CN116899368A - 一种判断吸附系统安全性的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种判断吸附系统安全性的方法，该方法包括：将烧结烟气输送至一级吸附塔进行脱硫处理，脱硫处理后的烟气从一级吸附塔的烟气出口排出，吸附了污染物的活性炭从一级吸附塔的活性炭出口排出，进入解析塔加热再生；在解析塔的顶部分布段内，活性炭与热氮气进行换热，活性炭被加热温度升高，热氮气温度降低；依据热量平衡原理，通过检测热氮气与活性炭换热完成后的温度，计算活性炭进入解析塔入口时的温度，并换算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的温度，从而判断一级吸附塔的工作状态。本发明基于热量平衡原理，通过检测换热完成后的热氮气与活性炭的温度，计算并换算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的温度，从而判断一级吸附塔的工作状态。

Description

一种判断吸附系统安全性的方法及其装置
技术领域
本发明涉及活性炭脱硫过程中系统安全性的判断方法和判断装置，具体涉及一种判断吸附系统安全性的方法及其装置，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净化效率高、运行稳定、副产物可以资源化利用、能够实现超低排放等特征，在钢铁烧结烟气净化领域具有多方面优势。活性炭烟气净化系统主要包括吸附系统、再生系统、输送系统、副产物资源化利用系统等，其中吸附系统体积大，装填活性炭量多，是吸附烧结烟气中污染物的主要场所，在吸附系统内主要进行脱硫、除尘、脱硝及脱除其它污染物的功能；解析系统是将吸附了污染物的活性炭进行绝氧加热的场所，活性炭中吸附的硫酸或硫酸盐进行分解，生成高浓度的SO2；输送系统是将活性炭从吸附塔输送至解析塔再返回至吸附塔，进行循环倒运的过程。
如上所述，吸附系统为高温、含氧、含可燃物活性炭的环境，且系统内进行的脱硫反应为强放热反应，因此吸附系统中热效应巨大，同时需要注意的是随着活性炭从吸附塔顶部往底部运行的过程，会产生大量的微细活性炭粉末，因此吸附系统中存在高温的风险。
吸附塔结构如图3所示，塔体一般分为三层，分别为前、中、后室，其中，前室的厚度最窄，中室其次，后室最宽。在脱除污染物的过程中，通过调节吸附塔内前、中、后室圆辊的下料频率，实现对污染物的高效脱除，其中，前室与中室进行脱硫和除尘，后室进行深度脱硫和抑尘。活性炭将烟气中的SO2转化为H2SO4，属于强放热反应，SO2的吸附主要集中在前室和中室，前、中室化学放热最明显，因此前室下料速度最快，中室下料速度其次，后室下料速度最慢。而吸附塔体积巨大，温度以点试测温为主，无面扫测温方式，布置的测温点也不可能完全覆盖吸附塔，前、中室下料速度快，通道窄，因此目前工业应用中主要将测温装置放置在后室。
在系统控制及运行正常状态下，吸附系统温度保持稳定，但当烧结烟气温度出现大幅波动或烟气中SO2浓度突然上升等异常情况时，吸附塔内会出现高温现象。而高温发生位置集中在前、中室，高温点需要蔓延至后室才可能被温度计检测，故而难以及时、准确地进行检测反馈，对系统的安全性造成较大的影响。针对这一问题，本申请发明人在申请号为CN 202110008996.0的专利中提出了一种判断脱硫过程中活性炭温升的方法和系统。该专利依据在一级吸附塔内热量衡算的原理，通过对烟气进入一级吸附塔与排出一级吸附塔时的温度进行实时检测，计算脱硫过程中一级吸附塔内活性炭的温度变化，进而判断一级吸附塔的工作状态与安全性，以防止系统出现温升异常的风险。
但是，本申请发明人在后续的研究中，发现该技术还存在以下问题：
如前所述，SO2的吸附主要集中在吸附塔的前室和中室，故而，高温发生位置往往集中在前、中室。而吸附塔的烟气进出口设置在塔体的中部，基于此，当高温现象或着火点发生在前、中室的下方位置，而且，尚处于吸附塔内刚开始出现高温现象或是小面积小范围内发生高温(或着火)的情况，此时位于前、中室下方的少量高温活性炭基本不会影响到从中部烟气出口排出的烟气的温度，再加上前、中室活性炭的下料速度快，烟气本身存在一定温差，也就是说，此时从吸附塔的烟气出口排出的烟气温度仍然处于正常温度范围内，故而出现高温活性炭的情况无法通过烟气出口的烟气温度变化予以真实反馈，即此时并不适用于上述专利CN 202110008996.0中所述的通过检测烟气温度判断系统温升的方法。
本申请发明人在具体工程应用中，也发现了吸附塔烟气出口的烟气温度在正常范围内，而吸附塔的前、中室却存在高温或者着火的活性炭未被发现的情况，而且，前、中室下料速度快，高温活性炭未被发现即排出吸附塔，而后通过输送装置进入解析塔，进而影响整个系统的安全性。
因此，如何更加准确全面地判断脱硫过程中吸附系统的安全性的这一问题亟待解决。
发明内容
针对上述现有技术中吸附塔前、中室下方位置的高温活性炭难以检测发现，也无法通过烟气出口的烟气温度变化情况予以检测反馈而影响吸附系统安全性的问题，本发明提供了一种判断吸附系统安全性的方法。该方法基于从吸附塔排出后进入解析塔的活性炭与解析塔顶部通入的热氮气换热过程的热量衡算，通过检测换热完成后的热氮气与活性炭的温度，计算得到活性炭进入解析塔入口时的温度，并换算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的温度，从而判断一级吸附塔的工作状态，指导后续工业生产，确保吸附系统运行的安全性。
本发明的另一个目的即提供一种用于上述方法的判断吸附系统安全性的装置。该装置结构简单，操作方便，能够通过相关检测装置实现对各参数的实时监测，从而通过计算判断吸附系统的工作状态与安全性，准确指导工业生产，进而能够避免异常温升的活性炭对吸附塔乃至整个烟气净化系统造成危害。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种判断吸附系统安全性的方法。
一种判断吸附系统安全性的方法，该方法包括：将烧结烟气输送至一级吸附塔，一级吸附塔内的活性炭对烧结烟气进行脱硫处理，脱硫处理后的烟气从一级吸附塔的烟气出口排出，吸附了污染物的活性炭从一级吸附塔的活性炭出口排出，而后进入解析塔加热再生。在解析塔的顶部分布段内，进入解析塔的活性炭与解析塔顶部通入的热氮气进行换热，活性炭被热氮气加热温度升高，热氮气温度降低。依据热量平衡原理，通过检测热氮气与活性炭换热完成后的温度，计算活性炭进入解析塔入口时的温度，并换算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的温度，从而判断一级吸附塔的工作状态。
在本发明中，所述判断一级吸附塔的工作状态，具体包括以下步骤：
1)根据在解析塔的顶部分布段内，活性炭所吸收的热量和热氮气所释放的热量相等，计算活性炭进入解析塔入口时的实际温度。
2)根据活性炭在一级吸附塔与解析塔之间的输送温降，将步骤1)计算得到的活性炭进入解析塔入口时的实际温度换算为活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度。
3)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，计算活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度。
4)比较活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度与理论温度，判断一级吸附塔的工作状态。
在本发明中，步骤1)具体为：在解析塔的顶部分布段内设置第一温度检测装置，第一温度检测装置检测得到活性炭与热氮气换热完成后的温度t3，℃。根据热量平衡原理，在换热过程中，活性炭所吸收的热量与热氮气所释放的热量相等。即有：
m1*cp1*(t3-t1)＝q1*ρ1*cp2*(t2-t3)…(1)。
即得：
式中：t1为活性炭进入解析塔入口时的实际温度，℃。m1为单位时间内进入解析塔的活性炭的量，kg/h。cp1为活性炭的比热容，kJ/(kg·℃)。q1为单位时间内解析塔顶部通入的热氮气流量，Nm3/h。ρ1为氮气的密度，kg/Nm3。cp2为氮气的比热容，kJ/(kg·℃)。t2为解析塔顶部通入的热氮气的初始温度，℃。t3为换热完成后的活性炭与氮气的温度，℃。此时，活性炭与氮气温度保持一致。
在本发明中，步骤2)具体为：活性炭在一级吸附塔与解析塔之间的输送温降为Δt，℃。由此，活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度为：
t4＝t1+Δt…(3)。
式中：t4为活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度，℃。
在本发明中，在步骤3)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：
