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斯利普活化炉生产活性炭的工作原理3(活性炭生产设备之一)

发布时间:2020-5-30    本文被阅读 :1912 次

预热段:该段最大特点是不与物料直接接触。而主要目的有两个,一是干燥及通过耐火砖与物料热交换辅助加热碳化料,二是辅助蓄热室顶部燃烧室燃烧升温。

斯利普活化炉生产活性炭的工作原理3(活性炭生产设备之一) 

1.5.1.炉体主体部分

⑴预热段:该段最大特点是不与物料直接接触。而主要目的有两个,一是干燥及通过耐火砖与物料热交换辅助加热碳化料,二是辅助蓄热室顶部燃烧室燃烧升温。

该燃烧室未与空气管道相连,所以不会鼓入空气,无法进行调温,温度随蓄热室顶部温度变化进行变化,无需调控。具体变化过程为:

鼓风加热段时,从炉体下部而来的高温烟气通过耐火砖与碳化料交换热量后进入蓄热室燃烧,该点燃烧室温度降低。蒸汽冷却段时,经蓄热室加热后的过热蒸汽携带蓄热室顶部的炙热烟气进入此处,与碳化料交换热量后进入下部炉体进行反应,该点燃烧室温度上升。

该处燃烧室产物多水蒸气。

⑵补充碳化段:进入活化炉的碳化料理论上仍有挥发分残留,但一般要求3%左右,理论上不得超过8%。如果挥发分过低,则炉体升温困难,而且对于碳化车间要求苛刻。但如果挥发分过高,则说明其黏结性亦高,易在高温下熔化结焦堵塞料道。其中补充碳化段主要目的一是进一步提升物料温度,二就是继续干馏碳化物料,提升碳含量同时尽可能除尽挥发分。

主要过程与炼焦过程一致,少量空气与残余挥发分与碳化料外层碳发生燃烧反应,将内层碳化料干馏碳化。水煤气反应降温和补充可燃气体以维持高温。

原则上,若物料挥发分较高,该点温度应适当提高。而若物料碳化程度较高,则该点温度应适当降低。若干馏温度过高,还可能导致生成粉料比例大幅提升。过多煤粉在蒸汽冷却段时可能被压入空气管道中,遇水结块,降低管道入炉口内径甚至堵塞管道,从而降低加热效率,被动提高工作炉压,甚至导致故障。

该点处主要产物为不完全燃烧产物一氧化碳,尾气中的粉尘也主要来自于此处。

⑶活化段:活化炉最主要反应位置,直接决定产品质量及产量。560型号斯列普活化炉中,5-12点皆为活化段。理论上要求温度在920-960℃,温度为除蓄热室外炉体温度最高处。主要目的为人工“造孔”,提高碳化料孔隙率,进而大幅提升其比表面积,得到高吸附力的活性炭产品。

主要分为两个反应阶段:

①升温干馏阶段。鼓入空气,与一氧化碳、氢气等可燃气体以及碳化料最外层碳剧烈反应放出大量热量,提升和维持炉体温度。

②蒸汽活化段。通入的过热蒸汽,在900℃以上高温、局部高压的条件下,与碳化料发生水煤气反应,从而“击穿”碳化料,在焦粒中留下无数肉眼无法看到的“通道”,从而得到大孔隙率、高比表面积的具有极高吸附力的合格活性炭产品。同时此阶段的活化反应还负责“造挥”任务,产生足够水煤气等可燃气体,提供给鼓风段燃烧升温。

这两个主要工作阶段每次持续30分钟,交替循环进行,从而既保证了炉体内部的高温,又保证活化反应充分进行,从而保质保量地生产出合格的活性炭产品。

⑷冷却段:经历高温反应的活性炭在此阶段降温至900℃以下,同时干馏及活化反应仍然进行。

温度800℃以上的炙热活性炭在料斗上方的气压拉板上方通过耐火砖与空气进行热交换降温至200℃左右,而后产品进入料斗冷却至100℃以内,经由不锈钢制链板输送器,产品进入滚筒冷却器水冷降温至室温,由斗式提升机输送至料仓内。

此处主要作为整个活化反应的收尾段,确保活性炭活化反应充分,保证质量符合要求。因为温度较低,主要产品为二氧化碳及水蒸气。而蒸汽冷却阶段时,水煤气等可燃气体也会通过此处经由火道进入另一半炉进行燃烧升温。

