CN114712982B - 一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法和系统 - Google Patents

一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法，该方法包括：将原烟气输送至一级吸附塔(1)内进行脱硫处理，经过脱硫处理后的烟气进入二级吸附塔(2)进行脱硝处理，经过脱硝处理后的净烟气从二级吸附塔(2)的烟气出口排放；其特征在于：在所述脱硫处理的过程中，实时监测烟气进入一级吸附塔(1)与排出一级吸附塔(1)前后的温度变化，监测脱硫过程烟气中SO2浓度的变化，依据热量平衡原理，通过计算脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围。本发明能够实时在线对脱硫过程中一级吸附塔内的活性炭温升情况进行快速判断，从而准确指导工业生产，确保整个烟气净化系统安全稳定的运行。

Description

一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法和系统
技术领域
本发明涉及活性炭吸附塔脱硫脱硝的方法，具体涉及一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法和系统，属于活性炭处理烟气技术领域。
背景技术
活性炭烟气净化技术具有多污染物协同高效净化的优势，适应烧结烟气组分复杂(SO2、NOx、粉尘、O2、水蒸气、重金属)、温度波动大(110-180℃)的特点，已经成功应用到烧结烟气净化系统中，同时也推广到焦化、电力等多行业中，在当前超低排放背景下，具有很大的应用空间。
在现有技术中，活性炭烟气净化技术可采用一级或两级吸附模式。两级吸附烟气净化工艺流程如图1所示，即烟气先经过一级塔，再通过二级塔，活性炭先到二级塔再到一级塔，然后到解析塔再生后送往二级塔，实现循环利用。吸附塔结构如图2所示，活性炭从上到下充满吸附塔。吸附塔上部连接塔给料仓，下部连接塔底料斗，内部为空腔结构。活性炭排料采用旋转阀或者长轴辊式排料装置，活性炭在重力作用下，通过旋转阀旋转速度或长轴辊式排料装置频率实现活性炭下料速度控制。
系统正常运行过程中，通过调整吸附塔内活性炭下料速度，实现一级塔深度脱硫、初步脱硝、除尘，二级塔深度脱硝的目的，最终达到排放标准。一级塔脱硫效率的高低显著影响二级塔的脱硝效果，如果一级塔脱硫彻底，那么进入二级塔的烟气中主要为NOx，此时在二级塔入口加入氨气，可以在二级塔活性炭表面发生SCR反应。
活性炭脱硫原理为：2SO2+O2+2H2O＝2H2SO4，该反应为剧烈的放热反应，1mol SO2转化为硫酸产生的热量为275.3kJ，活性炭比热容仅为1.059kJ/(kg·K)。而烧结烟气中含氧量高达16％，含水率达到10％，SO2含量一般为400-2000mg/Nm3之间，烟气中SO2具备全部转化为H2SO4的条件。因此活性炭脱硫塔内发生脱硫反应而产生的大量化学反应热，极易造成塔内活性炭温度升高，而粉末状活性炭温度着火点仅在160℃左右，即在高硫状态下，活性炭烟气净化系统具有较大的安全隐患。由此，如何准确快速的判断脱硫过程中系统内的活性炭温升范围，就显得至关重要。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法和系统。该方法依据在一级吸附塔内热量衡算的原理，通过实时监测烟气进出一级吸附塔前后的温度变化，监测进出一级吸附塔前后的烟气中SO2浓度的变化，计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，实现对脱硫过程中系统内的活性炭温升范围的判断，进而判断烟气净化系统的安全性，指导工业生产，保证烟气净化系统安全稳定的运行。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法。
一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法，该方法包括：将原烟气输送至一级吸附塔内进行脱硫处理，经过脱硫处理后的烟气进入二级吸附塔进行脱硝处理，经过脱硝处理后的净烟气从二级吸附塔的烟气出口排放。在所述脱硫处理的过程中，实时监测烟气进入一级吸附塔与排出一级吸附塔前后的温度变化，监测脱硫过程烟气中SO2浓度的变化，依据热量平衡原理，通过计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围。其中：所述原烟气为烧结烟气。
在本发明中，所述通过计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围，具体为：在所述脱硫处理的过程中，检测并计算在一级吸附塔内所产生的热量和一级吸附塔所消耗及排出的热量。其中，所述在一级吸附塔内所产生的热量包括原烟气进入一级吸附塔所带入的热量、脱硫反应所放出的热量、循环活性炭进入一级吸附塔所带入的热量。所述一级吸附塔所消耗及排出的热量包括外排活性炭排出一级吸附塔所带出的热量、脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量、热损失。依据热量平衡原理，即根据在一级吸附塔内所产生的热量与一级吸附塔所消耗及排出的热量相等，计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，从而判断活性炭脱硫过程中系统内的活性炭温升范围。
在本发明中，所述在一级吸附塔内所产生的热量与一级吸附塔所消耗及排出的热量相等，具体为：
1)计算原烟气、循环活性炭进入一级吸附塔所带入的热量与脱硫反应在一级吸附塔内所释放的热量之和：
原烟气进入一级吸附塔所带入的热量为Q1，脱硫反应所放出的热量为Q2，循环活性炭进入一级吸附塔所带入的热量为Qf，由此，在一级吸附塔内所产生的热量之和Q入为：
Q入＝Q1+Q2+Qf…(1)。
2)计算外排活性炭、脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量，及热损失之和：
外排活性炭排出一级吸附塔所带出的热量为Qc，脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量为Q3，活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量为Q4，热损失为Q5，由此，一级吸附塔所消耗及排出的热量之和Q出为：
Q出＝Q3+Qc+Q5。
