CN113321213A - 活化剂喷射装置、蓄热室及活性炭生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活化剂喷射装置、蓄热室及活性炭生产装置，所述活化剂喷射装置包括喷射管(1)，所述喷射管(1)设有活化剂进口(11)，所述喷射管(1)上还设有催化剂进口(12)。本发明的活化剂喷射装置，能够保证活化剂的配入均匀，受热均匀，有利于保证活化剂对于物料的活化效果，提升活性炭产品的各项性能指标。

Description

活化剂喷射装置、蓄热室及活性炭生产装置

技术领域

本发明属于活性炭生产领域，尤其涉及一种用于活性炭生产的活化剂喷射装置、蓄热室及活性炭生产装置。

背景技术

SLEP炉(斯列普炉)活化法是一种利用水蒸汽和烟道气为活化剂，交替进行活化的方法，炭颗粒在炉内自上而下运动的过程中能够相互错位移动进行混合，因此活化均匀，效果好。此种炉型具有不需外加燃料，炉子使用寿命长、活化工艺条件稳定，产品质量均匀，吸附性能好等优点，无论从产品质量、能源消耗、经济效益、三废处理等方面都较其它形式的活化炉优越，是一种生产高品质颗粒活性炭的理想炉型。

然而，现有技术中使用SLEP炉配合水蒸汽、烟道气作为活化剂时存在工艺控制复杂、温度波动大、产量低、消耗高、产品质量不均匀、产品局限性大、物料冷却效果差、物料赌料道现象严重，活化时间长等问题。

例如专利CN101224886公开一种制备污水处理专用活性炭的节能活化反应炉装置，该专利中，通过利用活化过程中炭原料高温自燃产生热量，由蓄热室和二次返回烧蓄热室蓄热，由供水系统向蒸汽发生器供水，由蓄热室感应蒸汽发生器产生蒸汽，取代燃煤锅炉供给蒸汽，再由输送汽系统向炉膛内输送水蒸汽活化剂，从而实现对于物料的充分活化。然而，在该专利中，炉体结构较为复杂，水蒸汽活化剂进入蓄热室、炉膛内时不能有效保证其配入的均匀性，也无法有效保证对于活化剂加热的均匀性。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种活化剂喷射装置、蓄热室及活性炭生产装置，解决活化剂配入不均匀、受热不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种活化剂喷射装置，包括喷射管，所述喷射管设有活化剂进口，所述喷射管上还设有催化剂进口。

根据本发明的一个方面，所述喷射管上与所述活化剂进口相对的一端封闭，沿所述喷射管长度方向，设有多个喷射孔。

根据本发明的一个方面，沿远离所述活化剂进口的方向，所述喷射孔之间的间隙沿长度方向逐渐增大。

本发明还提供一种包含上述活化剂喷射装置的蓄热室，所述喷射管伸入到所述蓄热室内，所述活化剂进口和所述催化剂进口位于所述蓄热室外，所述喷射孔位于所述蓄热室内。

根据本发明的一个方面，所述喷射孔朝向所述蓄热室底部设置。

根据本发明的一个方面，所述蓄热室内部、所述喷射管的上方设有蓄热砖，所述蓄热砖与所述喷射管之间设有分配器。

根据本发明的一个方面，所述蓄热砖为所述蓄热室内部砌筑网格状蓄热砖。

根据本发明的一个方面，所述分配器为设置在所述喷射管上方、所述蓄热砖下侧的活化剂分配栏。

根据本发明的一个方面，所述活化剂分配栏由蓄热砖砌成。

根据本发明的一个方面，所述活化剂为水蒸汽或烟道气和水蒸汽混合物。

根据本发明的一个方面，所述蓄热室的外壁设有绝热材料。

本发明还提供一种包含上述蓄热室的活性炭生产装置，包括两个半炉，每个半炉包括由上到下依次设有预热段、补充炭化段、活化段和冷却段的炉体、连接所述炉体与所述蓄热室的上连烟道、以及与所述炉体的燃烧室相连接的下连烟道。

根据本发明的一个方面，所述活性炭生产装置还包括DCS控制系统，所述喷射管的活化剂进口处设有调节阀，所述DCS控制系统将所述调节阀与所述炉体的炉压连锁控制。

根据本发明的一个方面，所述活化段的产品料道宽度设置为15-80mm。

根据本发明的一个方面，所述冷却段设有强制冷却器，所述强制冷却器包括以下至少之一：循环水冷通道和风冷通道。

根据本发明的一个方面，所述补充炭化段的高度与所述活化段的高度比为1:5。

根据本发明的一个方面，所述活化段的反应温度为900℃-980℃，活化剂的压力为0.4-0.6MPa，流量1500-2500kg/h。

根据本发明的一个方面，在本发明中喷射管上还设有催化剂进口，催化剂进口位于蓄热室外部。如此设置可以通过催化剂进口向喷射管中添加催化剂，使得催化剂连同活化剂一同进入到活化段中，有利于优化活化剂与炭化料的反应效果，提升最终活性炭的各项性能。