斯利普活化炉

1.5.2.炉体附属部分

⑸蓄热室:斯列普活化炉背面连个呈圆柱或长方体形的部分。内部用耐火格子砖垒起,外部用耐火砖墙及钢骨架结构建成。顶部留燃烧室空间,与炉体预热段燃烧室直接相连。下部通过空气闸板与烟道相连。主要目的为通过格子砖的储存热量的能力,来充分有效利用炉体产生的热量。

蓄热室工作分为两个阶段,其目的有所不同。

①鼓风加热阶段:热烟气在蓄热室顶层燃烧室内燃烧,产生炙热尾气,与格子砖发生热交换后加热格子砖至1050℃左右,从而将热量存储起来(其中结构钢材熔点为1200℃左右,若该点燃烧室温度升至1200℃以上时,容易引发炉体倒塌等事故)

②蒸汽冷却阶段:140℃左右的饱和蒸汽经过蓄热室的格子砖,经过热交换被加热为700-900℃的过热蒸汽。过热蒸汽携带热量同时也将顶层燃烧室内的灼热烟气压入炉体下部,在高温下直接同碳化料发生水煤气反应,提高了反应效率,亦避免了炉体内部急剧降温的情况出现,加热阶段时储存的热量得到了充分利用。

此处是尾气中二氧化碳和水蒸气的主要来源处。

⑹料斗:将冷却为200℃左右的活性炭存短暂存放于此,进一步降温,同时方便进行收集。

⑺火道:炉体冷却段1、2点间通过外部火道相连。火道为一直形通道,分为两段,分别有三个拱形门与1、2点燃烧室直接相连。主要作为两侧半炉唯一相通处。加热半炉与冷却半炉通过火道,使得内部气体形成通路,进而得以安全反应。

⑻烟道:空气闸板与烟囱之间的,位于地下的通道。利用烟囱下部与上部的温差而形成的负压(热空气向上移动,冷空气向下移动),将炉体内生成的尾气抽出,从而使得炉内气体可以循环流动。

⑼气道:同侧炉体中,用异型砖砌成,呈鞍形孔穿过炉体中间,连接同一高度的相邻燃烧室的气体通道,与料道垂直相连(预热燃烧室与补充碳化段燃烧室没有气道相连)。

⑽料道:活性炭设备炉体正中央处,从顶端向下竖直矩形孔道,一直通往料斗,为碳化料下落活化通道,与气道垂直相连。

⑾布料小车:炉体顶层设有钢轨,供电动布料小车行驶。布料小车负责在炉体一侧装载由斗式提升机运输来的碳化料,然后行驶至所需加料的活化炉上方,打开活化炉水封盖和小车下方的卸料口,将碳化料卸入炉中的预热段料槽内。

⑿余热锅炉系统:焚烧炉、余热锅炉、引风机、鼓风机、省煤器、烟气管道、蒸汽管道及分汽缸等设备的联合体系。

引风机位于省煤器出口与脱硫塔进口间的烟气通道处,负责提供余热锅炉炉膛及焚烧炉炉膛负压,此负压提供抽力,可以将并入系统的活化炉的炉内尾气抽出,从而使得活化炉内气体可以循环流动。

鼓风机位于焚烧炉的气体进口处,顾名思义,将外部空气通过压缩机鼓入焚烧炉内,供可燃气体进行燃烧供热。

焚烧炉入口处供煤气燃烧,同时从活化炉中引入的烟气在此与鼓入空气混合燃烧,生成炙热尾气,尾气走烟气管道进入余热锅炉,在此与入水进行热交换,将水加热为饱和蒸汽。而后尾气走烟气管道进入省煤器,在此将入炉水进行加热后,通过烟囱进入大气。入炉水经过省煤器进行一定升温后,进入余热锅炉进行热交换,而后变为饱和蒸汽,通过蒸汽管道进入分汽缸,供活化炉使用。如果尾气可燃气不足,或是需供给的活化炉过多,都会导致余热锅炉产生蒸汽不能满足活化生产需要,则需要引入外供蒸汽使用。

如果蒸汽压过低,则需要及时调整生产工艺,如降低活化炉入炉蒸汽,降低各点鼓风量以控制温度,慢慢“蓄汽”。否则会形成恶性循环,导致蒸汽越来越少,直接影响产品碘值。故生产炉压需要及时调控,并不是在要求范围内“越大越好”。

分汽缸位于活化炉炉体中间位置,主要负责将余热锅炉及外供蒸汽进行集中再分配使用。蒸汽进入分汽缸,积水从下部管道排出,而饱和蒸汽从上方的分汽管道分别进入不同组的活化炉中进行活化。

