CN210584472U - 一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置，主要包括：炭化炉(1)、活化炉(2)、脱硫脱硝塔(3)、解析塔(4)、制酸单元(5)、蓄热燃烧炉(6)、锅炉(7)、除尘器Ⅰ(8)、冷却器Ⅰ(9)、冷却器Ⅱ(10)、除尘器Ⅱ(11)、除尘器Ⅲ(12)、返料结构(15)。该装置可以就地利用电厂廉价碎煤进行制备活性焦进行电厂烟气脱硫脱硝一体化处置同时实现粉焦蓄热燃烧，采用立体式高容量多层床结构实现装置简单化集中化，从而构建电厂洁净化生产新技术。

Description

一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置

技术领域

本实用新型涉及烟气污染物净化的大气治理领域，特别适用于电厂烟气硫氮污染物净化领域。

背景技术

我国大多数燃煤电厂主要采用中高温脱硝，低温除尘以及低温脱硫等烟气处理方式实现烟气脱硫脱硝除尘。脱硝基本采用SCR脱硝催化剂和喷氨进行，催化剂效率受烟气中灰分含量、烟气温度、烟气组分等电厂运行参数影响，目前电厂在负荷波动范围内基本都存在氨气过喷的问题，催化剂存在硫铵沉积和重金属中毒的问题；脱硫基本采用石灰石-石膏湿法脱硫进行，主要存在废水排放、劣质石膏难以处理、石灰石开采等问题。随着国家环保政策要求越来越高，对于电厂烟气治理水平亟待提升，当下电厂采用的分体式脱硝与脱硫方式难以满足苛刻环保标准，例如废水达标排放、无固废和干烟气排放等。

活性焦干法能够同时实现脱硫脱硝一体化处置，无废渣、废水、废气等三废问题。由于其具有显著优势，移动床活性焦装置普遍应用于钢铁冶炼行业。但该技术应用于电厂时存在主要技术瓶颈：一是电厂烟气量与钢厂相比规模更大，占地面积更大，初次投资成本很高，二是移动床床层移动缓慢，传热传质受限，容易由于吸附热形成局部高温从而燃烧造成安全隐患，三是移动床颗粒耐压强度要求高导致这种成型焦造价高，电厂运行成本高。

针对移动床活性焦干法脱硫脱硝适用于电厂烟气存在问题，从原位制备颗粒活性焦和装备创新角度进行开发适合电厂烟气治理的新技术。发明专利(CN 102350214 A)燃煤电厂煤粉制备活性焦烟气综合净化系统及工艺公布采用流化床将电厂煤粉炭化活化成活性焦，然后将活性焦用于流化床脱硫脱硝。该工艺采用单塔进行炭化活化，无法满足炭化和活化两种工艺各自温度以及时间需求；该工艺以流化床与布袋形式进行粉焦循环脱硫脱硝。适合大通量粉焦的高气速流化床气泡结构明显，气固接触不充分，同时脱硫脱硝无法实现分区，脱硫脱硝过程相互干扰，脱硝效率明显受到抑制。发明专利(CN 101856587 A)一种流态化活性炭联合脱硫脱硝工艺采用循环流化床进行脱硫脱硝，由于循环流化床循环速度很快，短时间大量循环导致颗粒磨蚀严重，活性焦有效使用时间严重缩短，同时脱硫脱硝过程重叠，导致硫铵沉积严重降低脱硝效率。

在上述发明专利(CN 101856587 A)基础上，发明专利(CN 106621701 A)一种烟气脱硫系统公开了一级鼓泡塔和二级快速流化床相结合的两级脱硫装置，可以部分解决上述专利问题，但是双塔结构增加了投资成本，同时鼓泡床密相床高限制了烟气硫浓度适用范围。

发明内容

针对目前现存技术存在诸多问题，本实用新型利用电厂原煤进行炭化活化制备颗粒活性焦，提出一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置，其与粉焦相比颗粒活性焦利用周期更长；利用高容积率的多层床技术替代低容积率的普通流化床。