根据本发明的一个方面，喷射管上设有喷射孔，喷射孔朝向蓄热室底部设置。如此设置使得活化剂首先向下移动接触到蓄热室的底部后再向上运动，有利于活化剂降速扩散，从而有利于控制活化剂的流速和均匀性，使得活化剂受热均匀。

根据本发明的一个方面，本发明的活性炭生产装置，冷却段处还设有强制冷却器，强制冷却器包括循环水冷通道和风冷通道。如此设置，相比于原活性炭生产装置为钢制通道冷却器而言，能够使物料降至小于或等于100℃，避免了原活性炭生产装置为钢制通道冷却器仅能将物料温度降至200-350℃导致产品质量受损及设备烧损率高的缺陷。

根据本发明的一个方面，蓄热室内部砌筑网格状耐火砖作为蓄热砖，可以增加活化剂的换热量即换热效率，使活化剂温度稳定，与炭化物料反应更加充分，同时也有利于将来自上连烟道的烟气的温度降的更低。

根据本发明的一个方面，活化剂喷射装置由DCS控制单元进行控制，使得活化剂的喷入量与冷却半炉的炉压相匹配实现连锁，设定活性炭生产装置冷却半炉的炉压，通过DCS自动调整活化剂喷入量，实现智能控制活化剂配入量。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的活化剂喷射装置的剖视示图；

图2示意性表示根据本发明的活化剂喷装置的侧视图；

图3示意性表示根据本发明的活性炭生产装置的结构示图；

图4示意行表示根据本发明的活性炭生产装置的产品料道示图；

图5示意性表示根据本发明一种实施方式的强制冷却器的主视图；

图6示意性表示根据本发明一种实施方式的强制冷却器的左视图；

图7示意性表示根据本发明一种实施方式的空气喷射装置的剖视图；

图8示意性表示根据本发明一种实施方式的空气喷射装置的右视图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，本发明的活化剂喷射装置包括喷射管1，根据本发明的一种实施方式，喷射管1为圆柱形管状，一端设有活化剂进口11，用于输送活化剂，本发明的一种实施方式中使用水蒸汽作为活化剂。在本发明中，喷射管1上还设有催化剂进口12，用于输送活化剂的同时，通过催化剂进口12配入催化剂。根据本发明的构思，通过催化剂进口12添加的催化剂可以为氢氧化钠、氢氧化钾等碱性反应液。由于在喷射管1上设有催化剂进口12，如此便可以向喷射管1中添加催化剂，使得催化剂连同活化剂一同进入到后续反应段，有利于优化活化剂与炭化料的反应效果，提升最终活性炭的各项性能。

如图1所示，沿着喷射管1长度方向，喷射管1上与活化剂进口11相对的一端为封闭端。喷射管1管身上设有多个喷射孔13。在喷射管1的长度方向上设置多个喷射孔13，有利于活化剂的均匀配入，从而有利于对于活化剂受热的均匀性。

根据本发明的一种实施方式，沿着远离活化剂进口11的方向，相邻喷射孔13之间的间隔沿长度方向逐渐增大，如此可进一步保证活化剂配入的均匀性。当然，根据本发明的构思，沿着远离活化剂进口11的方向，相邻喷射孔13之间的间隔也可以设置为逐渐减小，还可以将多个喷射孔13等间隔布置，还可以间隔由中间到两边逐渐增大或减小，也可以间隔先增大后减小等。

根据本发明的构思，本发明的喷射孔13的形状不具有局限性，可以设置为圆形孔、方形孔、三角形孔等。

结合图1和图2所示，本发明还提供一种包含上述活化剂喷射装置的蓄热室，蓄热室用于对活化剂喷射装置喷射出的活化剂进行加热和储蓄热能。具体来说，喷射管1伸入到蓄热室内，喷射管1的活化剂进口11和催化剂进口12均位于蓄热室外侧，喷射管1上的喷射孔13位于蓄热室内，活化剂经由活化剂进口11加入到喷射管1中，通过喷射孔13喷射到蓄热室内。本发明的蓄热室内设有蓄热砖2，蓄热砖蓄热后用于对喷射到蓄热室内的活化剂进行加热。

