CN105170127A - 饱和活性炭就地再生活化炉、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种饱和活性炭就地再生活化炉、系统及方法，用于污水处理厂使用过的活性炭就地再生，再生活化炉主要包括炉体、驱动装置、托轮装置和燃烧室。炉体内接入至少一个通气管，通气管外端接通一气源，气源提供助燃气体；通过通气管向炉体中引入助燃气体，以提高炉体内温度；回转式再生活化炉使用天然气、重油或其他油料提供能量。再生过程中，产生的废气由洗气塔净化后经过引风机排空。该再生活化炉可以实现污水处理厂吸附饱和活性炭的再生，再生后指标碘值≥560mg/g，亚甲蓝≥70mg/g，强度≥85％；再生得率不低于原始活性炭的90％。较传统方法实现了危废减排、节约能源等进步，可以有效降低活性炭法水处理运行成本，具有良好的社会效益和环境效益。

Description

饱和活性炭就地再生活化炉、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种饱和活性炭的就地再生技术，尤指一种可以在污水处理厂就地将活性炭再生，并返回污水处理工序继续使用的饱和活性炭就地再生活化炉、系统及方法。

背景技术

2015年，我国污水处理厂开始提标改造，污水提质的重要方法是活性炭吸附。

传统工艺中，水处理厂活性炭使用后产生的废炭成为危险废弃物，需要付出高额成本交由专业的处理商才能处理，另外还需要采购新炭，整体运行成本高，还产生废弃物危害环境，这一问题影响到污水提质工作的进展。

活性炭的再生，是指运用物理、化学或生物化学等方法对吸附饱和后失去活性的炭进行处理，恢复其吸附性能，达到重复使用目的。采用何种再生方法，主要取决于活性炭的类型和被吸附物质的性质。同时，再生炭的吸附性能要达到新炭的90％～105％，每次再生得率要达到90％以上，而强度基本不变或稍有降低，再生时炭的机械磨损和破碎少。目前，国内外对颗粒活性炭和部分粉状活性炭的再生方法主要有加热再生法、化学药剂再生、生物再生法、湿式催化氧化再生法、微波辐射再生法、电化学再生法等。

加热再生法是发展历史最长应用最广泛的一种再生方法。加热再生过程是利用吸附饱和活性炭中的吸附质能够在高温下从活性炭孔隙中解吸的特点，使吸附质在高温下解吸，从而使活性炭原来被堵的孔隙打开，恢复其吸附性能。施加高温后，分子振动能增加，改变其吸附平衡关系，使吸附质分子脱离活性炭表面进入气相。加热再生由于能够分解多种多样的吸附质而具有通用性，而且再生彻底，一直是再生方法的主流。加热再生有再生率高，再生时间短(颗粒炭30～60min，粉状炭几秒钟)等优点，但也有再生损失大(每次损失约3％～10％)，运转条件严格等缺点。

目前的加热再生生产线，类似于活性炭生产线，一般是大型生产线，使用煤粉、焦油和水为原料，安装于活性炭生产厂家，其设备成本较高，产能大，而且工艺控制条件甚多，投资较大，设备需要连续运转以保证产品稳定。而污水处理厂的废活性炭含水量很大，产生量较少，所以目前小型活性炭生产线，一般不能满足单个污水处理厂的使用过的活性炭活化回收之需求，不适合安装在一般的污水处理厂进行日常使用。而且，饱和活性炭目前被列为危废物，导致运输和处理成本很高，因此，急需开发一种可在污水处理厂安装使用，能进行就地活化回收的小型设备。

发明内容

本发明要解决现有技术中污水处理厂的饱和活性炭回收成本高的问题。主要目的是提供一种可以在污水处理厂就地将饱和活性炭再生，并返回污水处理工序继续使用的饱和活性炭就地再生活化炉、系统及方法。

