CN205700584U - 一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，包括螺旋给料机(6)，多层流化床(1)，冷渣机(8)，分离器，换热器(10)，供热装置，水蒸汽产生单元和喷淋单元。本实用新型具有传热效率高、容积率高、换热均匀、停留时间可控等优势，在小颗粒活性焦方面与其他传统技术上具有明显优势。

Description

一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置

技术领域

本实用新型涉及工业污染物净化剂再生利用，特别适用于工业烟气净化剂活性焦、活性炭等净化剂的再生循环使用。

背景技术

活性炭或活性焦等吸附剂由于具有丰富比表面积和发达孔道，被广泛用于工业污染物的吸附和脱除，例如活性炭脱除工业VOCs等有机气体，活性焦脱除工业烟气中二氧化硫、氮氧化合物、汞等重金属。由于污染物的存在阻塞活性焦表面的微孔，降低了吸附剂的吸附能力，从节能减排、循环经济角度，活性焦需要再生，循环使用，因此需要通过一定方式将污染物从活性焦孔道或者表面上解析，一般通用的解析方法包括热再生、药剂再生、水洗再生、微波再生等特殊再生方法。工业应用比较成熟方法为热再生。热再生分为内热型和外热性两种热源形式，本实用新型专利重点论述外热性热源形式。关于活性炭的热再生工业装置有回转窑炉、斯列普炉、移动床、平板炉、流化床等反应器形式。其中应用比较多的反应器形式为回转窑，在结构设计、工艺安排方面都比较先进，特别在大颗粒活性焦或者活性炭方面具有广泛应用，但是回转窑工业设计的装填量在3-5％，装填率比较低，同时反应器内部换热效果不理想，同时窑头窑尾密封也是技术难点。

在钢厂的移动床活性焦脱硫方面，规整颗粒状活性焦再生鉴于回转窑的低装填率目前广泛采用内置换热的移动床，一方面由于换热介质热空气的低传热系数和低比热，活性焦的换热效果不理想，一方面规整活性焦低导热系数和低运动速度导致的低传热系数，导致活性焦层热量不均匀。因此移动床在热效率方面并不是理想反应器形式。

同时，现在应用较多活性炭普遍采用规整颗粒形式，特别移动床脱硫方面，因此现有反应器形式不适用于不规整小颗粒碎活性炭，主要在于小颗粒的堆积密度相对于规整颗粒要小很多，在导热系数上小很多，很难达到很好的传热效果。而流化床特别适用于小颗粒活性炭应用，在湍动过程中，小颗粒活性炭的急剧碰撞大大加强了传热，同时在解析过程非常容易形成浓度梯度，利于传质。因此流化床解析在传热传质上优于目前广泛应用的回转窑和移动床。考量单层流化床或者鼓泡床的低容积率，或者说装填率，提出多层流化床增加装置容积率，可以增加至50-80％，这种多层流化床反应器形式与移动床的容积率不相上下。因此多层流化床在15mm以下非规整活性炭再生具有比回转窑与移动床更高的技术优势。

为了提升活性炭的整体回收效率，一般采用外热式再生方式，因此采用高传热效率熔盐列管式换热为多层流化床提供热源。与导热油不同，熔盐温度可以高达550℃，特别适用于活性焦的再生过程。熔盐热源来自于熔盐炉。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，具体技术方案如下：

一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，包括螺旋给料机(6)，多层流化床(1)，冷渣机(8)，分离器一(9)，分离器二(22)，换热器(10)，供热装置，水蒸汽产生单元和喷淋单元，其中，

所述多层流化床(1)包括气动返料阀，设置于内部的熔盐下降管(3)，熔盐上升管(4)和分布板(5)，顶部设置上集箱(21)，底部设置卸渣口(7)；

所述水蒸气产生单元用于产生高温水蒸汽，使水蒸气在多层流化床中充分解析活性焦，其包括水泵和水池，分别与供热装置和换热器(10)相连；

所述喷淋单元用于将水蒸汽与水进行换热，包括相互连接的喷淋塔和喷淋水池；

所述供热装置包括依次连接的引风机二(25)，布袋除尘器(24)，分离器二(22)，燃料熔盐炉(18)，熔盐泵(19)，熔盐池(20)，点火器(13)和设置在燃料熔盐炉(18)底部的鼓风机(23)；

在多层流化床(1)顶部安装螺旋给料机(6)，底部安装冷渣机(8)，分离器一(9)安装在多层流化床(1)顶部，分离器一(9)、换热器(10)和喷淋单元依次连接，供热装置与多层流化床(1)相连。

