本发明涉及电力环保技术领域，具体而言，涉及一种粉状活性焦的制取装置以及粉状活性焦的制取工艺。
背景技术
目前，现有技术中的锅炉组件主要用于生产颗粒状的活性焦，且该颗粒状的活性焦的直径一般在5mm至9mm之间。现有技术中，生产颗粒状活性焦的工艺复杂、成本高。由于颗粒状活性焦的尺寸较大，这样，颗粒状活性焦在吸附脱除污染物的过程中，气体分子向活性焦颗粒内部的扩散阻力大，将导致活性焦内表面利用率低。同时，现有技术中的颗粒状活性焦的制备和使用不在同一地点，因此需要进行长距离运输，导致运输成本增加。而粉状活性焦的比表面积较大，气体分子向活性焦内部的扩散阻力小，吸附so2的速率快，但是现有技术中没有制备粉状活性焦的装置。
技术实现要素：
本发明提供一种粉状活性焦的制取装置以及粉状活性焦的制取工艺，以解决现有技术中的装置无法制取粉状活性焦的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种粉状活性焦的制取装置，包括：锅炉，锅炉具有第一进料口、第二进料口、第三进料口、气体出口和落料口，锅炉包括燃烧段和制焦段，燃烧段和制焦段均沿竖直方向并列设置，燃烧段的末端与制焦段的首端连通，燃烧段的首端高于燃烧段的末端，制焦段的末端高于制焦段的首端，第一进料口设置在燃烧段首端处，第一进料口用于通入燃料，第二进料口和第三进料口均设置在制焦段的首端处，气体出口设置在制焦段的末端处，第二进料口用于通入煤粉原料，第三进料口用于向制焦段通入水蒸气，落料口位于燃烧段和制焦段的连接处。
进一步地，粉状活性焦的制取装置还包括：第一储藏仓，第一储藏仓具有第一出料口，第一出料口与第一进料口连通，第一储藏仓用于存放燃料；和/或，第二储藏仓，第二储藏仓具有第二出料口，第二出料口与第二进料口连通，第二储藏仓用于存放煤粉原料。
进一步地，粉状活性焦的制取装置还包括：第一阀，设置在第一出料口处；和/或，第二阀，设置在第二出料口处。
进一步地，粉状活性焦的制取装置还包括：第一称重机构，第一称重机构的进料端与第一出料口连通，第一称重机构的出料端与第一进料口连通；和/或，第二称重机构，第二称重机构的进料端与第二出料口连通，第二称重机构的出料端与第二进料口连通。
进一步地，粉状活性焦的制取装置还包括：分离系统，分离系统与气体出口连通，分离系统用于分离出气体中的活性焦粉。
进一步地，分离系统包括：粗分离器，粗分离器与气体出口连通，粗分离器具有粗分离器入口、第一排灰口和第一排出口，粗分离器入口与气体出口连通，粗分离器用于分离出粉状活性焦，第一排灰口用于排出粉状活性焦。
进一步地，分离系统还包括：精分离器，精分离器具有精分离器入口、第二排灰口和第二排出口，精分离器入口与第一排出口连通，第二排灰口用于排出粉状活性焦。
进一步地，粉状活性焦的制取装置还包括：冷却装置，冷却装置与第一排灰口连通，冷却装置用于冷却第一排灰口排出的粉状活性焦。
进一步地，粉状活性焦的制取装置还包括：输送机，输送机的入口与冷却装置的出口连通，输送机用于输送冷却后的活性焦。
进一步地，粉状活性焦的制取装置还包括：换热系统，换热系统与分离系统连通，分离系统排出的气体通过换热系统进行换热。
进一步地，换热系统包括：多个换热器，每个换热器均具有换热通道和加热通道，多个换热器的换热通道顺次连通，且多个换热器的换热通道均与分离系统连通，工作通道用于通入待换热的物质。
进一步地，粉状活性焦的制取装置还包括：燃烧器，设置在第一进料口处。
