CN1817446A - 脱硫活性炭移动式加热再生设备及再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脱硫活性炭进行再生的再生设备和再生方法。再生设备7自上而下由加料段、过渡段、加热再生段、一级冷却段、二级冷却段、进气排料段顺序连接而成，加料段由进料储仓a和进料锁气阀b构成，过渡段c顶部设置再生气体抽气口z，加热再生段设置加热换热器i，二级冷却段m设置冷却换热器o，进气排料段q由设置于锥斗r内的锥形调流块s、锥斗r、设置于锥形调流块s下部的惰性气体喷入口v及出料锁气阀t构成。本发明再生设备结构简单、体积小，寿命长；再生效率高、运行经济安全；加热热源灵活多样，热量利用效率高。

Description

脱硫活性炭移动式加热再生设备及再生方法

技术领域

本发明涉及一种属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种对失去部分或全部活性的脱硫活性炭进行再生的再生设备和再生方法。

背景技术

目前，为解决我国燃煤污染环境和硫资源缺乏的问题，促进我国建立节约型社会和经济可持续发展，近年来，活性炭烟气脱硫技术得到了大力发展。该技术采用活性炭作为脱硫剂，吸附烟气中的二氧化硫，并以水合硫酸形态储存于活性炭的微孔中。随着吸附、反应的进行，活性炭的活性也逐渐降低，为保证脱硫过程连续进行，必须对失去活性的活性炭进行再生处理，再生出活性炭微孔中的吸附物，恢复活性炭的活性。

活性炭再生方法主要有固定床水洗再生方法和移动床加热再生方法。固定床水洗再生方法具有耗水量大、酸浓度低等缺点，只适用于小规模、低浓度SO₂烟气处理；移动床加热再生方法有效避免了固定床的缺点，并具有设备简单、占地少、运行稳定可靠等优点，加热再生产生的富SO₂气体可生产硫磺、工业硫酸和液体二氧化硫等产品，副产品转化途径广。

加热再生要求活性炭被加热到350℃以上并保持一段时间，使吸附于活性炭内表面的硫酸与碳彻底反应，释放出二氧化硫，同时活性炭得以再生。反应式如下：

    (1)

目前使用的活性炭加热再生设备和再生方法大多为：

1、采用两节竖向管式换能器结构，分为加热段、反应室和冷却段。活性炭在管内流动，加热气体在管外流动，通过管壁进行传热。两节竖向管式换能器之间安排反应室，活性炭在此再生，再生出的含高浓度二氧化硫的气体也由此处抽出。此种装置结构复杂，设备体积大，检修不易；再生出的含高浓度二氧化硫的气体出再生设备时温度很高，抽气管道和抽气风机防腐难度大；活性炭冷却时所释放的热量不进行回收利用，能耗大，运行成本高。

2、采用专利ZL02112580.5所述再生设备，加热/冷却气体通过管壁与活性炭进行换热。用换热管内流动的气体冷却管外再生后高温活性炭；冷却段出口高温气体进一步加热后送入加热段加热活性炭，使其达到再生所需温度；加热段出口气体导入冷却段入口，冷却活性炭；再生出的含高浓度二氧化硫的气体由引风机抽出；在活性炭进、出口设置气封料阀。因气体的热容和换热系数均较小，且加热段出口气体用于冷却活性炭，必然要求气体出口温度很低，因此，此种再生设备要求换热面积很大，设备体积庞大，检修不易；另外，引风机的抽力有局限，无法将所有的再生气体抽出，必然导致部分再生气体随活性炭向冷却段移动，再生气中的硫氧化物达到低温区时，会腐蚀换热面，同时达到低温区的大部分硫氧化物被活性炭重新吸附，导致再生效率降低；设备寿命短，冷却段下部换热面腐蚀严重，运行维护工作量大；若采用空气作为循环气体还存在局部腐蚀穿孔，泄漏空气与活性炭燃烧烧坏再生设备的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、体积小，寿命长的再生设备，以及一种再生效率高、热量利用率高、运行经济安全、操作简单，维护方便的再生方法。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

