CN103007681A - 活性炭烟气脱硫及再生装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活性炭烟气脱硫及再生装置和方法，该活性炭烟气脱硫及再生装置包括塔体、塔体内设有的若干个活性炭通道和温度调控***；所述塔体上设有原烟气入口、氨气入口、氮气入口、净烟气出口、含硫气体出口；所述原烟气入口、氨气入口和净烟气出口在活性炭脱硫过程中打开且在活性炭再生过程中关闭，所述氮气入口和含硫气体出口在活性炭脱硫过程中关闭且在活性炭再生过程中打开；所述温度调控***用于调控活性炭再生过程中塔体内部的温度。本发明的装置集烟气净化和活性炭再生两种功能于一体，结构简单，省去了活性炭频繁输送过程的损耗，大大节省了运行费用及投资成本。

Description

活性炭烟气脱硫及再生装置和方法

技术领域

本发明涉及烟气处理技术领域，尤其涉及一种活性炭烟气脱硫及再生装置和方法。

背景技术

传统活性炭脱硫方法中，吸附塔与活性炭再生塔分开，活性炭需要从吸附塔运送到再生塔进行再生，然后再运回到吸附塔中使用。在这过程中，大量活性炭被磨损掉且需要输送设备24小时开启，能耗较大。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种集烟气净化和活性炭再生两种功能于一体的活性炭烟气脱硫及再生装置和方法。

（二）技术方案

为达上述目的，本发明的活性炭烟气脱硫及再生装置包括塔体、塔体内设有的若干个活性炭通道和温度调控***；所述塔体上设有原烟气入口、氨气入口、氮气入口、净烟气出口、含硫气体出口；所述原烟气入口、氨气入口和净烟气出口在活性炭脱硫过程中打开且在活性炭再生过程中关闭，所述氮气入口和含硫气体出口在活性炭脱硫过程中关闭且在活性炭再生过程中打开；所述温度调控***用于调控活性炭再生过程中塔体内部的温度。

所述温度调控***包括设在所述塔体上的冷风入口、冷风出口、热风入口和热风出口。

所述活性炭通道轴向为竖直方向；所述原烟气入口、氨气入口、氮气入口、冷风出口和热风入口位于所述活性炭通道下部，所述净烟气出口、含硫气体出口、冷风入口和热风出口位于所述活性炭通道上部。

优选的，所述活性炭烟气脱硫及再生装置还包括轴向为水平方向的烟气通道，所述烟气通道一端连通所述原烟气入口和所述氨气入口且另一端连通所述活性炭通道，所述烟气通道的横截面上设有用于吸附原烟气中粉尘的活性炭层。

优选的，所述活性炭层与烟气通道轴线垂直的两个端面上分别设有一组格栅板。

优选的，所述烟气通道外设有与所述活性炭层相连的第一活性炭仓，且所述第一活性炭仓位于所述活性炭层之上；所述塔体外设有与所述活性炭通道相连的第二活性炭仓，且所述第二活性炭仓位于所述活性炭通道之上。

优选的，第一活性炭仓与所述活性炭层之间设有第一锁气阀；所述活性炭层底部设有排料斗，所述排料斗出口设有第二锁气阀；所述第二活性炭仓与所述活性炭通道之间设有第三锁气阀；所述塔体底部设有收集斗，所述收集斗出口设有第四锁气阀。

采用所述的活性炭烟气脱硫及再生装置的活性炭烟气脱硫及再生方法，包括烟气净化过程和活性炭再生过程，所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程交替循环进行。

其中，烟气净化过程包括以下步骤：

S101.开启原烟气入口、净烟气出口和氨气入口；关闭氮气入口、含硫气体出口、冷风入口、冷风出口、热风入口和热风出口；

S102.原烟气从原烟气入口进入烟气通道经过活性炭层除尘后，进入活性炭通道进行脱硫反应，干净的烟气经净烟气出口排出。

其中，活性炭再生过程包括以下步骤：

S201.当活性炭通道中活性炭吸附饱和时，关闭原烟气入口、净烟气出口和氨气入口；依次打开氮气入口、含硫气体出口、热风入口和热风出口；

S202.通入380℃-550℃的热风开始加热活性炭烟气脱硫及再生装置中的活性炭，使活性炭吸附的二氧化硫逐渐释放出来，并随着氮气经含硫气体出口进入二氧化硫利用***；

