一种制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统和方法
阅读说明：本技术 一种制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统和方法 (System and method for preparing activated carbon tail gas coupled biomass direct-fired denitration ) 是由 朱传强 孙亭亭 茹晋波 谢兴旺 孙丽娟 刘洋 于 2019-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统和方法,所述系统包括：炭化炉,用于对原料进行炭化反应,并产生炭化料和初始高温热解气；活化炉,用于对所述炭化料进行活化反应,并产生剩余气化气；二燃室,用于通过第一管路接收所述炭化炉产生的初始高温热解气,以及通过第二管路接收所述活化炉产生的剩余气化气,以进行燃烧；生物质焚烧炉,用于通过尾气管路接收所述二燃室和/或所述炭化炉所产生的尾气,以用于进行脱硝反应。本发明提供的系统和方法将活性炭制备炭化、活化过程中产生各种未燃尽尾气通入生物质焚烧炉中,与生物质焚烧产生的氮氧化物发生反应,达到脱除氮氧化物的目的,同时能够对活性炭制备的尾气实现高效清洁利用。(the invention provides a system and a method for preparing activated carbon tail gas coupled biomass direct-fired denitration, wherein the system comprises: the carbonization furnace is used for carrying out carbonization reaction on the raw materials and generating a carbonized material and initial high-temperature pyrolysis gas; the activation furnace is used for carrying out activation reaction on the carbonized material and generating residual gasified gas; the second combustion chamber is used for receiving the initial high-temperature pyrolysis gas generated by the carbonization furnace through a first pipeline and receiving the residual gasification gas generated by the activation furnace through a second pipeline so as to perform combustion; and the biomass incinerator is used for receiving the tail gas generated by the secondary combustion chamber and/or the carbonization furnace through a tail gas pipeline so as to perform denitration reaction. The system and the method provided by the invention introduce various unburned tail gases generated in the carbonization and activation processes of the preparation of the activated carbon into the biomass incinerator to react with nitric oxide generated by the incineration of the biomass, thereby achieving the purpose of removing the nitric oxide and realizing efficient clean utilization of the tail gas prepared from the activated carbon.)
技术领域
本发明涉及生物质发电与活性炭制备领域，特别涉及一种制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的方法。
背景技术
目前大规模生产活性炭主要采用物理活化法，原料首先在炭化炉中经过炭化后生成炭化料，炭化料随后进入活化炉中，在高温下与水蒸气、CO2、空气或烟道气等活化气体接触，进行活化反应制得活性炭。在活性炭制备过程中，存在着环境污染严重，能耗大，资源利用不充分的特点。尤其是随着环保要求越来越严格，部分生产企业因生产过程粗放，灰尘废气等污染严重，面临淘汰的困境。
与此同时，生物质直燃电厂脱硝因SNCR脱硝效率中等，不能满足NOx低于100mg/m3的要求，SCR工艺中催化剂易中毒失效，一直成为提标改造的瓶颈。
如上所述，活性炭制备和生物质直燃工艺中分别存在着一定的问题，但在此之前不存在将制备活性炭尾气与生物质直燃脱硝相耦合的先例。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在
具体实施方式
部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提供一种制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统，所述系统包括：
