CN102925219A

CN102925219A - 一种循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置及使用方法

Info

Publication number: CN102925219A
Application number: CN2012104413150A
Authority: CN
Inventors: 向文国; 许长春
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN102925219B

Abstract

本发明公开了一种循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置，包括循环流化床气化炉、一级旋风分离器、二级旋风分离器、第一料腿、第二料腿、U型返料器、M型返料器、一级预热器、二级预热器、第三料腿、烟气管、转炉和电机。循环流化床气化炉与一级旋风分离器相连，一级旋风分离器与M型返料器相连，一级旋风分离器与二级旋风分离器相连，M型返料器的一侧与循环流化床气化炉相连，M型返料器的另一侧与转炉相连，二级预热器与转炉相连，一级预热器的底端连接在烟气管的内腔中。该装置利用煤气化后的灰分为原料之一来制取水泥，实现了对灰分的综合利用。同时，本发明还公开了该装置的使用方法，该方法简单易行，适合工业上推广应用。

Description

一种循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置及使用方法

技术领域

本发明涉及循环流化床煤气化排灰资源的利用，具体来说，涉及一种循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置及使用方法。

背景技术

煤气化技术是指将煤与气化剂在循环流化床中反应，从而制取粗煤气，再将粗煤气净化得到干净煤气。这一技术目前已得到了广泛的应用与发展。煤气化过程中，从清洁、高效、再循环利用的角度出发，人们对如何处理其产生的灰渣越来越重视。目前大量的灰渣往往仍处于简单堆放，任意排放的状态。处理好这些灰渣，甚至是再次利用，变废为宝就具有很大的意义和价值。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置，该装置利用煤气化后的灰分为原料之一来制取水泥，实现了对灰分的综合利用。同时，本发明还提供该循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置的使用方法，该方法简单易行，适合工业上推广应用。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置，该装置包括循环流化床气化炉、一级旋风分离器、二级旋风分离器、第一料腿、第二料腿、U型返料器、M型返料器、一级预热器、二级预热器、第三料腿、烟气管、转炉和电机，循环流化床气化炉的下端设有燃料煤入口，循环流化床气化炉的底部设有氧气和蒸汽入口，二级旋风分离器的顶端设有煤气出口，一级预热器的上端设有烟气出口，转炉的一侧设有空气入口和水泥出口；

所述的循环流化床气化炉的上部与一级旋风分离器的上部相连，一级旋风分离器的底部通过第一料腿与M型返料器的上部相连，一级旋风分离器的顶部与二级旋风分离器的上部相连，二级旋风分离器的底部与二级料腿的顶部相连，二级料腿的底部通过U型返料器与第一料腿的下部相连，M型返料器两侧设有回料管和排灰管,M型返料器的一侧通过回料管与循环流化床气化炉的下部相连，M型返料器的另一侧通过排灰管与转炉的相连，二级预热器的上部通过烟气管与转炉相连，二级预热器的底部通过第三料腿与转炉相连，二级预热器的顶部通过提升管与一级预热器的上部相连，提升管上设有制水泥原料入口；一级预热器的底端通过管道连接在烟气管的内腔中。

进一步，所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置，还包括余热锅炉发电装置，所述的一级预热器的烟气出口与余热锅炉发电装置的烟气进口相连。

一种上述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

第一步，将煤从循环流化床气化炉的燃料煤入口投入循环流化床气化炉中，同时，通过氧气和蒸汽入口，向循环流化床气化炉内通入氧气和蒸汽；煤、氧气和蒸气在循环流化床气化炉内发生气化反应，反应产物及未反应的焦炭上升进入一级旋风分离器中；

第二步，在一级旋风分离器中，部分灰分和未反应的焦炭经一级旋风分离器分离，通过第一料腿进入M型返料器中；在一级旋风分离器中无法捕捉到的灰分和未完全反应的焦炭经过一级旋风分离器顶部，由煤气化后的可燃气体夹带进入二级旋风分离器；经过二级旋风分离器分离，分离出的粗煤气从煤气出口排出，灰分和焦炭依次经过第二料腿、U型返料器汇入第一料腿中，再由第一料腿落入M型返料器中；

