CN113441007A - 一种活性炭一体化脱硫脱硝系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活性炭一体化脱硫脱硝系统，包括依次连接的增压风机、吸附塔、活性炭输送装置、活性炭解析塔、氨水供应装置、制酸装置和烟筒，在所述吸附塔内设有活性炭的螺旋输送通道，螺旋输送通道呈竖向设置，在所述吸附塔的一侧设有与螺旋输送通道连通的横向进烟通道，在所述吸附塔的另一侧设有与螺旋输送通道连通的横向排烟通道，横向进烟通道通过管道与增压风机连接，横向排烟通道通过管道与烟筒连接，在所述吸附塔一侧的中上部还设有与螺旋输送通道连通的氨气输送管道。该活性炭一体化脱硫脱硝系统可以使得活性炭在吸收塔内匀速下落，可延长活性炭与延期之间的吸收时间，增加活性炭与烟气之间的接触面积，可降低吸收塔的整体高度。

Description

一种活性炭一体化脱硫脱硝系统
技术领域
本发明涉及烟气脱硫脱硝技术领域，具体涉及一种活性炭一体化脱硫脱硝系统。
背景技术
对于工业烟气、尤其钢铁工业的烧结机烟气而言，烟气脱硫脱硝技术是应用于多氮氧化物、硫氧化物生成化工工业的一项烟气净化技术。氮氧化物、硫氧化物是空气污染的主要来源之一。烟气同时脱硫脱硝技术目前大多处于研究和工业示范阶段，但由于其在一套系统中能同时实现脱硫和脱硝，特别是随着对NOX控制标准的不断严格化，同时脱硫脱硝技术正受到各国的日益重视。
烟气脱硫指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO2和SO3)。目前工业采用的脱硫方法包括干法脱硫、半干法脱硫或湿法脱硫。烟气脱硝，是指把已生成的NOX还原为N2，从而脱除烟气中的NOX，按治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。烟气脱硝技术主要有干法(选择性催化还原烟气脱硝、选择性非催化还原法脱硝)和湿法两种。
当前，对于活性炭+SCR法烟气净化系统，由于活性炭在吸附塔內是由上向下直接下落，待脱硫脱销的烟气是由吸收塔的底部由下向上流动，在活性炭与烟气的逆向流动的过程中，通过活性炭中的微孔将烟气中SO2吸收，然后再通过向吸收塔内通入氨气，通过氨气再将烟气中的NOX吸收。然而由于在吸收塔内的活性炭是采用垂直下落的方式来吸收烟气中的SO2和NOX，这样就使得活性炭与烟气的接触时间段，接触面积有限，若使得烟气与活性炭之间得到充分的接触，吸收烟气中的SO2和NOX就必须将吸收塔建的很高，但由于活性炭在吸收塔内呈自由落体式加速下降，因此吸收塔建的再高也很难延长或控制活性炭与延期之间的接触时间。目前普遍采用控制活性炭降落时间的方法，大多采用将活性炭的出口部位做成缩口式的漏斗结构，但这种结构极易造成活性炭在出口部位的堵塞问题。因此有必要对现有吸收塔内部结构进行改进，使得活性炭可以匀速下落，并可对活性炭的下落进行有效控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种可以使得活性炭在吸收塔内匀速下落，延长活性炭与烟气之间的吸收时间，增加活性炭与烟气之间的接触面积，降低吸收塔的整体高度的一种活性炭一体化脱硫脱硝系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种活性炭一体化脱硫脱硝系统，所述系统包括依次连接的增压风机、吸附塔、活性炭输送装置、活性炭解析塔、氨水供应装置、制酸装置和烟筒，在所述吸附塔内设有活性炭的螺旋输送通道，螺旋输送通道呈竖向设置，在所述吸附塔的一侧设有与螺旋输送通道连通的横向进烟通道，在所述吸附塔的另一侧设有与螺旋输送通道连通的横向排烟通道，横向进烟通道通过管道与增压风机连接，横向排烟通道通过管道与烟筒连接，在所述吸附塔一侧的中上部还设有与螺旋输送通道连通的氨气输送管道。
为了便于活性炭在吸收塔内能够顺利地滑落下来，不会造成活性炭在吸收塔内形成堵塞问题，优选的技术方案是，所述螺旋输送通道为设置在吸收塔内的螺旋板，螺旋板的螺旋角大于35°。