本实用新型提出的一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置，包括：炭化炉(1)、活化炉(2)、脱硫脱硝塔(3)、解析塔(4)、蓄热燃烧炉(6)、锅炉(7)、除尘器Ⅰ(8)、冷却器Ⅰ(9)和冷却器Ⅱ(10)，其中，炭化炉(1)下端连接活化炉(2)上端，活化炉(2)下端连接冷却器Ⅰ(9)入口，冷却器Ⅰ(9)出口连接脱硫脱硝塔(3)上端，脱硫脱硝塔(3)下端连接解析塔(4)上端，解析塔(4)下端连接冷却器Ⅱ(10)入口，冷却器Ⅱ(10)出口连接脱硫脱硝塔(3)，炭化炉(1)、活化炉(2)两反应炉气体合并后进入蓄热燃烧炉(6)，蓄热燃烧炉(6)出口连接锅炉(7)入口，锅炉出口连接除尘器Ⅰ(8)入口。

进一步地，炭化炉(1)、活化炉(2)、脱硫脱硝塔(3)、解析塔(4)均采用多层床反应器(14)，其上下层物料输运均采用返料结构(15)，在所述多层床反应器(14)上部加设旋转加速器(16)。

进一步地，脱硫脱硝塔(3)烟气出口连接有除尘器Ⅱ(11)，烟气除尘后经引风机抽至烟囱。

进一步地，多层床反应器(14)的返料结构为外置返料阀或螺旋输送结构。

进一步地，炭化炉(1)或所述活化炉(2)燃烧方式为内热式或外热式。

进一步地，解析塔(4)依次连接有除尘器Ⅲ(12)和制酸单元(5)。

进一步地，活化炉(2)的活化剂为蒸汽、空气、富含SO2解析气，优选富含SO2解析气。

进一步地，脱硫脱硝塔(3)分为脱硫区和脱硝区，脱硝区设置颗粒焦脱硝和粉焦脱硝。

进一步地，旋转加速器(16)设置5-10层，优选5层。

进一步地，解析塔(4)设置多区解析，底部为颗粒焦解析，上部为粉焦解析。

进一步地，所述的原位脱硫脱硝装置还包括冷却分离器(13)，所述冷却分离器(13)与活化炉(2)顶部连接。

进一步地，蓄热燃烧炉(6)内部设置稳燃锥，稳燃锥可以设置1-5层，优选2层。

有益效果

本实用新型的一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置主要优势：

(1)全生命周期利用，电厂碎煤就地进行炭化，形成热解气和半焦，半焦进行活化制备活性焦，热解气进行燃烧为活化以及脱硫脱硝系统提供热源，破碎活性焦在进行脱硫脱硝热再生过程中不断磨蚀形成细粉，无法实现循环的细粉进入热解气燃烧炉系统进行燃烧供热，从而实现电厂碎煤分级利用综合处置的全生命周期利用；

(2)多层床炭化活化，分别采用多层床作为炭化反应器和活化反应器，颗粒煤炭化与活化过程是一个时间与温度演变造孔过程，孔道形成一方面是内部化合键比较弱的分子脱离过程，另一方面是水蒸气或者其他气体与煤炭中易反应官能团反应过程，反应进程不同孔道结构不同。与传统斯列普炉、回转窑相比，传热传质均匀，热容量大，单位设备利用率高。与单层流化床相比，反应器容积率更大，停留时间更容易控制，反应进程更容易调节；

(3)分区脱硫脱硝，在多层床反应器中进行分区脱硫脱硝，碎焦与烟气进行逆向接触，首先进行吸附脱硫，脱硫后烟气在上部床层进行吸附催化脱硝，实现单塔脱硫脱硝全流程。脱硫脱硝分区脱除可以避免两种污染物脱除过程相互干扰，实现单元过程精确控制；

(4)就地利用，契合电厂运行维护，电厂碎煤未经磨机前的碎煤直接进入炭化和活化，这种低成本制备活性焦技术可以满足电厂庞大烟气处理对于活性焦巨大要求，同时炭化产生热解气燃烧预热可以满足活性焦脱硫脱硝过程热再生对于热源需求，综合经济效益明显。同时，这种利用电厂碎煤制焦脱硫脱硝工艺路线可以有益补充电厂煤的综合利用。

综上，本实用新型可以就地利用电厂廉价碎煤进行制备活性焦进行电厂烟气脱硫脱硝一体化处置同时实现粉焦蓄热燃烧，采用立体式高容量多层床结构实现装置简单化集中化，从而构建电厂洁净化生产新技术。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中：

