CN107434985A - 一种流化床气化炉飞灰与灰渣的处理***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化床气化炉飞灰与灰渣的处理***和方法，包括合成气处理***，还包括安装在所述流化床气化炉下部并与其出渣口连接的熔融池，所述合成气处理***的飞灰出口通过飞灰返炉管路连接流化床气化炉或熔融池形成飞灰返炉***。该处理方法利用处理***，将流化床气化炉产生的灰渣直接落入熔融池内，产生的飞灰通过飞灰返炉***处理后送入熔融池内，在高温气体和氧气的作用下，飞灰中的残碳和灰渣充分燃烧，形成熔融体。本发明的处理***和方法，将流化床气化炉产生的工业废弃物飞灰与灰渣转化为生产矿渣棉的原料，变废为宝，使废物变成了资源，具有良好的环境效益，而且能够降低矿渣棉的生产成本，并将产生巨大的经济效益。

Description

一种流化床气化炉飞灰与灰渣的处理***和方法

技术领域

本发明属于加工工程技术领域，主要涉及煤炭气化、固体工业废弃物处理，尤其涉及流化床气化炉飞灰与灰渣的资源化处理。

背景技术

目前，在国内煤气化领域中，主要用流化床气化炉来气化碎煤，碎煤进入气化炉后，在气化剂的作用下，流化呈沸腾状态，传质、传热效果好，快速完成燃烧、热解、生成合成气等复杂的物理和化学过程，生产出合成气或工业燃气。

虽然流化床气化炉在气化高活性、低阶煤种方面，具有其它煤气化技术不可比拟的优势，但流化床气化炉也会产生大量的灰渣和飞灰中，特别是合成气中的飞灰，通常经合成气处理***处理后直接排放，但是，飞灰中中含有大量的残碳，残碳量甚至超过30％，这不仅造成了流化床气化炉气化效率低下，更为严重的是高残碳量的飞灰会造成严重的环境污染，使流化床气化炉的使用单位面临日益严重的环保压力，生存困难，也极大地限制了流化床气化炉的应用与发展。

目前，公开号为CN204569854U的实用新型专利提出了一种流化床气化炉，该流化床气化炉能够使灰渣液态化、玻璃体化，从而解决灰渣的排放问题，但是不能处理飞灰及其中的残碳。现有的气化技术领域和环保技术领域也为处理高残碳量的飞灰做过诸多尝试，如将飞灰作为流化床气化炉的辅助燃料或作为陶粒生产的原料，等等，但是，由于流化床气化炉飞灰中残碳的碳原子排列发生了改变，以上方法均不能使残碳燃烧完全，也就不能有效处理高残碳量的飞灰。

另有一篇公开号为CN103450946A的专利申请公开了一种用于有独立燃烧室的流化床气化反应方法的装置，该装置设置一燃烧室，用来燃烧飞灰中的残碳和灰渣。但是燃烧室与流化床气化炉是分开设置的，使用时，需要将灰渣从气化炉中取出，再送入燃烧室，既会造成能量损失，又增加改造成本，燃烧后燃烧室产生的高温气体必须经冷却后才能进入气化炉，进一步增加能量消耗和生产成本。此外，该燃烧室只加入空气或氧气助燃，很难将飞灰中的残碳反应完全，并且最终燃烧室会产生大量的固态灰渣，仍然是工业固体废物，需进一步处理，不能直接排放。

因此，目前国内外还没有一种能够有效处理流化床气化炉飞灰及其中的残碳，同时还能将其与灰渣一起资源化利用的技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种能够同时处理流化床气化炉中飞灰和灰渣的***，包括合成气处理***，还包括安装在所述流化床气化炉下部并与其出渣口连接的熔融池，所述合成气处理***的飞灰出口通过飞灰返炉管路连接流化床气化炉或熔融池形成飞灰返炉***。

所述熔融池由池壁和池壁围成的用来盛装熔融体的容置空间构成，熔融池上部敞口用来收集灰渣，在池壁上部位置设有用来接收飞灰的开孔，下部位置设有熔融体排出口，底部安装有导电底电极，池壁上设有用来安装高温气体供气管和氧气供气管的供气管安装孔。