⒀脱硫塔系统:除尘塔、脱硫塔、三级沉淀池、脱硫池及各水泵组成的综合尾气净化装置。

①工作原理:除尘塔为小塔,经余锅系统出来的尾气从塔底进入,向上从塔顶排出,喷淋水从塔上部向下喷淋,与尾气逆向接触,将其中烟尘全部除去。

脱硫塔为大塔,经除尘后的尾气从塔底进入,向上从塔顶排出,喷淋碱液从塔中上部向下喷淋,与尾气逆向接触,将其中二氧化硫及氮氧化物等酸性污染物反应吸收掉。

三级沉淀池为除尘液循环的一个重要组成部分,从除尘塔出来的携带烟尘的水进入沉淀池,在相连的三个大池中各自形成缓涡流沉淀至池底。而后最内的水池上层水可以由水泵抽至除尘塔中进行喷淋除尘,重复利用,以达到节约环保的目的。

脱硫池为脱硫液循环中的一个重要组成部分,从脱硫塔出来的吸收了污染气体的碱液进入脱硫池,在此续加入火碱(氢氧化钠与甲酸钠质量比为5:1加入,甲酸钠主要作用为防止氢氧化钠结晶析出),维持脱硫液PH为10左右。而后脱硫池内的碱性脱硫液可以由水泵抽至脱硫塔中进行喷淋脱硫脱硝,重复利用,以达到节约环保的目的。

外来水由水房经管道进入脱硫泵房,在此分管道分别供水泵电机进行冷却,冷却水可直接排入沉淀池和脱硫池中,补充因为蒸发而散失掉的水;并且其余水通过分水管进入脱硫除尘水循环中。如果需要,除尘液水管与脱硫液水管可以通过阀门导通,补充用水。外来水也有管道直接进入脱硫塔上部供喷淋使用。

②主要故障原因:除尘塔中喷淋除尘液为中性水,会少量吸附尾气中的二氧化硫及氮氧化物,从而形成酸性溶液。与塔内壁钢材长时间接触,容易发生电化学腐蚀,从而导致塔体生锈腐蚀。具体反应如下:

酸性析氢腐蚀:(无需与氧气接触)

(正极)2H+ + 2e-(电子)H2↑

(负极)Fe – 2e-Fe2+

酸性吸氧腐蚀:(尾气中含有未反应掉的氧气)

(正极)4H+ + O2 + 4e-2H2O

(负极)Fe2+ –e-Fe3+

不锈钢非但不能阻止生锈的发生,反而铁碳合金易作为电极而形成完整电池回路。

脱硫塔虽然采用碱液喷淋,但强碱性环境下,氧气更易溶于水,在钢材表面易发生吸氧腐蚀。具体反应如下:

(正极)2H2O + O2 + 4e-4OH-

(负极)Fe –3e- + 3OH-Fe(OH)3↓

两个塔的腐蚀反应在高温、亚硫酸钠及硫酸钠电解质存在下,尤其是在存在氯离子的情况下,会极易发生。接铆钉处因为其与塔体钢材不同,所以更易形成电池回路,在生锈出现裂缝后,氧气进入,会使反应加速。

建议采取措施为:Ⅰ保护电极法:远洋巨轮一般采取吃水线以下分区域均匀焊接易被氧化的小块锌板,可以保护钢材不被轻易腐蚀。

Ⅱ保护电路法:塔体内部从下向上通小额直流电,补充电子,以防止钢材腐蚀生锈。

Ⅲ同时需要保证除尘液和脱硫液严格脱氯,隔一段时间需要及时除去过多溶于其中的硫素氮素等电解质。最好保证PH可以在10左右,过低或者过高都易促进电化学腐蚀的发生。

⒁皮带上料系统:

入仓时:来料碳化料→斗式提升机→滚筒筛筛分(Ⅰ.大颗粒炭化料沿管道进入外部袋中进行回收待处理;Ⅱ.小颗粒及未被脉冲除尘器除尽的煤粉由螺旋给料机排入管道,与除尘器粉尘汇合,共同进入除尘袋中待回收利用),中等颗粒满足生产需要的炭化料,进入下方的料仓中备用(破碎炭活化车间小料仓存放能力约为100吨);

上料时:料仓→卸料器→皮带→斗式提升机→进入布料小车。

除尘器全程工作,除去粉尘。

⒂皮带下料系统:活化炉产品由料斗下料→链板输送器→滚筒冷却器→斗式提升机→料仓;料仓→皮带输送器→斗式提升机→包装车间。

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