技术领域
[0001] 本
发明涉及活性炭加工领域，具体涉及一种利用火电厂锅炉烟气制取活性炭的系统和方法。
背景技术
[0002] 活性炭材料是经过加工处理得到的无定形
碳，具有很大的
比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的
吸附能
力。活性炭材料主要包括活性炭(Activated Carbon，AC)和活性炭
纤维(Activated Carbon Fibers,ACF)等。活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂，主要是由于其具有独特的吸附表面结构特性和表面化学性能。活性炭材料的化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐
碱、耐热，不溶于
水与
有机溶剂，可以再生使用，已经广泛地应用于化工、环保、
食品加工、
冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。目前，改性活性炭材料被广泛用于污
水处理、大气污染防治等领域，在治理环境污染方面越来越显示出其诱人的美好前景。
[0003] 以
褐煤、泥煤、
烟煤、
无烟煤等制成的活性炭，外形可呈柱状、颗粒、粉末、蜂窝状、球形等形状，具有强度高、吸附速度快、吸附容量高、比表面积较大、孔隙结构发达、物理化学特性好、孔隙根据需求大小可控等特点，主要用于高端空气
净化、废气净化、高纯水处理、
废水处理、
污水处理、水族、
脱硫、水处理活性炭脱硝，可有效去除气体与液体中的杂质和污染物以及各种气体分离和提纯，还可广泛用于各种低沸点物质的吸附回收，脱臭除油等。但由于煤在炭化特别是活化工艺过程中，需要大量的高温
蒸汽或烟气，而且炭化和活化过程中产生的烟气也需要进行除尘、脱硫、脱硝处理，因此在活性炭生产过程中，存在高耗能和高污染的特点。
[0004] 近年来，在中国“三北”地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，
电网调峰与火
电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳
风电、光电、
水电及核电等新
能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。特别是冬季热电机组的热
电解耦调峰问题越来越突出。
发明内容
[0005] 针对
现有技术的不足，本发明旨在提供一种利用火电厂锅炉烟气制取活性炭的系统和方法，利用热电调峰机组的富余的电力、电站锅炉高温烟气为生产活性炭的高温及活化提供能源，实现活性炭的节能和清洁化生产，并极大提高火电厂经济效益。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种利用火电厂锅炉烟气制取活性炭的系统，包括炭化炉、活化炉和火电厂的煤储运装置；所述煤储运装置、炭化炉和活化炉依次连通；火电厂的电站锅炉为所述炭化炉和活化炉中的至少一个提供高温烟气，用于作为炭化的热源和活化的活化剂。
[0008] 进一步地，所述系统设置有烟气供给管道和烟气排出管道；所述烟气供给管道连通于所述火电厂的电站锅炉的
炉膛和排烟管道中的至少一个，用于向活化炉和炭化炉中的至少一个输送火电厂的电站锅炉的烟气；所述烟气排出管道连通于火电厂的烟气处理装置，并分别连通于所述活化炉和炭化炉中的至少一个。
[0009] 进一步地，所述活化炉还设有蒸汽输入管，火电厂的电站锅炉的主蒸汽管道和
汽轮机的抽汽管道中的至少一个连通于所述蒸汽输入管，用于将火电厂的电站锅炉的主蒸汽和汽轮机的抽汽蒸汽中的至少一种输入活化炉中。
[0010] 进一步地，所述炭化炉采用烟气不
接触煤原料或接触煤原料的任意一种方式进行炭化。
[0011] 更进一步地，采用烟气不接触煤原料的方式进行炭化的炭化炉内设有换
热管，所述换热管的一端连通于所述烟气供给管道，另一端连通于烟气排出管道。
[0012] 进一步地，所述烟气供给管道通过两个支路分别连通于火电厂的两台电站锅炉的炉膛或排烟管道，烟气供给管道和两个支路之间的交叉处设置烟气
挡板或耐高温
阀门，所述烟气挡板或耐高温阀门用于挡住烟气供给管道和两个支路中的任一个之间的通路。