图1为本实用新型的一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置的结构示意图；

图2为本实用新型的煤制碎焦脱硫脱硝装置耦合制备硫磺的结构示意图；

图3为本实用新型的煤制碎焦脱硫脱硝装置及粉焦循环的结构示意图；

图4为本实用新型的多层床反应器的结构示意图；

图5为本实用新型的返料阀结构的结构示意图；

图6为本实用新型的旋流板结构的结构示意图。

其中附图标记：

1、炭化炉 2、活化炉 3、脱硫脱硝塔 4、解析塔 5、制酸单元 6、蓄热燃烧炉 7、锅炉 8、除尘器Ⅰ 9、冷却器Ⅰ 10、冷却器Ⅱ 11、除尘器Ⅱ 12、除尘器Ⅲ 13、冷却分离器 14、多层床反应器 15、返料结构 16、旋流板

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提出一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置主要包括：炭化炉(1)、活化炉(2)、脱硫脱硝塔(3)、解析塔(4)、制酸单元(5)、蓄热燃烧炉(6)、锅炉(7)、除尘器Ⅰ(8)、冷却器Ⅰ(9)、冷却器Ⅱ(10)、除尘器Ⅱ(11)、除尘器Ⅲ(12)，其中炭化炉(1)、活化炉(2)、脱硫脱硝塔(3)、解析塔(4)等四个核心反应器，均采用多层床反应器(14)(参见图4)，其上下层物料输运均采用返料结构(15)(参见图5)，该返料结构(15)利用气体鼓动固体颗粒，控制固体物料从上一层进入到下一层，气速不同，物料输送速度不同。涉及粉焦循环时，可在多层床反应器(14)上部加设旋转加速器(16)(旋转加速器的结构参见图6)。

本实用新型的连接方式：进入电厂的碎煤直接输送到炭化炉(1)上端，炭化炉(1)下端连接活化炉(2)上端，活化炉(2)下端连接冷却器Ⅰ(9)入口，冷却器Ⅰ(9)出口连接脱硫脱硝塔(3)上端，脱硫脱硝塔(3)下端连接解析塔(4)上端，解析塔(4)下端连接冷却器Ⅱ(10)入口，冷却器Ⅱ(10)出口连接脱硫脱硝塔(3)。炭化炉(1)、活化炉(2)两反应炉气体合并后进入蓄热燃烧炉(6)，蓄热燃烧炉(6)出口连接锅炉(7)入口，锅炉出口连接除尘器Ⅰ(8)入口。脱硫脱硝塔(3)烟气出口连接电厂引风机。解析塔(4)气体出口连接制酸单元(5)入口。

炭化炉(1)结构为多层床反应器，返料结构为外置返料阀，也可以为螺旋输送结构；炭化炉(1)燃烧方式为内热式，即通过燃烧部分煤炭或者挥发分以满足炭化炉(1)所需要能量方式。也可以为外热式，即通过蓄热燃烧炉(6)间接为炭化炉(1)提供炭化所需热量。大型化优选内热式；

活化炉(2)燃烧方式为内热式，即通过燃烧部分煤炭或者挥发分以满足活化炉(2)所需要能量方式。也可以为外热式，即通过蓄热燃烧炉(6)间接为活化炉(2)提供炭化所需热量。如果是大型化的，优选内热式。活化炉(2)的活化剂为蒸汽、空气、富含SO₂解析气，优选富含SO₂解析气。

脱硫脱硝塔(3)分为脱硫区和脱硝区以进行分区脱硫脱硝，为了增强脱硝效果，脱硝区设置颗粒焦脱硝和粉焦脱硝；碎焦与烟气进行逆向接触，首先进行吸附脱硫，脱硫后烟气在上部床层进行吸附催化脱硝，实现单塔脱硫脱硝全流程。

脱硫脱硝塔(3)脱硝区设置旋转加速器(16)，旋转加速器(16)设置5-10层，优选5层；旋转加速器(16)可以为旋流板或湍流子。

解析塔(4)设置多区解析，底部为颗粒焦解析，上部为粉焦解析；解析塔(4)解析的颗粒焦或粉焦，可以进入制酸单元(5)进行制备硫酸，也可以进入活化炉(2)进行炭化料活化，制备硫磺；

蓄热燃烧炉(6)内部设置稳燃锥，即稳定燃烧的锥状结构，稳燃锥可以设置1-5层，优选2层；蓄热燃烧炉(6)内部设置旋流内构件，旋流内构件可以设置1-5层，优选3层；