由于外排活性炭排出一级吸附塔所带出的热量为循环活性炭进入一级吸附塔所带入的热量与活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量之和，即有：
Qc＝Q4+Qf。
即得：
Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(2)。
3)根据热量平衡原理，在一级吸附塔内所产生的热量之和Q入与一级吸附塔内所消耗及排出的热量之和Q出相等，即得：
Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(3)。
公式3可简化为：Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(4)。
在所述一级吸附塔所消耗及排出的热量中，热损失Q5≈0，由此，公式4可简化为：
Q1+Q2＝Q3+Q4…(5)。
在本发明中，根据公式5，计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，具体包括以下步骤：
计算原烟气进入一级吸附塔所带入的热量Q1：
其中：Q1为原烟气进入一级吸附塔所带入的热量，kJ；q1为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，Nm3/h；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t0为温度基准值，℃；t1为原烟气的温度值，℃；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h。
计算脱硫反应所放出的热量Q2：
其中：Q2为脱硫反应所放出的热量，kJ；q1为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，Nm3/h；C0：为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，mg/Nm3；C1：为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，mg/Nm3；M为SO2的摩尔质量，g/mol；H为1mol硫酸放出的热量，kJ/mol；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h。
计算脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量Q3：
即得：
其中：Q3为脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量，kJ；q2为一级吸附塔烟气出口处的烟气流量，Nm3/h；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t0为温度基准值，℃；t2为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度值，℃；T0+δT为脱硫后烟气排出一级吸附塔的初始时刻，h；T1+δT为脱硫后烟气排出一级吸附塔的末尾时刻，h。
此处的δT表示烟气在一级吸附塔内的停留时间，因此烟气排出一级吸附塔的时间相比进入一级吸附塔的时间要滞后δT时间。δT＝a*b*h/q，其中：a表示一级吸附塔的塔体长度，m；b表示一级吸附塔的塔体宽度，m；h表示一级吸附塔的塔体高度，m。
计算活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量Q4：
Q4＝mcpAC(t1AC-t0AC)…(10)；
其中：m为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg；cpAC为活性炭的比热容，kJ/(kg·K)；t0AC为与烟气换热前的活性炭初始温度值，℃；t1AC为与烟气换热后的活性炭温度值，℃。
根据公式5，计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值：
其中，一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量q1与一级吸附塔烟气出口处的烟气流量q2一致，q1≈q2＝q，即得：
根据计算得到的脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断。
优选的是，根据计算得到的脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断，具体为：
若脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)≤30℃，说明一级吸附塔内的活性炭温升在正常范围内，系统继续运行。
若脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)＞30℃，说明一级吸附塔内的活性炭温升出现异常，此时调整一级吸附塔的运行工况，例如可通过提高系统活性炭循环量，或降低烟气量等措施来及时进行调整，以确保系统安全稳定的运行。当出现一级吸附塔内的活性炭温升异常严重的情况，则停止整个烟气净化系统。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种判断脱硫过程中活性炭温升的系统。
一种判断脱硫过程中活性炭温升的系统或一种用于第一种实施方案所述方法的系统，该系统包括一级吸附塔、二级吸附塔、原烟气管道和初步处理烟气管道。原烟气管道连接至一级吸附塔的烟气入口。一级吸附塔的烟气出口通过初步处理烟气管道连接至二级吸附塔的烟气入口。在原烟气管道上且位于靠近一级吸附塔烟气入口的位置设有第一流量检测装置、第一SO2浓度检测装置、第一温度检测装置。在初步处理烟气管道上且位于靠近一级吸附塔烟气出口的位置设有第二温度检测装置、第二SO2浓度检测装置。一级吸附塔的活性炭入口位置设有第一质量检测装置。该系统还包括计时元件。所述计时元件用于记录烟气进出一级吸附塔的时刻。
优选的是，在初步处理烟气管道上且位于靠近一级吸附塔烟气出口的位置还设有第二流量检测装置。
作为优选，一级吸附塔的活性炭出口位置还设有第二质量检测装置。
在本发明中，该系统还包括活性炭输送装置。所述活性炭输送装置连接二级吸附塔的活性炭出口与一级吸附塔的活性炭入口。
在本发明中，该系统还包括控制系统。控制系统与第一流量检测装置、第一SO2浓度检测装置、第一温度检测装置、第二温度检测装置、第二SO2浓度检测装置、第一质量检测装置、计时元件、第二流量检测装置、第二质量检测装置连接，并实时根据公式(12)计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断。