炭化炉，用于对原料进行炭化反应，并产生炭化料和初始高温热解气；
活化炉，用于对所述炭化料进行活化反应，并产生剩余气化气；
二燃室，用于通过第一管路接收所述炭化炉产生的初始高温热解气，以及通过第二管路接收所述活化炉产生的剩余气化气，以进行燃烧；
生物质焚烧炉，用于通过尾气管路接收所述二燃室和/或所述炭化炉所产生的尾气，以用于进行脱硝反应。
在一个实施例中，所述系统还包括：
第三管路，用于将二燃室中燃烧产生的部分热量输送到所述炭化炉，以为所述炭化炉提供运行所需的热量。
在一个实施例中，所述尾气管路依次包括：
连接所述二燃室的第四管路和连接所述炭化炉的第五管路；
分别连接所述第四管路和所述第五管路的第六管路，所述第四管路和所述第五管路中的尾气在所述第六管路中混合；以及
用于将第六管路中的尾气分解为若干支路的多个第七管路，所述第七管路末端设有喷枪。
在一个实施例中，所述第七管路分三层布置。
在一个实施例中，所述尾气包括甲烷、氢气、CO、水蒸气和/或焦油。
在一个实施例中，所述尾气喷入的位置位于二次风上端。
在一个实施例中，所述尾气进入炉膛的喷吹角度为0°～89°。
在一个实施例中，所述生物质焚烧炉用于进行包括再燃脱硝、残炭还原和水蒸气脱硝的所述脱硝反应。
在一个实施例中，所述喷枪及各个管路上配置有阀门。
本发明另一方面提供一种制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的方法，所述方法包括：
在炭化炉中对原料进行炭化反应，并产生炭化料和初始高温热解气；
在活化炉中对所述炭化料进行活化反应，并产生剩余气化气；
在二燃室中，通过第一管路接收所述炭化炉产生的初始高温热解气，并通过第二管路接收所述活化炉产生的剩余气化气，以进行燃烧；
将所述二燃室和/或所述炭化炉所产生的尾气通入生物质焚烧炉中，以进行脱硝反应。
本发明提供的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统和方法将活性炭制备炭化、活化过程中产生各种未燃尽尾气通入生物质焚烧炉中，与生物质焚烧产生的氮氧化物发生反应，达到脱除氮氧化物的目的，同时能够对活性炭制备的尾气实现高效清洁利用。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为本发明的一个实施例的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的方法的流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和/或结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。
活性炭制备过程中，存在着环境污染严重，能耗大，资源利用不充分的特点，同时，生物质直燃电厂脱硝也存在着脱硝效率低，催化剂易中毒等问题。
基于此，本发明实施例提供一种新型的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统和方法，将活性炭制备工艺与生物质直燃电厂耦合，将活性炭制备过程中产生的未燃尽的热解气、活化气等通入生物质炉膛，实现再燃脱硝的目的，既解决了活性炭制备过程的污染问题，又解决了生物质脱硝的难题。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
下面结合图1对发明实施例的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统做进一步的说明。
如图1所示，所述系统包括：炭化炉101，用于对原料进行炭化反应，并产生炭化料和初始高温热解气；活化炉102，用于对所述炭化料进行活化反应，并产生剩余气化气；二燃室103，用于通过第一管路11接收所述炭化炉101产生的初始高温热解气，以及通过第二管路12接收所述活化炉102产生的剩余气化气，以进行燃烧；以及生物质焚烧炉104，用于通过尾气管路接收所述二燃室103和所述炭化炉101所产生的尾气以用于进行脱硝反应。本发明实施例的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统将活性炭制备系统与生物质直燃系统相耦合，将制备活性炭的尾气通入生物质焚烧炉中，既解决了活性炭制备过程的污染问题，又解决了生物质脱硝的难题。
具体地，炭化炉101配置为使生物质原料在高温烟气的加热下发生热解反应产生炭化料和含焦油的初始高温热解气。其中，所述原料可以是生物质原料。生物质原料炭化会形成炭化料、水、焦油和气体，并且由于炭化炉内温度较高，水、焦油和气体组成了高热值的高温热解气。在本实施例中，该含焦油的高热值热解气通过第一管路11导入二燃室103中进行燃烧，产生高温烟气，所产生的部分高温烟气通过第三管路13进入炭化炉101中，为原料的炭化提供热源，这样一方面通过燃烧实现了炭化过程中产生的焦油等产品的处理，避免污染环境，另一方面，利用热解气燃烧产生的高温烟气作为炭化热源，实现了自热式炭化，无需外部能量补充。
在一个实施例中，炭化炉101可以采用套筒式结构，其包括嵌套设置的内筒和外筒，在外筒的外壁上设置有保温层以阻止炭化炉101内的热量损失；在所述内筒中设置有螺旋叶片，用于搅拌和推进进入内筒中的生物质原料，从而加强生物质原料的混合和传热。
活化炉102配置为使所述炭化炉101中产生的炭化料在过热水蒸气作用下发生活化反应，产生活性炭和气化气。具体地，首先，炭化炉101中产生的炭化料和余热锅炉中产生的过热水蒸气进入活化炉102中；然后，在活化炉中炭化料与水蒸气/CO2发生气化反应，同时剩余的炭化料在气化造孔反应中形成活性炭。
示例性地，活化炉102中产生的活性炭通过活化炉出料口排出，在自身重力作用下进入活性炭冷却器中，剩余尾气和水蒸气通过第二管路12进入二燃室103。
示例性地，炭化炉101与活化炉102之间设置有螺旋进料器，用于将炭化炉101中产生的炭化料输送至活化炉102中，其设置在炭化炉101的出料口和活化炉102的进料口之间，炭化炉101中产生的炭化料被螺旋叶片推至炭化炉101出料口后，在自身重力作用下落入螺旋进料器，然后被螺旋进料器推送至活化炉102中。