本实用新型的原位脱硫脱硝过程如下：

进入电厂的碎煤直接输送到炭化炉(1)上端，自上而下进行炭化，炭化温度为450℃-650℃，炭化炉(1)为自热性形式，空气自下而上与炭化料进行逆向接触，炭化炉自下而上温度梯度逐渐降低，出口温度为200-400℃，炭化炉(1)上边气体出口形成的热解气进入蓄热燃烧炉(6)燃烧为整个系统提供热量。炭化料从炭化炉(1)下端出来后进入活化炉(2)上端，炭化料在活化炉(2)自上而下与活化剂进行逆向接触，活化温度900-1100℃，过热过量水蒸气自下而上活化炭化料，活化过程形成水煤气，活化炉(2)出口水煤气与炭化炉(1)出口热解气汇合后进入蓄热燃烧炉(6)进行燃烧。活化完成活性焦从活化炉(2)低端出来进入连接冷却器Ⅰ(9)入口，冷却器Ⅰ(9)出口连接脱硫脱硝塔(3)上端。

进入脱硫脱硝塔(3)的活性焦与烟气进行逆向接触，温度100-200℃，烟气自下而上完成脱硫和脱硝，净化完烟气从塔顶离开进入除尘器Ⅱ(11)除尘后由电厂引风机抽至烟囱。脱硝区在脱硫脱硝塔(3)上部，氨气在上部喷入起到脱硝作用。吸附饱和活性焦自脱硫脱硝塔(3)下端出来，然后输运到解析塔(4)上端，饱和活性焦自上而下进行解析，解析温度为380-500℃。解析完全的活性焦自解析塔(4)下端进入冷却器Ⅱ(10)入口，冷却器Ⅱ(10)出口连接脱硫脱硝塔(3)上端，活性焦完成吸附-解析的循环过程。解析塔(4)形成富含SO₂解析气经过除尘器Ⅲ(12)进入制酸单元(5)形成硫酸，制酸过程形成废水净化后进入锅炉产生蒸汽，形成水循环，一些不凝气进入电厂烟道排空，或者进入蓄热燃烧炉(6)进行二次燃烧。解析塔(4)出口解析气的粉焦进入蓄热燃烧炉(6)进行燃烧。

实施例1，本实用新型提出一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置，如图1所示，装置主要包括：炭化炉(1)、活化炉(2)、脱硫脱硝塔(3)、解析塔(4)、制酸单元(5)、蓄热燃烧炉(6)、锅炉(7)、除尘器Ⅰ(8)、冷却器Ⅰ(9)、冷却器Ⅱ(10)、除尘器Ⅱ(11)、除尘器Ⅲ(12)、返料结构(15)。

实施方法为进入电厂的碎煤直接输送到炭化炉(1)上端，自上而下进行炭化，炭化温度为450℃-650℃，炭化炉(1)为内热性形式，空气自下而上与炭化料进行逆向接触，炭化炉自下而上温度梯度逐渐降低，出口温度为200-400℃，炭化炉(1)上边气体出口形成的热解气进入蓄热燃烧炉(6)燃烧为整个系统提供热量。炭化料从炭化炉(1)下端出来后进入活化炉(2)上端，炭化料在活化炉(2)自上而下与活化剂进行逆向接触，活化温度900-1100℃，过热过量水蒸气自下而上活化炭化料，活化过程形成水煤气，活化炉(2)出口水煤气与炭化炉(1)出口热解气汇合后进入蓄热燃烧炉(6)进行燃烧，燃烧后的气体进入锅炉(7)，从锅炉出口出来后进入除尘器Ⅰ(8)进行除尘。活化完成活性焦从活化炉(2)低端出来进入连接冷却器Ⅰ(9)入口，冷却器Ⅰ(9)出口连接脱硫脱硝塔(3)上端。

进入脱硫脱硝塔(3)的活性焦与烟气进行逆向接触，温度100-200℃，烟气自下而上完成脱硫和脱硝，净化完烟气从塔顶离开进入除尘器Ⅱ(11)除尘后由电厂引风机抽至烟囱。脱硝区在脱硫脱硝塔(3)上部，氨气在上部喷入起到脱硝作用。吸附饱和活性焦自脱硫脱硝塔(3)下端出来，然后输运到解析塔(4)上端，饱和活性焦自上而下进行解析，解析温度为380-500℃。解析完全的活性焦自解析塔(4)下端进入冷却器Ⅱ(10)入口，冷却器Ⅱ(10)出口连接脱硫脱硝塔(3)上端，活性焦完成吸附-解析的循环过程。解析塔(4)形成富含SO2解析气经过除尘器Ⅲ(12)进入制酸单元(5)形成硫酸，制酸过程形成废水净化后进入锅炉产生蒸汽，形成水循环，一些不凝气进入电厂烟道排空，或者进入蓄热燃烧炉(6)进行二次燃烧。解析塔(4)出口解析气的粉焦进入蓄热燃烧炉(6)进行燃烧。

