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吉建斌

 
 
 

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煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(22)  

2017-11-22 07:23:43|  分类: 活性炭产业 |  标签: |举报 |字号 订阅

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编写:吉建斌(2004年)

三、活化装置及其特点

1、斯列普自热平衡式活化炉及其改进炉型

斯列普活化炉又称鞍式活化炉,目前已实现系列化,有年产200、300、500、700、800和1000吨活性炭等6种炉型,是我国活性炭制造业最常用的、技术最成熟的活化设备。煤质活性炭行业更多地采用500和1000吨活性炭/年生产能力的斯列普炉[3]

斯列普活化炉由活化炉主体(包括两个相邻半炉),两个蓄热室和烟囱组成。炉体由基础、支架、本体构成,方形,外墙用普通红砖砌筑,内衬耐火砖,炉芯采用28种特制异形耐火砖堆砌,炉顶设若干个加料槽并设水封系统以隔绝空气,炉膛内设置多个活化通道。炭化料分别在各个通道内自上而下缓慢移动,进行蒸汽扩散式活化作用,最后从炉底部冷却段的出料器间歇出料。

活化炉的炉底由蒸汽幕进行封闭,在炉体和炉膛之间有烟道,烟道被隔开分为上近烟道、上远烟道、中部烟道、下近烟道、下远烟道。必须使活化过程产生的煤气与设置有引风机联通的管道空气在上连烟道内充分燃烧。炉墙上亦开有适量的通风孔以向炉膛内引入适量空气辅助活化。炉壁上还设有10个人孔,利用人孔设置测温热电偶、视火孔、测压孔等。

一台斯列普活化炉有两个蓄热室,蓄热室目前多采用钢板焊制外壳,内衬硅藻土耐火砖隔热层,中心部分采用格子砖来蓄/放热,顶部采用耐热混凝土拱顶。蓄热室上部有孔道与活化炉上连烟道连接,中部设人孔,底部设蒸汽入口、废烟出口并通向烟道。

斯列普活化炉的优点是可在高温状态(850?1000)下实现自热平衡,可实现连续大规模制造活性炭,生产工艺平稳可靠。缺点是造价高,砌筑技术要求高,蒸汽消耗量大,工艺控制复杂,活化产品得率低(需消耗一部分碳质来实现自热平衡),生产周期长。

国内的专家学者曾对斯列普活化炉进行过各种程度的改进和改良[4,5],工作重点集中于以下几个方面:一是改进蓄热系统,增加换热面积,改进换热效率;二是增加废热锅炉,充分利用活化余热,降低蒸汽单位消耗量;三是对活化带的高度进行调整,并同时调整气体通道,使活化气氛均匀,同时改善气固相的有效接触时间,降低生产成本,提高活化效率;四是改进烘炉系统和烟道设计,缩短开炉时间,降低开炉成本,等等。

近年来,国内某大型活性炭制造企业的工程技术人员针对卸料器进行自动化设计和改造,使活化炉卸料器实现气动自动化,有效避免了人为因素造成的活化料质量差异。该项技术的核心内容有以下几点:一、将出料器的安装方向由传统的平行于气道方向安装改为垂直气道方向安装,使活化气氛相同或相近的产品道由同一出料器控制,从而避免了炉芯部分与靠近活化炉侧烟道部分的活化均匀度差异,而不同活化程度的物料由同一传统出料器卸出弊端,保证了活化料质量的均匀程度;三、系统可同步实现烟道、空气和蒸汽的自动切换;四、可实现多台炉连机控制(适用于生产同一种活性炭的多台炉),等等。是近几年较成功的斯列普炉改进技术,实践效果较好,据悉目前该项技术正在申报国家实用技术专利[6]

实际上自从上世纪60年代引进第一台斯列普活化炉开始,对这种炉型的消化、吸收及改进工作一直未曾停止,随着我国煤质活性炭从业人员对中国原煤特性的深刻了解,以及对活化工艺认识的逐步加深,将逐渐实现“区域性适用的专用改良型斯列普活化炉”,这种炉型可能对某一区域产地的原料及采用的工艺具极强的适用性,而对另一区域则不太适用。另外,对斯列普炉进行改进的出发点是相同的:一是降低生产成本或提高生产效率,二是获得可控的、均匀质量的活化产品。

2、回转型外热式活化炉

回转型活化炉有外热式和内热式两种,其中外热式适合于煤质活性炭的生产,内热式适合于木质活性炭生产。卧式回转型外热式连续活化炉一般直径大于1米,长度8?19米不等,外壳为钢制、圆筒形,内衬保温砖和扇形耐火砖层,以1?3%倾斜度将炉体安置于两对支撑托轮上,炉体中段设齿轮传动装置,转速 1?3rpm。炉体上端设加料口和烟道口,下端设燃烧室和出料口,燃烧室附设蒸汽加热管。燃料采用煤气、石油、煤等。