301)计算在一级吸附塔内所产生的热量：在一级吸附塔内所产生的热量Q入包括烧结烟气进入一级吸附塔所带入的热量Q1、脱硫反应所放出的热量Q2、活性炭进入一级吸附塔所带入的热量Qf。即有：
Q入＝Q1+Q2+Qf…(4)。
302)计算一级吸附塔所消耗及排出的热量：一级吸附塔所消耗及排出的热量Q出包括脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量Q3、活性炭排出一级吸附塔所带出的热量Qc、热损失Q5。即有：
Q出＝Q3+Qc+Q5。
由于活性炭排出一级吸附塔所带出的热量Qc为活性炭进入一级吸附塔所带入的热量Qf与活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量Q4之和。即有：
Qc＝Qf+Q4。
即得：
Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(5)。
303)根据热量平衡原理，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。即有：
Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(6)。
公式(6)可简化为：Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(7)。
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(7)可简化为：
Q1+Q2＝Q3+Q4…(8)。
在本发明中，在步骤3)中，根据公式(8)，计算活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度，具体为：
计算烧结烟气进入一级吸附塔所带入的热量Q1：
式中：Q1为烧结烟气进入一级吸附塔所带入的热量，kJ。q2为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，L/h。cp3为烟气的比热容，kJ/(mol·℃)。vm为标准摩尔体积，L/mol。t5为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的温度，℃。t0为温度基准值，一般取值为25℃。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h。T1为烧结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：
式中：Q2为脱硫反应所放出的热量，kJ。q2为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，L/h。C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，g/L。C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，g/L。M为SO2的摩尔质量，g/mol。H为生成1mol硫酸放出的热量，kJ/mol。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h。T1为烧结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：
式中：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，L/h。cp3为烟气的比热容，kJ/(mol·℃)。vm为标准摩尔体积，L/mol。t6为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度，℃。t0为温度基准值，℃。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内所吸收的热量Q4：
Q4＝m2·cp1·(t′4-t7)…(13)。
式中：Q4为活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量，kJ。m2为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg。cp1为活性炭的比热容，kJ/(kg·℃)。t7为活性炭进入一级吸附塔入口时的温度，℃。t′4为活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度，℃。
根据公式(8)，计算活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度t′4，即有：
其中，一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量q2与一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的流量q3一致，q2≈q3＝q。即得：
在本发明中，步骤4)具体为：计算活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度t4与理论温度t′4的偏离度Z。即有：
当Z小于等于10％，优选小于等于8％，更优选小于等于5％时，说明经过吸附脱硫处理后，此时一级吸附塔所排出的活性炭温度在正常温度范围内，吸附系统运行正常。
反之，则说明此时一级吸附塔所排出的活性炭温度超出正常温度的波动范围，即一级吸附塔的工作状态异常，此时调整一级吸附塔的运行工况或停机检查，以确保系统的安全稳定。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种判断吸附系统安全性的装置。
一种判断吸附系统安全性的装置或用于第一种实施方案中所述方法来判断吸附系统安全性的装置，该装置包括一级吸附塔、解析塔、烧结烟气管道和脱硫后烟气管道。烧结烟气管道连接至一级吸附塔的烟气入口。脱硫后烟气管道连接至一级吸附塔的烟气出口。一级吸附塔的活性炭出口通过输送装置连接至解析塔的活性炭入口。在解析塔的顶部分布段上连接有热氮气管道。其特征在于：解析塔的顶部分布段内设有第一温度检测装置。解析塔的活性炭入口位置设有第一流量检测装置。热氮气管道上设有第二流量检测装置和第二温度检测装置。在烧结烟气管道上且靠近一级吸附塔烟气入口的位置设有第三流量检测装置、第三温度检测装置、第一SO2浓度检测装置。在脱硫后烟气管道上且靠近一级吸附塔烟气出口的位置设有第四温度检测装置、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和第五温度检测装置。该装置还包括计时元件。所述计时元件用于记录烟气进出一级吸附塔的时刻。
作为优选，该装置还包括设置在脱硫后烟气管道上且靠近一级吸附塔烟气出口位置的第四流量检测装置。
作为优选，该装置还包括设置在一级吸附塔活性炭出口位置的第二质量检测装置。
在发明中，该装置还包括控制系统。控制系统与第一温度检测装置、第二温度检测装置、第三温度检测装置、第四温度检测装置、第五温度检测装置、第一流量检测装置、第二流量检测装置、第三流量检测装置、第四流量检测装置、第一SO2浓度检测装置、第二SO2浓度检测装置、第一质量检测装置、第二质量检测装置连接，并实时根据公式(2)、(3)、(15)、(16)计算活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度与理论温度的偏离度，从而判断一级吸附塔的工作状态。
活性炭将烟气中的SO2转化为H2SO4，属于强放热反应，SO2的吸附主要集中在吸附塔的前室和中室，前、中室化学放热最明显，故而，高温发生位置往往集中在前、中室。而吸附塔的烟气进出口位置设置在塔体的中部，因此，当高温现象或着火点发生在前、中室的下方位置，而且，尚处于吸附塔内刚开始出现高温现象或是小面积小范围内发生高温(或着火)的情况，此时位于前、中室下方的少量高温活性炭基本不会影响到从中部烟气出口排出的烟气的温度，再加上前、中室活性炭的下料速度快，烟气本身存在一定温差，也就是说，此时从吸附塔的烟气出口排出的烟气温度仍然处于正常温度范围内，故而出现高温活性炭的情况无法通过烟气出口的烟气温度变化予以真实反馈，未被发现的高温活性炭从吸附塔排出后进入解析塔，进而影响整个系统的安全性。
针对上述吸附塔前、中室下方位置的高温活性炭难以检测发现，也无法通过烟气出口的烟气温度变化情况予以检测反馈而影响吸附系统安全性的问题，本发明提供了一种判断吸附系统安全性的方法及其装置。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，也无需依靠一级吸附塔烟气出口位置的烟气温度变化情况来判断吸附系统的安全性，而是依据热量平衡原理，在解析塔的顶部分布段内，基于从吸附塔排出后进入解析塔的活性炭与解析塔顶部通入的热氮气换热过程的热量衡算，通过实时检测换热完成后的热氮气与活性炭的温度，计算活性炭进入解析塔入口时的温度，并换算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的温度，从而判断一级吸附塔的实时工作状态，指导后续工业生产，进而避免了现有技术中高温活性炭未被发现而导致的系统安全隐患，为吸附塔乃至整个烟气净化系统运行的安全性提供保障。