活性炭脱硫原理为：2SO2+O2+2H2O＝2H2SO4，该反应为剧烈的放热反应，1mol SO2转化为硫酸产生的热量为275.3kJ，活性炭比热容仅为1.059kJ/(kg·K)。而烧结烟气中含氧量高达16％，含水率达到10％，SO2含量一般为400-2000mg/Nm3之间，烟气中SO2具备全部转化为H2SO4的条件。因此活性炭脱硫塔内发生脱硫反应而产生的大量化学反应热，极易造成塔内活性炭温度升高，而粉末状活性炭温度着火点仅在160℃左右，即在高硫状态下，活性炭烟气净化系统具有较大的安全隐患。而在现有技术中，要了解活性炭经过脱硫过程后的升温情况，则只能通过对吸附塔底部活性炭出口排出的活性炭进行温度检测，待活性炭排出时进行检测，这时即使检测到活性炭温度升高异常，也将无法避免温度异常的活性炭对吸附塔造成的危害，在进入吸附塔的烟气富含氧气的条件下，将存在更大的安全隐患。此外，吸附塔内的活性炭层上虽然设有温度检测位，但仍然无法对整个活性炭层进行温度检测，当出现异常时，单纯依靠数量较少的温度检测点不能准确判断吸附塔内的工作状态。
本发明无需对一级吸附塔活性炭出口位置的活性炭进行温度检测，而是根据一级吸附塔内热量平衡原理，通过实时监测活性炭脱硫过程中，烟气进出一级吸附塔前后的温度变化，同时监测脱硫过程烟气中SO2浓度的变化，从而计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，实现对烟气净化系统中活性炭温升范围的判断。本发明提供的判断脱硫过程中活性炭温升的方法和系统，在一级吸附塔脱硫处理的过程中，检测并计算在一级吸附塔内所产生的热量和一级吸附塔所消耗及排出的热量，依据一级吸附塔内热量平衡原理，即根据在一级吸附塔内所产生的热量和一级吸附塔所消耗及排出的热量相等，通过计算，得出脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化值，从而判断活性炭脱硫过程中系统内的活性炭温升范围，判断整个烟气净化系统的安全性，进而准确指导工业生产，针对脱硫过程中系统内活性炭温升异常的情况能够及时进行相应的调整，防止系统出现升温风险，以确保整个烟气净化系统安全稳定的运行。
其中，所述在一级吸附塔内所产生的热量包括原烟气进入一级吸附塔所带入的热量、脱硫反应所放出的热量、循环活性炭进入一级吸附塔所带入的热量，即有Q入＝Q1+Q2+Qf…(1)。所述一级吸附塔所消耗及排出的热量包括外排活性炭排出一级吸附塔所带出的热量、脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量、热损失，即有Q出＝Q3+Qc+Q5。又由于外排活性炭排出一级吸附塔所带出的热量为循环活性炭进入一级吸附塔所带入的热量与活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量之和，即有Qc＝Q4+Qf，即得Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(2)。由在一级吸附塔内所产生的热量和一级吸附塔所消耗及排出的热量相等，即有Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(3)，公式3可简化为Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(4)。在本发明中，由于热损失消耗热所占比例很小，远小于外排活性炭排出一级吸附塔所带出的热量、脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量，因此工程应用中可以忽略热损失的影响，即Q5≈0，由此，公式4可以简化为Q1+Q2＝Q3+Q4…(5)。
在本发明中，考虑到一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量q1与一级吸附塔烟气出口处的烟气流量q2一致(可通过分别设置在一级吸附塔烟气入口位置和烟气出口位置的第一流量检测装置和第二流量检测装置检测验证)，即q1≈q2＝q，根据公式5即可得到脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化：
式12中：q为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，可通过设置在一级吸附塔烟气入口位置的第一流量检测装置检测得到。C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，可通过设置在一级吸附塔烟气入口位置的第一SO2浓度检测装置检测得到。C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，可通过设置在一级吸附塔烟气出口位置的第二SO2浓度检测装置检测得到。t1为原烟气的温度值，可通过设置在一级吸附塔烟气入口位置的第一温度检测装置检测得到。t2为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度值，可通过设置在一级吸附塔烟气出口位置的第二温度检测装置检测得到。T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，T0和T1可通过计时元件测得。m为一级吸附塔内活性炭的装填质量，一般而言，确定选用的吸附塔后，相应的装填质量是已知的；此外，m也可通过设置在一级吸附塔的活性炭入口位置的第一质量检测装置检测得到。此外，SO2的摩尔质量M、烟气的比热容cp、标准摩尔体积vm、活性炭的比热容cpAC、1mol硫酸放出的热量H，均为常数，一般来说，M＝64g/mol，cp＝0.03254kJ/(mol*K)，vm＝22.4L/mol，cpAC＝1.059kJ/(kg·K)；H＝275.3kJ/mol。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明的方法和系统依据一级吸附塔内热量平衡原理，通过实时监测烟气进出一级吸附塔前后的温度变化，同时监测脱硫过程烟气中SO2浓度的变化，从而计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化，来判断烟气净化系统内的活性炭温升范围。