本发明设计了特殊结构的再生设备，具体如下：

一种脱硫活性炭移动式加热再生设备，其特征在于：再生设备7自上而下由加料段、过渡段、加热再生段、一级冷却段、二级冷却段、进气排料段顺序连接而成，加料段由进料储仓a和进料锁气阀b构成，过渡段c顶部设置再生气体抽气口z，加热再生段设置加热换热器i，二级冷却段m设置冷却换热器o，进气排料段q由设置于锥斗r内的锥形调流块s、锥斗r、设置于锥形调流块s下部的惰性气体喷入口v及出料锁气阀t构成。

所述再生设备7钢外壁设置保温层。

加热再生段加热换热器i和二级冷却段中的冷却换热器o均可采用列管换热器、平板或波纹板换热器，通过换热壁面与活性炭间接换热，加热换热器i和冷却换热器o均可由一个或一个以上标准换热器拼装而成。

一级冷却段j的外壁采用钢筋混凝土梁k内衬耐火砖1。

所述的冷却换热器o下部设置进水口w，冷却换热器o上部设置溢流口x，顶部设置出汽口n。

脱硫活性炭移动式再生设备进行活性炭再生的再生方法，其特征在于包括如下步骤：

a：活性炭17通过加料段连续加入到再生设备中；

b：常温空气通过热烟气产生系统升温至400℃以上，导入再生设备7加热换气器i与活性炭17通过换热管壁逆流换热；

c：产生的再生气体和热烟气4将活性炭17加热到350℃以上，发生再生反应，释放出SO₂；

d：惰性气体10和冷却水12分别通过惰性气体供应系统、冷却水供应系统自下而上进入再生设备7中冷却活性炭17，惰性气体10和水蒸汽吹扫活性炭再生反应产生的富含SO₂气体并回收再生后高温活性炭的热量；

e：再生气体15通过再生气体抽取系统抽取后进行再利用。

f：再生、冷却后的活性炭8通过出料锁气阀t排出再生设备后循环使用。

所述的热烟气产生系统由空气鼓风机1、空气预热器5和热风炉6构成，燃料3在热风炉6中燃烧产生热烟气4。

所述的冷却水供应系统采用冷却水12冷却活性炭，用水泵11将冷却水12由水槽13输送入再生设备冷却换热器o中的进水口w，加热蒸发的冷却水12从冷却换热器o顶部出汽口n进入再生设备7内活性炭层，过多的冷却水12由溢流口x流回水槽13，水槽13水位低于冷却换热器o上部溢流口x高度。

所述惰性气体10可以采用氮气、二氧化碳或再生气体净化、回收SO₂后排出的尾气的一种或一种以上的混合气。

所述的再生气体15指由过渡段c顶部的再生气体抽气口z抽出的由惰性气体10、水蒸汽和活性炭再生时产生的富含SO₂气体的混合气。

进料锁器阀与出口出料锁气阀功能相同，均起到封气、下料的作用，且对活性炭无剪切力，不会引起活性炭颗粒破碎。根据实际情况，一台再生设备可设置多个进、出口。过渡段的特征在于活性炭在该段自然堆积成一个或多个料锥，使活性炭实现在再生设备过渡段以下横截面上均匀分配，自然形成的料锥上部过渡段空间作为集气空间，过渡段顶部设置抽气口z，再生设备内气体由该处抽出。集气空间较大，相当于一个沉降室，气流中大部分粉尘在此沉降，保证抽气管无堵塞问题。一级冷却段外壁采用钢筋混凝土加耐火砖砌筑结构，钢筋混凝土梁将再生设备加热再生段和二级冷却段隔开，消除上、下两部分再生钢壁面导热问题。一级冷却段为空仓，无其它内构件。加热换热器为热烟气与活性炭间接换热器，可以采用列管换热器、平板或波纹板换热器，加热换热器和冷却换热器均可由一个或一个以上标准换热器拼装而成。二级冷却段为水冷换热器，加热换热器的顶部设置数个出汽口，使汽化的水蒸汽能够进入活性炭层，加热换热器上部设置溢流口。锥形调流块为布置在下料锥斗内与下料锥斗方向相反的内构件，起到调整再生设备内活性炭流动，实现活性炭层以基本相同的速度整体向下流动的目的。同时，惰性气体喷入口设置在锥形调流块的锥下空间中，因此，锥形调流块还起到使惰性气体在再生设备横截面上均匀分布的作用。