进一步，所述气动返料阀为内置气动返料阀(26)或外置气动返料阀(2)。

进一步，燃料熔盐炉(18)为内置列管式换热燃料燃烧器，根据生产规模确定管的类型，小规模为单纯管式换热列管，规模较大应为膜式壁排列。

进一步，所述多层流化床(1)床层数不低于两层，根据实际物料停留时间确定床层数，床层高度为500-800mm。

进一步，多层流化床(1)内置列管，列管自中心向外部成径向圆周排列，排布圈数根据换热面积、热量传递需求以及多层流化床(1)直径确定。

进一步，所述分布板(5)的开孔均匀分布，开孔率在15-30％；开孔可以为风帽形式，开孔分布自中心到周边成6的等差数列排布，实现均匀分布。

进一步，所述气动返料阀入料管长度不低于2m，进出口角度不低于45°；气动返料阀与多层流化床主体(1)的入口位置低于出口位置，根据料层高度确定，确定两者差距在料层高度的25-50％之间。

进一步，所述冷渣机(8)内部设置抽气部分，将多余水蒸气或者解析气排出。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型克服目前工业装置针对小颗粒活性焦或者活性炭热再生技术传热效率低、容积率低难题，具有传热效率高、容积率高、换热均匀、停留时间可控等优势，在小颗粒活性焦方面与其他传统技术上具有明显优势，应用前景广阔，技术外延应用性强。

(1)传热效率高，小颗粒活性焦尤其在10mm以下，由于堆积密度较大，采用回转窑或者移动床等移动床层形式反应器时，热量在这种低导热系数碳材料传递效率非常低，容易产生较高温度差，不利于温度传递。流化床通过颗粒碰撞和湍动，利于热量分散和传递，从而容易传递热量。因此流化床在颗粒物的传热上更具有优势，同时通过调节流化床流化气速，实现传热效率高低可控，有效控制温度场的温度分布；

(2)高容积率，装置容积率是评价装置利用率的重要标准，传统流化床容积率比较低，本实用新型通过增加床层数目，形成多层流化床，提高流化床容积率在50-80％，提升装置利用率，节省装置空间占有率，节省投资；

(3)均布式熔盐换热，热再生的能源消耗是技术经济性的重要评价指标，由于采用外热式再生，提升由热源与受热体的传热效率是整个换热系统关键。本实用新型采用熔盐换热，相对于导热油，可以实现更高再生温度，同时熔盐安全，不会发生爆炸等安全事故，其导热系数比热空气、水蒸气高很多。通过对整个分布板进均匀分布，实现热源点均布，实现小颗粒活性焦或者活性炭的均匀导热，通过调节熔盐泵循环量和熔盐炉温度可以实现再生温度可控；

(4)停留时间可控，停留时间是影响吸附剂再生性能的主要因素，通常在多层流化床采用下降管实现物料自上而下的流动，但是下降管存在容易卡塞、堵料、串料的问题。气动式返料阀解决下降管不可控问题，实现物料在多层床的床层之间流动的顺畅无堵塞。同时通过调节返料阀风室气速，可以实现多层流化床各个床层物料停留时间可控，满足不同污染物脱除不同时间序列的需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的系统组成示意图；

图2为本实用新型实施例2的系统组成示意图；

图3为本实用新型内置气动返料阀布置示意图；

图4为本实用新型电加热熔盐炉示意图；

图5为本实用新型电加热熔盐炉剖面示意图；

图6为本实用新型多层流化床分布板示意图；

图7为本实用新型多层流化床内置列管排布示意图；

图中标号分别代表：

1、多层流化床 2、外置气动返料阀 3、熔盐下降管 4、熔盐上升管5、分布板 6、螺旋给料机 7、卸渣口 8、冷渣机 9、旋风分离器一22、旋风分离器二 10、换热器 11、喷淋塔 12、引风机一 25、引风机二 13、点火器 14、循环水池 15喷淋水池 16、水泵一 17、水泵 18、熔盐炉 19、熔盐泵 20、熔盐池 21、上集箱 23、鼓风机 24、布袋除尘器 26、内置气动返料阀 27、电加热熔盐炉 28、水冷塔 29、布风孔。

具体实施方式

以下结合附图对实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，主要包含固体颗粒工艺部分、水蒸气再生工艺部分、再生热源提供部分和水循环部分四个单元。系统具体包括螺旋给料机6，多层流化床1，冷渣机8，旋风分离器9，列管式换热器10，供热装置，水蒸汽产生单元和喷淋单元，其中，多层流化床1包括气动返料阀，熔盐下降管3，熔盐上升管4，分布板5，上集箱21和卸渣口7。

水蒸气产生单元用于产生高温水蒸汽，使水蒸气在多层流化床中充分解析活性焦，其包括水泵和水池，分别与供热装置和列管式换热器10相连；

喷淋单元包括喷淋塔和喷淋水池用于将水蒸汽与水进行换热，喷淋塔11的喷淋水池15用于降低蒸气温度，喷淋水池15中可以添加添加剂，改善蒸气与污染物的分配比例，提高污染物中高价值组分提纯净化。