2、本发明的方法和系统能够实时在线对脱硫过程中一级吸附塔内的活性炭温升情况进行快速判断，判断整个烟气净化系统的安全性，进而准确指导工业生产，针对脱硫过程中系统内活性炭温升异常的情况能够及时进行相应的调整，防止系统出现升温风险，以确保整个烟气净化系统安全稳定的运行。
3、本发明结构简单，操作方便，且无需等到活性炭排出时才对其进行温度检测，因此不会出现由于检测不及时而造成处理不及时的情况，进而能够避免温度升高异常的活性炭对吸附塔造成危害。
附图说明
图1为现有技术中两级吸附烟气净化工艺的流程图；
图2为现有技术中吸附塔的结构示意图；
图3为本发明一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法的原理图；
图4为本发明一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法的流程图；
图5为本发明中一级吸附塔的结构示意图；
图6为本发明一种判断脱硫过程中活性炭温升的系统的示意图；
图7为本发明中控制系统的示意图。
附图标记：
1：一级吸附塔；2：二级吸附塔；3：第一流量检测装置；4：第一SO2浓度检测装置；5：第一温度检测装置；6：第二温度检测装置；7：第二SO2浓度检测装置；8：第一质量检测装置；9：第二流量检测装置；10：第二质量检测装置；A：控制系统；
L0：原烟气管道；L1：初步处理烟气管道。
具体实施方式
根据本发明的第一种实施方案，提供一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法。
一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法，该方法包括：将原烟气输送至一级吸附塔1内进行脱硫处理，经过脱硫处理后的烟气进入二级吸附塔2进行脱硝处理，经过脱硝处理后的净烟气从二级吸附塔2的烟气出口排放。在所述脱硫处理的过程中，实时监测烟气进入一级吸附塔1与排出一级吸附塔1前后的温度变化，监测脱硫过程烟气中SO2浓度的变化，依据热量平衡原理，通过计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围。其中：所述原烟气为烧结烟气。
在本发明中，所述通过计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围，具体为：在所述脱硫处理的过程中，检测并计算在一级吸附塔1内所产生的热量和一级吸附塔1所消耗及排出的热量。其中，所述在一级吸附塔1内所产生的热量包括原烟气进入一级吸附塔1所带入的热量、脱硫反应所放出的热量、循环活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量。所述一级吸附塔1所消耗及排出的热量包括外排活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量、脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量、热损失。依据热量平衡原理，即根据在一级吸附塔1内所产生的热量与一级吸附塔1所消耗及排出的热量相等，计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，从而判断活性炭脱硫过程中系统内的活性炭温升范围。
在本发明中，所述在一级吸附塔1内所产生的热量与一级吸附塔1所消耗及排出的热量相等，具体为：
1)计算原烟气、循环活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量与脱硫反应在一级吸附塔1内所释放的热量之和：
原烟气进入一级吸附塔1所带入的热量为Q1，脱硫反应所放出的热量为Q2，循环活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量为Qf，由此，在一级吸附塔1内所产生的热量之和Q入为：
Q入＝Q1+Q2+Qf…(1)。
2)计算外排活性炭、脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量，及热损失之和：
外排活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量为Qc，脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量为Q3，活性炭在一级吸附塔1内所吸收的热量为Q4，热损失为Q5，由此，一级吸附塔1所消耗及排出的热量之和Q出为：
Q出＝Q3+Qc+Q5。
由于外排活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量为循环活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量与活性炭在一级吸附塔1内所吸收的热量之和，即有：
Qc＝Q4+Qf。
即得：
Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(2)。
3)根据热量平衡原理，在一级吸附塔1内所产生的热量之和Q入与一级吸附塔1内所消耗及排出的热量之和Q出相等，即得：
Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(3)。
公式3可简化为：Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(4)。
在所述一级吸附塔1所消耗及排出的热量中，热损失Q5≈0，由此，公式4可简化为：
Q1+Q2＝Q3+Q4…(5)。
在本发明中，根据公式5，计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，具体包括以下步骤：
计算原烟气进入一级吸附塔1所带入的热量Q1：
其中：Q1为原烟气进入一级吸附塔所带入的热量，kJ；q1为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，Nm3/h；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t0为温度基准值，℃；t1为原烟气的温度值，℃；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h。
计算脱硫反应所放出的热量Q2：