第三步，M型返料器将固体物料分流为两部分，其中一部分固体物料经回料管返回循环流化床气化炉内，另一部分固体物料经排灰管排入转炉中；

第四步，将石灰石和高岭土从水泥原料入口加入，经过一级预热器和二级预热器预热后，经第三料腿进入转炉中，与M型返料器排入转炉的固体物料中的灰分共同作用，制成水泥。

进一步，所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置的使用方法，所述的第四步中，向转炉的空气入口通入空气，将由M型返料器排入转炉的固体物料中的残炭燃尽，生成的高温烟气经由烟气管进入二级预热器中，烟气将石灰石和高岭土夹带进入一级预热器中；在一级预热器中，烟气分别和石灰石与高岭土进行换热，然后烟气从一级预热器的烟气出口排出，石灰石与高岭土落入烟气管中，经过转炉排出的烟气夹带进入二级预热器中；在二级预热器中，石灰石与高岭土分别和烟气进行第二次换热，随后，烟气流入一级预热器中，石灰石与高岭土经过第三料腿落入转炉中；在转炉中，燃烧残炭，为制备水泥提供热量，石灰石、高岭土以及由M型返料器排入转炉的固体物料中的灰分发生反应制成水泥熟料，水泥熟料从转炉的水泥出口排出。

进一步，所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置的使用方法，还包括第五步，将从烟气出口排出的烟气通入余热锅炉发电装置中。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）用灰分制备水泥，实现了对灰分的综合利用。煤气化后会排出粉煤灰，我国大多数粉煤灰的化学成分按照质量百分比为：40-60％SiO₂；0.5-2.5％MgO；15-40％Al₂O₃；＜2％SO₃；3-10％Fe₂O₃；＞60％SiO₂+Al₂O₃；25％CaO；1-20％的烧失物，1-6％的未燃物（属于有害部分）。将煤灰作为制水泥原料之一和石灰石（主要成分为CaCO₃）以及高岭土（Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O）一起置于水泥转炉中进行反应。高岭土发生脱水反应，脱去其中的化学结合水，脱水后变成无定形的三氧化二铝和二氧化硅Al₂O₃·2SiO₂·2H2O →Al₂O₃+2SiO₂+2H₂O。石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解：CaCO₃→CaO+CO₂；MgCO₃→MgO+CO₂。这些原料提供了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃进行固相反应，形成熟料矿物：硅酸三钙（C₃S）、硅酸二钙（C₂S）、铝酸三钙（C₃A）、铁铝酸四钙（C₄AF），这些均为水泥熟料的主要矿物，从而制得水泥。煤灰作为煤气化过程产生的副产品，得到了再次利用，提高了煤的利用率。

（2）降低了水泥生产成本，减少了生产水泥的能耗。本发明有效的解决了煤气化灰渣的排放，降低了水泥生产成本，减少了生产水泥的能耗。可以给煤气化生产企业带来新的效益，既减轻了煤气化灰分作为固体废弃物堆放、处置的环境压力，又降低了生产能耗，符合资源再利用，循环资源化的发展趋势。

（3）M型返料器的使用，使装置结构紧凑，其一侧设有回料管，另一侧设有排灰管，既实现了流化床气化炉的物料循环，又为水泥回转炉提供了原料。此外，通过调节返料器的给风量可以调节排灰量，从而进一步调控物料在循环流化床中的停留时间以及回转炉中的灰分量。

（4）两级预热器的使用，使热量交换更加充分，既预热了水泥原料石灰石和高岭土，促进水泥生成，又利用了高温烟气的热量。最终烟气的余热被余热锅炉利用产生电，实现了资源的充分有效利用。

附图说明

图1是本发明的装置的结构示意图。

图2是本发明的一种改进装置的结构示意图。

图中有：循环流化床气化炉1、一级旋风分离器2、二级旋风分离器3、第一料腿4、第二料腿5、U型返料器6、M型返料器7、一级预热器801、二级预热器802、第三料腿9、烟气管10、转炉11、电机12、余热锅炉发电装置13、燃料煤入口101、氧气和蒸汽入口102、煤气出口301、回料管701、排灰管702、烟气出口803、空气入口1101、水泥出口1102。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明的一种循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置，该装置包括循环流化床气化炉1、一级旋风分离器2、二级旋风分离器3、第一料腿4、第二料腿5、U型返料器6、M型返料器7、一级预热器801、二级预热器802、第三料腿9、烟气管10、转炉11和电机12。循环流化床气化炉1的下端设有燃料煤入口101。煤通过燃料煤入口101投入循环流化床气化炉1中。循环流化床气化炉1的底部设有氧气和蒸汽入口102。二级旋风分离器3的顶端设有煤气出口301。一级预热器801的上端设有烟气出口803。转炉11的一侧设有空气入口1101和水泥出口1102。循环流化床气化炉1的上部与一级旋风分离器2的上部相连，一级旋风分离器2的底部通过第一料腿4与M型返料器7的上部相连，一级旋风分离器2的顶部与二级旋风分离器3的上部相连，二级旋风分离器3的底部与二级料腿5的顶部相连，二级料腿5的底部通过U型返料器6与第一料腿4的下部相连，M型返料器7两侧设有回料管701和排灰管702,M型返料器7的一侧通过回料管701与循环流化床气化炉1的下部相连，M型返料器7的另一侧通过排灰管702与转炉11相连，二级预热器802的上部通过烟气管10与转炉11相连，二级预热器802的底部通过第三料腿9与转炉11相连，二级预热器802的顶部通过提升管12与一级预热器801的上部相连，提升管12上设有制水泥原料入口1201；一级预热器801的底端通过管道连接在烟气管10的内腔中。