在多层流化床1顶部安装螺旋给料机，底部安装冷渣机8，分离器9安装在多层流化床1顶部，分离器9、换热器10和喷淋单元依次连接。多层流化床1床层数不低于两层，根据实际物料停留时间确定床层数，床层高度为500-800mm。多层流化床之间可以均匀布置试剂喷洒口，实现活性炭或者活性焦再生后改性。

气动返料阀为可以为内置气动返料阀26或外置气动返料阀2。气动返料阀入料管长度不低于2m，进出口角度不低于45°；气动返料阀与多层流化床主体1的入口位置低于出口位置，根据料层高度确定，以便两者差距在料层高度25-50％之间。多层流化床之间返料采用气动式返料实现固体物料的自上而下的输运。其中，外置气动返料阀2是气动返料阀置于多层流化床主体1外部，方便检修和维护，同时气体管路等容易布置。鉴于空间布置需求以及热源提供等问题，如图3所示，气动返料阀可以采取内置气动返料阀26，使系统更加紧凑，集成度更高，特别是气动返料阀不需要单独热源。气动返料阀内部气体分布板可以为多孔板，可以为风帽式，可以为气管式，根据返料阀返料规模和物料通量确定。多层流化床1主体和气动返料阀的风室和分布板上方都设置卸渣口，方便紧急排料。

多层流化床1内置列管，列管自中心向外部成径向圆周排列，排布圈数根据换热面积、热量传递需求以及多层流化床1直径确定。优选两圈排布，如图7所示，兼顾床层传热系数最大化。如图6所示，多层流化床分布板5的布风孔29均匀分布，开孔率在15-30％，开孔率优选18％；开孔可以为风帽形式，开孔分布自中心到周边成6的等差数列排布，实现均匀分布。分布板5设有供熔盐下降管3，熔盐上升管4和卸渣口7穿过的通道。

冷渣机8采用间接换热方式降低活性焦或者活性炭温度，出口固体物料温度在200℃以下，温度可以根据循环水的量进行自动化控制，同时，冷渣机内部设置抽气部分，将多余水蒸气或者解析气排出。

实施例1

供热装置采用燃料熔盐炉18，熔盐泵19，熔盐池20，分离器二22，鼓风机23，布袋除尘器24，引风机二25和点火器13。燃料熔盐炉18为内置列管式换热燃料燃烧器，根据生产规模，小规模为单纯管事换热列管，规模较大应为膜式壁排列；燃料可以为煤炭、天然气、石油、沼气、焦炉煤气等各种燃料。燃料熔盐炉18内部换热壁面外部可以涂覆防磨水泥，内部氧气或者空气分布需要分级供入。

系统工作原理如下：

固体颗粒工艺部分：螺旋给料机6将需要再生的活性焦或者活性炭输送到多层流化床主体1顶端，固体自上而下依次经过多层流化床在150-600℃下进行再生，再生停留时间通过气动返料阀2进行控制，再生完成的固体颗粒通过卸渣口7进入冷渣机8进行冷却，冷却温度可以控制在400-25℃，冷却完成固体颗粒可以循环使用。

水蒸气再生工艺部分：水泵17从循环水池14抽取满足工况使用水进入燃料熔盐炉18与热烟气进行换热，形成高温水蒸气200-600℃，高温水蒸气进入多层流化床主体1自下而上逐级解析活性焦或者活性炭，解析完成富含污染物的水蒸气进入旋风分离器9脱除10微米以下固体颗粒，脱除颗粒物的水蒸气进入列管式换热器10进行换热，降低水温同时可以预热燃料熔盐炉18的锅炉水。低温水蒸气进入喷淋塔11直接与水接触，实现低温冷却，含水量很少的污染物气体通过引风机12输送到处理工序或者提纯工序。

再生热源提供部分：燃料通过螺旋或者泵等方式进入燃料熔盐炉18，燃料与鼓风机23鼓入的空气燃烧，为熔盐炉提供热量，熔盐管在熔盐炉内成环形排布或者水冷壁式排布，从熔盐炉出来的热烟气经过旋风分离器二22除尘后进入布袋进一步脱除10微米以下颗粒物，无颗粒物的烟气经过引风机25排出或者到达集中处理单元；熔盐从燃料熔盐炉18出来后通过熔盐上升管4到达上集箱21，熔盐通过上集箱21进入熔盐下降管3，熔盐上升管4为单根，而熔盐下降管3为分散均布结构。经过自上而下的换热后，熔盐进入熔盐池20，再由熔盐泵19进入燃料熔盐炉18进行换热，从而完成熔盐加热-放热的整个热循环；