其中：Q2为脱硫反应所放出的热量，kJ；q1为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，Nm3/h；C0：为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，mg/Nm3；C1：为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，mg/Nm3；M为SO2的摩尔质量，g/mol；H为1mol硫酸放出的热量，kJ/mol；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h。
计算脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量Q3：
即得：
其中：Q3为脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量，kJ；q2为一级吸附塔烟气出口处的烟气流量，Nm3/h；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t0为温度基准值，℃；t2为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度值，℃；T0+δT为脱硫后烟气排出一级吸附塔的初始时刻，h；T1+δT为脱硫后烟气排出一级吸附塔的末尾时刻，h。
计算活性炭在一级吸附塔1内所吸收的热量Q4：
Q4＝mcpAC(t1AC-t0AC)…(10)；
其中：m为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg；cpAC为活性炭的比热容，kJ/(kg·K)；t0AC为与烟气换热前的活性炭初始温度值，℃；t1AC为与烟气换热后的活性炭温度值，℃。
根据公式5，计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值：
其中，一级吸附塔1烟气入口处的原烟气的流量q1与一级吸附塔1烟气出口处的烟气流量q2一致，q1≈q2＝q，即得：
根据计算得到的脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断。
优选的是，根据计算得到的脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断，具体为：
若脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)≤30℃，说明一级吸附塔1内的活性炭温升在正常范围内，系统继续运行。
若脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)＞30℃，说明一级吸附塔1内的活性炭温升出现异常，此时调整一级吸附塔1的运行工况，以确保系统安全稳定的运行。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种判断脱硫过程中活性炭温升的系统。
一种判断脱硫过程中活性炭温升的系统或一种用于第一种实施方案所述方法的系统，该系统包括一级吸附塔1、二级吸附塔2、原烟气管道L0和初步处理烟气管道L1。原烟气管道L0连接至一级吸附塔1的烟气入口。一级吸附塔1的烟气出口通过初步处理烟气管道L1连接至二级吸附塔2的烟气入口。在原烟气管道L0上且位于靠近一级吸附塔1烟气入口的位置设有第一流量检测装置3、第一SO2浓度检测装置4、第一温度检测装置5。在初步处理烟气管道L1上且位于靠近一级吸附塔1烟气出口的位置设有第二温度检测装置6、第二SO2浓度检测装置7。一级吸附塔1的活性炭入口位置设有第一质量检测装置8。该系统还包括计时元件。所述计时元件用于记录烟气进出一级吸附塔1的时刻。
优选的是，在初步处理烟气管道L1上且位于靠近一级吸附塔1烟气出口的位置还设有第二流量检测装置9。
作为优选，一级吸附塔1的活性炭出口位置还设有第二质量检测装置10。
在本发明中，该系统还包括活性炭输送装置。所述活性炭输送装置连接二级吸附塔2的活性炭出口与一级吸附塔1的活性炭入口。
在本发明中，该系统还包括控制系统A。控制系统A与第一流量检测装置3、第一SO2浓度检测装置4、第一温度检测装置5、第二温度检测装置6、第二SO2浓度检测装置7、第一质量检测装置8、计时元件、第二流量检测装置9、第二质量检测装置10连接，并实时根据公式(12)计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断。
实施例1
如图5和6所示，一种判断脱硫过程中活性炭温升的系统，该系统包括一级吸附塔1、二级吸附塔2、原烟气管道L0和初步处理烟气管道L1。原烟气管道L0连接至一级吸附塔1的烟气入口。一级吸附塔1的烟气出口通过初步处理烟气管道L1连接至二级吸附塔2的烟气入口。在原烟气管道L0上且位于靠近一级吸附塔1烟气入口的位置设有第一流量检测装置3、第一SO2浓度检测装置4、第一温度检测装置5。在初步处理烟气管道L1上且位于靠近一级吸附塔1烟气出口的位置设有第二温度检测装置6、第二SO2浓度检测装置7。一级吸附塔1的活性炭入口位置设有第一质量检测装置8。该系统还包括计时元件。所述计时元件用于记录烟气进出一级吸附塔1的时刻。
实施例2
重复实施例1，只是在初步处理烟气管道L1上且位于靠近一级吸附塔1烟气出口的位置还设有第二流量检测装置9。
实施例3
重复实施例2，只是一级吸附塔1的活性炭出口位置还设有第二质量检测装置10。
实施例4
重复实施例3，只是该系统还包括活性炭输送装置。所述活性炭输送装置连接二级吸附塔2的活性炭出口与一级吸附塔1的活性炭入口。
实施例5
如图7所示，重复实施例4，只是该系统还包括控制系统A。控制系统A与第一流量检测装置3、第一SO2浓度检测装置4、第一温度检测装置5、第二温度检测装置6、第二SO2浓度检测装置7、第一质量检测装置8、计时元件、第二流量检测装置9、第二质量检测装置10连接，并实时根据公式(12)计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断：
实施例6
如图3所示，一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法，该方法包括：将原烟气输送至一级吸附塔1内进行脱硫处理，经过脱硫处理后的烟气进入二级吸附塔2进行脱硝处理，经过脱硝处理后的净烟气从二级吸附塔2的烟气出口排放。在所述脱硫处理的过程中，实时监测烟气进入一级吸附塔1与排出一级吸附塔1前后的温度变化，监测脱硫过程烟气中SO2浓度的变化，依据热量平衡原理，通过计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围。其中：所述原烟气为烧结烟气。