本发明一实施例提供一种饱和活性炭就地再生活化炉，主要包括炉体、驱动装置、托轮装置和燃烧室；所述炉体长度方向的轴线与水平线之间具有小于5度的夹角，所述炉体具有炉尾和炉头，所述炉尾形成有进料口和出气口，所述炉头形成有进气口和出料口，所述炉尾高于所述炉头；待处理饱和活性炭从所述进料口进入所述炉体，在所述炉体内进行换热活化，所述出料口排出活化后活性炭；所述炉体内接入至少一个通气管，所述通气管外端接通一气源，所述气源提供助燃气体；通过所述通气管向所述炉体中引入助燃气体，以提高炉体内温度；所述托轮装置可活动地承托所述炉体，所述驱动装置带动所述炉体转动；所述燃烧室通过所述进气口与所述炉体连通，所述燃烧室通过所述进气口向所述炉体内供给高温气体，所述出气口排出所述炉体内废气。

根据上述构思，所述炉体具有炉壁、内部保温层和多个抄料板；所述内部保温层成型于所述炉壁内表面上；所述多个抄料板穿过所述内部保温层向所述炉体内延伸。

根据上述构思，所述炉壁内表面固定连接有多个锚固件，所述锚固件外端与所述炉壁内表面固定连接，所述锚固件内端呈弯曲状，所述内部保温层包覆所述多个锚固件。

根据上述构思，所述内部保温层依次包括反射绝热板、硅钙板、轻质浇注层和重质浇注层，所述反射绝热板结合所述炉壁内表面，所述重质浇注层位于最内侧；所述炉壁外加石棉网及保温层。

根据上述构思，所述轻质浇注层厚度为150～200mm，其中轻质浇注料是比重为1t/m³的轻质浇注料；所述重质浇注层厚度为150～300mm，其中重质浇注料是比重为2.80t/m³的重质耐火浇注料。

根据上述构思，所述炉体由炉尾至炉头依次划分为：进料室、预烘干段、再生段、补充活化段及出料室，所述进料室与预烘干段之间设置有密封结构，所述补充活化段与出料室之间设置有密封结构，所述进料室、预烘干段、再生段、补充活化段及出料室中均设置有测温装置。

根据上述构思，所述驱动装置包括驱动电机、减速机、驱动齿轮和从动齿轮，所述驱动电机及减速机固定安装于地面，所述从动齿轮安装于所述炉体外周。

本发明一实施例提供一种饱和活性炭就地再生系统，主要包括固相物料运转设备以及气相物料运转设备，其中，所述固相物料运转设备连接顺序为：脱水机、饱和料仓、输送装置、本发明所述的饱和活性炭就地再生活化炉、冷却机、输送机及再生料仓；所述气相物料运转设备连接顺序为：洗气塔及排风装置；所洗气塔连接于饱和活性炭就地再生活化炉，所述排风装置连接于所洗气塔。

根据上述构思，所述再生活化炉出气口外依次接通有燃烧器及余热锅炉，所述燃烧器燃烧从出气口出来的可燃气体，以加热所述余热锅炉，所述余热锅炉的热量供给所述脱水机。

一种饱和活性炭就地再生方法，利用如前所述的饱和活性炭就地再生系统进行，包括如下步骤：

启动所述再生活化炉，并启动所述燃烧室，所述燃烧室向所述炉体内供给高温气体，所述高温气体经所述炉头通入所述炉体内，并从所述炉尾排出炉体；

准备待处理的饱和活性炭，向所述再生活化炉中进行加料；

所述再生活化炉靠近所述进料室的前端进行加热操作，有空气加入，所述炉体靠近所述燃烧室的后端进行活化，活化作业中加入燃烧后产生的自然蒸汽，且饱和活性炭中含有水分，活化作业中不向所述炉体中加入水蒸汽。

本发明提供的上述实施例相比现有技术的有益效果在于，再生活化炉使用天然气、重油或其他油料提供能量。再生过程中，产生的废气由洗气塔净化后经过引风机排空。该设备可以实现污水处理厂吸附饱和炭的再生，再生后指标碘值≥560mg/g，亚甲蓝≥70mg/g，强度≥85％；再生得率不低于原始活性炭的90％。较传统方法实现了环保(危废减排)、节能等进步，可以有效降低活性炭法水处理运行成本，具有良好的社会效益和环境效益。