根据本发明的另一方面，提供了一种粉状活性焦的制取工艺，采用上述提供的粉状活性焦的制取装置，工艺包括：向第一进料口内通入粒度小于75um的煤粉；向第二进料口内通入粒度在75um至200um范围内的煤粉。
进一步地，工艺还包括：制焦段的温度控制在800℃至1000℃的范围内，氧含量控制在3％至10％的范围内，制焦段的气体流速控制在5m/s至10m/s之间，制焦段的煤粉停留时间控制在5s至10s之间。
应用本发明的技术方案，使用本发明提供的粉状活性焦的制取装置，锅炉的燃烧段产生的高温烟气将进入制焦段，制焦段的煤粉在高温烟气和水蒸气的作用下将发生热解反应，以制取粉状活性焦。因此，采用本发明提供的粉状活性焦的制取装置以及粉状活性焦的制取工艺，能够解决现有技术中的装置无法制取粉状活性焦的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例一提供的粉状活性焦的制取装置的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、锅炉；11、燃烧段；12、制焦段；13、第一进料口；14、第二进料口；15、第三进料口；16、气体出口；17、落料口；21、第一储藏仓；22、第二储藏仓；31、第一阀；32、第二阀；33、第三阀；41、第一称重机构；42、第二称重机构；51、粗分离器；52、精分离器；60、冷却装置；70、输送机；80、燃烧器；91、二次风换热器；92、制粉干燥风换热器；93、一次风换热器；101、一次风风机；102、二次风风机；103、粗煤粉送风机；104、热解气风机；111、第一锁风阀；112、第二锁风阀；113、第三锁风阀；114、第四锁风阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种粉状活性焦的制取装置，该粉状活性焦的制取装置包括锅炉10，锅炉10具有第一进料口13、第二进料口14、第三进料口15、气体出口16和落料口17。锅炉10包括燃烧段11和制焦段12，燃烧段11和制焦段12均沿竖直方向并列设置。燃烧段11的末端与制焦段12的首端连通，以便于燃烧段11产生的高温烟气进入制焦段12。燃烧段11的首端高于燃烧段11的末端，制焦段12的末端高于制焦段12的首端。第一进料口13设置在燃烧段11首端处，第一进料口13用于通入燃料以燃烧产生高温烟气，这里的燃料为细煤粉。第二进料口14和第三进料口15均设置在制焦段12的首端处，气体出口16设置在制焦段12的末端处。第二进料口14用于通入煤粉原料，这里的煤粉原料为粗煤粉，粗煤粉可以采用电厂的原煤。第三进料口15用于向制焦段12通入水蒸气。落料口17位于燃烧段11和制焦段12的连接处，以便于排出燃烧段11和制焦段12的灰渣，落料口17为锥形。
使用本发明提供的粉状活性焦的制取装置，燃烧段11内细煤粉燃烧产生的高温烟气将进入制焦段12，制焦段12的粗煤粉在高温烟气和水蒸气的作用下将发生热解反应产生热解气，热解气中携带有制备好的粉状活性焦。在热解反应里，高温烟气为热源，水蒸气为活化剂。因此，采用本发明提供的粉状活性焦的制取装置以及粉状活性焦的制取工艺，能够解决现有技术中的装置无法制取粉状活性焦的问题。本实施例中将燃烧段11和制焦段12设置为一体结构，使制焦装置结构简单，便于加工制造和使用。
同时，相比于现有技术中通过多步工艺制取颗粒状活性焦而言，本实施例中的粉状活性焦的制取装置为一步法制焦，制焦工艺简单，成本低，且制焦效率高。且采用本实施例中的粉状活性焦的制取装置能够在电厂内进行制取，不需要进行远距离运输，降低了运输成本，同时减少了活性焦的破碎率，且提高了制取量。该粉状活性焦的制取装置可以采用褐煤煤粉或烟煤煤粉作为原料，且制焦过程中无废水、固废等次生污染物产生。制取得到的粉状活性焦的比表面积大，有利于后续吸附单元对so2等污染物的快速吸附。