其中，所述通过计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围，具体为：在所述脱硫处理的过程中，检测并计算在一级吸附塔1内所产生的热量和一级吸附塔1所消耗及排出的热量。其中，所述在一级吸附塔1内所产生的热量包括原烟气进入一级吸附塔1所带入的热量、脱硫反应所放出的热量、循环活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量。所述一级吸附塔1所消耗及排出的热量包括外排活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量、脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量、热损失。依据热量平衡原理，即根据在一级吸附塔1内所产生的热量与一级吸附塔1所消耗及排出的热量相等，计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，从而判断活性炭脱硫过程中系统内的活性炭温升范围。
实施例7
重复实施例6，只是所述在一级吸附塔1内所产生的热量与一级吸附塔1所消耗及排出的热量相等，具体为：
1)计算原烟气、循环活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量与脱硫反应在一级吸附塔1内所释放的热量之和：
原烟气进入一级吸附塔1所带入的热量为Q1，脱硫反应所放出的热量为Q2，循环活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量为Qf，由此，在一级吸附塔1内所产生的热量之和Q入为：
Q入＝Q1+Q2+Qf…(1)。
2)计算外排活性炭、脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量，及热损失之和：
外排活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量为Qc，脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量为Q3，活性炭在一级吸附塔1内所吸收的热量为Q4，热损失为Q5，由此，一级吸附塔1所消耗及排出的热量之和Q出为：
Q出＝Q3+Qc+Q5。
由于外排活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量为循环活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量与活性炭在一级吸附塔1内所吸收的热量之和，即有：
Qc＝Q4+Qf。
即得：
Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(2)。
3)根据热量平衡原理，在一级吸附塔1内所产生的热量之和Q入与一级吸附塔1内所消耗及排出的热量之和Q出相等，即得：
Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(3)。
公式3可简化为：Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(4)。
在所述一级吸附塔1所消耗及排出的热量中，热损失Q5≈0，由此，公式4可简化为：
Q1+Q2＝Q3+Q4…(5)。
实施例8
如图4所示，重复实施例7，只是根据公式5，计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，具体包括以下步骤：
计算原烟气进入一级吸附塔1所带入的热量Q1：
其中：Q1为原烟气进入一级吸附塔所带入的热量，kJ；q1为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，Nm3/h；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t0为温度基准值，℃；t1为原烟气的温度值，℃；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h。
计算脱硫反应所放出的热量Q2：
其中：Q2为脱硫反应所放出的热量，kJ；q1为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，Nm3/h；C0：为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，mg/Nm3；C1：为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，mg/Nm3；M为SO2的摩尔质量，g/mol；H为1mol硫酸放出的热量，kJ/mol；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h。
计算脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量Q3：
即得：
其中：Q3为脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量，kJ；q2为一级吸附塔烟气出口处的烟气流量，Nm3/h；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t0为温度基准值，℃；t2为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度值，℃；T0+δT为脱硫后烟气排出一级吸附塔的初始时刻，h；T1+δT为脱硫后烟气排出一级吸附塔的末尾时刻，h。
计算活性炭在一级吸附塔1内所吸收的热量Q4：
Q4＝mcpAC(t1AC-t0AC)…(10)；
其中：m为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg；cpAC为活性炭的比热容，kJ/(kg·K)；t0AC为与烟气换热前的活性炭初始温度值，℃；t1AC为与烟气换热后的活性炭温度值，℃。
根据公式5，计算脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值：
其中，一级吸附塔1烟气入口处的原烟气的流量q1与一级吸附塔1烟气出口处的烟气流量q2一致，q1≈q2＝q，即得：
根据计算得到的脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断。