水循环系统主要包括蒸汽产生部分、换热部分、喷淋部分。换热部分主要是水泵17将循环水池14水抽取出来进入换热器10和冷渣机8进行换热，循环水池温度可以通过水冷塔28根据工况进行实时调节。喷淋部分主要通过水泵16将喷淋水池15水打入喷淋塔11进行水与水蒸气直接换热，根据喷淋水池15中水的性质可以添加相关添加剂，改善水的循环使用效率。

实施例2

如图2、4、5所示，供热装置还可采用电加热熔盐炉27替换燃料熔盐炉18，装置包括电加热熔盐炉27，熔盐泵19，熔盐池20和点火器13，电加热熔盐炉27，熔盐泵19，熔盐池20，点火器13依次相连。电加热熔盐炉加热均匀，同时功率可调更加精确，体积精简，占地减少。同时电厂可以提供高温蒸汽，因此循环水池14配置水冷塔28降低循环水温度。

活性焦解析方法具体包括以下步骤：

步骤1：螺旋给料机6将需要再生的活性焦或者活性炭输送到多层流化床1顶端，固体自上而下依次经过多层流化床在150-600℃下进行再生，再生停留时间通过气动返料阀2进行控制。水泵17从循环水池14抽取满足工况使用水进入供热装置与热烟气进行换热，形成高温水蒸气，高温水蒸汽温度为200-600℃。

步骤2：高温水蒸汽进入多层流化床主体1自下而上逐级解析活性焦或者活性炭，固体自上而下依次经过多层流化床进行再生，再生停留时间通过气动返料阀的气动执行器控制阀门调节气流速度。

步骤3：再生完成的固体颗粒通过卸渣口7进入冷渣机8进行冷却，冷却温度可以控制在400-25℃，冷却完成固体颗粒可以循环使用冷却完成固体颗粒可以循环使用；解析完成富含污染物的水蒸汽进入分离器一9脱除10微米以下固体颗粒。

步骤4：脱除颗粒物的水蒸汽进入列管式换热器10进行换热，降低水温同时可以预热进入燃料熔盐炉或电加热熔盐炉中的循环水。

步骤5：低温水蒸气进入喷淋塔11直接与水接触，实现低温冷却，含水量很少的污染物气体通过引风机12输送到处理工序或者提纯工序。

以上所述仅为本实用新型的较佳组合实施举例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，包括螺旋给料机(6)，多层流化床(1)，冷渣机(8)，分离器一(9)，分离器二(22)，换热器(10)，供热装置，水蒸气产生单元和喷淋单元，其中，

所述多层流化床(1)包括气动返料阀，设置于内部的熔盐下降管(3)，熔盐上升管(4)和分布板(5)，顶部设置上集箱(21)，底部设置卸渣口(7)；

所述水蒸气产生单元用于产生高温水蒸气，使水蒸气在多层流化床中充分解析活性焦，其包括水泵和水池，分别与供热装置和换热器(10)相连；

所述喷淋单元用于将水蒸气与水进行换热，包括相互连接的喷淋塔和喷淋水池；

所述供热装置包括依次连接的引风机二(25)，布袋除尘器(24)，分离器二(22)，燃料熔盐炉(18)，熔盐泵(19)，熔盐池(20)，点火器(13)和设置在燃料熔盐炉(18)底部的鼓风机(23)；

在多层流化床(1)顶部安装螺旋给料机(6)，底部安装冷渣机(8)，分离器一(9)安装在多层流化床(1)顶部，分离器一(9)、换热器(10)和喷淋单元依次连接，供热装置与多层流化床(1)相连。

2.如权利要求1所述的一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，所述气动返料阀为内置气动返料阀(26)或外置气动返料阀(2)。

3.如权利要求1所述的一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，燃料熔盐炉(18)为内置列管式换热燃料燃烧器，根据生产规模确定管的类型，单纯管式换热列管或膜式壁排列。

4.如权利要求1所述的一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，所述多层流化床(1)床层数不低于两层，根据实际物料停留时间确定床层数，床层高度为500-800mm。

5.如权利要求1所述的一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，多层流化床(1)内置列管，列管自中心向外部成径向圆周排列，排布圈数根据换热面积、热量传递需求以及多层流化床(1)直径确定。

6.如权利要求1所述的一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，所述分布板(5)的开孔均匀分布，开孔率在15-30％；开孔可以为风帽形式，开孔分布自中心到周边成6的等差数列排布，实现均匀分布。

7.如权利要求1所述的一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，所述气动返料阀入料管长度不低于2m，进出口角度不低于45°；气动返料阀与多层流化床(1)的入口位置低于出口位置，根据料层高度确定，确定两者差距在料层高度的25-50％之间。

8.如权利要求1所述的一种熔盐列管式换热耦合气动返料的多层流化床解析装置，其特征在于，所述冷渣机(8)内部设置抽气部分，将多余水蒸气或者解析气排出。