所述熔融池的池壁由钢制的水冷壳体和耐火材料衬里制成。

所述供气管安装孔为多个，均布在池壁上，最好对称设置，供气管安装孔中安装有供气管，所述供气管为套管，中间为高温气体供气管，***为氧气供气管，高温气体供气管与氧气供气管之间有环形间隙通道，供气管的气体出口均朝向熔融池的容置空间。

所述氧气供气管供给的是氧气或富氧空气；所述高温气体供气管供给的是高温气体，所述高温气体是运用转移弧等离子发生器、非转移弧等离子发生器或交/直流电弧产生的，或运用燃气燃烧器、燃煤燃烧器或燃油燃烧器产生的。

所述合成气处理***包括旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器，旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器之间通过合成气出口和入口依次连接，旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器的飞灰出口分别与所述飞灰返炉管路连接，飞灰返炉管路与熔融池的开孔相连。

所述合成气处理***还包括设在流化床气化炉和所述旋风分离器之间的一级旋风分离器，一级旋风分离器的入口与流化床气化炉的合成气兼飞灰出口相连，其顶端的合成气出口与旋风分离器的入口相连，底端的飞灰出口连接流化床气化炉。

还包括与熔融池的熔融体排出口连接的矿渣棉生产装置。

第二方面，本发明提供一种能够同时处理流化床气化炉中飞灰和灰渣的方法，使用上述处理***，将流化床气化炉产生的灰渣直接落入熔融池内，产生的飞灰通过飞灰返炉***处理后送入熔融池内，在高温气体和氧气(或富氧空气)的作用下，飞灰中的残碳和灰渣充分燃烧，形成熔融体；

优选的，包括以下具体步骤：

1)、启动流化床气化炉，煤被气化产生合成气、飞灰和灰渣；

2)、灰渣落入熔融池内，合成气和飞灰依次经过旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器使合成气和飞灰分离，合成气进入合成气收集装置，飞灰由飞灰返炉管道在飞灰螺旋输送机的驱动下送入熔融池；优选的，合成气和飞灰先经过一级旋风分离器预分离，预分离后的合成气依次经过旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器使合成气和飞灰分离，预分离后的飞灰返回流化床气化炉再次燃烧；

3)、启动高温气体供气管和氧气供气管，向熔融池内喷入高温气体和氧气(或富氧空气)；

4)、在高温气体和氧气(或富氧空气)的共同作用下，飞灰中的残碳和灰渣充分燃烧，得到熔融体；

更优选，对步骤4)得到的熔融体作为原料与其它矿渣棉原料一起通过熔融体排出口排至矿渣棉生产装置中，制备矿渣棉。

第三方面，本发明提供一种矿渣棉，是由上述处理方法得到的熔融体作为原料制备得到。

与现有技术相比，本发明提出的流化床气化炉飞灰与灰渣的处理***和方法，将流化床气化炉产生的工业废弃物飞灰与灰渣转化为生产矿渣棉的原料，变废为宝，使废物变成了资源，不仅解决了危及相关企业生存的巨大环保压力的问题，具有良好的环境效益，而且能够降低矿渣棉的生产成本，并将产生巨大的经济效益。

附图说明

图1所示为本发明流化床气化炉飞灰与灰渣的处理***组成示意图；

图2所示为本发明处理***中熔融池的结构示意图；

图3所示为本发明处理***中高温气体供气管与氧气供气管的安装示意图。

图中附图标记表示为：

1-流化床气化炉；21-一级旋风分离器；2-旋风分离器；3-废热锅炉；4-布袋式除尘器；5-飞灰返炉管道；6-飞灰螺旋输送机；7-熔融池；8-高温气体供气管；9-氧气供气管；10-矿渣棉生产装置；11-壳体；12-保温隔热材料层；13-耐火材料层；14-熔融体排出口；15-导电底电极；16-环形间隙通道；17-开口；18-供气管安装孔。

具体实施方式

本发明提出了一种流化床气化炉飞灰与灰渣的处理***和方法，通过飞灰返炉***，将流化床气化炉的高残碳量飞灰送入到安装在流化床气化炉下部的熔融池，在熔融池内，流化床气化炉上部落下的灰渣与高残碳量的飞灰，在熔融池中通入的高温气体与氧气(或富氧空气)的共同作用下，使飞灰中的残碳得到完全燃烧，飞灰与灰渣熔化为熔融体，熔融体的成分与矿渣棉原料成分接近，向熔融体中加入矿渣棉其它原料，然后通过熔融体排出口排出后，落入矿渣棉制备***中，在高速离心力和高压风机提供的高速气流作用下，完成熔融体纤维化，经后续矿渣棉的制备***和工艺，生产出符合标准的矿渣棉产品。

