專利名稱：一種循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置及使用方法
技術領域：
本發明涉及循環流化床煤氣化排灰資源的利用，具體來說，涉及一種循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置及使用方法。
背景技術：
煤氣化技術是指將煤與氣化劑在循環流化床中反應，從而制取粗煤氣，再將粗煤氣凈化得到干凈煤氣。這一技術目前已得到了廣泛的應用與發展。煤氣化過程中，從清潔、 高效、再循環利用的角度出發，人們對如何處理其產生的灰渣越來越重視。目前大量的灰渣往往仍處于簡單堆放，任意排放的狀態。處理好這些灰渣，甚至是再次利用，變廢為寶就具有很大的意義和價值。發明內容
技術問題本發明所要解決的技術問題是提供一種循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置，該裝置利用煤氣化后的灰分為原料之一來制取水泥，實現了對灰分的綜合利用。同時，本發明還提供該循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置的使用方法，該方法簡單易行，適合工業上推廣應用。
技術方案為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下
一種循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置，該裝置包括循環流化床氣化爐、 一級旋風分離器、二級旋風分離器、第一料腿、第二料腿、U型返料器、M型返料器、一級預熱器、二級預熱器、第三料腿、煙氣管、轉爐和電機，循環流化床氣化爐的下端設有燃料煤入口，循環流化床氣化爐的底部設有氧氣和蒸汽入口，二級旋風分離器的頂端設有煤氣出口， 一級預熱器的上端設有煙氣出口，轉爐的一側設有空氣入口和水泥出口 ；
所述的循環流化床氣化爐的上部與一級旋風分離器的上部相連，一級旋風分離器的底部通過第一料腿與M型返料器的上部相連，一級旋風分離器的頂部與二級旋風分離器的上部相連，二級旋風分離器的底部與二級料腿的頂部相連，二級料腿的底部通過U型返料器與第一料腿的下部相連，M型返料器兩側設有回料管和排灰管，M型返料器的一側通過回料管與循環流化床氣化爐的下部相連，M型返料器的另一側通過排灰管與轉爐的相連，二級預熱器的上部通過煙氣管與轉爐相連，二級預熱器的底部通過第三料腿與轉爐相連，二級預熱器的頂部通過提升管與一級預熱器的上部相連，提升管上設有制水泥原料入口 ；一級預熱器的底端通過管道連接在煙氣管的內腔中。
進一步，所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置，還包括余熱鍋爐發電裝置，所述的一級預熱器的煙氣出口與余熱鍋爐發電裝置的煙氣進口相連。
一種上述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置的使用方法，該方法包括以下步驟
第一步，將煤從循環流化床氣化爐的燃料煤入口投入循環流化床氣化爐中，同時， 通過氧氣和蒸汽入口，向循環流化床氣化爐內通入氧氣和蒸汽；煤、氧氣和蒸氣在循環流化床氣化爐內發生氣化反應，反應產物及未反應的焦炭上升進入一級旋風分離器中；
第二步，在一級旋風分離器中，部分灰分和未反應的焦炭經一級旋風分離器分離， 通過第一料腿進入M型返料器中；在一級旋風分離器中無法捕捉到的灰分和未完全反應的焦炭經過一級旋風分離器頂部，由煤氣化后的可燃氣體夾帶進入二級旋風分離器；經過二級旋風分離器分離，分離出的粗煤氣從煤氣出口排出，灰分和焦炭依次經過第二料腿、U型返料器匯入第一料腿中，再由第一料腿落入M型返料器中；
第三步，M型返料器將固體物料分流為兩部分，其中一部分固體物料經回料管返回循環流化床氣化爐內，另一部分固體物料經排灰管排入轉爐中；
第四步，將石灰石和高嶺土從水泥原料入口加入，經過一級預熱器和二級預熱器預熱后，經第三料腿進入轉爐中，與M型返料器排入轉爐的固體物料中的灰分共同作用，制成水泥。