在现有活性炭烟气净化系统中，解析塔是对吸附了污染物的活性炭进行加热再生的场所，其主要包括顶部分布段、加热段、过渡段、冷却段、底部分布段。其中，顶部分布段是将进入较短列管内的吸附塔下料活性炭进行初次分布，顶部分布段内设置有测温点，检测吸附塔下料活性炭温度。为防止顶部分布段出现冷凝腐蚀管壁的现象，需要在塔顶位置加入热氮气，氮气温度一般高于100℃；同时，所加入的氮气还可作为保护气体和解析出的SRG气体的载气。加热段是对吸附了污染物的活性炭进行加热再生的场所，温度一般控制430℃。过渡段是解析出的SRG气体向外排放的位置。冷却段是对加热再生后的活性炭进行冷却的场所，一般控制冷却段出口温度为100℃以内。底部分布段是对冷却段下料活性炭进行再次分布的场所，以防止解析塔下料口出现堵塞情形。
具体来说，本发明所述判断吸附系统安全性的方法包括以下步骤：
1)在解析塔的顶部分布段内，依据热量平衡原理，由活性炭所吸收的热量和热氮气所释放的热量相等，计算活性炭进入解析塔入口时的实际温度。
一般来说，吸附塔内活性炭的装填量是非常大的，相较于在吸附塔内检测或发现少量高温活性炭的难度，高温活性炭从解析塔的活性炭入口进入解析塔时，高温活性炭与热氮气的交流换热更加充分，因而能够通过换热前后氮气的温度变化计算得到相对准确的活性炭进入解析塔入口时的实际温度。
2)根据活性炭在一级吸附塔与解析塔之间的输送温降，将上述步骤1)中计算得到的活性炭进入解析塔入口时的实际温度换算为活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度。
在一级吸附塔的活性炭出口与解析塔的活性炭入口之间设置有活性炭输送系统(例如输送机)。目前，活性炭输送系统会进行保温处理，因此，在输送过程中，活性炭的散热温度基本保持一致(例如Δt＝60℃)。另外，本申请针对的是吸附塔的前、中室下方位置刚开始出现高温现象或是小面积小范围发生高温的情况，在输送过程中，少量高温活性炭掺杂在大量正常温度的活性炭中，因而，少量高温活性炭基本不会影响常规输送过程中由于散热导致的正常温降。
需要说明的是，对于各钢铁厂不同的活性炭烟气净化设备，其输送系统所对应的正常温降并不一定相同，具体以实际应用设备和工况为准。例如，某钢铁厂的一套设备对应的活性炭在一级吸附塔与解析塔之间的输送温降Δt＝60℃，该钢铁厂的另一套设备对应的活性炭在一级吸附塔与解析塔之间的输送温降Δt＝52℃；而另一钢铁厂的一套设备对应的活性炭在一级吸附塔与解析塔之间的输送温降Δt＝71℃。
3)在一级吸附塔内，依据热量平衡原理，由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，计算活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度。
如前所述，本申请所针对的是吸附塔的前、中室下方位置刚开始出现高温现象或是小面积小范围发生高温的情况，此时位于前、中室下方的少量高温活性炭基本不会影响到从中部烟气出口排出的烟气的温度，即此时从吸附塔的烟气出口排出的烟气温度仍然处于正常温度范围内。基于此，本申请可对一级吸附塔内进行热量衡算，通过检测一级吸附塔烟气进出口的烟气温度，计算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度(即一级吸附塔在正常工作状态下所排出活性炭的温度)。
4)比较活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度与理论温度，判断一级吸附塔的工作状态。
通过计算活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度与理论温度的偏离度，来判断从一级吸附塔排出的活性炭的温度是否在正常温度的可控波动范围内，从而判断一级吸附塔的实时工作状态，即判断吸附系统的安全性；进而准确指导工业生产，针对脱硫过程中吸附系统内活性炭温升异常的情况及时进行相应的调整，防止系统出现异常温升的风险，以确保整个烟气净化系统安全稳定的运行。
具体地，当活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度在理论温度的正常波动范围内，说明此时吸附系统运行正常，系统继续运行即可。而当活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度超出理论温度的可控波动范围，说明此时一级吸附塔的工作状态异常，此时根据温度波动程度选择调整一级吸附塔的运行工况(例如加快活性炭下料速度将高温活性炭迅速排出，或向一级吸附塔的前、中室内通入氮气等)或停机检查，以确保系统的安全稳定。
在本发明中，所述在一级吸附塔内所产生的热量包括烧结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、活性炭进入一级吸附塔所带入的热量，即有Q入＝Q1+Q2+Qf…(4)。所述一级吸附塔所消耗及排出的热量包括脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量、活性炭排出一级吸附塔所带出的热量、热损失，即有Q出＝Q3+Qc+Q5。又由于活性炭排出一级吸附塔所带出的热量为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…(5)。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…(6)，公式(6)可简化为Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(7)。在本发明中，由于热损失消耗热所占比例很小，远小于脱硫后烟气排出一级吸附塔所带出的热量及活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量，因此工程应用中可以忽略热损失的影响，即Q5≈0，由此，公式(7)可以简化为Q1+Q2＝Q3+Q4…(8)。
考虑到本申请中烧结烟气净化系统是长期连续运行的，在长期运行所达到的平衡状态下，一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量q2与一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的流量q3基本一致，即q2≈q3＝q，根据公式(8)即可得到活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度t′4：
式中：q为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量或一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的流量，可通过设置在一级吸附塔烟气入口位置的第三流量检测装置或设置在一级吸附塔烟气出口位置的第四流量检测装置检测得到。C0为一级吸附塔烟气入口处的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。t5为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的温度，可通过设置在一级吸附塔烟气入口位置的第三温度检测装置检测得到。t6为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度，可通过设置在一级吸附塔烟气出口位置的第四温度检测装置检测得到。m2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；另外，m2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或设置在一级吸附塔的活性炭出口位置的第二质量检测装置检测得到。t7为活性炭进入一级吸附塔入口时的温度，可通过设置在一级吸附塔的活性炭入口位置的第五温度检测装置检测得到。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，T1为烧结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。