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。但这些实施例绝非对本发明进行限制。

本发明提供一种流化床气化炉飞灰与灰渣资源化处理的方法和***。如图1-3所示，该处理***包括安装在流化床气化炉下部的熔融池7、飞灰返炉***和矿渣棉生产装置10。其中，飞灰返炉***包括飞灰返炉管道5和合成气处理***。合成气处理***包括旋风分离器2、废热锅炉3、布袋式除尘器4等，飞灰返炉管道5分别与旋风分离器2、废热锅炉3、布袋式除尘器4等的飞灰出口连接。熔融池7经飞灰螺旋输送机6通过飞灰返炉管道5与合成气处理***相连接，并将飞灰送入熔融池7内。矿渣棉生产装置10安装在熔融池7上设的熔融体排出口14的下游。熔融池7上安装有高温气体供气管8和氧气供气管9。

流化床气化炉1的合成气兼飞灰出口与一级旋风分离器21入口相连，对合成气进行预分离，一级旋风分离器21的合成气出口与旋风分离器2的入口相连接，旋风分离器2的合成气出口与废热锅炉3的入口相连接，废热锅炉3的合成气出口与布袋式除尘器4的入口相连接，最终，布袋式除尘器4的合成气出口连接合成气收集装置(图中未示出)。一级旋风分离器21的飞灰出口与流化床气化炉1相连，将收集到的飞灰返回流化床气化炉再次燃烧；而旋风分离器2、废热锅炉3和布袋式除尘器4的飞灰出口均连接在飞灰返炉管路5上，再通过飞灰螺旋输送机6与熔融池7的开口17相连。流化床气化炉1产生的合成气与飞灰依次经一级旋风分离器21、旋风分离器2、废热锅炉3和布袋式除尘器4的处理，将合成气所携带的飞灰去除，旋风分离器2、废热锅炉3和布袋式除尘器4收集的飞灰经飞灰返炉管路5，在飞灰螺旋输送机6的作用下送入熔融池7，一级旋风分离器21收集的飞灰返回流化床气化炉1再次燃烧，净化后的合成气送入合成气收集装置。

飞灰返炉管道5可以是装有耐火材料的钢管，也可以是外敷保温隔热材料的耐热钢管(要求耐温1000℃，内部光滑)，通过法兰与旋风分离器2、废热锅炉3及布袋式除尘器4等积有飞灰的设备连接，在飞灰螺旋输送机6的作用下，将飞灰送入熔融池7中，飞灰螺旋输送机6也可以是气体吹送管。

熔融池7为飞灰与灰渣储存、燃烧、熔融的关键装置，与流化床气化炉炉膛一体设置。熔渣池7的池壁由钢制的水冷壳体11和耐火材料衬里制成，池壁围成一容置空间，用来盛装熔融体。池壁的水冷壳体11采用水冷夹套形式，夹套内通入去离子水进行冷却。池壁的耐火材料衬里包括位于内层的耐火材料层13和位于外层的保温隔热材料层12。

熔融池7上部设有与飞灰返炉管道5连接的开孔17，用来接收返炉的飞灰。熔融池7侧壁上设有2-6个供气管安装孔18，用来安装高温气体供气管8和氧气供气管9。熔融池7下部设有用于熔融体排出的熔融体排出口14，底部还安装有导电底电极15。在熔融体排出口14下游设有矿渣棉生产装置10。

氧气供气管9设在熔融池7侧壁上的供气管安装孔18内，为水冷夹套冷却管，中间套装有高温气体供气管8，二者之间留有环形间隙通道16，供氧气供气管9内的氧气或富氧空气高速流过。

高温气体供气管8是能产生高温气体的等离子体发生器(如转移弧等离子体发生器或非转移弧等离子体发生器)、交流电弧或直流电弧、燃气燃烧器、燃煤燃烧器或燃油燃烧器。

氧气供气管9和高温气体供气管8在熔融池7的侧壁上对称布置，气体出口(即喷嘴)朝向熔融池7的容置空间，功率和数量可以根据灰渣和飞灰处理量和处理温度进行调整。

矿渣棉生产装置10采用成熟的矿渣棉生产设备和制棉工艺，用于将熔融池中的熔融体及其它制备矿渣棉所需的原料加工成矿渣棉，制棉所需熔体来自熔融池排出的飞灰与灰渣组成的熔融体，制棉所需蒸汽来自于气化炉副产物蒸汽，制棉固化炉所需热气体来自气化炉空气预热器，只需根据熔融池7中熔融体的量，选购相应生产能力的设备。