为了便于氨气能够顺利进入到吸收塔内，并能够顺利的向上流动与活性炭得到充分的接触，进一步优选的技术方案是，所述螺旋板在吸附塔内分为上下两段，在上螺旋板段与下螺旋板段之间设有空腔段，空腔段的位置与氨气输送管道的安装位置相对应。
为了便于增加烟气与活性炭之间的接触面积和接触时间，使得活性炭能够充分吸收烟气中的SO2和NOX，进一步优选的技术方案还有，在所述螺旋板的表面均布有若干个通孔，其中通孔可以做成上面小下面大的锥孔，这样可以避免活性炭将通孔堵塞。
为了能够有效地控制活性炭在吸收塔内的下落速度，避免活性炭在吸收塔内下落过程中造成的堵塞问题，优选的技术方案还有，所述螺旋输送通道为设置在吸收塔内的螺杆，螺杆的螺旋角大于30°。
为了便于驱动螺杆的匀速运行，减轻螺杆的驱动阻力，进一步优选的技术方案还有，在所述螺杆的一端设有螺杆驱动机构，螺杆的另一端通过轴承吸附塔连接。
为了便于根据烟气的流量、流速随时调节螺杆的驱动转速，进一步优选的技术方案还有，所述螺杆驱动机构中的驱动电机为变频电机。
为了便于氨气能够顺利进入到吸收塔内，并能够顺利的向上流动与活性炭得到充分的接触，进一步优选的技术方案还有，所述螺杆的螺旋叶面在吸附塔内分为上下两段螺旋叶面段，在上螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间设有空腔段，空腔段内设有连接螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间的光杆段，空腔段的位置与氨气输送管道的安装位置相对应。
为了便于增加烟气与活性炭织渐渐地接触面积和接触时间，使得活性炭能够充分吸收烟气中的SO2和NOX，进一步优选的技术方案还有，在所述螺杆的螺旋叶面上均不有若干个通孔，其中通孔可以做成上面小下面大的锥孔，这样可以避免活性炭将通孔堵塞。
为了便于烟气能够均匀快速地进入或排出吸收塔，优选的技术方案还有，所述横向进烟通道与横向排烟通道沿吸附塔的侧壁设置有多条。
本发明的优点和有益效果在于，该活性炭一体化脱硫脱硝系统可以使得活性炭在吸收塔内匀速下落，可延长活性炭与延期之间的吸收时间，增加活性炭与烟气之间的接触面积，可降低吸收塔的整体高度。
由于该吸收塔内的活性炭可以沿着螺旋通道或在螺杆的驱动下，忧伤向下降落，可以通过控制螺旋通道内螺旋板或螺杆的螺旋角度，从而达到控制活性炭在吸收塔内的下降速度，既可以延长活性炭与烟气的吸附时间。或在同等吸附时间的基础上可以大幅降低吸收塔的高度。另外烟气及可以沿着螺旋通道向上流动，同时还可以通过设置在螺旋板上的通孔，或设置在螺杆页面上的通孔向上流动，这样就可以进一步增加活性炭与烟气之间的接触面积。
附图说明
图1是本发明活性炭一体化脱硫脱硝系统结构图；
图2是本发明实施例1～3中吸收塔的内部结构图；
图3是本发明实施例4～6中吸收塔的内部结构图。
图中：1、吸附塔；1.1、空腔段；2、活性炭输送装置；3、活性炭解析塔；4、氨水供应装置；5、制酸装置；6、烟筒；7、螺旋输送通道；7.1、螺旋板；7.2、螺杆；7.3、螺杆驱动机构；7.4、螺旋叶面；7.5、光杆段；8、横向进烟通道；9、横向排烟通道；10、增压风；11、氨气输送管道；12、活性炭；13、通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1、2所示，本发明是一种活性炭一体化脱硫脱硝系统，所述系统包括依次连接的增压风机10、吸附塔1、活性炭输送装置2、活性炭解析塔3、氨水供应装置4、制酸装置5和烟筒6，在所述吸附塔1内设有活性炭的螺旋输送通道7，螺旋输送通道7呈竖向设置，在所述吸附塔1的一侧设有与螺旋输送通道1连通的横向进烟通道8，在所述吸附塔1的另一侧设有与螺旋输送通道7连通的横向排烟通道9，横向进烟通道8通过管道与增压风机10连接，横向排烟通道9通过管道与烟筒6连接，在所述吸附塔1一侧的中上部还设有与螺旋输送通道7连通的氨气输送管道11。
为了便于活性炭12在吸收塔1内能够顺利地滑落袭来，不会造成活性炭12在吸收塔1内形成堵塞问题，本发明优选的实施方案是，所述螺旋输送通道7为设置在吸收塔内的螺旋板7.1，螺旋板7.1的螺旋角大于等于35°，优选的螺旋角为38°。