需要说明的是，本申请针对的是烧结烟气的吸附净化处理。烧结烟气的含氧量一般在14-18％，平均为16％左右，含水率一般在8-12％，平均为10％左右。烧结烟气中SO2含量的波动范围大致在400-2000mg/Nm3的范围。将烧结烟气中16％的含氧量和10％的含水率换算成浓度，烧结烟气中的氧和水两者的浓度远远大于二氧化硫的浓度，而活性炭脱硫原理为2SO2+O2+2H2O＝2H2SO4，很显然，烧结烟气中的含氧量、含水率能够满足2SO2+O2+2H2O＝2H2SO4这一反应式中的用量需求，即烧结烟气中的含氧量、含水率等能够满足将烟气中所有的SO2全部转化为H2SO4的条件。也就是说，本申请中在一级吸附塔内发生吸附的SO2基本都会转化为H2SO4，因此，上述公式(15)中通过C0-C1得到的SO2浓度变化量去计算脱硫反应所放出的热量是基本吻合的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明针对吸附塔前、中室下方出现的小范围的高温现象，通过对进入解析塔的活性炭与解析塔顶部通入的热氮气换热过程的热量衡算，计算得到活性炭进入解析塔入口时的温度，并换算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的温度，从而判断一级吸附塔的工作状态，指导后续工业生产，确保吸附系统运行的安全性。
2、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，也无需依靠一级吸附塔烟气出口位置的烟气温度变化情况来判断吸附系统的安全性，而是依据热量平衡原理，基于解析塔的顶部分布段内的热量衡算，计算并换算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度，并基于一级吸附塔内的热量衡算，计算得到活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度，通过两者之间的偏差来判断一级吸附塔的工作状态，从而避免现有技术中前、中室下方的高温活性炭未被发现而导致的系统安全隐患，为吸附塔乃至整个烟气净化系统运行的安全性提供保障。
3、本发明装置结构简单，操作方便，能够更加准确全面地判断脱硫过程中吸附系统的安全性，不受吸附塔内测温装置个数分布、损坏等影响。
附图说明
图1为本发明一种判断吸附系统安全性的方法的原理图；
图2为本发明一种判断吸附系统安全性的方法的流程图；
图3为本发明中一级吸附塔的结构示意图；
图4为本发明一种判断吸附系统安全性的装置的结构示意图；
图5为本发明中控制系统的示意图。
附图标记：1：一级吸附塔；2：解析塔；201：顶部分布段；301：第一温度检测装置；302：第二温度检测装置；303：第三温度检测装置；304：第四温度检测装置；305：第五温度检测装置；401：第一流量检测装置；402：第二流量检测装置；403：第三流量检测装置；404：第四流量检测装置；501：第一SO2浓度检测装置；502：第二SO2浓度检测装置；601：第一质量检测装置；602：第二质量检测装置；7：控制系统；
L1：烧结烟气管道；L2：脱硫后烟气管道；L3：热氮气管道。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种判断吸附系统安全性的方法。
一种判断吸附系统安全性的方法，该方法包括：将烧结烟气输送至一级吸附塔1，一级吸附塔1内的活性炭对烧结烟气进行脱硫处理，脱硫处理后的烟气从一级吸附塔1的烟气出口排出，吸附了污染物的活性炭从一级吸附塔1的活性炭出口排出，而后进入解析塔2加热再生。在解析塔2的顶部分布段201内，进入解析塔2的活性炭与解析塔2顶部通入的热氮气进行换热，活性炭被热氮气加热温度升高，热氮气温度降低。依据热量平衡原理，通过检测热氮气与活性炭换热完成后的温度，计算活性炭进入解析塔2入口时的温度，并换算得到活性炭排出一级吸附塔1出口时的温度，从而判断一级吸附塔1的工作状态。
在本发明中，所述判断一级吸附塔1的工作状态，具体包括以下步骤：
1)根据在解析塔2的顶部分布段201内，活性炭所吸收的热量和热氮气所释放的热量相等，计算活性炭进入解析塔2入口时的实际温度。
2)根据活性炭在一级吸附塔1与解析塔2之间的输送温降，将步骤1)计算得到的活性炭进入解析塔2入口时的实际温度换算为活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度。
3)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，计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度。
4)比较活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度与理论温度，判断一级吸附塔1的工作状态。
在本发明中，步骤1)具体为：在解析塔2的顶部分布段201内设置第一温度检测装置301，第一温度检测装置301检测得到活性炭与热氮气换热完成后的温度t3，℃。根据热量平衡原理，在换热过程中，活性炭所吸收的热量与热氮气所释放的热量相等。即有：
m1*cp1*(t3-t1)＝q1*ρ1*cp2*(t2-t3)…(1)。
即得：
式中：t1为活性炭进入解析塔入口时的实际温度，℃。m1为单位时间内进入解析塔的活性炭的量，kg/h。cp1为活性炭的比热容，kJ/(kg·℃)。q1为单位时间内解析塔顶部通入的热氮气流量，Nm3/h。ρ1为氮气的密度，kg/Nm3。cp2为氮气的比热容，kJ/(kg·℃)。t2为解析塔顶部通入的热氮气的初始温度，℃。t3为换热完成后的活性炭与氮气的温度，℃。
在本发明中，步骤2)具体为：活性炭在一级吸附塔1与解析塔2之间的输送温降为Δt，℃。由此，活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度为：
t4＝t1+Δt…(3)。
式中：t4为活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度，℃。
在本发明中，在步骤3)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：
301)计算在一级吸附塔1内所产生的热量：在一级吸附塔1内所产生的热量Q入包括烧结烟气进入一级吸附塔1所带入的热量Q1、脱硫反应所放出的热量Q2、活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量Qf。即有：
Q入＝Q1+Q2+Qf…(4)。
302)计算一级吸附塔1所消耗及排出的热量：一级吸附塔1所消耗及排出的热量Q出包括脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量Q3、活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量Qc、热损失Q5。即有：
Q出＝Q3+Qc+Q5。
由于活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量Qc为活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量Qf与活性炭在一级吸附塔1内所吸收的热量Q4之和。即有：
Qc＝Qf+Q4。
即得：
Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(5)。
303)根据热量平衡原理，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。即有：
Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(6)。
公式(6)可简化为：Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(7)。
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(7)可简化为：
Q1+Q2＝Q3+Q4…(8)。
在本发明中，在步骤3)中，根据公式(8)，计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度，具体为：
计算烧结烟气进入一级吸附塔1所带入的热量Q1：
式中：Q1为烧结烟气进入一级吸附塔所带入的热量，kJ。q2为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，L/h。cp3为烟气的比热容，kJ/(mol·℃)。vm为标准摩尔体积，L/mol。t5为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的温度，℃。t0为温度基准值，一般取值为25℃。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h。T1为烧结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：