采用上述结构的再生设备，本发明依据以下再生方法进行活性炭再生：采用本发明的再生设备、热烟气产生系统、冷却水供应系统、惰性气体供应系统和再生气体抽取系统构成的再生工艺对失去活性的脱硫活性炭进行加热再生。热烟气产生系统由风机、空气预热器和热风炉组成；冷却水供应系统由水泵和水槽构成，水槽水位低于换热器上部溢流口高度。惰性气体可以采用氮气、二氧化碳或再生气体净化、回收SO₂后排出的尾气的一种或一种以上的混合气，由分机或压缩机输送入再生设备。再生气体由引风机通过再生设备过渡段顶部的抽气口抽出，送入副产品生产工段。

进料储仓内需要再生的活性炭由进料锁气阀连续加入再生设备，活性炭在再生设备内靠自身重力向下缓慢移动。在再生设备过渡段，活性炭被逆向流动的再生气体初步加热，同时再生气体被冷却、初步沉降除尘，之后再生气体由再生气体引风机抽出后进行再利用。活性炭继续向下流入加热再生段。在加热再生段，高温烟气与活性炭通过加热换热壁面进行换热。换热器出口中温烟气通入一台空气预热器，与鼓风机送出的常温空气进行换热。根据烟气中二氧化硫含量是否达标，确定被空气冷却后的烟气排入脱硫再生设备入口或出口烟道。被中温烟气加热的空气导入热风炉，与燃料混合燃烧，进一步升温至400℃以上，将此高温烟气送入再生设备加热再生段换热器热烟气进口，用于加热活性炭。燃料可以是煤、油、天然气、煤气、高炉气、可燃垃圾等。

活性炭自上向下穿过加热再生段的流动过程中，被逐步加热至350℃以上，发生再生反应。再生出的富含SO₂气体在自下向上流动的惰性气体和水蒸汽吹扫作用下，向上流入过渡段，与该处活性炭进行直接接触换热。

流入一级冷却段的活性炭已得到再生，但温度较高，不能直接排出再生设备，需将其冷却。先用向上流动的水蒸汽和惰性气体与高温活性炭直接接触换热，活性炭被初步冷却，水蒸汽和惰性气体被加热。水蒸汽和惰性气体换出的热量被带入再生设备上部用于加热活性炭，从而实现热量回收利用。另外，活性炭颗粒间逆向流动的惰性气体、水蒸汽和再生出的富含SO₂气体有助于提高加热换热器的换热系数。

活性炭继续向下流入二级冷却段，在此，活性炭与水进行进一步换热降温。与此同时，水被加热、蒸发，蒸发的水蒸汽经冷却器顶部出汽口喷入活性炭层。冷却器内过多的水可以通过溢流口流回水槽。水冷后的活性炭向下流动，再与惰性气体接触换热，活性炭最终被冷却至100℃左右。

再生、冷却后的活性炭向下流经锥形调流块和出料锥斗，由出料锁气阀排出再生设备后循环使用，完成再生操作。

本发明的有益效果：

本发明再生设备结构简单、体积小，寿命长；加热热源灵活多样，热量利用效率高；再生效率高、运行经济安全；操作简单，维护方便。详述如下：

1、再生设备结构简单、体积小，寿命长。除加热再生段、二级冷却段和下料锥外，再生设备其它空间均无内构件。本发明再生设备加热再生段加热换热器和二级冷却段冷却换热器均采用结构简单的列管式换热器、平板或波纹板换热器。采用水冷方式，水的换热系数比空气的换热系数大的多；另外，在与活性炭接触的换热面上焊接肋片，活性炭侧的肋片和逆向流动的气流都有助于提高换热系数。因此，再生能力相同的情况下，再生设备的体积较小。过渡段相当于活性炭预热段，用高温再生气体与活性炭直接接触加热活性炭，不存在换热壁面，更无腐蚀问题；二级冷却段因有逆向流动的惰性气体吹扫，活性炭侧基本没有SO₂和SO₃气体，也不存在酸露点腐蚀问题。因此，再生设备腐蚀轻微，防腐处理容易，使用寿命长。