附图说明

图1为本发明实施例饱和活性炭就地再生活化炉的结构示意图。

图2为图1中沿A-A向的剖视结构示意图。

图3为图1中沿B-B向的剖视结构示意图。

图4为本发明实施例的饱和活性炭就地再生系统的基本结构框架图。

图5为本发明实施例的饱和活性炭就地再生系统的设备组成实例示意图。

图6为本发明实施例中缓存料仓的结构示意图。

附图标记说明：

1、再生活化炉；10、炉体；101、炉尾；102、炉头；103、进料室；104、预烘干段；105、再生段；106、补充活化段；107、出料室；11、摩擦密封结构；12、测温装置；13、进料口；14、出料口；15、炉壁；16、内部保温层；17、锚固件；18、抄料板；181、延长板；19、通气管；2、驱动装置；21、驱动电机；22、减速机；23、驱动齿轮；24、从动齿轮；3、托轮装置；4、燃烧室；41、燃烧器；51、脱水机；52、饱和料仓；53、输送装置；54、冷却机；55、输送机；56、再生料仓；57、洗气塔；58、排风装置；60、余热锅炉；61、缓存料仓；62、缓冲仓；63、微滤仓；64、风机；65、进料沉降室。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

参照图4所示，本发明实施例提供一种饱和活性炭就地再生系统，主要依次包括饱和料仓52、输送装置53、再生活化炉1、冷却机54、输送机55、再生料仓56和洗气塔57及排风装置58。其中的固相物料处理设备连接顺序可为：饱和料仓52、输送装置53、再生活化炉1、冷却机54、输送机55及再生料仓56。而气相通路设备连接顺序为：再生活化炉1、洗气塔57及排风装置58；脱水机51中所需热量可来自于饱和活性炭就地再生活化炉1所排出气体，以节约能源。再生活化炉1即属于固相物料处理设备，还属于气相通路设备。

再参照图5所示的实施例，还可于再生活化炉1出气口外串联接通有燃烧器59及余热锅炉60，燃烧器59燃烧从再生活化炉1出气口出来的可燃气体，以加热余热锅炉60，经过余热锅炉60后剩余的热量供给烘干机51,烘干机51可对饱和料仓52出来的饱和活性炭进行烘干处理，以减少其中水的含量。

如图1至图3所示，本发明实施例提供一种饱和活性炭就地再生活化炉，主要包括炉体10、驱动装置2、托轮装置3、燃烧室4及缓存料仓61。

炉体10是大致水平放置的筒体，炉体10轴线与水平线之间具有小于5度的夹角，本实施例中该角度可选为1.5度，炉体10长度和加工速度要求决定了倾斜角度。炉体10具有炉尾101和炉头102，炉尾101形成有进料口13，炉头102形成有出料口14，炉尾101高于炉头102。该实施例中，炉体10呈直径(外)2000mm，直径(内衬后)1500mm，长度18000mm的筒体。

炉体10由炉尾101至炉头102依次划分为：进料室103、预烘干段104、再生段105、补充活化段106及出料室107，进料室103与预烘干段104之间设置有摩擦密封结构11，补充活化段106与出料室107之间设置有摩擦密封结构11，进料室103、预烘干段104、再生段105、补充活化段106及出料室107中均设置有测温装置12。进料室103与出料室107并不会随炉体10的转动而转动，所以其与内侧炉体通过活接头密封连接。

摩擦密封结构11的实施例举例为，炉体10中间转动段的外端面设计成可磨面，进料室103与出料室107端面设计成耐磨面，进料室103与出料室107为弹簧悬吊式结构，炉体10在加热膨胀时可磨面与使耐磨面之间仍保持线接触，达到较好的密封效果。同时在实际生产中由于高温气体自出料室107进入，进料室103在生产时充满高温气体。高温气体对摩擦端也可以起到汽封作用。

炉体10内可接入至少一个通气管19，本实施例中通气管19从燃烧室4一侧在轴向上接入炉体10中，在燃烧室4与炉体10转运筒体间利用活接头进行连接。通气管19外端接通一气源，气源提供助燃气体；借此，向炉体10中引入助燃气体以提高炉体10内温度。本实施例中气源选择为大气，以向炉体10中补入空气，对炉体10中700～800度的高温气体进行助燃，快速提高炉体温度，以满足处理污水处理厂这种含水更高的饱和活性炭要求。能以比较低的成本快速提高炉体温度，并且，通气管19的通气量可通过远程阀件进行控制，通过控制进气量来控制炉体温度，以便提高活化率，减少有害气体排出。