S203.二氧化硫释放完毕后，关闭热风入口和热风出口；开启冷风入口和冷风出口；

S204.通入的冷风将活性炭温度降到150℃度以下，然后关闭冷风入口和冷风出口、氮气入口、含硫气体出口，活性炭再生过程完毕后。

当所述活性炭层吸附粉尘饱和时，停止所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程，关闭所述原烟气入口、氨气入口、氮气入口、净烟气出口、含硫气体出口、冷风入口、冷风出口、热风入口和热风出口，打开锁气阀，所述活性炭层的活性炭从排料斗落出，进入活性炭振动机，使活性炭吸附的粉尘脱落，然后送入第一活性炭仓继续用来吸附粉尘；打开第四锁气阀，将沉积的灰尘卸出运走。

当需要补充活性炭通道在活性炭再生过程中损耗的活性炭时，停止所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程，关闭所述原烟气入口、氨气入口、氮气入口、净烟气出口、含硫气体出口、冷风入口、冷风出口、热风入口和热风出口，打开锁气阀，补充活性炭。

（三）有益效果

本发明采用上述技术方案提供的装置和方法，集烟气净化和活性炭再生两种功能于一体，结构简单，省去了活性炭频繁输送过程的损耗，大大节省了运行费用及投资成本。

本发明装置将除尘和脱硫分开进行，活性炭层吸附粉尘饱和后，输送至活性炭振动机，将其表面的粉尘去除后再返回来重复利用。这个过程是间歇的，且间隔时间比较长，相对节能，并减少了对活性炭的磨损。

附图说明

图1是本发明的活性炭烟气脱硫及再生装置的前视图；

图2是本发明的活性炭烟气脱硫及再生装置的左视图；

图3是本发明的活性炭烟气脱硫及再生装置的A-A剖视图；

图4是本发明所述烟气通道的C-C剖视图；

图5是本发明所述烟气通道的B-B剖视图。

图中，1：原烟气入口；2：氨气入口；3：格栅板；4：第一气锁阀；5：第一活性炭仓；6：冷风出口；7：热风出口；8：含硫气体出口；9：第三气锁阀；10：第二活性炭仓；11：净烟气出口；12：冷风入口；13：活性炭通道；14：热风入口；15：铁丝网；16：氮气入口；17：第四气锁阀；18：第二气锁阀；19：塔体；20：活性炭层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明活性炭烟气脱硫及再生装置和方法作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图5所示，本发明的活性炭烟气脱硫及再生装置包括筒状的塔体19、塔体19内设有的若干个活性炭通道13、以及温度调控***，且活性炭通道13轴向为竖直方向。塔体19上设有原烟气入口1、氨气入口2、氮气入口16、净烟气出口11、含硫气体出口8、冷风入口12、冷风出口6、热风入口14和热风出口7。所述原烟气入口1、氨气入口2和净烟气出口11在活性炭脱硫过程中打开且在活性炭再生过程中关闭，所述氮气入口16和含硫气体出口8在活性炭脱硫过程中关闭且在活性炭再生过程中打开。冷风入口12、冷风出口6、热风入口14和热风出口7属于温度调控***。所述温度调控***用于调控活性炭再生过程中塔体19内部的温度。其中，原烟气入口1、氨气入口2、氮气入口16、冷风出口6和热风入口14位于活性炭通道13下部，净烟气出口11、含硫气体出口8、冷风入口12和热风出口7位于活性炭通道13上部。活性炭烟气脱硫及再生装置还包括轴向为水平方向的烟气通道，烟气通道一端连通原烟气入口1和氨气入口2且另一端连通活性炭通道13。烟气通道的横截面上设有用于吸附原烟气中粉尘的活性炭层20。活性炭层20位于烟气通道内靠近烟气通道与原烟气入口1和氨气入口2连通的一端。

如图4和图5所示，活性炭层20沿烟气通道轴向的两端面即与烟气通道轴线垂直的两个端面上，分别设有一组格栅板3。其中，两组格栅板3之间的距离约0.3m~1m。格栅板3两端与塔体19焊接，每组格栅板的数量由塔体的宽度确定。