进一步，作为一种改进方案，如图2所示，所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置，还包括余热锅炉发电装置13，所述的一级预热器的烟气出口803与余热锅炉发电装置13的烟气进口相连。余热锅炉发电装置13是现有装置，例如，清华大学出版社2010.11出版，段秋生著的<<燃气——蒸汽联合循环电站热力性能分析理论与计算>>中介绍了余热锅炉发电装置13。余热锅炉发电装置13包括余热锅炉、蒸汽轮机、发电机和凝汽器等部件。余热锅炉发电装置13利用烟气的热量在余热锅炉中产生蒸汽，蒸汽从余热锅炉进入蒸汽轮机，带动发电机发电。

上述装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步，将煤从循环流化床气化炉1的燃料煤入口101投入循环流化床气化炉1中，同时，通过氧气和蒸汽入口102，向循环流化床气化炉1内通入氧气和蒸汽；煤、氧气和蒸气在循环流化床气化炉1内发生气化反应，反应产物及未反应的焦炭上升进入一级旋风分离器2中。

在所述的第一步中，煤、氧气和蒸气在800-1200℃温度下，在循环流化床气化炉1内发生气化反应，气化反应产物包含CO₂、CO、H₂、CH₄等。气化反应后，还存留有未反应的焦炭和灰分。

第二步，在一级旋风分离器2中，部分灰分和未反应的焦炭经一级旋风分离器2分离，通过第一料腿4进入M型返料器7中；在一级旋风分离器2中，无法捕捉到的灰分和未完全反应的焦炭经过一级旋风分离器2顶部，由煤气化后的可燃气体夹带进入二级旋风分离器3；经过二级旋风分离器3分离，分离出的粗煤气从煤气出口301排出，灰分和焦炭依次经过第二料腿5、U型返料器6汇入第一料腿4中，再由第一料腿4落入M型返料器7中。

第三步，M型返料器7将固体物料分流为两部分，其中一部分固体物料经回料管701返回循环流化床气化炉1内，另一部分固体物料经排灰管702排入转炉11中。

在第三步中，经回料管701返回循环流化床气化炉1内的固体物料，继续参与气化反应。经排灰管702排入转炉11内的固体物料，用于制备水泥。

第四步，将石灰石和高岭土从水泥原料入口1201加入，经过一级预热器801和二级预热器802预热后，经第三料腿9进入转炉11中，与M型返料器7排入转炉11的固体物料中的灰分共同燃烧，制成水泥。

在所述的第四步中，向转炉11的空气入口1101通入空气，将由M型返料器7排入转炉11的固体物料中的残炭燃尽，为排灰、石灰石和高岭土烧制水泥提供热量，生成的高温烟气经由烟气管10进入二级预热器802中，烟气将石灰石和高岭土夹带进入一级预热器801中；在一级预热器801中，烟气分别和石灰石与高岭土进行换热，然后烟气从一级预热器801的烟气出口803排出，石灰石与高岭土落入烟气管10中，经过转炉11排出的烟气夹带进入二级预热器802中；在二级预热器802中，石灰石与高岭土分别和烟气进行第二次换热，随后，烟气流入一级预热器801中，石灰石与高岭土经过第三料腿9落入转炉11中；在转炉11中，燃烧残炭，为制备水泥提供热量，石灰石、高岭土以及由M型返料器7排入转炉11的固体物料中的灰分发生反应制成水泥熟料，水泥熟料从转炉11的水泥出口1102排出。

上述过程用于制备水泥。

进一步，该方法还包括第五步，烟气从烟气出口803排出后，进入余热锅炉发电装置13中。利用烟气的热量产生蒸汽，蒸汽从余热锅炉进入蒸汽轮机，带动发电机发电。该步骤用于发电。

在上述过程中，转炉11倾斜布置，且不断回转，使转炉11内的固体物料连续向转炉11的水泥出口1102方向移动。这便于水泥熟料从转炉11的水泥出口1102排出。

Claims

1.一种循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置，其特征在于，该装置包括循环流化床气化炉（1）、一级旋风分离器（2）、二级旋风分离器（3）、第一料腿（4）、第二料腿（5）、U型返料器（6）、M型返料器（7）、一级预热器（801）、二级预热器（802）、第三料腿（9）、烟气管（10）、转炉（11）和电机（12），循环流化床气化炉（1）的下端设有燃料煤入口（101），循环流化床气化炉（1）的底部设有氧气和蒸汽入口（102），二级旋风分离器（3）的顶端设有煤气出口（301），一级预热器（801）的上端设有烟气出口（803），转炉（11）的一侧设有空气入口（1101）和水泥出口（1102）；