具体的，粉状活性焦的制取装置可以包括第一储藏仓21，第一储藏仓21具有第一出料口，第一出料口与第一进料口13连通，第一储藏仓21用于存放燃料。或者，粉状活性焦的制取装置包括第二储藏仓22，第二储藏仓22具有第二出料口，第二出料口与第二进料口14连通，第二储藏仓22用于存放煤粉原料。或者，粉状活性焦的制取装置包括第一储藏仓21和第二储藏仓22，第一储藏仓21具有第一出料口，第一出料口与第一进料口13连通，第一储藏仓21用于存放燃料，第二储藏仓22具有第二出料口，第二出料口与第二进料口14连通，第二储藏仓22用于存放煤粉原料。
由于燃料为细煤粉，煤粉原料为粗煤粉，为了便于分别存放燃料和煤粉原料，本实施例中的粉状活性焦的制取装置包括第一储藏仓21和第二储藏仓22。第一储藏仓21具有第一出料口，第一出料口与第一进料口13连通，第一储藏仓21用于存放燃料。第二储藏仓22具有第二出料口，第二出料口与第二进料口14连通，第二储藏仓22用于存放煤粉原料。采用这样的设置，能够方便地向第一进料口13补充燃料、第二进料口14补充煤粉原料，以保证锅炉10内能够产生足够的高温烟气，并进行充分的热解反应。
具体的，粉状活性焦的制取装置还可以包括第一阀31，第一阀31设置在第一出料口处。或者，粉状活性焦的制取装置还包括第二阀32，第二阀32设置在第二出料口处。或者，粉状活性焦的制取装置还包括第一阀31和第二阀32，第一阀31设置在第一出料口处，第二阀32设置在第二出料口处。
在本实施例中，粉状活性焦的制取装置还包括第一阀31和第二阀32，第一阀31设置在第一出料口处，第二阀32设置在第二出料口处。采用这样的设置，通过第一阀31能够方便地控制第一储藏仓21的出料，通过第二阀32能够方便地控制第二储藏仓22的出料，以更好地控制锅炉10内的工作状况。第一阀31和第二阀32可以均为电动插板阀。
具体的，粉状活性焦的制取装置还可以包括第一称重机构41，第一称重机构41的进料端与第一出料口连通，第一称重机构41的出料端与第一进料口13连通。或者，粉状活性焦的制取装置还包括第二称重机构42，第二称重机构42的进料端与第二出料口连通，第二称重机构42的出料端与第二进料口14连通。或者，粉状活性焦的制取装置还可以包括第一称重机构41和第二称重机构42，第一称重机构41的进料端与第一出料口连通，第一称重机构41的出料端与第一进料口13连通，第二称重机构42的进料端与第二出料口连通，第二称重机构42的出料端与第二进料口14连通。
在本实施例中，粉状活性焦的制取装置还包括第一称重机构41和第二称重机构42，第一称重机构41的进料端与第一出料口连通，第一称重机构41的出料端与第一进料口13连通，第二称重机构42的进料端与第二出料口连通，第二称重机构42的出料端与第二进料口14连通。采用这样的设置，通过第一称重机构41能够精确地控制进入第一进料口13的燃料量，通过第二称重机构42能够精确地控制进入第二进料口14的煤粉原料量，以更好地控制锅炉10内的工作状况，以便于更好地制取活性焦。本实施例中的第一称重机构41和第二称重机构42均为螺旋给料称。
为了将热解气中的粉状活性焦分离出来，本实施例中的粉状活性焦的制取装置还包括分离系统，分离系统与气体出口16连通，分离系统用于分离出气体中的活性焦粉。
