉5吸收大部分热量后其排烟温度在130-140℃，烟气进入余热利用冷凝器6后，烟气中的热量被进一步回收，此时烟气温度降低至115℃一下进入脱硫塔9内除去SO2，烟气经脱硫塔9后进入除尘冷凝器10，由于脱硫塔9出口烟气为湿饱和烟气，当烟气在除尘冷凝器10内降温时，烟气中的水蒸气会以烟气中的颗粒物为液化核心逐步凝结为小水滴并吸附在换热器表面，烟气中的颗粒物浓度以及含湿量会显著降低，随后烟气进入烟气再热器13，利用来自于炭化炉尾部的高温循环烟气将烟温提高至80℃左右，降低烟气的相对湿度，余热利用冷凝器6以及除尘冷凝器10内的冷却水将烟气中的部分热量回收后进入余热锅炉5，从而提高了系统热量利用率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，包括烟气循环单元(16)、除尘消白单元(17)、控制单元(18)、焚烧炉(3)、余热锅炉(5)、冷却水池(20)和烟囱(15)，其特征在于：所述烟气循环单元(16)包括炭化炉(1)、第一烟气循环管道(4)和第二烟气循环管道(19)，所述除尘消白单元(17)从左至右依次包括余热利用冷凝器(6)、脱硫塔(9)、除尘冷凝器(10)和烟气再热器(13)，所述控制单元(18)的输出端分别电性连接有冷却水阀(7)、烟气蝶阀(2)、第一温度监测仪(8)、颗粒物浓度监测仪(12)、第二温度监测仪(11)和温湿度监测仪(14)。
2.根据权利要求1所述的一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，其特征在于：所述脱硫塔(9)的两端安装有三级换热器，所述脱硫塔(9)的烟气进口通过连管与余热利用冷凝器(6)连通，所述脱硫塔(9)烟气出口通过通管与除尘冷凝器(10)和烟气再热器(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，其特征在于：所述炭化炉(1)与焚烧炉(3)的连接位置处通过烟气蝶阀(2)连接，所述烟气蝶阀(2)位于第一烟气循环管道(4)的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，其特征在于：所述烟气再热器(13)的输出端通过第二烟气循环管道(19)与焚烧炉(3)连通，所述余热利用冷凝器(6)和除尘冷凝器(10)的冷却水出口皆与余热锅炉(5)连接。
5.根据权利要求1所述的一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，其特征在于：所述余热利用冷凝器(6)和除尘冷凝器(10)的内部皆设置有蛇形管换热器，且蛇形管换热器皆错列布置。
6.根据权利要求1所述的一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，其特征在于：所述烟气再热器(13)的内部设置有套管换热器，且换热管皆为双层结构竖管。
7.根据权利要求1所述的一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，其特征在于：所述炭化炉(1)的输出端设置有分流管，所述分流管包括第一管道和第二管道，所述第二管道通过第一烟气循环管道(4)与烟气再热器(13)的输入端连通。
8.根据权利要求1所述的一种活性炭工业窑炉碳烟脱除及烟气消白一体化系统，其特征在于：所述炭化炉(1)的输出端通过第一管道与焚烧炉(3)连通。
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