实施例9
重复实施例8，只是根据计算得到的脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断，具体为：
若脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)≤30℃，说明一级吸附塔1内的活性炭温升在正常范围内，系统继续运行。
若脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)＞30℃，说明一级吸附塔1内的活性炭温升出现异常，此时通过降低烟气量来调整一级吸附塔1的运行工况，以确保系统安全稳定的运行。当出现一级吸附塔1内的活性炭温升异常严重的情况，则停止整个烟气净化系统。
实施例10
重复实施例9，依据热量平衡原理，得到脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值：
其中：q为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，为1000000Nm3/h。C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，为2000mg/Nm3。C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，为38mg/Nm3。t1为原烟气的温度值，为130℃。t2为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度值，为131℃。T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，为0h。T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，为1h。m为一级吸附塔内活性炭的装填质量，为1200000kg。M为SO2的摩尔质量，M＝64g/mol。cp为烟气的比热容，cp＝0.03254kJ/(mol*K)。vm为标准摩尔体积，vm＝22.4L/mol。cpAC为活性炭的比热容，cpAC＝1.059kJ/(kg·K)。H为1mol硫酸放出的热量，H＝275.3kJ/mol。
此时脱硫过程中一级吸附塔1内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)＜30℃，说明一级吸附塔1内的活性炭温升在正常范围内，系统继续运行。

Claims (7)

1.一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法，该方法包括：将原烟气输送至一级吸附塔(1)内进行脱硫处理，经过脱硫处理后的烟气进入二级吸附塔(2)进行脱硝处理，经过脱硝处理后的净烟气从二级吸附塔(2)的烟气出口排放；其特征在于：在所述脱硫处理的过程中，实时监测烟气进入一级吸附塔(1)与排出一级吸附塔(1)前后的温度变化，监测脱硫过程烟气中SO2浓度的变化，依据热量平衡原理，通过计算脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围；其中：所述原烟气为烧结烟气；
所述通过计算脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值，来判断系统内的活性炭温升范围，具体为：在所述脱硫处理的过程中，检测并计算在一级吸附塔(1)内所产生的热量和一级吸附塔(1)所消耗及排出的热量；其中，所述在一级吸附塔(1)内所产生的热量包括原烟气进入一级吸附塔(1)所带入的热量、脱硫反应所放出的热量、循环活性炭进入一级吸附塔(1)所带入的热量；所述一级吸附塔(1)所消耗及排出的热量包括外排活性炭排出一级吸附塔(1)所带出的热量、脱硫后烟气排出一级吸附塔(1)所带出的热量、热损失；依据热量平衡原理，即根据在一级吸附塔(1)内所产生的热量与一级吸附塔(1)所消耗及排出的热量相等，由公式12计算脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值，从而判断活性炭脱硫过程中系统内的活性炭温升范围；其中：
式中：t1AC为与烟气换热后的活性炭温度值，℃；t0AC为与烟气换热前的活性炭初始温度值，℃；q为一级吸附塔烟气入口或出口处的烟气流量，Nm3/h；C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，mg/Nm3；C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，mg/Nm3；H为1mol硫酸放出的热量，kJ/mol；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h；vm为标准摩尔体积，L/mol；M为SO2的摩尔质量，g/mol；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；t1为原烟气的温度值，℃；t2为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度值，℃；m为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg；cpAC为活性炭的比热容，kJ/(kg·K)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述在一级吸附塔(1)内所产生的热量与一级吸附塔(1)所消耗及排出的热量相等，具体为：
1)计算原烟气、循环活性炭进入一级吸附塔(1)所带入的热量与脱硫反应在一级吸附塔(1)内所释放的热量之和：
原烟气进入一级吸附塔(1)所带入的热量为Q1，脱硫反应所放出的热量为Q2，循环活性炭进入一级吸附塔(1)所带入的热量为Qf，由此，在一级吸附塔(1)内所产生的热量之和Q入为：
Q入＝Q1+Q2+Qf…(1)；
2)计算外排活性炭、脱硫后烟气排出一级吸附塔(1)所带出的热量，及热损失之和：
外排活性炭排出一级吸附塔(1)所带出的热量为Qc，脱硫后烟气排出一级吸附塔(1)所带出的热量为Q3，活性炭在一级吸附塔(1)内所吸收的热量为Q4，热损失为Q5，由此，一级吸附塔(1)所消耗及排出的热量之和Q出为：
Q出＝Q3+Qc+Q5；
由于外排活性炭排出一级吸附塔(1)所带出的热量为循环活性炭进入一级吸附塔(1)所带入的热量与活性炭在一级吸附塔(1)内所吸收的热量之和，即有：
Qc＝Q4+Qf；
即得：
Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(2)；
3)根据热量平衡原理，在一级吸附塔(1)内所产生的热量之和Q入与一级吸附塔(1)内所消耗及排出的热量之和Q出相等，即得：
Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(3)；
公式3可简化为：Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(4)；
在所述一级吸附塔(1)所消耗及排出的热量中，热损失Q5≈0，由此，公式4可简化为：
Q1+Q2＝Q3+Q4…(5)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：根据公式5，计算脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值，具体包括以下步骤：
计算原烟气进入一级吸附塔(1)所带入的热量Q1：
其中：Q1为原烟气进入一级吸附塔所带入的热量，kJ；q1为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，Nm3/h；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t0为温度基准值，℃；t1为原烟气的温度值，℃；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h；
计算脱硫反应所放出的热量Q2：
其中：Q2为脱硫反应所放出的热量，kJ；q1为一级吸附塔烟气入口处的原烟气的流量，Nm3/h；C0：为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，mg/Nm3；C1：为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，mg/Nm3；M为SO2的摩尔质量，g/mol；H为1mol硫酸放出的热量，kJ/mol；T0为原烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为原烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，h；
计算脱硫后烟气排出一级吸附塔(1)所带出的热量Q3：
即得：
其中：Q3为脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量，kJ；q2为一级吸附塔烟气出口处的烟气流量，Nm3/h；cp为烟气的比热容，kJ/(mol*K)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t0为温度基准值，℃；t2为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度值，℃；T0+δT为脱硫后烟气排出一级吸附塔的初始时刻，h；T1+δT为脱硫后烟气排出一级吸附塔的末尾时刻，h；
计算活性炭在一级吸附塔(1)内所吸收的热量Q4：
Q4＝mcpAC(t1AC-t0AC)…(10)；
其中：m为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg；cpAC为活性炭的比热容，kJ/(kg·K)；t0AC为与烟气换热前的活性炭初始温度值，℃；t1AC为与烟气换热后的活性炭温度值，℃；
根据公式5，计算脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值：
其中，一级吸附塔(1)烟气入口处的原烟气的流量q1与一级吸附塔(1)烟气出口处的烟气流量q2一致，q1≈q2＝q，即得：
根据计算得到的脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：根据计算得到的脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断，具体为：
若脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)≤30℃，说明一级吸附塔(1)内的活性炭温升在正常范围内，系统继续运行；
若脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值(t1AC-t0AC)＞30℃，说明一级吸附塔(1)内的活性炭温升出现异常，此时调整一级吸附塔(1)的运行工况，以确保系统安全稳定的运行。
5.一种用于权利要求1-4中任一项所述方法的系统，该系统包括一级吸附塔(1)、二级吸附塔(2)、原烟气管道(L0)和初步处理烟气管道(L1)；原烟气管道(L0)连接至一级吸附塔(1)的烟气入口；一级吸附塔(1)的烟气出口通过初步处理烟气管道(L1)连接至二级吸附塔(2)的烟气入口；其特征在于：在原烟气管道(L0)上且位于靠近一级吸附塔(1)烟气入口的位置设有第一流量检测装置(3)、第一SO2浓度检测装置(4)、第一温度检测装置(5)；在初步处理烟气管道(L1)上且位于靠近一级吸附塔(1)烟气出口的位置设有第二温度检测装置(6)、第二SO2浓度检测装置(7)；一级吸附塔(1)的活性炭入口位置设有第一质量检测装置(8)；该系统还包括计时元件；所述计时元件用于记录烟气进出一级吸附塔(1)的时刻。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：在初步处理烟气管道(L1)上且位于靠近一级吸附塔(1)烟气出口的位置还设有第二流量检测装置(9)；和/或
一级吸附塔(1)的活性炭出口位置还设有第二质量检测装置(10)。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：该系统还包括活性炭输送装置；所述活性炭输送装置连接二级吸附塔(2)的活性炭出口与一级吸附塔(1)的活性炭入口；和/或
该系统还包括控制系统(A)；控制系统(A)与第一流量检测装置(3)、第一SO2浓度检测装置(4)、第一温度检测装置(5)、第二温度检测装置(6)、第二SO2浓度检测装置(7)、第一质量检测装置(8)、计时元件、第二流量检测装置(9)、第二质量检测装置(10)连接，并实时根据公式(12)计算脱硫过程中一级吸附塔(1)内活性炭的温度变化值，进而实现对脱硫过程中系统内活性炭温升范围的判断。
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