为了更好地分离出合格的粉状活性焦，本实施例中的分离系统包括粗分离器51，粗分离器51与气体出口16连通，粗分离器51具有粗分离器51入口、第一排灰口和第一排出口，粗分离器51入口与气体出口16连通，粗分离器51用于分离出粉状活性焦，第一排灰口用于排出粉状活性焦。采用这样的设置，本实施例中粗分离器51主要用于分离出粒度较大的粉状活性焦，这些分离出来的粒度较大的粉状活性焦即为合格的粉状活性焦。
为了进一步将热解气中的活性焦分离出来，本实施例中的分离系统还包括精分离器52，精分离器52具有精分离器52入口、第二排灰口和第二排出口，精分离器52入口与第一排出口连通，第二排灰口用于排出粉状活性焦。具体的，精分离器52中的第二排灰口主要用于排出粒度较小的粉状活性焦以及热解气中的灰尘，这些粒度较小的粉状活性焦以及热解气中的灰尘可以通入其他装置中进行回收利用，具体的，粒度较小的粉状活性焦以及热解气中的灰尘可以被送至解析单元的焚烧炉。
为了方便地使热解气进入分离系统进行分离，本实施例中还设置有热解气风机104，以便于将热解气引入到分离系统内进行分离。在粗分离器51的第二排灰口处还设置有第三阀33和第三锁风阀113，第三阀33可以为电动插板阀，第三阀33用于控制粗分离器51内的粗煤粉的出料量。
具体的，粉状活性焦的制取装置还包括冷却装置60，冷却装置60与第一排灰口连通，冷却装置60用于冷却第一排灰口排出的粉状活性焦。采用这样的设置，通过对第一排灰口排出的粉状活性焦进行冷却，能够便于收集和运输制取出的粉状活性焦。
在本实施例中的冷却装置60为冷焦器，冷焦器由进料仓、一个或多个高效换热模组以及出料装置组成。粉状活性焦从冷焦器的顶部进入进料仓内，经进料仓均匀分配后进入高效换热模组进行换热。在整个换热过程中，焦粉在重力驱动进行流动。该冷焦器还包括料位调节装置，可以通过料位调节装置控制进料仓内粉状活性焦的高度，以使换热模组内始终充满粉状活性焦。出料装置可以通过闭环控制系统控制粉状活性焦的出料速度和温度，基于密相输送的设计能够确保粉状活性焦在换热过程中几乎无损耗。粉状活性焦经出料装置后可以从出料装置排出，在出料装置底部还设置有第四锁风阀114。
具体的，冷焦器是通过循环冷却水对粉状活性焦进行冷却，经冷焦器的冷却可以将700℃的粉状活性焦冷却至70℃，循环冷却水的进水温度为32℃，循环冷却水的出水温度为42℃。为了保证成品活性焦在输送过程中的安全性，经冷焦器冷却后应使成品活性焦的温度在40℃～80℃。
在本实施例中，粉状活性焦的制取装置还包括输送机70，输送机70的入口与冷却装置60的出口连通，输送机70用于输送冷却后的活性焦。具体的，输送机70可以为管链输送机70，通过该管链输送机70可以将粉状活性焦送至吸附单元以吸收so2气体。
为了充分利用高温热解气的热量、避免能量的浪费，本实施例中的粉状活性焦的制取装置还包括换热系统，换热系统与分离系统连通，分离系统排出的气体通过换热系统进行换热。
为了更充分地利用高温热解气的热量，本实施例中的换热系统包括多个换热器，每个换热器均具有换热通道和加热通道。多个换热器的换热通道顺次连通，且多个换热器的换热通道均与分离系统连通，这样，高温热解气将依次通入各个换热器的换热通道内进行换热。每个换热器的工作通道均为独立设置，工作通道用于通入待换热的物质，这样以对不同的待换热的物质进行换热，以便于充分利用高温热解气的热量。