烟气通道外设有与活性炭层20相连的第一活性炭仓5，且第一活性炭仓5位于活性炭层20之上；塔体19外设有与活性炭通道13相连的第二活性炭仓10，且第二活性炭仓10位于活性炭通道13之上。其中，第一活性炭仓5用于向活性炭层20内添加活性炭，第二活性炭仓10用于向活性炭通道13内添加活性炭。

活性炭通道13内填满活性炭，原烟气从中通过得到净化。活性炭通道13底部设置有铁丝网15。铁丝网15的孔隙较小，可以防止活性炭通道13内的活性炭掉下。

第一活性炭仓5与所述活性炭层20之间设有第一锁气阀4；活性炭层20底部排料斗，排料斗出口设有第二锁气阀18。第一锁气阀4和第二锁气阀18用于防止运行时活性炭烟气脱硫及再生装置内部的气体外窜。活性炭层20底部设置排料斗，当活性炭吸附粉尘饱和时，将活性炭从排料斗中排出。第二活性炭仓10与活性炭通道13之间设有第三锁气阀9；所述塔体19底部设有收集斗，收集斗在活性炭通道13以下的位置，收集斗出口设有第四锁气阀17。第三锁气阀9和第四锁气阀17用于防止运行时活性炭烟气脱硫及再生装置内部的气体外窜。其中，活性炭通道13内的活性炭由于自身消耗而变小，待小于铁丝网15的孔隙时落下来，集中至收集斗。操作人员定期将收集斗中的活性炭、颗粒物和粉尘等排出。

采用所述的活性炭烟气脱硫及再生装置的活性炭烟气脱硫及再生方法，包括烟气净化过程和活性炭再生过程，所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程接替循环进行。

烟气净化过程包括以下步骤：

S101.开启原烟气入口1、净烟气出口11和氨气入口2；关闭氮气入口16、含硫气体出口8、冷风入口12、冷风出口6、热风入口14和热风出口7。

S102.原烟气从原烟气入口1进入烟气通道经过活性炭层20除尘后，进入活性炭通道13，原烟气中的二氧化硫、氮氧化物、二噁英等污染物被活性炭吸附，在氨气的作用下氮氧化物被分解成氮气，干净的烟气经净烟气出口11排出。

活性炭再生过程包括以下步骤：

S201.当活性炭通道13中活性炭吸附饱和时，关闭原烟气入口1、净烟气出口11和氨气入口2；依次打开氮气入口16、含硫气体出口8、热风入口14和热风出口7。

S202.通入380℃-550℃的热风开始加热活性炭烟气脱硫及再生装置中的活性炭，使活性炭吸附的二氧化硫逐渐释放出来，并随着氮气经含硫气体出口8进入二氧化硫利用***。

S203.二氧化硫释放完毕后，关闭热风入口14和热风出口7；开启冷风入口12和冷风出口6；

S204.通入的冷风将活性炭温度降到150℃度以下，然后关闭冷风入口12和冷风出口6、氮气入口16、含硫气体出口8，活性炭再生过程完毕后。

当所述活性炭层20吸附粉尘饱和时，停止所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程，关闭所述原烟气入口1、氨气入口2、氮气入口16、净烟气出口11、含硫气体出口8、冷风入口12、冷风出口6、热风入口14和热风出口7，打开锁气阀18，所述活性炭层20的活性炭从排料斗落出，进入活性炭振动机，使活性炭吸附的粉尘脱落，然后送入第一活性炭仓5继续用来吸附粉尘；打开第四锁气阀17，将沉积的灰尘卸出运走。

当需要补充活性炭通道13在活性炭再生过程中损耗的活性炭时，停止所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程，关闭所述原烟气入口1、氨气入口2、氮气入口16、净烟气出口11、含硫气体出口8、冷风入口12、冷风出口6、热风入口14和热风出口7，打开锁气阀9，补充活性炭。

所述活性炭通道13中的活性炭吸附饱和所需时间为6~7天；活性炭再生过程所需时间为5~8小时。

本方法将除尘和脱硫分开进行，活性炭烟气脱硫及再生装置设置的活性炭层20专门用来除尘，目的是防止过多的粉尘进入后段的活性炭通道13。因为活性炭通道13的活性炭是固定不动的，过多的粉尘进去后可能会造成活性炭通道13的堵塞。活性炭层20内的活性炭吸附粉尘饱和后，输送至活性炭振动机，将活性炭表面的粉尘去除后再返回来重复利用。这个过程是间歇的，且间隔时间比较长，相对节能，并减少了对活性炭的磨损。