式中：Q2为脱硫反应所放出的热量，kJ。q2为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，L/h。C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，g/L。C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，g/L。M为SO2的摩尔质量，g/mol。H为生成1mol硫酸放出的热量，kJ/mol。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h。T1为烧结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：
式中：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，L/h。cp3为烟气的比热容，kJ/(mol·℃)。vm为标准摩尔体积，L/mol。t6为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度，℃。t0为温度基准值，℃。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＝m2·cpi·(t′4-t7)...(13)。
式中：Q4为活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量，kJ。m2为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg。cp1为活性炭的比热容，kJ/(kg·℃)。t7为活性炭进入一级吸附塔入口时的温度，℃。t′4为活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度，℃。
根据公式(8)，计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度t′4，即有：
其中，一级吸附塔1烟气入口处的烧结烟气的流量q2与一级吸附塔1烟气出口处的脱硫后烟气的流量q3一致，q2≈q3＝q。即得：
在本发明中，步骤4)具体为：计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度t4与理论温度t′4的偏离度Z。即有：
当Z小于等于10％，优选小于等于8％，更优选小于等于5％时，说明经过吸附脱硫处理后，此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度在正常温度范围内，吸附系统运行正常。
反之，则说明此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度超出正常温度的波动范围，即一级吸附塔1的工作状态异常，此时调整一级吸附塔1的运行工况或停机检查，以确保系统的安全稳定。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种判断吸附系统安全性的装置。
一种判断吸附系统安全性的装置或用于第一种实施方案中所述方法来判断吸附系统安全性的装置，该装置包括一级吸附塔1、解析塔2、烧结烟气管道L1和脱硫后烟气管道L2。烧结烟气管道L1连接至一级吸附塔1的烟气入口。脱硫后烟气管道L2连接至一级吸附塔1的烟气出口。一级吸附塔1的活性炭出口通过输送装置连接至解析塔2的活性炭入口。在解析塔2的顶部分布段201上连接有热氮气管道L3。其特征在于：解析塔2的顶部分布段201内设有第一温度检测装置301。解析塔2的活性炭入口位置设有第一流量检测装置401。热氮气管道L3上设有第二流量检测装置402和第二温度检测装置302。在烧结烟气管道L1上且靠近一级吸附塔1烟气入口的位置设有第三流量检测装置403、第三温度检测装置303、第一SO2浓度检测装置501。在脱硫后烟气管道L2上且靠近一级吸附塔1烟气出口的位置设有第四温度检测装置304、第二SO2浓度检测装置502。一级吸附塔1的活性炭入口位置设有第一质量检测装置601和第五温度检测装置305。该装置还包括计时元件。所述计时元件用于记录烟气进出一级吸附塔1的时刻。
作为优选，该装置还包括设置在脱硫后烟气管道L2上且靠近一级吸附塔1烟气出口位置的第四流量检测装置404。
作为优选，该装置还包括设置在一级吸附塔2活性炭出口位置的第二质量检测装置602。
在发明中，该装置还包括控制系统7。控制系统7与第一温度检测装置301、第二温度检测装置302、第三温度检测装置303、第四温度检测装置304、第五温度检测装置305、第一流量检测装置401、第二流量检测装置402、第三流量检测装置403、第四流量检测装置404、第一SO2浓度检测装置501、第二SO2浓度检测装置502、第一质量检测装置601、第二质量检测装置602连接，并实时根据公式(2)、(3)、(15)、(16)计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度与理论温度的偏离度，从而判断一级吸附塔1的工作状态。
实施例1
如图3和4所示，一种判断吸附系统安全性的装置，该装置包括一级吸附塔1、解析塔2、烧结烟气管道L1和脱硫后烟气管道L2。烧结烟气管道L1连接至一级吸附塔1的烟气入口。脱硫后烟气管道L2连接至一级吸附塔1的烟气出口。一级吸附塔1的活性炭出口通过输送装置连接至解析塔2的活性炭入口。在解析塔2的顶部分布段201上连接有热氮气管道L3。其特征在于：解析塔2的顶部分布段201内设有第一温度检测装置301。解析塔2的活性炭入口位置设有第一流量检测装置401。热氮气管道L3上设有第二流量检测装置402和第二温度检测装置302。在烧结烟气管道L1上且靠近一级吸附塔1烟气入口的位置设有第三流量检测装置403、第三温度检测装置303、第一SO2浓度检测装置501。在脱硫后烟气管道L2上且靠近一级吸附塔1烟气出口的位置设有第四温度检测装置304、第二SO2浓度检测装置502。一级吸附塔1的活性炭入口位置设有第一质量检测装置601和第五温度检测装置305。该装置还包括计时元件。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，只是该装置还包括设置在脱硫后烟气管道L2上且靠近一级吸附塔1烟气出口位置的第四流量检测装置404。
实施例3
重复实施例2，只是该装置还包括设置在一级吸附塔2活性炭出口位置的第二质量检测装置602。
实施例4
如图5所示，重复实施例3，只是该装置还包括控制系统7。控制系统7与第一温度检测装置301、第二温度检测装置302、第三温度检测装置303、第四温度检测装置304、第五温度检测装置305、第一流量检测装置401、第二流量检测装置402、第三流量检测装置403、第四流量检测装置404、第一SO2浓度检测装置501、第二SO2浓度检测装置502、第一质量检测装置601、第二质量检测装置602连接，并实时根据公式(2)、(3)、(15)、(16)计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度与理论温度的偏离度，从而判断一级吸附塔1的工作状态：
t4＝t1+Δt…(3)；
实施例5
如图1所示，一种判断吸附系统安全性的方法，该方法包括：将烧结烟气输送至一级吸附塔1，一级吸附塔1内的活性炭对烧结烟气进行脱硫处理，脱硫处理后的烟气从一级吸附塔1的烟气出口排出，吸附了污染物的活性炭从一级吸附塔1的活性炭出口排出，而后进入解析塔2加热再生。在解析塔2的顶部分布段201内，进入解析塔2的活性炭与解析塔2顶部通入的热氮气进行换热，活性炭被热氮气加热温度升高，热氮气温度降低。依据热量平衡原理，通过检测热氮气与活性炭换热完成后的温度，计算活性炭进入解析塔2入口时的温度，并换算得到活性炭排出一级吸附塔1出口时的温度，从而判断一级吸附塔1的工作状态。
实施例6
如图2所示，重复实施例1，只是所述判断一级吸附塔1的工作状态，具体包括以下步骤：
1)根据在解析塔2的顶部分布段201内，活性炭所吸收的热量和热氮气所释放的热量相等，计算活性炭进入解析塔2入口时的实际温度。
2)根据活性炭在一级吸附塔1与解析塔2之间的输送温降，将步骤1)计算得到的活性炭进入解析塔2入口时的实际温度换算为活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度。
3)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，计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度。
4)比较活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度与理论温度，判断一级吸附塔1的工作状态。
实施例7
重复实施例2，只是步骤1)具体为：在解析塔2的顶部分布段201内设置第一温度检测装置301，第一温度检测装置301检测得到活性炭与热氮气换热完成后的温度t3，℃。根据热量平衡原理，在换热过程中，活性炭所吸收的热量与热氮气所释放的热量相等。即有：
m1*cp1*(t3-t1)＝q1*ρ1*cp2*(t2-t3)…(1)。
即得：