[0013] 进一步地，所述系统还包括有
燃烧室，所述燃烧室的烟气引出管连通于所述烟气供给管道。
[0014] 进一步地，火电厂的电站锅炉的炉膛顶部吊装有分体设置的炭化炉或活化炉，或吊装有炭化活化一体炉，电站锅炉内的高温烟气为分体设置的炭化炉或活化炉或炭化活化一体炉提供炭化所需热源和活化所需活化剂，所述炭化炉或活化炉或所述炭化活化一体炉还可直接吸收电站锅炉的炉膛的
辐射热量。
[0015] 进一步地，所述炭化炉内设置有电加热单元，所述电加热单元所需电源来自火电厂的调峰富余电力。
[0016] 进一步地，所述系统还包括有煤预处理装置；所述煤预处理装置包括有火电厂的磨粉及制粉装置，所述磨煤及制粉装置用于将煤原料磨成
煤粉，其与所述炭化炉相连通；或，所述煤预处理装置包括有火电厂的磨粉及制粉装置和煤型化装置，所述磨煤及制粉装置用于将煤原料磨成煤粉，所述煤型化装置用于将煤粉制作成设定形状的型煤，其材料进口和材料出口分别连通于所述磨煤及制粉装置和炭化炉。
[0017] 本发明还利用上述系统进行锅炉负荷调峰方法，所述电站锅炉利用
抽取的高温烟气，减少电站锅炉的水蒸汽
蒸发量，从而减少汽轮机发电机的发电量，实现火电厂响应电网的调峰减负荷的要求。
[0018] 本发明还提供一种利用上述系统的方法，包括下列步骤：
[0019] 根据电站锅炉类型、电站锅炉的炉膛及排烟管道内烟气
温度的分布情况，选取烟气流量和温度最佳的
位置作为烟气抽气点，或直接在电站锅炉的炉膛顶部或排烟管道中烟气流量和温度最佳的位置安装所述分体设置的炭化炉或活化炉或者炭化活化一体炉；
[0020] 火电厂的煤储运装置将煤原料输送至煤预处理装置中，煤预处理装置根据活性炭产品的具体要求对煤进行预处理，将煤制成煤粉、颗粒煤或型煤；
[0021] 从电站锅炉的炉膛或排烟管道抽取最佳温度和最佳流量的高温烟气，引入炭化炉和/或活化炉；
[0022] 经过预处理后得到的煤粉、颗粒煤或型煤送入至炭化炉中，根据活性炭产品的技术要求，设定炭化炉的炉内温度及炭化速度，所述炭化炉将煤粉、颗粒煤或型煤进行干馏炭化，得到炭粉、颗粒炭或型炭；所述炭化炉副产的煤气送入电站锅炉补燃或送入燃烧室；所述炭化炉副产的焦油经过净化处理后送入焦油储罐；
[0023] 炭化后得到的炭粉、颗粒炭或型炭进入到活化炉中，同时将电站锅炉产生的高温烟气、电站锅炉的主蒸汽、汽轮机的抽汽蒸汽中的任意一种输送至活化炉中作为活化剂，炭粉、颗粒炭或型炭在活化炉中活
化成为活性炭粉、颗粒状活性炭或活性型炭；
[0024] 根据烟气温度和流量情况，炭化炉内热量不足或活化炉内活化剂的量不足时，利用煤气、燃气或燃油在燃烧室中进行燃烧，产生的高温烟气对炭化炉进行补热，或向活化炉补充活化剂；
[0025] 煤预处理装置、炭化炉、活化炉中产生的废气直接引入电站锅炉的炉膛或排烟管道中，利用火电厂的烟气处理装置进行无害化处理，而产生的废水、废液、废渣利用火电厂内的处理设施进行无害化处理。
[0026] 本发明的有益效果在于：
[0027] 1、本发明系统和方法充分利用火电厂电站锅炉烟气作为活性炭的炭化热源和活化剂，高效利用了烟气余热，降低活性炭生产工艺的能耗。
[0028] 2、可以直接利用火电厂的煤储运装置和煤制粉装置对煤原料进行预处理，节省了煤储运和制粉系统投资。
[0029] 3、炭化炉和活化炉排放的烟气直接排入火电厂锅炉，利用锅炉烟气处理系统处理烟气，减少常规炭化炉和活化炉烟气处理
费用。
[0030] 本发明系统和方法能够利用热电调峰机组的富余的电力、电站锅炉高温烟气，作为生产活性炭高温及活化环境的
能量来源，还可以直接利用电厂的煤储运装置和磨煤及制粉装置进行煤的储运和预处理，而且生产过程中产生的废气、废水、废渣，都可以利用火电厂内设施进行处理，不但实现活性炭的节能和清洁化生产，而且可以极大提高火电厂经济效益。
附图说明
[0031] 图1为本发明
实施例1中的系统结构示意图；
[0032] 图2为本发明实施例1中烟气供给管道和电站锅炉的连接示意图；
[0033] 图3为本发明实施例2中的系统结构示意图；
具体实施方式
[0034] 以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
[0035] 实施例1