如图2、图3所示，炉体10主要具有炉壁15、内部保温层16和多个抄料板18。炉体10的炉壁15高温端材质可选择为耐高温的不锈钢，例如304、304L、316L、304H、347H、304LN、321H、316Ti、316H、317、317L、321、310S、S31803、904L以及铁素体(409/409L、410、430、436/436L、439/439L、444)等几大常用钢种及部分特殊钢种。内部保温层16成型于炉壁15内表面上；多个抄料板18穿过内部保温层16向炉体10内延伸。炉内抄料板18从内部保温层16中穿出，并可形成多角度多维的抄料板分布，最大限度的增加接触面积，节省能源。在炉体10内高温区的不锈钢抄料板18上铺设薄层高强度耐火浇注料。

一般再生活化炉内衬设计温度为900℃左右，根据本发明的要求，炉内温度要达1200℃，耐火材料在1200℃下完全可以烧结，不能满足本发明。因此，在本发明实施中采用以下几层耐火保温复合施工。

见图2所示，炉壁15内表面固定连接有多个锚固件17，锚固件17外端与炉壁15内表面固定连接，内端呈弯曲状。锚固件17可呈Y字型。内部保温层16包覆多个锚固件17，以便牢固固定在炉壁15内表面。可采用Φ10的310S不锈钢制成锚固件，并用不锈钢焊条焊在炉壁15内表面上，间距可选择为200mm*200mm。

内部保温层16可依次包括反射绝热板、硅钙板、轻质浇注层和重质浇注层，反射绝热板结合炉壁15内表面，重质浇注层位于最内侧；炉壁15外加石棉网及装饰性保温层。具体实施例中可先在炉壁15上铺一层20mm的反射绝热板。于反射板绝热板上铺一层50mm的硅钙板(耐火度为1000℃)。在硅钙板上浇筑一层150mm厚的保温轻质浇注料，其比重为1t/m³。在轻质浇注料上面浇筑一层150mm厚的重质浇注料，采用比重为2.80t/m³的重质耐火浇注料。

本发明实施例中，一前一后两个托轮装置3可活动地承托炉体10，驱动装置2带动炉体10转动，燃烧室4在炉头102与炉体10连通；驱动装置2包括驱动电机21、减速机22、驱动齿轮23和从动齿轮24，驱动电机21、减速机22及驱动齿轮23固定安装于地面，从动齿轮24安装于炉体10外周。本发明实施例中托轮装置和驱动装置为现有技术部件，故在此不再赘述。

本发明饱和活性炭就地再生系统中选择使用的燃烧室4、燃烧器41、脱水机51、饱和料仓52、输送装置53、冷却机54、输送机55、再生料仓56、洗气塔57、排风装置58、余热锅炉60、缓存料仓61、缓冲仓62、微滤仓63、风机64及进料沉降室65均为现有技术中设备，具体细节在此不再赘述。

具体应用中，冷却机54采用软化水，软化水来自带冷却盘管的软水箱，软水箱由软水器将自来水软化后自动补水，软水冷却水来自处理水恒压供水罐。软水箱水温35℃左右，由软水泵加压送入冷却机54，冷却机54出水温度70—80℃。高温出水送入烘干机51后侧的一缓存料仓61，缓存料仓61设置有多个换热盘管(后面进行描述)，对湿炭进行初步干燥或防冻，然后回到软水箱。充分利用烟气余热和冷却水的热能，降低了能耗。部分冷却水来自提标后的水，洗涤水全部使用提标后的水。

其中，如图6所示，参照图5中所示，位于脱水机51后侧的缓存料仓61，其罐体611上除具备进料口612、出料口614和负压出气口613以外，在罐体611壁内还夹设有换热水管615。换热水管615在罐体611壁内回形排列，换热水管615的进水口616和出水口617可与炉体后侧的冷却机54连通，以便将冷却机54回收的热量，用于饱和活性炭加热沉降。