炭化炉101产生的初始高温热解气通过第一管路11进入二燃室103，活化炉102产生的剩余气化气通过第二管路12进入二燃室103。示例性地，为了防止热解气中的水和焦油冷凝，第一管路11的管壁上设置有保温层。二燃室103配置为利用炭化炉101中产生的含焦油的高热值的初始高温热解气和活化炉102通过活化气自热运行后产生的尾气和水蒸气产生高温烟气。二燃室103可以采用各种合适的结构和配置。外部空气通过空气入口进入二燃室103内，为热解气的燃烧提供充分的氧气。热解气和空气在二燃室103内充分燃烧，产生高温烟气。
在一个实施例中，所述系统还包括第三管路13，用于将二燃室103燃烧后的热量输送到所述炭化炉101，以为所述炭化炉101提供运行所需的热量。示例性地，二燃室103内产生的高温烟气通过第三管路13进入炭化炉101内筒和外筒之间的腔室，并且通过内筒筒壁的传热实现对生物质原料的加热，从而无需外部额外加热，实现了自热热解，换热后的气体由第五管路15排出炭化炉101，其温度一般为200℃。
所述二燃室103和所述炭化炉101所产生的尾气通过尾气管路进入生物质焚烧炉104中，以用于进行脱硝反应。所述生物质焚烧炉104包括水冷振动炉排炉或循环流化床焚烧炉等各种生物质焚烧设备。最终通入生物质焚烧炉104的尾气中包括来自二燃室103和炭化炉101的甲烷、氢气、CO、水蒸气和/或焦油等。尾气进入炉内后与炉内烟气中的NOx发生脱硝反应，将其还原为N2。
如图1所示，所述尾气管路依次包括：用于导出所述二燃室103产生的尾气的第四管路14、用于导出所述炭化炉101产生的尾气的第五管路15、用于混合所述第四管路14和第五管路15中尾气的第六管路16、以及用于将第六管路16中的尾气分解为若干支路的多个第七管路17。来自二燃室103的尾气和来自炭化炉101的尾气在第六管路16中混合，并通过第七管路17在多个合适的位置处分布式地喷入生物质焚烧炉104。
具体地，多个第七管路17的末端设置在不同高度上，以将所述尾气分层喷入生物质焚烧炉104。在一个实施例中，所述尾气分三层喷入所述生物质焚烧炉，即第七管路17分三层布置。第七管路17的末端设置有喷枪，通过优化合理布置其喷射位置和喷射角度，可以使尾气高效地喷入生物质焚烧炉104的炉膛，实现与生物质焚烧炉104炉膛中烟气的充分混合，从而提高脱硝反应的效率。
较佳地，第七管路17的末端布置在二次风上端，借助二次风对烟气实现扰流，使NOx分布相对均匀。在一个实施例中，在二次风喷入口上端5cm、10cm及15cm附近分三层布置喷口，其脱硝反应效果较好。进一步地，喷枪与炉墙之间成一定的角度，保证热解气与高温烟气充分混合，在一个较佳的实施例中，所述尾气进入炉膛的喷吹角度为0°～89°。
示例性地，所述脱硝反应为包括再燃脱硝、残炭还原和水蒸气脱硝的三重脱硝技术。
示例性地，喷枪及各个管路上均配置有阀门，从而可以根据炉内工况的变化适时调整尾气流量，选择不同的喷射入口，控制喷射速度，按照合理的比例将尾气喷进生物质焚烧炉104，保证最佳的脱硝效率。
本实施例的用于活性炭制备耦合合成气发电的系统的工艺流程为：炭化炉热解原料得到的初始高温热解气(包含焦油)等，进入二燃室进行部分燃烧，活化炉通过活化气自热运行后，剩余微量的尾气和水蒸气通过第二管路12进入二燃室燃烧，燃烧后热量一部分通过第三管路13输送后用于炭化炉正常的运行所需热量，其经过炭化炉换热后，由第五管路15排出炭化炉，其温度一般为200℃，剩余部分直接通过第四管路14进行输送，在炭化炉末端与第四管路14排出的尾气进行混合，通过第六管路16混合后输送至生物质焚烧炉，并通过第七管路17在二次风入口上方喷入生物质焚烧炉，在炉内尾气与烟气中NOx发生还原反应，将其还原为N2。
经实验证明，根据本发明实施例的脱硝反应效率高，节能减排降耗增效效果明显，可实现自动控制。具体地，基于130t/h生物质直燃耦合5t/d木片制活性炭工艺，将炭化产生的热解气喷射进生物质炉膛，其中，喷口位于二次风上端5cm处，喷射口角度为10°，于前墙处设6支喷管，左右侧墙处各2支喷管，喷管流量通过球阀控制，管径为DN40，最终测得NOx从初始值400mg/Nm3降至150mg/Nm3，脱硝效率高达62.5％。
根据本发明实施例的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统将活性炭制备炭化、活化过程中产生各种未燃尽尾气通入生物质焚烧炉中，与生物质焚烧产生的氮氧化物发生反应，达到脱除氮氧化物的目的，同时能够对活性炭制备的尾气实现高效清洁利用。
下面结合图2对发明实施例的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的方法200做进一步的说明。
如图2所示，在步骤201，在炭化炉中对原料进行炭化反应，并产生炭化料和初始高温热解气；
在步骤202，在活化炉中对所述炭化料进行活化反应，并产生剩余气化气；
在步骤203，在二燃室中，通过第一管路接收所述炭化炉产生的初始高温热解气，并通过第二管路接收所述活化炉产生的剩余气化气，以进行燃烧；
在步骤204，在生物质焚烧炉中接收所述二燃室和所述炭化炉所产生的尾气，并进行脱硝反应。
所述制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的方法200可以在上述的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统中实现，其各步骤的具体细节可参见上文，在此不再赘述。
根据本发明实施例的制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的方法将活性炭制备炭化、活化过程中产生各种未燃尽尾气通入生物质焚烧炉中，与生物质焚烧产生的氮氧化物发生反应，达到脱除氮氧化物的目的，同时能够对活性炭制备的尾气实现高效清洁利用。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。