由于二氧化硫吸附过程是个放热反应，温度过高时，活性炭会与烟气中的氧反应，产生自燃。当监测到活性炭通道13的活性炭温度高过警戒值时，可以打开冷风入口12和冷风出口6，对活性炭通道13进行冷却，在保障安全的同时不影响脱硫过程。

活性炭脱硫原理：活性炭脱硫技术是利用具有独特吸附性能的活性碳对烟气中的SO₂进行选择性吸附，吸附态的SO₂在烟气中氧气和水蒸气存在的条件下被氧化为H₂SO₄，H₂SO₄被储存在活性碳孔隙内。当有氨气存在的条件下，NO_X在活性碳的催化下发生SCR和non-SCR反应，将NO_X转化成N₂。同时活性碳吸附层相当于高效颗粒层过滤器，在惯性碰撞和拦截效应作用下，烟气中的大部分粉尘颗粒在床层内部不同部位被捕集，完成烟气脱硫净化。

SO₂吸附具体过程如下(*表示吸附状态）：

1）物理吸附（SO₂分子的向AC细孔移动）

SO₂→SO₂*

2）化学吸附（在AC細孔内的化学反应)

SO₂*＋O*→SO₃*

SO₃*＋nH₂O*→H₂SO₄*+(n-1)H₂O*

活性碳脱硝过程包括了SCR反应和non-SCR反应。反应的过程如下：

1）SCR反应

NO＋NH₃+1/2O*→N₂+3/2H₂O

2）non-SCR反应（与脱离时生成的还原性物质直接反应）

NO＋C…Red→N₂

（C…Red：活性碳表面的还原性物质）

活性炭再生原理：吸附SO₂后的活性碳，在加热情况下，其所吸附的H₂SO₄、硫酸盐被还原为SO₂，同时活性碳恢复吸附性能，循环使用；活性碳的加热再生反应相当于对活性碳进行再次活化。吸附和催化活性不但不会降低，还会有一定程度的提高。

再生反应具体过程如下：

1）硫酸的分解反应

H₂SO₄·H₂O→SO₃＋2H₂O

SO₃＋1/2C→SO₂＋1/2CO₂（化学损耗）

H₂SO₄·H₂O＋1/2C→SO₂＋2H₂O＋1/2CO₂

2）酸性硫氨的分解反应

NH₄HSO₄→SO₃＋NH₃＋H2O

SO₃＋2/3NH₃→SO₂＋H₂O＋1/3N₂

NH₄HSO₄→SO₂＋2H₂O＋1/3N₂＋1/3NH₃

3）碱性化合物(还原性物质)的生成

－C··O＋NH₃＝－C··Red+H₂O

4）表面氧化物的生成和消灭

－C··＋O＝－C··O

－C··O+2/3NH₃＝－C··+H₂O+1/3N₂

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims (12)

1.一种活性炭烟气脱硫及再生装置，其特征在于：所述活性炭烟气脱硫及再生装置包括塔体（19）、塔体（19）内设有的若干个活性炭通道（13）和温度调控***；所述塔体（19）上设有原烟气入口（1）、氨气入口（2）、氮气入口（16）、净烟气出口（11）、含硫气体出口（8）；所述原烟气入口（1）、氨气入口（2）和净烟气出口（11）在活性炭脱硫过程中打开且在活性炭再生过程中关闭，所述氮气入口（16）和含硫气体出口（8）在活性炭脱硫过程中关闭且在活性炭再生过程中打开；所述温度调控***用于调控活性炭再生过程中塔体（19）内部的温度。

2.根据权利要求1所述的活性炭烟气脱硫及再生装置，其特征在于：所述温度调控***包括设在所述塔体（19）上的冷风入口（12）、冷风出口（6）、热风入口（14）和热风出口（7）。

3.根据权利要求2所述的活性炭烟气脱硫及再生装置，其特征在于：所述活性炭通道（13）轴向为竖直方向；所述原烟气入口（1）、氨气入口（2）、氮气入口（16）、冷风出口（6）和热风入口（14）位于所述活性炭通道（13）下部，所述净烟气出口（11）、含硫气体出口（8）、冷风入口（12）和热风出口（7）位于所述活性炭通道（13）上部。