燃烧器41可使用天然气、重油或其他油料为燃料，可自带燃料与空气的比例调节装置，可进行自动控制，还具有燃料用量显示和信号输出接口。燃料流量除燃烧机现场显示外，远程控制计算机可显示瞬时量及定时自动记录瞬时量和每班累计量。

冷却机54可实现自动控制。冷却机54出料温度要求小于55℃，在线测温若超过55℃，远程控制计算机自动控制或手动调节变频软水泵的流量直至满足要求为止。

利用炉体10出来的尾气经过饱和料仓52前面的脱水机51，可以减少待处理的饱和活性炭的含水量，降低活性炭在炉内的水煤气反应损耗，节约加热能源。

活化作业中，进冷却机54的软水温度要求35℃左右，在线测温若偏离，可自动或手动调节软水冷却水管道上的电动调节阀，直至达到要求为止。

再生工艺中产生的废炭粉可进入污水处理厂的暴气池，充当活性污泥载体，不产生新的固体废弃物。炉体出来的尾气经过脱水机51后，经过洗气塔57排空，达标排放。洗气塔57产生的废水，进入污水处理工序进行处理，该工艺不产生外排污染。

利用上述实施例，燃烧室4可利用燃烧器41可向炉体10内供给高温气体，高温气体经炉头102通入炉体10内，并从炉尾101排出炉体10；待处理饱和活性炭从进料口13进入炉体10，驱动装置2带动炉体10转动，待处理饱和活性炭由炉尾101向炉尾101移动，待处理饱和活性炭在炉体10内与高温气体进行换热活化。

参照图4及图5，具体操作方法实施例中，利用上述饱和活性炭就地再生系统进行活化时，基本包括如下步骤

从污水处理厂吸附池中取出饱和活性炭，简单去附水分后，向再生活化炉1的进料室103中进行加料；

启动再生活化炉1，并启动燃烧室4，燃烧室4向炉体10内供给高温气体，高温气体经炉头102通入炉体10内，并从炉尾101排出炉体10；

再生活化炉1靠近进料室103的前端进行干馏操作，有空气加入，炉体10靠近燃烧室4的后端进行活化，活化作业中加入燃烧后产生的自然蒸汽，且饱和活性炭中含有水分，活化作业中不向炉体10中加入水蒸汽。经过再生的活性炭可以回到污水处理工序继续使用。

本发明活化实施例的特点为半干馏、半活化再生方式。炉体10前端干馏但有空气加入，后端有活化现象但加入的不是活化工艺蒸汽，而是燃烧后产生的自然蒸汽，以及炭中自带的水分，不使用额外蒸汽源。这样，炉体10上可不需要设置众多蒸汽管，大大减少设备成本。

另外，还可设置氧含量检测点设在炉尾101进料室103墙壁上，要求炉尾101氧含量不超2％，若超过，则自动调节出气口处风机64的频率减少供气量。正常生产时，当燃料用量稳定，炉头102温度达到设定温度，如炉中测温点小于设定值，且炉尾101含氧量小于2.0％，则自动调节风机64的频率加大供气量。

还可再设置至少5个测温点，分别是：炉尾101(进料室103)固定点一个；炉中转动点三个(比传统工艺多两个)；炉头102(出料室107)固定点一个。

冷却及水冷系统设有2个测温点，分别是冷却活性炭温度，安装在冷却机54出料口14；软水箱水温测温点，安装在软水箱上。

以上测温点的温度均可由现场数字显示及中控微机显示；微机还应定时自动记录。由于自动控制系统测温点多，该系统调节平稳，节约能耗。

本发明提供的上述实施例，不仅实现了废旧活性炭的减排，生产过程中不产生二次污染，利于环境保护。此外，该方案活性炭得率高，对能源综合利用水平高，能耗水平低，运行稳定。可以有效降低活性炭法水处理运行成本，经济效益好。该工艺能获得环境效益和经济效益的统一。

除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内做出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种饱和活性炭就地再生活化炉，包括炉体、驱动装置、托轮装置和燃烧室；其特征在于：