实施例2
如图1、2所示，在实施例1的基础上，为了便于氨气能够顺利进入到吸收塔1内，并能够顺利的向上流动与活性炭12得到充分的接触，本发明进一步优选的实施方案是，所述螺旋板7.1在吸附塔1内分为上下两段，在上螺旋板段与下螺旋板段之间设有空腔段1.1，空腔段1.1的位置与氨气输送管道11的安装位置相对应。
实施例3
如图1、2所示，在实施例2的基础上，为了便于增加烟气与活性炭12之间的接触面积和接触时间，使得活性炭12能够充分吸收烟气中的SO2和NOX，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述螺旋板7.1的表面均布有若干个通孔13，其中通孔13可以做成上面小下面大的锥孔，这样可以避免活性炭将通孔堵塞。
实施例4
如图1、3所示，在实施例1的基础上，为了能够有效地控制活性炭在吸收塔1内的下落速度，避免活性炭12在吸收塔内下落过程中造成的堵塞问题，本发明优选的实施方案还有，所述螺旋输送通道7为设置在吸收塔内的螺杆7.2，螺杆7.2的螺旋角大于30°。
为了便于驱动螺杆7.2的匀速运行，减轻螺杆7.2的驱动阻力，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述螺杆7.2的一端设有螺杆驱动机构7.3，螺杆7.2的另一端通过轴承与吸附塔1连接。
为了便于根据烟气的流量、流速随时调节螺杆7.2的驱动转速，本发明进一步优选的实施方案还有，所述螺杆驱动机构7.3中的驱动电机为变频电机。
实施例5
为了便于氨气能够顺利进入到吸收塔1内，并能够顺利的向上流动与活性炭12得到充分的接触，本发明进一步优选的实施方案还有，所述螺杆7.2的螺旋叶面7.4在吸附塔1内分为上下两段螺旋叶面7.4段，在上螺旋叶面7.4段与下螺旋叶面7.4段之间设有空腔段1.1，空腔段1.1内设有连接上螺旋叶面7.4段与下螺旋叶面7.4段之间的光杆段7.5，空腔段1.1的位置与氨气输送管道11的安装位置相对应。
实施例6
为了便于增加烟气与活性炭12之间接触面积和接触时间，使得活性炭12能够充分吸收烟气中的SO2和NOX，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述螺杆7.2的螺旋叶面7.4上均不有若干个通孔13，其中通孔13可以做成上面小下面大的锥孔，这样可以避免活性炭将通孔堵塞。
为了便于烟气能够均匀快速地进入或排出吸收塔1，本发明优选的实施方案还有，所述横向进烟通道8与横向排烟通道9沿吸附塔1的侧壁设置有多条。
活性炭一体化脱硫脱硝系统的脱硫脱硝工艺过程是：
烟气脱硫、脱硝净化系统是在一套装置中完成吸附和催化还原反应过程。吸附剂和催化剂选用特殊性能的活性炭，烟气沿螺旋通道自下而上，活性炭沿螺旋通道自上而下，两者逆流接触，活性炭连续地从吸附塔底部排出，输送到解析塔进行解析，解析后的活性炭再进入系统循环使用。使用氨气作为还原剂，在活性炭的催化下进行脱硝。
来自烧结机的烟气可分为2路进入烟气净化系统。活性炭吸附系统的前段工艺设备包括：静电除尘器，主抽风机，增压风机和急冷塔。入口烟气通过静电除尘器除去来自烧结机的粘性粉尘和其它固体污染物。烟气经过静电除尘器后，需要加压来补充后道工序设备(急冷塔、吸收塔)的压降，烟气加压可用2台平行工作的风机完成。
为控制吸收塔入口烟气温度为130℃，2台平行工作的风机都需设置烟气急冷塔。急冷塔中设置了雾化喷头，在压缩空气作用下，水雾化成小水滴，通过蒸发，烟气温度被冷却至130℃。由于脱硝的效率随烟气中水的含量的增高而降低，因此在界区入口处烟气的温度不宜过高。烟气也可以通过空冷也可以达到降温的效果。
烟气通过急冷塔后，2台平行工作的风机烟气再各分为2子系统，共4路烟气分别进入吸收塔。每子系烟气在吸收塔进、出口处分别设置控制翻板，保证每子系烟气的独立性。
整个烟气净化系统可设置有2个吸收塔，每个吸收塔由32个模块组成。每个模块由脱硫段和脱硝段叠加而成。每2个模块上下再叠放在一起，称做“双层模块”，每8个这样的双层模块排成一列，称为“单元”。共有ABCD4个单元，每单元含16个模块。每2个单元组成一个“吸收塔”，处理1路烟气。