根据本发明的一种实施方式，本发明的喷射管1上的喷射孔13朝向蓄热室底部设置，即如图1所示，在本实施方式，喷射孔13设置在喷射管1的下侧面上。如此设置，使得活化剂经由喷射孔13喷出后，先喷向蓄热室的底部，从而对活化剂具有一定的减速、扩散、折流作用。活化剂经过减速、扩散、折流后向蓄热砖2运动，有利于活化剂的配入均匀性，保证受热的均匀性。

根据本发明的其他实施方式，本发明的喷射孔13还可以设置在喷射管1的上侧面或前后侧面上。此时，可以在蓄热室内设置折流板，用于对活化剂进行减速、扩散、折流。当然，根据本发明的构思，将喷射孔13设置在喷射管1下侧面朝向蓄热室底部设置的同时，也可以同时设置折流板以强化减速、折流作用效果。

如图1所示，本发明的蓄热室中，在蓄热砖2和喷射管1之间设有分配器3，用于将活化剂均匀分配至蓄热砖2处对活化剂进行加热。

根据本发明的一种实施方式，本发明的分配器设置为位于喷射管1上方、蓄热砖2下侧的活化剂分配栏。在本实施方式中，活化剂分配栏沿竖直方向设置在喷射管1上方，由蓄热砖块砌筑而成。根据本发明的构思，分配器3不限定于上述形式，可以为任何能实现分配作用的装置。

本发明的蓄热室，在喷射管1和蓄热砖2之间设置分配器3，活化剂经喷射孔13喷出后，先喷向蓄热室底部，经过减速、扩散、折流后，在经过分配器3的分配作用，在蓄热中均匀的向上运动，通过蓄热室内的蓄热砖2，实现对于活化剂的均匀加热。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，在蓄热室内横向等间隔布置三个活化剂喷射装置。当然，根据本发明的构思，活化剂喷射装置的设置数量、位置不具有局限性，具体可以根据蓄热室的大小等因素来确定。

根据本发明的一种实施方式，本发明的蓄热室的外壁设有绝热材料4。如此设置一方面可以提升安全性，另一方面可以避免蓄热室内热量通过蓄热室外壁流散，有利于保证对于活化性的加热效果。根据本发明的一种实施方式，本发明的蓄热室上还设有检修人孔5，检修人孔5内衬有绝热材料。

结合图1和图3所示，本发明还提供一种包含上述蓄热室的活性炭生产装置。本发明的活性炭生产装置包括对称设置的左右两个半炉，分别为加热半炉和冷却半炉，加热半炉和冷却半炉均包括由上到下依次设有预热段A、补充炭化段B、活化段C和冷却段D。即本发明的炉体的整体构成与常规SLEP炉相同。本发明的活性炭生产装置还包括连接炉体与蓄热室的上连烟道14以及与炉体的燃烧室相连接的下连烟道15。

结合图3和图4所示，本发明活性炭生产装置活化段3的产品料道8宽度设置为15-80mm。具体来说，可以通过调整炉心砖7的大小和位置来控制产品料道8的宽度尺寸为15-80mm，以实现生产粒度为1.5-10mm的活性炭。

在本发明中，活化剂喷射装置由DCS控制单元进行控制。具体来说，喷射管1的活化剂进口11处设有调节阀，DCS控制系统将调节阀与炉体的炉压连锁控制。使得活化剂的喷入量与冷却半炉的炉压实现连锁，设定冷却半炉的炉压，通过DCS自动调整活化剂喷入量，实现智能控制活化剂配入量。

根据本发明一种实施方式，本发明的冷却段D设有强制强制冷却器9，所述强制冷却器包括以下至少之一：循环水冷通道和风冷通道。

结合图3、图5和图6所示，在本实施方式中，强制冷却器9包括循环水冷通道和风冷通道。如此设置，相比于原活性炭生产装置为钢制通道冷却器而言，能够使物料降至小于或等于100℃，避免了原活性炭生产装置为钢制通道冷却器仅能将物料温度降至200-350℃导致产品质量受损及设备烧损率高的缺陷。

结合图1和图3所示，在本实施方式中，蓄热室内的蓄热砖2可以为高铝耐火砖或黏土耐火砖。在蓄热室内部砌筑网格状耐火砖，可以增加活化剂的换热量即换热效率，使活化剂温度稳定，与炭化物料反应更加充分，同时也有利于将来自上连烟道14的烟气的温度降的更低。

参照图3所示，在本发明中，补充炭化段B的高度与活化段C的高度比为1：5。如此设置，使得活化段C在炉体中的占比得到提升，有利于提升物料的活化效果，缩短活化时间，提升产品产量、质量。