利用本发明的处理***处理流化床气化炉飞灰与灰渣的方法，包括以下具体步骤：

1)、启动流化床气化炉1，煤被气化产生合成气，同时产生飞灰和灰渣；

2)、灰渣落入熔融池7内，合成气和飞灰先经过一级旋风分离器进行预分离，预分离后的合成气再依次经过旋风分离器2、废热锅炉3和布袋式除尘器4使合成气和飞灰彻底分离，合成气进入合成气收集装置，一级旋风分离器收集的飞灰重新送入流化床气化炉再次燃烧，旋风分离器2、废热锅炉3和布袋式除尘器4收集的飞灰由飞灰返炉管道5在飞灰螺旋输送机6的驱动下送入熔融池7；

3)、启动高温气体供气管8和氧气供气管9，向熔融池7内喷入高温气体和氧气(或富氧空气)；

4)、在高温气体和氧气(或富氧空气)的共同作用下，熔融池7内部温度可达1500℃以上，使飞灰中的残碳和灰渣得到充分燃烧，得到熔融体，燃烧产生的热量输送给流化床气化炉，用于气化煤；

5)、向熔融池内的熔融体中加入二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、三氧化二铁等其它制备矿渣棉的原料进行调质，使其中成分符合矿渣棉的制备要求后，将调质后的熔融体通过熔融体排出口14排至矿渣棉生产装置10中。

实施例一：

本实施例的流化床气化炉飞灰与灰渣的处理***，用于流化床气化炉飞灰与灰渣的资源化处理。

熔融池7通过法兰与流化床气化炉1密封连接好，导电底电极15接地良好。飞灰返炉管道5分别与旋风分离器2、废热锅炉3、布袋除尘器4的飞灰出口通过法兰密封连接，并保持畅通，使飞灰能顺利排入到管道内。飞灰返炉管道5与熔融池7通过法兰密封连接，确保在飞灰螺旋输送机6或气体吹送管的作用下，飞灰能顺利送入到熔融池7内。高温气体供气管8和氧气供气管9在熔融池7上安装就位，密封良好，高温气体供气管8分别与等离子体发生器、或交/直流电弧电极的供水、供气、供电、控制***，或燃气、燃油、粉煤管道连接好，氧气供气管9与氧气(或富氧空气)供气***连接，处于良好工作状态。矿渣棉生产装置10根据制棉工艺要求，布置在熔融池7的熔融体排出口14下游，并保证熔融体进入矿渣棉生产装置10时的温度满足制棉工艺要求。矿渣棉生产装置10处于良好工作状态。

流化床气化炉1启动，进入正常工作状态，流化床气化炉内的灰渣落入熔融池7，流化床气化炉产生的飞灰经一级旋风分离器21进行预分离，预分离后的飞灰重新送入流化床气化炉再次燃烧，预分离后的合成气再依次经旋风分离器2、废热锅炉3和布袋除尘器4处理，最后飞灰由飞灰返炉管道5送入熔融池7，启动高温气体供气管8，使其进入正常工作状态，向熔融池7喷入高温气体，启动氧气供气管9，开始向熔融池7内供应氧气(或富氧空气)。在高温气体和氧气(或富氧空气)共同作用下，熔融池7内的温度高达1500℃以上，灰渣和飞灰中的残碳完全燃烧，并被熔融，得到熔融体。由于熔融体的成分与制备矿渣棉的原料成分类似，因此，向熔融体中加入二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、三氧化二铁等其它矿渣棉原料进行调质，使熔融体中的成分为矿渣棉的原料组成(如《GBT 25975-2010建筑外墙外保温用岩棉制品》标准中的规定)，并调整熔融体粘度在25Pa·s以下，使熔融体流动性良好。将调质后的熔融体经熔融体排出口14流出，按要求落到矿渣棉生产装置10的四辊离心机上，在高速离心力和高压风机提供的高速气流作用下，完成熔融体纤维化，经后续制棉装置和工艺，生产出符合标准的矿渣棉产品。