2、加热热源灵活多样，热量利用效率高。根据当地能源状况，热烟气可以由燃煤、油、天然气、煤气、高炉气、可燃垃圾等燃烧产生。热风炉前配置一台空气预热器，用于中温烟气与空气换热，可使热风炉的热量利用效率达到80％以上。

3、再生效率高、运行经济安全。再生设备内再生时产生的富含SO₂气体被水蒸汽和惰性气体及时吹出，有助于再生反应的进行；水蒸汽和惰性气体吹扫作用下富含SO₂气体不会流入再生设备一级冷却段区域，消除再生后活性炭再次吸附SO₂的可能性；另外，在过渡段和锥形调流块的作用下，再生设备内活性炭流动速度基本一致，再生设备内气流、炭流及热流分布均匀，无死区存在，再生区域同一截面上再生反应程度基本一致。因此，综上所述，必将获得很高的再生效率。运行经济、运行费用省体现在①加热再生段热量利用效率高；②再生设备内逆向流动的水蒸汽和惰性气体将高温活性炭所含的部分热量携带至加热再生段和过渡段，用于加热活性炭，实现热量循环利用；③再生设备进、出料阀机械密封性好，漏入的氧气很少，炭与氧反应引起的炭损失也很少；④再生设备加热再生段与二级冷却段钢壁面被一级冷却段混凝土壁面隔开，消除加热再生段与二级冷却段壁面导热问题，另外，再生设备钢壁面外设置保温层，热量损失被降到最低。本再生方法采用水作为冷却介质，不会发生空气冷却时局部泄漏导致烧坏再生设备的安全隐患，即使局部发生水泄漏，只会发生泄漏的水吸热蒸发导致泄漏区域温度降低，不会破坏再生设备，更无安全问题。

4、操作简单，维修方便。本发明再生方法再生气体在再生设备过渡段已进行沉降除尘，因此再生气体抽取管无堵塞问题。所涉及的动设备风机、水泵、热风炉和下料锁气阀均为常规、成熟设备，操作简单，控制容易，维护方便，一般企业均具备操作和维护能力。再生设备主要内构件——加热换热器和冷却换热器均采用一个或一个以上的标准换热器拼装结构，拆卸方便，维修容易。

附图说明

图1为本发明再生方法系统流程图。

图2为本发明再生设备结构示意图。

图3为图2I-I俯视图。

图4为图2II-II俯视图。

图5为图2III-III俯视图。

图6为图2IV-IV俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

由图1可以清楚的看出本发明设计的移动床脱硫活性炭再生方法由以下设备构成：空气鼓风机1、空气预热器5、热风炉6、再生设备7、惰性气体鼓风机9、水泵11、水槽13和再生气体抽取引风机16组成。空气预热器5为列管式换热器，材质可选用具有较好耐酸露点腐蚀的考登钢或NI钢，换热管外壁焊接螺旋肋片加强换热，换热面采用刷漆防腐。根据燃料形态(固体、液体或气体)，选用不同的热风炉6。再生气体抽取引风机16选用耐温风机，材质选用316L等耐腐蚀钢种。再生气体抽取管线、输送烟气管线和空气预热器5出口至热风炉6间的空气管线均设置保温层。

由图2可见，本发明再生设备由进料储仓a、进料锁气阀b、过渡段c、加热换热器i、钢筋混凝土梁k、耐火砖1、冷却换热器o、锥斗r、锥形调流块s和出料锁气阀t构成。加热换热器i换热面采用耐腐蚀的不锈钢制作，其它钢结构件均采用价格低廉的普通碳钢制造。与活性碳接触的碳钢件表面进行热喷涂铝等防腐措施处理，与烟气、水和空气接触的碳钢表面进行刷漆防腐。钢筋混凝土梁土k选用耐温混凝土，耐火砖1采用耐酸耐火砖砌筑。钢外壁设置保温层y。进料锁器阀b与出口出料锁气阀t采用星型下料器。