实施例2，本实用新型的煤制碎焦脱硫脱硝装置，应用于制备硫磺工艺中，如图2所示。在某些电厂，硫酸作为副产物难以出售，造成硫酸存储困难，结合工艺特点和二氧化硫反应特性提炼形成脱硫脱硝耦合制备硫磺工艺。主要装置与实施例1相同，不同在于还包括冷却分离器(13)，以及解析塔(4)出口解析气净化后没有进入制酸单元，而是进入活性焦制备阶段，富含SO2解析气进入活化炉(2)充当活化剂，在造孔过程中SO2与炭还原反应形成硫磺，硫磺在450℃左右冷凝形成硫磺，因此从活化炉(2)出来富含硫磺活化气通过冷却分离器(13)形成固态硫磺和水煤气，硫磺便于贮存和运输，水煤气进入蓄热燃烧炉(6)进行燃烧。

实施例3本实用新型的煤制碎焦脱硫脱硝装置以及粉焦循环，如图3所示。解析塔(4)采用流化床进行吸附和解析过程中，细小颗粒即粉焦容易被气流夹带。为了充分利用这部分粉焦，形成颗粒焦循环和粉焦循环的双循环，解析塔(4)顶部为粉焦解析区，解析完粉焦一部分进入蓄热燃烧炉进行燃烧，一部分进入脱硫脱硝塔(3)中部进行脱硫脱硝，饱和粉焦进入解析塔(4)进行解析，从而形成粉焦循环。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种电厂煤制碎焦的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，包括：炭化炉(1)、活化炉(2)、脱硫脱硝塔(3)、解析塔(4)、蓄热燃烧炉(6)、锅炉(7)、除尘器Ⅰ(8)、冷却器Ⅰ(9)和冷却器Ⅱ(10)，其中，炭化炉(1)下端连接活化炉(2)上端，活化炉(2)下端连接冷却器Ⅰ(9)入口，冷却器Ⅰ(9)出口连接脱硫脱硝塔(3)上端，脱硫脱硝塔(3)下端连接解析塔(4)上端，解析塔(4)下端连接冷却器Ⅱ(10)入口，冷却器Ⅱ(10)出口连接脱硫脱硝塔(3)，炭化炉(1)、活化炉(2)两反应炉气体合并后进入蓄热燃烧炉(6)，蓄热燃烧炉(6)出口连接锅炉(7)入口，锅炉出口连接除尘器Ⅰ(8)入口。

2.根据权利要求1所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，所述炭化炉(1)、活化炉(2)、脱硫脱硝塔(3)、解析塔(4)均采用多层床反应器(14)，其上下层物料输运均采用返料结构(15)，在所述多层床反应器(14)上部加设旋转加速器(16)。

3.根据权利要求1或2所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，所述脱硫脱硝塔(3)烟气出口连接有除尘器Ⅱ(11)，烟气除尘后经引风机抽至烟囱。

4.根据权利要求2所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，所述多层床反应器(14)的返料结构为外置返料阀或螺旋输送结构。

5.根据权利要求1或2所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，所述炭化炉(1)或所述活化炉(2)燃烧方式为内热式或外热式。

6.根据权利要求1或2所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，所述解析塔(4)依次连接有除尘器Ⅲ(12)和制酸单元(5)。

7.根据权利要求1所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，所述活化炉(2)的活化剂为蒸汽、空气、富含SO2解析气。

8.根据权利要求1所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，所述脱硫脱硝塔(3)分为脱硫区和脱硝区，脱硝区设置颗粒焦脱硝和粉焦脱硝。

9.根据权利要求1所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，所述解析塔(4)设置多区解析，底部为颗粒焦解析，上部为粉焦解析。

10.根据权利要求1或2所述的原位脱硫脱硝装置，其特征在于，还包括冷却分离器(13)，所述冷却分离器(13)与活化炉(2)顶部连接。

Images