[0036] 本实施例提供一种利用火电厂锅炉烟气制取活性炭的系统，如图 1所示，包括煤储运装置1、煤预处理装置2、炭化炉3和活化炉4；所述煤储运装置1、煤预处理装置2、炭化炉3和活化炉4依次连通；火电厂的电站锅炉100为所述炭化炉3和活化炉4中的至少一个提供高温烟气，用于作为炭化的热源和活化的活化剂。
[0037] 在本实施例中，所述炭化炉3和活化炉4均从火电厂的电站锅炉 100中获取高温烟气，分别作为炭化的热源和活化的活化剂。
[0038] 进一步地，所述系统设置有烟气供给管道5和烟气排出管道6；所述烟气供给管道连通于所述火电厂的电站锅炉100的炉膛和排烟管道中的至少一个，用于向活化炉4和炭化炉3中的至少一个输送火电厂的电站锅炉的烟气；所述烟气排出管道6连通于火电厂的烟气处理装置，并分别连通于所述活化炉4和炭化炉3中的至少一个。
[0039] 在本实施例中，所述烟气排出管道6上设有风机9。
[0040] 在本实施例中，所述活化炉4分别连通于所述烟气供给管道和烟气排出管道。具体地，所述烟气供给管道5和所述烟气排出管道6的一端均设有三通气体阀门，所述活化炉4的进气口和出气口分别通过管道连通于烟气供给管道5和所述烟气排出管道6上的三通气体阀门的一个端口。
[0041] 高温烟气进入活化炉4内作为活化剂，将炭化炉3中制得的炭产品高温活化得到活性炭，活化产生的废气和高温烟气释放
热能后转化得到的低温烟气通过烟气排出管道排出至火电厂的烟气处理装置。
[0042] 更进一步地，所述活化炉4还设有蒸汽输入管7，火电厂的电站锅炉100的主蒸汽管道和汽轮机的抽汽管道中的至少一个连通于所述蒸汽输入管7，用于将火电厂的电站锅炉100的主蒸汽和汽轮机的抽汽蒸汽中的至少一种输入活化炉4中。
[0043] 在本实施例中，所述炭化炉3分别连通于所述烟气供给管道5和烟气排出管道6。具体地，所述炭化炉3的进气口和出气口分别通过管道连通于烟气供给管道5和所述烟气排出管道6上的三通气体阀门的另一个端口。
[0044] 高温烟气经过烟气供给管道5进入炭化炉3内，通过直接接触或不接触的方式对炭化炉3内的经过预处理的煤原料进行干馏炭化。高温烟气释放热能后转化得到的低温烟气通过烟气排出管道排出至火电厂的烟气处理装置中。
[0045] 高温烟气直接接触炭化煤原料的方式可以是通过烟气供给管道直接将高温烟气引入至炭化炉的内部，高温烟气和炭化炉内的煤原料直接接触将其进行干馏炭化。
[0046] 而在本实施例中，采用的是不接触的方式。所述炭化炉3内设有换热管8，所述换热管8的一端连通于所述烟气供给管道5，另一端连通于烟气排出管道6。高温烟气经过烟气供给管道5进入换热管8 内，所述换热管8和所述炭化炉3内的空气进行热交换，炭化炉3内的空气转化为热空气后与煤原料直接接触对其进行炭化，高温烟气释放热能后转化得到的低温烟气通过烟气排出管道6排出至所述火电厂的烟气处理装置中。
[0047] 在本实施例中，所述炭化炉3还具有废气排出管道，所述废气排出管道连通于所述烟气排出管道6。具体地，废气排出管道可以与连通炭化炉3的出气口和烟气排出管道6的该管道进行连通。炭化过程中产生的废气通过废气排出管道排出至烟气排出管道，并送入火电厂的烟气处理装置中进行处理。
[0048] 具体地，所述炭化炉3和活化炉4可以设置于火电厂的电站锅炉 100旁空地，根据电站锅炉的位置及抽取烟气的温度，采用耐高温材料制成的烟气供给管道和烟气排出管道。
[0049] 在本实施例中，如图2所示，所述烟气供给管道5通过两个支路 9分别连通于火电厂的两台电站锅炉100的炉膛或排烟管道，烟气供给管道5和两个支路9之间的交叉处设置烟气挡板或耐高温阀门10，所述烟气挡板或耐高温阀门10用于挡住烟气供给管道5和两个支路 9中的任一个之间的通路。通过烟气挡板或耐高温阀门在烟气供给管道和两个支路之间的通路的切换，可以实现切换高温烟气的来源。
[0050] 在本实施例中，所述系统还包括有燃烧室11，所述燃烧室11的烟气引出管12连通于所述烟气供给管道5。可以以燃气、煤气或燃油作为
燃料在燃烧室11内进行燃烧，利用燃烧得到的高温烟气，在炭化炉3内的炭化温度不足时向炭化炉3进行补热或活化炉4内的活化剂的量不够时向活化炉4补充高温烟气。具体地，可以利用煤炭化过程中产生的煤气作为燃烧室的燃料，可以有效节约资源。