结合图3、图7和图8所示，根据本发明一种实施方式，本发明的补充炭化段与活化段分别设置空气喷射装置6，空气喷射装置6包括空气喷射管61和与空气喷射管61相连通的空气混合器62。如图7所示，空气喷射管61一端设置进气口，末端设置出气孔，沿由空气喷射管61向着空气混合器62方向，出气孔前侧设置有空气折流板63。

本发明的空气喷射装置6，在空气喷射管61的前端添加了空气折流板63，从而可以有效对进气进行减速、扩散、折流，实现对于空气流速、方向的有效控制。有利于保证空气最终能够均匀的进入到活性炭生产装置所述的炉体中，避免炉体出现缺氧或者过氧燃烧现象，解决各点温度波动大及物料活化不均匀性的问题，保证物料的充分活化，提升活性炭性能，提升活性炭产量，并且稳定指标。

如图7所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的空气喷射管61包括顺序连通的输送部分611和加压部分612，出气孔设置在加压部分612的末端。具体来说，在本实施方式，空气喷射管61包括为圆柱段的输送部分611和呈圆锥段的加压部分612，沿远离输送部分611的方向，加压部分612的内径逐渐减小，从而可以实现对于空气的加压作用。

结合图7和图8所示，本发明的空气喷射装置6还包括位于空气混合器62之后与空气混合器62相连通的风道64，所述风道64上设有多个配气口641。

本发明的空气喷射装置，空气通过空气喷射管61进入，经过加压部分612加压后，由于空气折流板63的作用，使空气扩散，进入到空气混合器62中，使得空气减速混合，再均匀的进入风道64内，经由风道64上的多个配气口641均匀的送至活性炭生产装置所述的炉体内。

根据本发明的一种实施方式，风道64上的多个配气口641关于空气喷射管61对称设置。并且沿空气喷射管61所在位置向其两侧延伸，多个配气口641的口径逐渐增大。如此设置，有利于空气流动的均匀性，规避了现有技术中由于空气流速和均匀度难以控制造成的燃烧不均匀甚至燃烧物料问题。

根据本发明的一种实施方式，沿远离空气喷射管61的方向，所述空气混合器62的内径逐渐增大。如此设置，空气经由空气折流板63减速处理后，空气进一步在空气混合器62中均匀混合，向着风道64运动。

根据本发明的构思，本发明的空气折流板63的设置形状不具有局限性，可设置为弧形挡板、三角形挡板或梯形挡板等其他能够实现空气折流的装置。折流板的位置也不限，可以在喷射管径向的任意位置，但中心效果最佳。

结合图7和图8所示，空气喷射装置还包括设置在空气喷射管61和空气混合器62外侧的绝热材料65。

本发明的空气喷射装置6的开关由DCS控制单元进行控制，空气喷射管上设有流量调节阀，与加热半炉各点温度实现连锁，进而通过DCS控制单元自动调整空气喷射组件的空气配入量，保证炉体各点配风稳定、均匀，节约空气用量，降低工艺控制难度，消除了局部过氧或缺氧燃烧的现象，解决炉体各点温度波动大及产品质量不均匀性的问题。

利用本发明的活性炭生产装置生产活性炭的工艺流程如下：

原料筛分后，符合粒度要求的物料经加料装置进入加料仓车18后，加料仓车18移动至进料口E给活性炭生产装置进行加料，物料进入装置后需经过预热段A给原料缓慢升温并储备足够料量后在补充炭化段B通过高温烟气加热的异型砖对原料进行热辐射继续补充炭化后进入活化段C，活化剂与原料在活化料道内直接发生化学反应，完成活化后经过冷却段D冷却至一定温度后通过输送装置送入包装工序。活化剂由蓄热室F底部进入活化剂喷射装置向蓄热室底部喷出，折流、扩散后向上进过分配器与蓄热室(1000-1050℃)内部的网格状耐火砖(蓄热砖2)进行换热进入冷却半炉，换热后经上连烟道14进入补充炭化段B至活化段C后穿过下连烟道后进入加热半炉，通过在加热半炉各点配入空气，使烟气温度上升，经活化段C和补充炭化段B通入上连烟道14，从蓄热室自上而下完成热交换后由尾气风机从尾气出口送入余热锅炉焚烧，焚烧后烟气经布袋除尘器及脱硫脱硝装置净化后经烟囱合格排放，冷炉与热炉定期切换，完成活化剂的加热与蓄热室补充热量。