在本实施例中，换热系统包括三个换热器，分别为：二次风换热器91、制粉干燥风换热器92和一次风换热器93，三个换热器可以分别用来加热进入制焦炉燃烧的二次风、制粉系统的的干燥风和进入制焦炉燃烧的一次风，实现了能量的梯级利用。具体的，从制焦段12出来的热解气将依次进入二次风换热器91、制粉干燥风换热器92和一次风换热器93。这样，经换热后700℃的高温热解气将被冷却至500℃，并由热解气风机104送入至解析单元焚烧炉。二次风为制焦炉燃烧段11的助燃风，来自解析单元的120℃的热空气经二次风换热器91换热后温度约为350℃，经二次风风机102送至燃烧段11助燃。150℃制粉干燥风为来自脱硫吸附单元的烟气，经制粉干燥风换热器92换热后温度约为260～300℃，由制粉系统的风机抽至制粉系统。一次风为燃烧段11的送煤风，环境空气经一次风换热器93换热后温度约为100℃，经一次风风机101送至燃烧器80。
本实施例中的粉状活性焦的制取装置还包括燃烧器80，燃烧器80设置在第一进料口13处。
采用本实施例提供的粉状活性焦的制取装置，既可以用烟煤来制取粉状活性焦，也可以用褐煤来制取活性焦，对制焦煤质的适应性强。用烟煤制取的活性焦硫容≥35mg/g，得焦率≥45％。用褐煤制取的活性焦硫容≥55mg/g，得焦率≥30％。制取得到的粉状活性焦的得焦率高，硫容接近或高于颗粒活性焦。
本发明实施例二提供了一种粉状活性焦的制取工艺，该工艺采用实施例中提供的粉状活性焦的制取装置。工艺包括：向第一进料口13内通入粒度小于75um的煤粉；向第二进料口14内通入粒度在75um至200um范围内的煤粉。粒度小于75um的煤粉将进入燃烧段11燃烧以便于产生高温烟气，粒度在75um至200um范围内的煤粉将进入制焦段12作为制取粉状活性焦的原料。
相应地，第一储藏仓21用于存放粒度小于75um的煤粉，第二储藏仓22用于存放粒度在75um至200um范围内的煤粉。
本实施例中在第一进料口13处还设置有一次风风机101，在第一称重机构41的末端与第一进料口13的连通管道上还设置有第一锁风阀111。这样，从第一储藏仓21出来的细煤粉将依次经过第一阀31、第一称重机构41、第一锁风阀111，并在一次风风机101的作用下，通过燃烧器80进入燃烧段11进行燃烧。进入燃烧段11燃烧的细煤粉燃烧产生高温烟气，高温烟气的温度范围在1050℃～1200℃之间，这部分高温烟气将作为制焦的热源。
本实施例中在第二称重机构42的末端与第二进料口14的连通管道上还设置有第二锁风阀112，在第二进料口14还设置有粗煤粉送风机103。采用这样的设置，从第二储藏仓22出来的粗煤粉将依次经过第二阀32、第二称重机构42、第二锁风阀112，并在粗煤粉送风机103的作用下，通过制焦段12内进行制焦。从燃烧段11产生的高温烟气将通过燃烧段11和制焦段12的连接处进入到制焦段12，并与进入制焦段12的粗煤粉接触。同时通过设置在底部的第三进料口15向制焦段12通入水蒸气，水蒸气起到活化剂和控制温度的作用。在制焦段12，粗煤粉在高温烟气中先脱除水分及挥发份，挥发份燃烧，剩余煤焦与活化介质(水蒸气、o2)反应。
为保证煤焦的活化反应的顺利进行，工艺还包括制焦段12的温度控制在800℃至1000℃的范围内，氧含量控制在3％至10％的范围内，制焦段12的气体流速控制在5m/s至10m/s之间，制焦段12的煤粉停留时间控制在5s至10s之间。
优选的，可以将制焦段12的平均温度控制在850～900℃，氧气含量控制在6％～8％，这样从制焦段12气体出口16出来的热解气温度将在700～750℃。为了避免焦油析出，热解气经换热冷却后的温度为350℃～450℃。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。