所述炉体长度方向的轴线与水平线之间具有小于5度的夹角，所述炉体具有炉尾和炉头，所述炉尾形成有进料口和出气口，所述炉头形成有进气口和出料口，所述炉尾高于所述炉头；待处理饱和活性炭从所述进料口进入所述炉体，在所述炉体内进行换热活化，所述出料口排出活化后活性炭；

所述炉体内接入至少一个通气管，所述通气管外端接通一气源，所述气源提供助燃气体；通过所述通气管向所述炉体中引入助燃气体，以提高炉体内温度；

所述托轮装置可活动地承托所述炉体，所述驱动装置带动所述炉体转动；所述燃烧室通过所述进气口与所述炉体连通，所述燃烧室通过所述进气口向所述炉体内供给高温气体，所述出气口排出所述炉体内废气。

2.如权利要求1所述的饱和活性炭就地再生活化炉，其特征在于，所述炉体具有炉壁、内部保温层和多个抄料板；所述内部保温层成型于所述炉壁内表面上；所述多个抄料板穿过所述内部保温层向所述炉体内延伸。

3.如权利要求2所述的饱和活性炭就地再生活化炉，其特征在于，所述炉壁内表面固定连接有多个锚固件，所述锚固件外端与所述炉壁内表面固定连接，所述锚固件内端呈弯曲状，所述内部保温层包覆所述多个锚固件。

4.如权利要求2所述的饱和活性炭就地再生活化炉，其特征在于，所述内部保温层依次包括反射绝热板、硅钙板、轻质浇注层和重质浇注层，所述反射绝热板结合所述炉壁内表面，所述重质浇注层位于最内侧；所述炉壁外加石棉网及保温层。

5.如权利要求4所述的饱和活性炭就地再生活化炉，其特征在于，所述轻质浇注层厚度为150～200mm，其中轻质浇注料是比重为1t/m³的轻质浇注料；所述重质浇注层厚度为150～300mm，其中重质浇注料是比重为2.80t/m³的重质耐火浇注料。

6.如权利要求1至5任一项所述的饱和活性炭就地再生活化炉，其特征在于，所述炉体由炉尾至炉头依次划分为：进料室、预烘干段、再生段、补充活化段及出料室，所述进料室与预烘干段之间设置有密封结构，所述补充活化段与出料室之间设置有密封结构，所述进料室、预烘干段、再生段、补充活化段及出料室中均设置有测温装置。

7.如权利要求1至5任一项所述的饱和活性炭就地再生活化炉，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机、减速机、驱动齿轮和从动齿轮，所述驱动电机及减速机安装于地面，所述减速机与驱动齿轮连接，所述从动齿轮安装于所述炉体外周。

8.一种饱和活性炭就地再生系统，包括固相物料运转设备以及气相物料运转设备，其中，所述固相物料运转设备包括依次连接的脱水机、饱和料仓、输送装置、如权利要求1至7任一项所述的饱和活性炭就地再生活化炉、冷却机、输送机及再生料仓；所述气相物料运转设备包括洗气塔及排风装置，所洗气塔连接于饱和活性炭就地再生活化炉，所述排风装置连接于所洗气塔。

9.如权利要求8所述的饱和活性炭就地再生系统，其特征在于，所述再生活化炉出气口外依次接通有燃烧器及余热锅炉，所述燃烧器燃烧从出气口出来的可燃气体，以加热所述余热锅炉，经过所述余热锅炉换热后的热量供给所述脱水机。

10.一种饱和活性炭就地再生方法，利用如权利要求8或9所述的饱和活性炭就地再生系统进行，包括如下步骤：

启动所述再生活化炉，并启动所述燃烧室，所述燃烧室向所述炉体内供给高温气体，所述高温气体经所述炉头通入所述炉体内，并从所述炉尾排出炉体，直到炉体达到指定温度梯度；

准备待处理的饱和活性炭，向所述再生活化炉中进行加料；

所述再生活化炉靠近所述进料室的前端进行加热操作，有空气加入，所述炉体靠近所述燃烧室的后端进行活化，由于饱和活性炭中含有水分，活化作业中利用加热后可产生自然蒸汽，故活化作业中不向所述炉体中加入水蒸汽。