所述的循环流化床气化炉（1）的上部与一级旋风分离器（2）的上部相连，一级旋风分离器（2）的底部通过第一料腿（4）与M型返料器（7）的上部相连，一级旋风分离器（2）的顶部与二级旋风分离器（3）的上部相连，二级旋风分离器（3）的底部与二级料腿（5）的顶部相连，二级料腿（5）的底部通过U型返料器（6）与第一料腿（4）的下部相连，M型返料器（7）两侧设有回料管（701）和排灰管（702）,M型返料器（7）的一侧通过回料管（701）与循环流化床气化炉（1）的下部相连，M型返料器（7）的另一侧通过排灰管（702）与转炉（11）的相连，二级预热器（802）的上部通过烟气管（10）与转炉（11）相连，二级预热器（802）的底部通过第三料腿（9）与转炉（11）相连，二级预热器（802）的顶部通过提升管（12）与一级预热器（801）的上部相连，提升管（12）上设有制水泥原料入口（1201）；一级预热器（801）的底端通过管道连接在烟气管（10）的内腔中。

2.按照权利要求1所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置，其特征在于，还包括余热锅炉发电装置（13），所述的一级预热器的烟气出口（803）与余热锅炉发电装置（13）的烟气进口相连。

3.一种权利要求1所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步，将煤从循环流化床气化炉（1）的燃料煤入口（101）投入循环流化床气化炉（1）中，同时，通过氧气和蒸汽入口（102），向循环流化床气化炉（1）通入氧气和蒸汽；煤、氧气和蒸气在循环流化床气化炉（1）内发生气化反应，应产物及未反应的焦炭上升进入一级旋风分离器（2）中；

第二步，在一级旋风分离器（2）中，部分灰分和未反应的焦炭经一级旋风分离器（2）分离，通过第一料腿（4）进入M型返料器（7）中；在一级旋风分离器（2）中无法捕捉到的灰分和未完全反应的焦炭经过一级旋风分离器（2）顶部，由煤气化后的气体夹带进入二级旋风分离器（3）；经过二级旋风分离器（3）分离，分离出的粗煤气从煤气出口（301）排出，灰分和焦炭依次经过第二料腿（5）、U型返料器（6）汇入第一料腿(4)中，再由第一料腿(4)落入M型返料器（7）中；

第三步，M型返料器（7）将固体物料分流为两部分，其中一部分固体物料经回料管（701）返回循环流化床气化炉（1）内，另一部分固体物料经排灰管（702）排入转炉（11）中；

第四步，将石灰石和高岭土从水泥原料入口（1201）加入，经过一级预热器（801）和二级预热器（802）预热后，经第三料腿（9）进入转炉（11）中，与M型返料器（7）排入转炉（11）的固体物料中的灰分共同作用，制成水泥。

4.根据权利要求3所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置的使用方法，其特征在于，所述的第四步中，向转炉（11）的空气入口（1101）通入空气，将由M型返料器（7）排入转炉（11）的固体物料中的残炭燃尽，生成的高温烟气经由烟气管（10）进入二级预热器（802）中，烟气将石灰石和高岭土夹带进入一级预热器（801）中；在一级预热器（801）中，烟气分别和石灰石与高岭土进行换热，然后烟气从一级预热器（801）的烟气出口（803）排出，石灰石与高岭土落入烟气管（10）中，经过转炉（11）排出的烟气夹带进入二级预热器（802）中；在二级预热器（802）中，石灰石与高岭土分别和烟气进行第二次换热，随后，烟气流入一级预热器（801）中，石灰石与高岭土经过第三料腿（9）落入转炉（11）中；在转炉（11）中，燃烧残炭，为制备水泥提供热量，石灰石、高岭土以及由M型返料器（7）排入转炉（11）的固体物料中的灰分发生反应制成水泥熟料，水泥熟料从转炉（11）的水泥出口（1102）排出。

5.根据权利要求4所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置的使用方法，其特征在于，还包括第五步，将从烟气出口（803）排出的烟气通入余热锅炉发电装置（13）中。

6.根据权利要求3所述的循环流化床煤气化排灰资源化利用的装置的使用方法，其特征在于，所述的转炉（11）倾斜布置，且不断回转，使转炉（11）内的固体物料连续向转炉（11）的水泥出（1102）方向移动。