具体来说，上述的原料包括炭化料，原煤、木材或经过炭化或未经炭化的含碳材料。原料的筛分可以通过振动直线筛、滚筒筛等具有分选不同粒度的筛分工具进行筛分。所述的加料及出料装置包括皮带输送机，斗提机，刮板机等具备输送能力的输送装置。加料仓车的仓下设开关机构及滚轮，通过移动对活性炭生产装置各料道进行加料。根据本发明的一种实施方式，活性炭生产装置顶部有水封槽或料封，稳定系统压力，防止有毒有害气体外溢。

在本发明中，活化段C反应温度900-980℃，活化剂与原料直接发生化学反应，活化剂在此温度范围与原料反应最为激烈，活化效果最佳。在本发明中活化剂的压力为0.4-0.6MPa，流量1500-2500kg/h。

在本发明中，空气喷射装置6的空气流量为1000-1500m³/h，风压2000-3000Pa。加热半炉的炉压为40-100Pa，冷却半炉的炉压为60-120Pa。

本发明的活性炭生产装置，通过上述结构的改进，打破了现有SLEP炉生产活性炭的局限性，具体来说，一般的SLEP炉14-24mm的产品料道适合生产粒度小于4mm的压块炭、原煤破碎炭及小颗粒炭，而本发明的活性炭生产装置，具有强兼容性，上述粒度小于等于10mm的各种规格的活性炭均可以通过本发明的活性炭生产装置进行生产。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (17)

1.一种活化剂喷射装置，包括喷射管(1)，所述喷射管(1)设有活化剂进口(11)，其特征在于，所述喷射管(1)上还设有催化剂进口(12)。

2.根据权利要求1所述活化剂喷射装置，其特征在于，所述喷射管(1)上与所述活化剂进口(11)相对的一端封闭，沿所述喷射管(1)长度方向，设有多个喷射孔(13)。

3.根据权利要求2所述的活化剂喷射装置，其特征在于，沿远离所述活化剂进口(11)的方向，所述喷射孔(13)之间的间隙沿长度方向逐渐增大。

4.一种包含权利要求1-3任一项所述的活化剂喷射装置的蓄热室，其特征在于，所述喷射管(1)伸入到所述蓄热室内，所述活化剂进口(11)和所述催化剂进口(12)位于所述蓄热室外，所述喷射孔(13)位于所述蓄热室内。

5.根据权利要求4所述的蓄热室，其特征在于，所述喷射孔(13)朝向所述蓄热室底部设置。

6.根据权利要求5所述的蓄热室，其特征在于，所述蓄热室内部、所述喷射管(1)的上方设有蓄热砖(2)，所述蓄热砖(2)与所述喷射管(1)之间设有分配器(3)。

7.根据权利要求6所述的蓄热室，其特征在于，所述蓄热砖(2)为所述蓄热室内部砌筑网格状蓄热砖。

8.根据权利要求6所述的蓄热室，其特征在于，所述分配器(3)为设置在所述喷射管(1)上方、所述蓄热砖(2)下侧的活化剂分配栏。

9.根据权利要求8所述的蓄热室，其特征在于，所述活化剂分配栏由蓄热砖砌成。

10.根据权利要求4所述的蓄热室，其特征在于，所述蓄热室的外壁设有绝热材料(4)。

11.根据权利要求4所述的蓄热室，其特征在于，所述蓄热室上还设有检修人孔(5)。

12.一种包含权利要求4-11任一项所述的蓄热室的活性炭生产装置，其特征在于，包括两个半炉，每个半炉包括由上到下依次设有预热段、补充炭化段、活化段和冷却段的炉体、连接所述炉体与所述蓄热室的上连烟道、以及与所述炉体的燃烧室相连接的下连烟道。

13.根据权利要求12所述的活性炭生产装置，其特征在于，所述活性炭生产装置还包括DCS控制系统，所述喷射管(1)的活化剂进口(11)处设有调节阀，所述DCS控制系统将所述调节阀与所述炉体的炉压连锁控制。

14.根据权利要求12所述的活性炭生产装置，其特征在于，所述活化段的产品料道宽度设置为15-80mm。

15.根据权利要求12所述的活性炭生产装置，其特征在于，所述冷却段设有强制冷却器，所述强制冷却器包括以下至少之一：循环水冷通道和风冷通道。

16.根据权利要求12所述的活性炭生产装置，其特征在于，所述补充炭化段的高度与所述活化段的高度比为1:5。

17.根据权利要求12所述的活性炭生产装置，其特征在于，所述活化段的反应温度为900℃-980℃，活化剂的压力为0.4-0.6MPa，流量1500-2500kg/h。

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