饱和的活性炭从吸附塔排出后通过输送系统送入解析塔。活性炭首先在解析塔内被加热至390-450℃，去除吸附的污染物及硫化物，被活性炭吸附的SO2被释放出来，生成富含SO2的气体送至制酸工段制取H2SO4，解析后的活性炭经冷却后，通过振动筛筛分，将细小活性炭和粉尘去除，筛分后的活性炭送回到吸附塔循环使用。新的活性炭需要连续的加入到系统中补充筛分造成的损耗。在系统内分别设置了新鲜活性炭和饱和活性炭的缓冲仓，用于平衡检修期间的活性炭输送。
1系统入口烟气条件
Figure BDA0003178035140000071
Figure BDA0003178035140000081
2出口烟气保证值
Figure BDA0003178035140000082
脱离脱硝系统对活性炭的要求：
活性炭的主要来源是富含碳的有机材料，如煤，动物骨头，椰壳，焦油等。通过900℃以上高温的加热，挥发份被去除，氧原子和剩下的碳结构反应产生微小的孔隙。每克活性炭中孔隙的内表面积在300-2200m2。大分子，诸如SO2、HF、挥发性有机碳、重金属通过物理和化学键被吸附到活性炭内的孔隙中。
为满足脱离脱硝系统的工艺所需要的反应性和吸附率，对活性炭的物理性质有一定要求，要求用特定的工艺来生产。促进反应的化学添加剂由于会降低活性炭的燃点，严禁填加入活性炭中。
活性炭的性质如下：
颗粒大小：直径5+2mm；长度10mm
网孔：3-6
堆密度：580g/l+20
灰分：12％
湿度：5％
硬度：98％(ATSM D3802-79)
脱离脱硝系统的工作原理及流程
脱硫和脱硝过程将使用同一吸附剂并在同一单元中完成，此过程被称作“同步过程”。活性炭通过螺旋通道稳步向下移动，同时，烟气通过螺旋通道逆向向上流动。
吸附
净化过程的第一步是SO2吸附到活性炭的气孔内。化学反应方程式如下：
SO2+1/2O2+H2O→H2SO4
SO2在活性炭的表面与O2、H2O反应生成H2SO4后被储存在活性炭的气孔内。上述反应的发生温度在80～150℃之间。
脱硝
净化过程的第二步是脱硝，该过程是以活性炭为催化剂，NOX与NH3发生化学反应。离开第一步活性炭床层的烟气，在混合段与氨气混合后进入第二层活性炭床层与NH3发生反应(第二步)。该主反应从100℃温度开始。
6NO+4NH3→5N2+6H2O
NO2+NO+2NH3→2N2+3H2O
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
此外，烟气中第一步残留的SO2也可与NH3反应，此过程会造成氨的额外消耗，化学方程式如下：
NH3+SO3+H2O→NH4HSO4
2NH3+SO3+H2O→(NH4)2.SO4
解析
从吸附塔排出的活性炭物理吸附了SO2，H2O，O2和各种碳氢化合物，解析塔的作用是脱除活性炭中的SO2和吸附的其它杂质。
活性炭通过给料仓加入解析塔料仓，这里的下料密封系统与吸附塔是相同的。活性炭通过单元(cell)系统进入一排换热管---换热器。该换热器被称为“加热段”，在换热管中，活性炭将被加热到390－450℃。最终SO2与活性炭一起进入排气段，然后进入下一道工序。为了使活性炭的温度降到燃点以下，活性炭再一次进入换热器进行冷却，这一区域被称为“冷却段”。活性炭集料区域在冷却段下部，活性炭通过与吸附塔相同的排料装置排出解析塔，只是这里的排出量比吸收塔更大。
惰性气体N2自上而下通过活性炭流向解吸塔中部的脱气区，该位置的压力是系统中最小的，可以防止SO2泄漏到冷却段，以免SO2被解吸的活性炭再吸附。SO2富气含N2，CO，CO2，H2O，HCL，HF，尘和重金属，靠流量可调的风机来调节脱气区出口处的压力。
活性炭的输送系统