卧式回转型外热式连续活化炉的优点是操作人员劳动强度小,可连续式生产(不需要象斯列普炉那样间歇出料),由于活化所需热量大部分由外来燃料供给(少部分由活化尾气燃烧进行补充)而不需要消耗炭化料来保证炉温,故活化料产率提高;缺点是炉膛截面积的有效利用率仅18?20%,若蒸汽回用率不高时,生产成本会增加。另外,对耐火砖的砌筑要求很高,否则极易发生保温层塌落。国内已有两台这种炉型投运,用来生产柱状脱硫脱硝活性炭产品[7]

3、多段耙式/多膛式活化炉

多段耙式活化炉是欧洲、美国及日本、韩国等地区及国家的主流活化炉形式,属于外热式移动床气固相反应装置,1950年开始用于活性炭制造,几乎由美国的Nichols公司独家负责设计制造[8]

多段耙式炉的外壳体为钢制圆筒形,内壁砌耐火砖衬层,中央用耐火砖拱砌形成数段炉床(多为4~17段),在炉的中心装有伞形齿轮带动旋转的耐高温钢轴,可以0.5?2rpm转速旋转,在轴的两侧配装耙臂,臂下装有若干耙齿,轴和臂都是双层构造,通空气冷却,冷却空气从轴的内管平流过各个臂的内管,从管外返回轴的回路,成为热空气(200?260)。待活化物料由炉顶供给,在第一层炉的床板上,由于耙臂及耙齿的搅拌作用移向中心,从中心部的开孔落到第二层炉床板上,第二层搅拌齿的方向与第一层相反,将物料推向外沿,而落到第三层床板上,依次类推一直到底层炉床板,最后从底部卸料装置卸出,得到活性炭产品,加热用煤气与物料呈逆流接触,将物料加热至反应温度,也有采用燃烧部分炭化料作热源(内热式),或在某些特定炉床安装烧嘴用其它的燃气或燃油直接加热,还有另外设置燃烧室进行间接加热;但大多采用外热式,同时将出口的气体(活化反应可燃性尾气)或任意炉床段内的气体再返回至其它任意炉床段内以适当地调节温度与气氛。

耙式活化炉已实现标准化和系列化,适于制造煤质活性炭的炉型按照最大外径尺寸顺序依次为2.59米,3.05米,4.11米,4.88米,5.49米,5.94米,6.55米,和7.62米共8种,还有可用于实验的内径0.91米和1.37米两种炉型 ,具体尺寸可参考文献[8]

自1990年左右连云港海滨化工厂引进首台多段耙式活化炉以来,我国的科技工作者也在消化、吸收、仿制、改进等方面做了许多工作[9],2000年之前,工作目标集中于用耙式炉制造木质活性炭,之后才有从业者关注其用于国内煤质活性炭的制造。

我们认为多段耙式活化炉在我国煤质活性炭制造业中的成功应用需解决两个难题:一是必须彻底搞清可选国产原料(含原煤、粘合剂等)的性质,尤其是在活化时能影响活化气氛某些特性;二是依据对原料特性的彻底认识,请国外专业设计、制造公司进行度身定做。另外,先引入小型实验炉进行必要的工艺研究和探索也是必要的。

4、斯特克炭活化一体炉

斯特克炭活化一体炉系从英国引进的炉型 ,属自热平衡立式活化炉的一种,与斯列普活化炉相比,最大的特点是产品道较宽(约120mm),适合于对块度20?40mm煤块或压型煤块的炭化并活化。上层炭化带产生的可燃性气体引出炉体后,在水封槽中洗涤去除焦油雾后返回活化带配风燃烧以维持活化温度,活化带的反应、气固相接触方式、热量回收方式等与斯列普炉基本相同。

目前这种炉型主要被用于直接破碎活性炭的生产,近来又被用于大粒径圆柱状脱硫脱硝活性炭的炭活化过程。

斯特克炉自从1980年代中期引入我国至今,因种种原因一直未成为煤质活性炭制造的主流炉型 ,对其进行的技术改进似乎也一直未取得突破性的进展。

参考文献

煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(22) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客 
煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(22) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客

第九讲:煤质活性炭的后继加工

活化工序之后,活化料经提纯、破碎、筛选、磨粉、二次成型、包装等处理过程统称为后继加工。提纯工艺有物理法(如跳汰法去矸石或重料,风选分级并同时去浮灰,水洗法去漂浮及浮灰)和化学法(如单纯酸洗或碱酸联合洗涤去灰技术)两种。

本讲重点讲述化学降灰后处理技术和粉状活性炭的二次成型技术。

一、化学降灰后处理技术

1、煤质活性炭灰分的来源和组成

煤质活性炭的灰分主要来源于生产所采用的原煤本身含有的灰质成分,少量是由加工过程(如破碎、磨粉、成型等)带入的。一般来讲,原煤灰质成分总量的90%以上将会保留到最终的活性炭产品中,且原煤的灰分产率与最终活性炭的灰分产率之间存在一定的倍数关系,当采用中国常见煤种制造活性炭,且在获得活化料之前未经特殊工艺处理时,最终活性炭的灰分检出值是原煤灰量的2.5?3倍。

 

多膛炉设备系统设计、建造、安装工程以及废水深度处理回用相关业务,请联系:

关光(先生):北京北宇机械设备有限公司,18001368585

吉建斌(先生):18603463183,jzhx928@163.com

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