本实施例加热换热器i采用正三角形排列的矩形管换热器，其截面图见图3，矩形管f采用无缝方管，管内流活性炭，管间流热烟气。烟气侧设置数个折流板g，进烟气口h在下，出烟气口e在上，与活性炭逆流换热。设置两个高温进烟气口h和中温出烟气口e(图3)，并对应设置两个锥形渐缩段e0、e1和锥形渐扩段h0、h1。一组锥形渐扩段h0、换热单元i0和渐缩段e0构成一组标准换热器。加热换热器i由两个标准换热器构成h0、i0、e0和h1、i1、e1，维修方便，同时还使烟气在垂直于流动方向的截面上流速分布均匀。

本实施例冷却换热器o采用平板式换热器，两块大换热平板间焊接数个肋板p0，构成一组换热组件。活性炭在换热组件内空腔内流动，冷却水从换热组件之间的空腔流动。整个换热器下部设置一个进水口w，上部设置一个溢流口x。换热器顶部、两组换热组件之间设置数个出汽口n，出汽口n剖视图见图6。由图6所示，出汽口n由锥帽n0、立管n1和焊接与锥帽n0与立管n1间的三个支撑条n2构成，锥帽n0与立管n1间的缝隙容许水蒸汽通过，但活性炭无法绕过锥帽n0进入立管n1。

锥斗r内的锥形整流块s俯视图见图5，为两组相互垂直的倒“V”形构件s0、s1重叠焊接而成。锥形调流块s下部空间布置惰性气体喷气口v。

利用本专利发明再生设备，采用以下再生方法进行活性炭再生：

需要再生的活性炭17加入再生设备7进料储仓a，由进料锁器阀b连续加入再生设备内，活性炭在再生设备内靠自身重力向下缓慢移动。在再生设备过渡段c，活性炭17被逆向流动的再生气体15初步加热，同时再生气体15被冷却、初步沉降除尘，之后再生气体15由再生气体抽取引风机16抽出后进行再利用。活性炭17继续向下缓慢流入加热再生段d，在此活性炭17与热烟气4通过换热管壁逆流换热。活性炭被加热到350℃以上，发生再生反应。

热烟气发生系统如下：空气鼓风机1出口常温空气2通过管道送入空气预热器5低温介质入口，常温空气经过空气预热器5被中温烟气加热后送入热风炉6，在此与燃料3混合燃烧产生400℃以上热烟气4，热烟气4导入再生设备加热换热器i进烟气口h与活性炭换热，换热后的中温烟气通过加热换热器出烟气口e排出，再导入空气预热器5热介质入口，将大部分余热换给常温空气。烟气中SO₂含量若低于排放标准，则将降温后的烟气送入脱硫再生设备出口净烟道随锅炉烟气排放，否则，送入脱硫再生设备入口原烟道，脱硫后排放。

活性炭17边再生边向下缓慢移动，再生产生的富含SO₂气体被逆向流动的水蒸气和惰性气体10吹扫向上流动。经过足够长时间的再生反应，流入一级冷却段j的活性炭17已再生排出其上吸附的硫化物，活性炭17得到再生。

本实施例采用水蒸汽和喷入的惰性气体10初步冷却一级冷却段j内高温活性炭，之后，再用冷却水12进一步冷却活性炭，水冷后的活性炭再用惰性气体10冷却。采用一级冷却段冷却时蒸发的水蒸汽和喷入的惰性气体10与高温活性炭直接换热，回收高温活性炭所携带的热量，用于加热上层活性炭，提高再生过程的经济性。软水14取自锅炉软化水系统或设置一套小的水软化系统，自给软水14。用水泵11将水槽13中的软水送入再生设备冷却换热器o的进水口w，水在再生设备7的冷却换热器o通过换热壁面与高温活性炭17进行热交换，活性炭17被冷却，水被加热、蒸发。蒸发的水蒸汽通过冷却换热器o上部数个蒸汽出汽口n喷入活性炭层。水槽13内水位低于冷却换热器o上部溢流口x的高度，冷却器o内过多的水通过溢流口x流回水槽13。