在吸附塔和解析塔之间的循环活性炭需要保持一个恒定流量。吸附塔排出的活性炭进入吸收塔下面的四个链斗输送机。离开输送机的活性炭直接进入独立的筛分装置，粉末、颗粒较小的活性炭和尘被筛出。活性炭经由两个“解析塔给料缓冲仓”中的一个直接送入解析塔。缓冲仓的容量由解吸塔允许停止装入的时间或输送系统的短时停车来确定，以便解吸塔能连续工作。解析塔的出口设一个缓冲仓。此料仓具有缓冲作用，缓冲吸附塔的均匀进料，还能容纳解析塔维修时的全部防空物料。然后活性炭被垂直输送到吸附塔上方的一条链斗传送带，再被两个分料皮带分配到前文提到的两个装入料仓中。
因为活性炭在输送、吸附、解析过程中尺寸会变小，需要用前述方法过筛。新活性炭需加入到系统中参与吸附塔循环，新活性炭经过一次吸附循环后会变得活跃。新活性炭存储在容量充足的料仓内，以对应解析塔停车(如前面提到的24小时)，料仓所需容量可扣除每个吸附模块的存储容量。在这种情况下，活性炭需旁通绕过解析塔直接到吸附塔，而在解析塔重新启动时，活性炭直接从吸附塔出口到解析塔。在解析塔暂停工作时，吸附塔用过的活性炭需立即储存到料仓中，使其存储量满足24小时生产需要。
氨水系统
18％氨水可以用于CSCR装置。氨水在压力槽中用蒸汽加热，氨被从水中脱出，氨蒸汽的浓度取决于液体的压力和温度。用蒸汽对稀释空气进行预热，汽化氨和稀释空气的混合物注入到CSCR吸附塔的脱硫炭层后。蒸发后剩余的含氨废水送到制酸排水中和池。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种活性炭一体化脱硫脱硝系统，所述系统包括依次连接的增压风机、吸附塔、活性炭输送装置、活性炭解析塔、氨水供应装置、制酸装置和烟筒，其特征在于，在所述吸附塔内设有活性炭的螺旋输送通道，螺旋输送通道呈竖向设置，在所述吸附塔的一侧设有与螺旋输送通道连通的横向进烟通道，在所述吸附塔的另一侧设有与螺旋输送通道连通的横向排烟通道，横向进烟通道通过管道与增压风机连接，横向排烟通道通过管道与烟筒连接，在所述吸附塔一侧的中上部还设有与螺旋输送通道连通的氨气输送管道。
2.根据权利要求1所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述螺旋输送通道为设置在吸收塔内的螺旋板，螺旋板的螺旋角大于35°。
3.根据权利要求2所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述螺旋板在吸附塔内分为上下两段，在上螺旋板段与下螺旋板段之间设有空腔段，空腔段的位置与氨气输送管道的安装位置相对应。
4.根据权利要求3所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，在所述螺旋板的表面均不有若干个通孔。
5.根据权利要求1所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述螺旋输送通道为设置在吸收塔内的螺杆，螺杆的螺旋角大于30°。
6.根据权利要求5所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，在所述螺杆的一端设有螺杆驱动机构，螺杆的另一端通过轴承吸附塔连接。
7.根据权利要求6所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述螺杆驱动机构中的驱动电机为变频电机。
8.根据权利要求6所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述螺杆的螺旋叶面在吸附塔内分为上下两段螺旋叶面段，在上螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间设有空腔段，空腔段内设有连接螺旋叶面段与下螺旋叶面段之间的光杆段，空腔段的位置与氨气输送管道的安装位置相对应。
9.根据权利要求8所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，在所述螺杆的螺旋叶面上均不有若干个通孔。
10.根据权利要求1所述活性炭一体化脱硫脱硝系统，其特征在于，所述横向进烟通道与横向排烟通道沿吸附塔的侧壁设置有多条。
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