采用本发明的处理***和处理方法，流化床气化炉产生的飞灰中残碳被100％燃烧完全，飞灰中的残碳和灰渣燃烧过程中产生的热量输回流化床气化炉，为其提供能量，燃烧剩下的成分都成为熔融体，并将其利用为生产矿渣棉的原料之一，生产得到符合国家标准的矿渣棉。本发明的处理***中流化床气化炉不再是固体废弃物的生产源，而是矿渣棉原料的生产源，实现了固体废弃物资源化。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种流化床气化炉飞灰与灰渣的处理***，包括合成气处理***，其特征在于，还包括安装在所述流化床气化炉下部并与其出渣口连接的熔融池，所述合成气处理***的飞灰出口通过飞灰返炉管路连接流化床气化炉或熔融池形成飞灰返炉***。

2.根据权利要求1所述处理***，其特征在于，所述熔融池由池壁和池壁围成的用来盛装熔融体的容置空间构成，熔融池上部敞口用来收集灰渣，在池壁上部位置设有用来接收飞灰的开孔，下部位置设有熔融体排出口，底部安装有导电底电极，池壁上设有用来安装高温气体供气管和氧气供气管的供气管安装孔。

3.根据权利要求2所述处理***，其特征在于，所述熔融池的池壁由钢制的水冷壳体和耐火材料衬里制成。

4.根据权利要求2或3所述处理***，其特征在于，所述供气管安装孔为多个，均布在池壁上，最好对称设置，供气管安装孔中安装有供气管，所述供气管为套管，中间为高温气体供气管，***为氧气供气管，高温气体供气管与氧气供气管之间有环形间隙通道，供气管的气体出口均朝向熔融池的容置空间。

5.根据权利要求4所述***，其特征在于：所述氧气供气管供给的是氧气或富氧空气；所述高温气体供气管供给的是高温气体，所述高温气体是运用转移弧等离子发生器、非转移弧等离子发生器或交/直流电弧产生的，或运用燃气燃烧器、燃煤燃烧器或燃油燃烧器产生的。

6.根据权利要求2-5任一所述处理***，其特征在于，所述合成气处理***包括旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器，旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器之间通过合成气出口和入口依次连接，旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器的飞灰出口分别与所述飞灰返炉管路连接，飞灰返炉管路与熔融池的开孔相连。

7.根据权利要求6所述处理***，其特征在于，所述合成气处理***还包括设在流化床气化炉和所述旋风分离器之间的一级旋风分离器，一级旋风分离器的入口与流化床气化炉的合成气兼飞灰出口相连，其顶端的合成气出口与旋风分离器的入口相连，底端的飞灰出口连接流化床气化炉。

8.根据权利要求1-7任一所述处理***，其特征在于，还包括与熔融池的熔融体排出口连接的矿渣棉生产装置。

9.一种流化床气化炉飞灰与灰渣的处理方法，其特征在于，使用权利要求1-8任一所述处理***，将流化床气化炉产生的灰渣直接落入熔融池内，产生的飞灰通过飞灰返炉***处理后送入熔融池内，在高温气体和氧气(或富氧空气)的作用下，飞灰中的残碳和灰渣充分燃烧，形成熔融体；

优选的，包括以下具体步骤：

1)、启动流化床气化炉，煤被气化产生合成气、飞灰和灰渣；

2)、灰渣落入熔融池内，合成气和飞灰依次经过旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器使合成气和飞灰分离，合成气进入合成气收集装置，飞灰由飞灰返炉管道在飞灰螺旋输送机的驱动下送入熔融池；优选的，合成气和飞灰先经过一级旋风分离器预分离，预分离后的合成气依次经过旋风分离器、废热锅炉和布袋式除尘器使合成气和飞灰分离，预分离后的飞灰返回流化床气化炉再次燃烧；

3)、启动高温气体供气管和氧气供气管，向熔融池内喷入高温气体和氧气(或富氧空气)；

4)、在高温气体和氧气(或富氧空气)的共同作用下，飞灰中的残碳和灰渣充分燃烧，得到熔融体；

更优选，对步骤4)得到的熔融体作为原料与其它矿渣棉原料一起通过熔融体排出口排至矿渣棉生产装置中，制备矿渣棉。

10.一种矿渣棉，其特征在于，是由权利要求9所述处理方法得到的熔融体作为原料制备得到。