式中：t1为活性炭进入解析塔入口时的实际温度，℃。m1为单位时间内进入解析塔的活性炭的量，kg/h。cp1为活性炭的比热容，kJ/(kg·℃)。q1为单位时间内解析塔顶部通入的热氮气流量，Nm3/h。ρ1为氮气的密度，kg/Nm3。cp2为氮气的比热容，kJ/(kg·℃)。t2为解析塔顶部通入的热氮气的初始温度，℃。t3为换热完成后的活性炭与氮气的温度，℃。
步骤2)具体为：活性炭在一级吸附塔1与解析塔2之间的输送温降为Δt，℃。由此，活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度为：
t4＝t1+Δt…(3)。
式中：t4为活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度，℃。
在步骤3)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：
301)计算在一级吸附塔1内所产生的热量：在一级吸附塔1内所产生的热量Q入包括烧结烟气进入一级吸附塔1所带入的热量Q1、脱硫反应所放出的热量Q2、活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量Qf。即有：
Q入＝Q1+Q2+Qf…(4)。
302)计算一级吸附塔1所消耗及排出的热量：一级吸附塔1所消耗及排出的热量Q出包括脱硫后烟气排出一级吸附塔1所带出的热量Q3、活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量Qc、热损失Q5。即有：
Q出＝Q3+Qc+Q5。
由于活性炭排出一级吸附塔1所带出的热量Qc为活性炭进入一级吸附塔1所带入的热量Qf与活性炭在一级吸附塔1内所吸收的热量Q4之和。即有：
Qc＝Qf+Q4。
即得：
Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(5)。
303)根据热量平衡原理，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。即有：
Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(6)。
公式(6)可简化为：Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(7)。
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(7)可简化为：
Q1+Q2＝Q3+Q4…(8)。
在步骤3)中，根据公式(8)，计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度，具体为：
计算烧结烟气进入一级吸附塔1所带入的热量Q1：
式中：Q1为烧结烟气进入一级吸附塔所带入的热量，kJ。q2为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，L/h。cp3为烟气的比热容，kJ/(mol·℃)。vm为标准摩尔体积，L/mol。t5为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的温度，℃。t0为温度基准值，一般取值为25℃。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h。T1为烧结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：
式中：Q2为脱硫反应所放出的热量，kJ。q2为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，L/h。C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，g/L。C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，g/L。M为SO2的摩尔质量，g/mol。H为生成1mol硫酸放出的热量，kJ/mol。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h。T1为烧结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：
式中：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，L/h。cp3为烟气的比热容，kJ/(mol·℃)。vm为标准摩尔体积，L/mol。t6为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度，℃。t0为温度基准值，℃。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＝m2·cp1·(t′4-t7)…(13)。
式中：Q4为活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量，kJ。m2为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg。cp1为活性炭的比热容，kJ/(kg·℃)。t7为活性炭进入一级吸附塔入口时的温度，℃。t′4为活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度，℃。
根据公式(8)，计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度t′4，即有：
其中，一级吸附塔1烟气入口处的烧结烟气的流量q2与一级吸附塔1烟气出口处的脱硫后烟气的流量q3一致，q2≈q3＝q。即得：
步骤4)具体为：计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度t4与理论温度t′4的偏离度Z。即有：
当Z小于等于10％时，说明经过吸附脱硫处理后，此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度在正常温度范围内，吸附系统运行正常。
反之，则说明此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度超出正常温度的波动范围，即一级吸附塔1的工作状态异常，此时停机检查，以确保系统的安全稳定。
实施例8
重复实施例7，只是当Z小于等于8％时，说明经过吸附脱硫处理后，此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度在正常温度范围内，吸附系统运行正常。
反之，则说明此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度超出正常温度的波动范围，即一级吸附塔1的工作状态异常，此时停机检查，以确保系统的安全稳定。
实施例9
重复实施例7，只是当Z小于等于5％时，说明经过吸附脱硫处理后，此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度在正常温度范围内，吸附系统运行正常。
反之，则说明此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度超出正常温度的波动范围，即一级吸附塔1的工作状态异常，此时调整一级吸附塔1的运行工况，以确保系统的安全稳定。
应用实施例1
将实施例7所述的方法用于某钢铁厂，所述判断吸附系统的安全性，具体包括以下步骤：
1)根据在解析塔2的顶部分布段201内，活性炭所吸收的热量和热氮气所释放的热量相等，计算活性炭进入解析塔2入口时的实际温度。
在解析塔2的顶部分布段201内设置第一温度检测装置301，第一温度检测装置301检测得到活性炭与热氮气换热完成后的温度t3＝90℃。根据热量平衡原理，在换热过程中，活性炭所吸收的热量与热氮气所释放的热量相等。即有：
m1*cp1*(t3-t1)＝q1*ρ1*cp2*(t2-t3)…(1)。
即得：
式中：t1为活性炭进入解析塔入口时的实际温度，℃。m1为单位时间内进入解析塔的活性炭的量，m1＝3000kg/h。cp1为活性炭的比热容，cp1＝0.95kJ/(kg·℃)。q1为单位时间内解析塔顶部通入的热氮气流量，q1＝380Nm3/h。ρ1为氮气的密度，ρ1＝1.25kg/Nm3。cp2为氮气的比热容，cp2＝1.039kJ/(kg·℃)。t2为解析塔顶部通入的热氮气的初始温度，t2＝120℃。t3为换热完成后的活性炭与氮气的温度，℃。
2)根据活性炭在一级吸附塔1与解析塔2之间的输送温降，将步骤1)计算得到的活性炭进入解析塔2入口时的实际温度换算为活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度。
活性炭在一级吸附塔1与解析塔2之间的输送温降为Δt＝55℃。由此，活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度为：