水冷后的活性炭17向下流动，再与惰性气体10接触换热，活性炭17最终被冷却至100℃左右。再生设备7顶部抽出的再生气经净化、回收SO₂后排出的尾气绝大部分为氮气和二氧化碳气体，作为惰性气体10，用惰性气体鼓风机9将其送入再生设备。

冷却后的活性炭8流经锥形调流块s，再由出料锁气阀t排出再生设备7后循环使用，完成整个再生过程。

Claims (10)

1、一种脱硫活性炭移动式加热再生设备，其特征在于：再生设备(7)自上而下由加料段、过渡段、加热再生段、一级冷却段、二级冷却段、进气排料段顺序连接而成，加料段由进料储仓(a)和进料锁气阀(b)构成，过渡段(c)顶部设置再生气体抽气口(z)，加热再生段设置加热换热器(i)，二级冷却段(m)设置冷却换热器(o)，进气排料段(q)由设置于锥斗(r)内的锥形调流块(s)、锥斗(r)、设置于锥形调流块(s)下部的惰性气体喷入口(v)及出料锁气阀(t)构成。

2、根据权利要求1所述的脱硫活性炭移动式加热再生设备，其特征在于：所述再生设备(7)钢外壁设置保温层。

3、根据权利要求1所述的脱硫活性炭移动式加热再生设备，其特征在于：加热再生段加热换热器(i)和二级冷却段中的冷却换热器(o)均可采用列管换热器、平板或波纹板换热器，通过换热壁面与活性炭间接换热，加热换热器(i)和冷却换热器(o)均可由一个或一个以上标准换热器拼装而成。

4、根据权利要求1所述的脱硫活性炭移动式加热再生设备，其特征在于：一级冷却段(i)的外壁采用钢筋混凝土梁(k)内衬耐火砖(l)。

5、根据权利要求1或3所述的脱硫活性炭移动式加热再生设备，其特征在于所述的冷却换热器(o)下部设置进水口(w)，冷却换热器(o)上部设置溢流口(x)，顶部设置出汽口(n)。

6、一种利用权利要求1所述的脱硫活性炭移动式再生设备进行活性炭再生的再生方法，其特征在于包括如下步骤：

a：活性炭(17)通过加料段连续加入到再生设备(7)中；

b：常温空气通过热烟气产生系统升温至400℃以上，导入再生设备(7)加热换气器(i)与活性炭(17)通过换热管壁逆流换热；

c：产生的再生气体和热烟气(4)将活性炭(17)加热到350℃以上，发生再生反应，释放出SO₂；

d：惰性气体(10)和冷却水(12)分别通过惰性气体供应系统、冷却水供应系统自下而上进入再生设备(7)中冷却活性炭，惰性气体和水蒸汽吹扫活性炭再生反应产生的富含SO₂气体并回收再生后高温活性炭的热量；

e：再生气体(15)通过再生气体抽取系统抽取后进行再利用。

f：再生、冷却后的活性炭(8)通过出料锁气阀(t)排出再生设备(7)后循环使用。

7、根据权利要求6所述的再生方法，其特征在于所述的热烟气产生系统由空气鼓风机(1)、空气预热器(5)和热风炉(6)构成，燃料(3)在热风炉(6)中燃烧产生热烟气(4)。

8、根据权利要求6所述的再生方法，其特征在于所述的冷却水供应系统采用冷却水(12)冷却活性炭，用水泵(11)将冷却水(12)由水槽(13)输送入再生设备冷却换热器的进水口(w)，冷却换热器(o)内被加热蒸发的冷却水(12)从冷却换热器顶部出汽口(n)进入再生设备内活性炭层，过多的冷却水(12)由溢流口(x)流回水槽(13)，水槽(13)水位低于冷却换热器(o)上部溢流口(x)高度。

9、根据权利要求6所述的再生方法，其特征在于所述惰性气体(10)可以采用氮气、二氧化碳或再生气体净化、回收SO₂后排出的尾气的一种或一种以上的混合气。

10、根据权利要求6所述的再生方法，其特征在于所述的再生气体(15)指由过渡段(c)顶部的再生气体抽气口(z)抽出的由惰性气体(10)、水蒸汽和活性炭再生时产生的富含SO₂气体的混合气。

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