4.根据权利要求1-3任一项所述的活性炭烟气脱硫及再生装置，其特征在于：所述活性炭烟气脱硫及再生装置还包括轴向为水平方向的烟气通道，所述烟气通道一端连通所述原烟气入口（1）和所述氨气入口（2）且另一端连通所述活性炭通道（13），所述烟气通道的横截面上设有用于吸附原烟气中粉尘的活性炭层（20）。

5.根据权利要求4所述的活性炭烟气脱硫及再生装置，其特征在于：所述活性炭层（20）与烟气通道轴线垂直的两个端面上分别设有一组格栅板（3）。

6.根据权利要求5所述的活性炭烟气脱硫及再生装置，其特征在于：所述烟气通道外设有与所述活性炭层（20）相连的第一活性炭仓（5），且所述第一活性炭仓（5）位于所述活性炭层（20）之上；所述塔体（19）外设有与所述活性炭通道（13）相连的第二活性炭仓（10），且所述第二活性炭仓（10）位于所述活性炭通道（13）之上。

7.根据权利要求6所述的活性炭烟气脱硫及再生装置，其特征在于：第一活性炭仓（5）与所述活性炭层（20）之间设有第一锁气阀（4）；所述活性炭层（20）底部设有排料斗，所述排料斗出口设有第二锁气阀（18）；所述第二活性炭仓（10）与所述活性炭通道（13）之间设有第三锁气阀（9）；所述塔体（19）底部设有收集斗，所述收集斗出口设有第四锁气阀（17）。

8.采用权利要求1-7任一项所述的活性炭烟气脱硫及再生装置的活性炭烟气脱硫及再生方法，其特征在于：包括烟气净化过程和活性炭再生过程，所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程交替循环进行。

9.根据权利要求8所述的活性炭烟气脱硫及再生方法，其特征在于，烟气净化过程包括以下步骤：

S101.开启原烟气入口（1）、净烟气出口（11）和氨气入口（2）；关闭氮气入口（16）、含硫气体出口（8）、冷风入口（12）、冷风出口（6）、热风入口（14）和热风出口（7）；

S102.原烟气从原烟气入口（1）进入烟气通道经过活性炭层（20）除尘后，进入活性炭通道（13）进行脱硫反应，干净的烟气经净烟气出口（11）排出。

10.根据权利要求9所述的活性炭烟气脱硫及再生方法，其特征在于，活性炭再生过程包括以下步骤：

S201.当活性炭通道（13）中活性炭吸附饱和时，关闭原烟气入口（1）、净烟气出口（11）和氨气入口（2）；依次打开氮气入口（16）、含硫气体出口（8）、热风入口（14）和热风出口（7）；

S202.通入380℃-550℃的热风开始加热活性炭烟气脱硫及再生装置中的活性炭，使活性炭吸附的二氧化硫逐渐释放出来，并随着氮气经含硫气体出口（8）进入二氧化硫利用***；

S203.二氧化硫释放完毕后，关闭热风入口（14）和热风出口（7）；开启冷风入口（12）和冷风出口（6）；

S204.通入的冷风将活性炭温度降到150℃度以下，然后关闭冷风入口（12）和冷风出口（6）、氮气入口（16）、含硫气体出口（8），活性炭再生过程完毕后。

11.根据权利要求10所述的活性炭烟气脱硫及再生方法，其特征在于，当所述活性炭层（20）吸附粉尘饱和时，停止所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程，关闭所述原烟气入口（1）、氨气入口（2）、氮气入口（16）、净烟气出口（11）、含硫气体出口（8）、冷风入口（12）、冷风出口（6）、热风入口（14）和热风出口（7），打开锁气阀（18），所述活性炭层（20）的活性炭从排料斗落出，进入活性炭振动机，使活性炭吸附的粉尘脱落，然后送入第一活性炭仓（5）继续用来吸附粉尘；打开第四锁气阀（17），将沉积的灰尘卸出运走。

12.根据权利要求10所述的活性炭烟气脱硫及再生方法，其特征在于，当需要补充活性炭通道（13）在活性炭再生过程中损耗的活性炭时，停止所述烟气净化过程和所述活性炭再生过程，关闭所述原烟气入口（1）、氨气入口（2）、氮气入口（16）、净烟气出口（11）、含硫气体出口（8）、冷风入口（12）、冷风出口（6）、热风入口（14）和热风出口（7），打开锁气阀（9），补充活性炭。

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