t4＝t1+Δt＝139.81℃…(3)。
式中：t4为活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度，℃。
3)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，计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度。
依据热量平衡原理，由实施例7中推导得到活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度为：
式中：t′4为活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度，℃。q为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，q＝1600000000L/h。C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，C0＝0.0006g/L。C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，C1＝0.00001g/L。t5为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的温度，t5＝141℃。t6为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度，t6＝140℃。m2为一级吸附塔内活性炭的装填质量，m2＝1200000kg。t7为活性炭进入一级吸附塔入口时的温度，t7＝130℃。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，T0为0h。T1为烧结烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，T1为1h。cp1为活性炭的比热容，cp1＝0.95kJ/(kg·℃)。cp3为烟气的比热容，cp3＝0.03254kJ/(mol·℃)。H为生成1mol硫酸放出的热量，H＝275.3kJ/mol。vm为标准摩尔体积，vm＝22.4L/mol。M为SO2的摩尔质量，M＝64g/mol。
4)比较活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度与理论温度，判断一级吸附塔1的工作状态。
计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度t4与理论温度t′4的偏离度Z。即有：
显然，偏离度Z＜10％，说明经过吸附脱硫处理后，此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度在正常温度范围内，吸附系统运行正常。
应用实施例2
将实施例7所述的方法用于另一钢铁厂，所述判断吸附系统的安全性，具体包括以下步骤：
1)根据在解析塔2的顶部分布段201内，活性炭所吸收的热量和热氮气所释放的热量相等，计算活性炭进入解析塔2入口时的实际温度。
在解析塔2的顶部分布段201内设置第一温度检测装置301，第一温度检测装置301检测得到活性炭与热氮气换热完成后的温度t3＝108℃。根据热量平衡原理，在换热过程中，活性炭所吸收的热量与热氮气所释放的热量相等。即有：
m1*cp1*(t3-t1)＝q1*ρ1*cp2*(t2-t3)…(1)。
即得：
式中：t1为活性炭进入解析塔入口时的实际温度，℃。m1为单位时间内进入解析塔的活性炭的量，m1＝3000kg/h。cp1为活性炭的比热容，cp1＝0.95kJ/(kg·℃)。q1为单位时间内解析塔顶部通入的热氮气流量，q1＝380Nm3/h。ρ1为氮气的密度，ρ1＝1.25kg/Nm3。cp2为氮气的比热容，cp2＝1.039kJ/(kg·℃)。t2为解析塔顶部通入的热氮气的初始温度，t2＝120℃。t3为换热完成后的活性炭与氮气的温度，℃。
2)根据活性炭在一级吸附塔1与解析塔2之间的输送温降，将步骤1)计算得到的活性炭进入解析塔2入口时的实际温度换算为活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度。
活性炭在一级吸附塔1与解析塔2之间的输送温降为Δt＝62℃。由此，活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度为：
t4＝t1+Δt＝167.92℃…(3)。
式中：t4为活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度，℃。
3)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，计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度。
依据热量平衡原理，由实施例7中推导得到活性炭排出一级吸附塔1出口时的理论温度为：
式中：t′4为活性炭排出一级吸附塔出口时的理论温度，℃。q为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，q＝1000000000L/h。C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，C0＝0.0006g/L。C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，C1＝0.00001g/L。t5为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的温度，t5＝141℃。t6为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度，t6＝140℃。m2为一级吸附塔内活性炭的装填质量，m2＝800000kg。t7为活性炭进入一级吸附塔入口时的温度，t7＝136℃。T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，T0为0h。T1为烧结烟气进入一级吸附塔的末尾时刻，T1为1h。cp1为活性炭的比热容，cp1＝0.95kJ/(kg·℃)。cp3为烟气的比热容，cp3＝0.03254kJ/(mol·℃)。H为生成1mol硫酸放出的热量，H＝275.3kJ/mol。vm为标准摩尔体积，vm＝22.4L/mol。M为SO2的摩尔质量，M＝64g/mol。
4)比较活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度与理论温度，判断一级吸附塔1的工作状态。
计算活性炭排出一级吸附塔1出口时的实际温度t4与理论温度t′4的偏离度Z。即有：
由于偏离度Z＞10％，说明此时一级吸附塔1所排出的活性炭温度超出正常温度的波动范围，即一级吸附塔1的工作状态异常，此时停机检查，以确保系统的安全稳定。

Claims (10)

1.一种判断吸附系统安全性的方法，该方法包括：将烧结烟气输送至一级吸附塔(1)，一级吸附塔(1)内的活性炭对烧结烟气进行脱硫处理，脱硫处理后的烟气从一级吸附塔(1)的烟气出口排出，吸附了污染物的活性炭从一级吸附塔(1)的活性炭出口排出，而后进入解析塔(2)加热再生；其特征在于：在解析塔(2)的顶部分布段(201)内，进入解析塔(2)的活性炭与解析塔(2)顶部通入的热氮气进行换热，活性炭被热氮气加热温度升高，热氮气温度降低；依据热量平衡原理，通过检测热氮气与活性炭换热完成后的温度，计算活性炭进入解析塔(2)入口时的温度，并换算得到活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的温度，从而判断一级吸附塔(1)的工作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述判断一级吸附塔(1)的工作状态，具体包括以下步骤：
1)根据在解析塔(2)的顶部分布段(201)内，活性炭所吸收的热量和热氮气所释放的热量相等，计算活性炭进入解析塔(2)入口时的实际温度；
2)根据活性炭在一级吸附塔(1)与解析塔(2)之间的输送温降，将步骤1)计算得到的活性炭进入解析塔(2)入口时的实际温度换算为活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的实际温度；
3)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，计算活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的理论温度；