[0051] 进一步地，所述炭化炉内设置有电加热单元14，所述电加热单元所需电源来自火电厂的调峰富余电力。根据活性炭的产品要求可以设定炭化炉内的炭化温度要求，当炭化炉内的温度达不到炭化温度要求时，电加热单元14自动启动，开始对炭化炉内的空气进行补热，直至达到炭化温度要求时停止。
[0052] 进一步地，所述煤预处理装置2包括火电厂的磨煤及制粉装置，所述磨煤及制粉装置用于将煤原料磨成煤粉，其与所述炭化炉相连通。
[0053] 更进一步地，所述煤预处理装置还包括有煤型化装置，所述煤型化装置用于将煤粉制作成设定形状的型煤，其材料进口和材料出口分别连通于所述磨煤及制粉装置和炭化炉。
[0054] 进一步地，所述煤预处理装置2、炭化炉3和活化炉4均设有废料出口，所述废料出口连通于利用火电厂内的处理设施。煤预处理、炭化、活化过程中出现的废水、废渣等可以利用火电厂的处理设施进行处理，节约单独设置处理设施的成本。
[0055] 由于煤炭化过程中会产生副产品焦油，在本实施例中，系统设置有焦油净化处理装置15，所述焦油净化处理装置15连通于所述炭化炉3的焦油出口。焦油经焦油净化处理装置15净化处理后送入焦油储罐中存储，可以对外供给或销售。
[0056] 另外，根据活性炭的产品需要，本实施例中，所述系统还设有后处理装置16，其连通于所述活化炉4的活性炭出口。
[0057] 实施例2
[0058] 本实施例提供一种利用火电厂锅炉烟气制取活性炭的系统，其系统结构和实施例1中的系统结构基本相同，主要区别在于，如图3所示，本实施例中不在电站锅炉旁的空地上设置活化炉和炭化炉，而是在电站锅炉100的炉膛顶部吊装炭化活化一体炉13，所述炭化活化一体炉13除了可以从炉膛获取烟气作为热源进行炭化和活化，还可以直接吸收电站锅炉的炉膛的辐射热量。
[0059] 吊装设置的好处在于可以节省场地，还可以节省耐高温材料制成的各种连接管道的成本。
[0060] 除了吊装炭化活化一体炉，还可以将炭化炉和活化炉分体设置并吊装在电站锅炉的炉膛顶部。
[0061] 实施例3
[0062] 本实施例提供一种利用实施例1所述系统进行锅炉负荷调峰方法，所述电站锅炉利用抽取的高温锅炉烟气，从而减少锅炉的水蒸汽蒸发量，从而减少汽轮机发电机的发电量，实现火电厂响应电网的调峰减负荷的要求。
[0063] 实施例4
[0064] 本实施例提供一种利用实施例1所述系统的方法，包括下列步骤：
[0065] 根据电站锅炉类型，电站锅炉的炉膛及排烟管道内烟气温度的分布情况，设计最佳抽取烟气的抽气点或直接在电站锅炉炉顶及烟道最佳位置安装所述炭化炉或活化炉；
[0066] 火电厂的煤储运装置将煤输送至煤预处理装置中，煤预处理装置根据活性炭产品的具体要求对煤进行预处理，将煤制成煤粉、颗粒煤或型煤；
[0067] 从电站锅炉的炉膛或排烟管道抽取最佳温度和最佳流量的高温烟气，引入炭化炉和/或活化炉；
[0068] 经过预处理后得到的煤粉、颗粒煤或型煤送入至炭化炉中，根据活性炭产品的技术要求，设定炭化炉的炉内温度及炭化速度，所述炭化炉将煤粉、颗粒煤或型煤进行干馏炭化，得到炭粉、颗粒炭或型炭；所述炭化炉副产的煤气送入电站锅炉补燃或送入燃烧室；所述炭化炉副产的焦油经过净化处理后送入焦油储罐；
[0069] 炭化后得到的炭粉、颗粒炭或型炭进入到活化炉中，同时将电站锅炉产生的高温烟气，和/活或电站锅炉的主蒸汽，和/或汽轮机的抽汽蒸汽输送至活化炉中作为活化剂，炭粉、颗粒炭或型炭在活化炉中活化成为活性炭粉、颗粒状活性炭或活性型炭；
[0070] 根据烟气温度和流量情况，炭化炉内热量不足或活化炉内活化剂的量不足时，利用煤气、燃气或燃油在燃烧室中进行燃烧，产生的高温烟气对炭化炉进行补热，或向活化炉补充活化剂；
[0071] 煤预处理装置、炭化炉、活化炉中产生的废气直接引入电站锅炉的炉膛或排烟管道中，利用火电厂的烟气处理装置进行无害化处理，而产生的废水、废液、废渣利用火电厂内的处理设施进行无害化处理。
[0072] 对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和
变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明
权利要求的保护范围之内。