4)比较活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的实际温度与理论温度，判断一级吸附塔(1)的工作状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)具体为：在解析塔(2)的顶部分布段(201)内设置第一温度检测装置(301)，第一温度检测装置(301)检测得到活性炭与热氮气换热完成后的温度t3，℃；根据热量平衡原理，在换热过程中，活性炭所吸收的热量与热氮气所释放的热量相等；即有：
m1*cp1*(t3-t1)＝q1*ρ1*cp2*(t2-t3)…(1)；
即得：
式中：t1为活性炭进入解析塔入口时的实际温度，℃；m1为单位时间内进入解析塔的活性炭的量，kg/h；cp1为活性炭的比热容，kJ/(kg·℃)；q1为单位时间内解析塔顶部通入的热氮气流量，Nm3/h；ρ1为氮气的密度，kg/Nm3；cp2为氮气的比热容，kJ/(kg·℃)；t2为解析塔顶部通入的热氮气的初始温度，℃；t3为换热完成后的活性炭与氮气的温度，℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤2)具体为：活性炭在一级吸附塔(1)与解析塔(2)之间的输送温降为Δt，℃；由此，活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的实际温度为：
t4＝t1+Δt…(3)；
式中：t4为活性炭排出一级吸附塔出口时的实际温度，℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在步骤3)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：
301)计算在一级吸附塔(1)内所产生的热量：在一级吸附塔(1)内所产生的热量Q入包括烧结烟气进入一级吸附塔(1)所带入的热量Q1、脱硫反应所放出的热量Q2、活性炭进入一级吸附塔(1)所带入的热量Qf；即有：
Q入＝Q1+Q2+Qf…(4)；
302)计算一级吸附塔(1)所消耗及排出的热量：一级吸附塔(1)所消耗及排出的热量Q出包括脱硫后烟气排出一级吸附塔(1)所带出的热量Q3、活性炭排出一级吸附塔(1)所带出的热量Qc、热损失Q5；即有：
Q出＝Q3+Qc+Q5；
由于活性炭排出一级吸附塔(1)所带出的热量Qc为活性炭进入一级吸附塔(1)所带入的热量Qf与活性炭在一级吸附塔(1)内所吸收的热量Q4之和；即有：
Qc＝Qf+Q4；
即得：
Q出＝Q3+Q4+Qf+Q5…(5)；
303)根据热量平衡原理，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；即有：
Q1+Q2+Qf＝Q3+Q4+Qf+Q5…(6)；
公式(6)可简化为：Q1+Q2＝Q3+Q4+Q5…(7)；
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(7)可简化为：
Q1+Q2＝Q3+Q4…(8)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，根据公式(8)，计算活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的理论温度，具体为：
计算烧结烟气进入一级吸附塔(1)所带入的热量Q1：
式中：Q1为烧结烟气进入一级吸附塔所带入的热量，kJ；q2为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，L/h；cp3为烟气的比热容，kJ/(mol·℃)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t5为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的温度，℃；t0为温度基准值，℃；T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为烧结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：
式中：Q2为脱硫反应所放出的热量，kJ；q2为一级吸附塔烟气入口处的烧结烟气的流量，L/h；C0为一级吸附塔的烟气入口处的SO2浓度，g/L；C1为一级吸附塔的烟气出口处的SO2浓度，g/L；M为SO2的摩尔质量，g/mol；H为生成1mol硫酸放出的热量，kJ/mol；T0为烧结烟气进入一级吸附塔的初始时刻，h；T1为烧结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：
式中：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，L/h；cp3为烟气的比热容，kJ/(mol·℃)；vm为标准摩尔体积，L/mol；t6为一级吸附塔烟气出口处的脱硫后烟气的温度，℃；t0为温度基准值，℃；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＝m2·cp1·(t′4-t7)…(13)；
式中：Q4为活性炭在一级吸附塔内所吸收的热量，kJ；m2为一级吸附塔内活性炭的装填质量，kg；cp1为活性炭的比热容，kJ/(kg·℃)；t7为活性炭进入一级吸附塔入口时的温度，℃；t′4为活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的理论温度，℃；
根据公式(8)，计算活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的理论温度t′4，即有：
其中，一级吸附塔(1)烟气入口处的烧结烟气的流量q2与一级吸附塔(1)烟气出口处的脱硫后烟气的流量q3一致，q2≈q3＝q；即得：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤4)具体为：计算活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的实际温度t4与理论温度t′4的偏离度Z；即有：
当Z小于等于10％，优选小于等于8％，更优选小于等于5％时，说明经过吸附脱硫处理后，此时一级吸附塔(1)所排出的活性炭温度在正常温度范围内，吸附系统运行正常；
反之，则说明此时一级吸附塔(1)所排出的活性炭温度超出正常温度的波动范围，即一级吸附塔(1)的工作状态异常，此时调整一级吸附塔(1)的运行工况或停机检查，以确保系统的安全稳定。
8.一种判断吸附系统安全性的装置或用于权利要求1-7中任一项所述方法来判断吸附系统安全性的装置，该装置包括一级吸附塔(1)、解析塔(2)、烧结烟气管道(L1)和脱硫后烟气管道(L2)；烧结烟气管道(L1)连接至一级吸附塔(1)的烟气入口；脱硫后烟气管道(L2)连接至一级吸附塔(1)的烟气出口；一级吸附塔(1)的活性炭出口通过输送装置连接至解析塔(2)的活性炭入口；在解析塔(2)的顶部分布段(201)上连接有热氮气管道(L3)；其特征在于：解析塔(2)的顶部分布段(201)内设有第一温度检测装置(301)；解析塔(2)的活性炭入口位置设有第一流量检测装置(401)；热氮气管道(L3)上设有第二流量检测装置(402)和第二温度检测装置(302)；在烧结烟气管道(L1)上且靠近一级吸附塔(1)烟气入口的位置设有第三流量检测装置(403)、第三温度检测装置(303)、第一SO2浓度检测装置(501)；在脱硫后烟气管道(L2)上且靠近一级吸附塔(1)烟气出口的位置设有第四温度检测装置(304)、第二SO2浓度检测装置(502)；一级吸附塔(1)的活性炭入口位置设有第一质量检测装置(601)和第五温度检测装置(305)；该装置还包括计时元件；所述计时元件用于记录烟气进出一级吸附塔(1)的时刻。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：该装置还包括设置在脱硫后烟气管道(L2)上且靠近一级吸附塔(1)烟气出口位置的第四流量检测装置(404)；和/或
该装置还包括设置在一级吸附塔(2)活性炭出口位置的第二质量检测装置(602)。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于：该装置还包括控制系统(7)；控制系统(7)与第一温度检测装置(301)、第二温度检测装置(302)、第三温度检测装置(303)、第四温度检测装置(304)、第五温度检测装置(305)、第一流量检测装置(401)、第二流量检测装置(402)、第三流量检测装置(403)、第四流量检测装置(404)、第一SO2浓度检测装置(501)、第二SO2浓度检测装置(502)、第一质量检测装置(601)、第二质量检测装置(602)连接，并实时根据公式(2)、(3)、(15)、(16)计算活性炭排出一级吸附塔(1)出口时的实际温度与理论温度的偏离度，从而判断一级吸附塔(1)的工作状态。
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