進一步，所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置的使用方法，所述的第四步中，向轉爐的空氣入口通入空氣，將由M型返料器排入轉爐的固體物料中的殘炭燃盡， 生成的高溫煙氣經由煙氣管進入二級預熱器中，煙氣將石灰石和高嶺土夾帶進入一級預熱器中；在一級預熱器中，煙氣分別和石灰石與高嶺土進行換熱，然后煙氣從一級預熱器的煙氣出口排出，石灰石與高嶺土落入煙氣管中，經過轉爐排出的煙氣夾帶進入二級預熱器中； 在二級預熱器中，石灰石與高嶺土分別和煙氣進行第二次換熱，隨后，煙氣流入一級預熱器中，石灰石與高嶺土經過第三料腿落入轉爐中；在轉爐中，燃燒殘炭，為制備水泥提供熱量， 石灰石、高嶺土以及由M型返料器排入轉爐的固體物料中的灰分發生反應制成水泥熟料， 水泥熟料從轉爐的水泥出口排出。
進一步，所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置的使用方法，還包括第五步，將從煙氣出口排出的煙氣通入余熱鍋爐發電裝置中。
有益效果與現有技術相比，本發明具有如下優點
(I)用灰分制備水泥，實現了對灰分的綜合利用。煤氣化后會排出粉煤灰，我國大多數粉煤灰的化學成分按照質量百分比為40-60 % SiO2 ;O. 5-2. 5 % MgO ; 15-40 % Al2O3 ； < 2 % SO3 ；3-10% Fe2O3 ； > 60 % Si02+Al203 ；25% CaO ; 1-20 % 的燒失物，1-6 % 的未燃物(屬于有害部分)。將煤灰作為制水泥原料之一和石灰石(主要成分為CaCO3)以及高嶺土(Al2O3 · 2Si02 · 2H20) 一起置于水泥轉爐中進行反應。高嶺土發生脫水反應，脫去其中的化學結合水，脫水后變成無定形的三氧化二鋁和二氧化硅Al2O3 · 2Si02 · 2H20 —Al203+2Si02+2H20。石灰石中的碳酸鈣和原料中夾雜的碳酸鎂進行分解CaC03 — CaCHCO2 ； MgCO3 — Mg0+C02。這些原料提供了性質活潑的游離氧化鈣，它與生料中的Si02、Al203、Fe203 進行固相反應，形成熟料礦物硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)、鐵鋁酸四鈣(C4AF),這些均為水泥熟料的主要礦物，從而制得水泥。煤灰作為煤氣化過程產生的副產品，得到了再次利用，提高了煤的利用率。
(2)降低了水泥生產成本，減少了生產水泥的能耗。本發明有效的解決了煤氣化灰渣的排放，降低了水泥生產成本，減少了生產水泥的能耗。可以給煤氣化生產企業帶來新的效益，既減輕了煤氣化灰分作為固體廢棄物堆放、處置的環境壓力，又降低了生產能耗，符合資源再利用，循環資源化的發展趨勢。
(3) M型返料器的使用，使裝置結構緊湊，其一側設有回料管，另一側設有排灰管，既實現了流化床氣化爐的物料循環，又為水泥回轉爐提供了原料。此外，通過調節返料器的給風量可以調節排灰量，從而進一步調控物料在循環流化床中的停留時間以及回轉爐中的灰分量。
(4)兩級預熱器的使用，使熱量交換更加充分，既預熱了水泥原料石灰石和高嶺土，促進水泥生成，又利用了高溫煙氣的熱量。最終煙氣的余熱被余熱鍋爐利用產生電，實現了資源的充分有效利用。
圖I是本發明的裝置的結構示意圖。
圖2是本發明的一種改進裝置的結構示意圖。
圖中有循環流化床氣化爐I、一級旋風分離器2、二級旋風分離器3、第一料腿4、 第二料腿5、U型返料器6、M型返料器7、一級預熱器801、二級預熱器802、第三料腿9、煙氣管10、轉爐11、電機12、余熱鍋爐發電裝置13、燃料煤入口 101、氧氣和蒸汽入口 102、煤氣出口 301、回料管701、排灰管702、煙氣出口 803、空氣入口 1101、水泥出口 1102。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細的說明。
如圖I所示，本發明的一種循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置，該裝置包括循環流化床氣化爐I、一級旋風分離器2、二級旋風分離器3、第一料腿4、第二料腿5、U型返料器6、M型返料器7、一級預熱器801、二級預熱器802、第三料腿9、煙氣管10、轉爐11和電機12。循環流化床氣化爐I的下端設有燃料煤入口 101。煤通過燃料煤入口 101投入循環流化床氣化爐I中。循環流化床氣化爐I的底部設有氧氣和蒸汽入口 102。二級旋風分離器3的頂端設有煤氣出口 301。一級預熱器801的上端設有煙氣出口 803。轉爐11的一側設有空氣入口 1101和水泥出口 1102。循環流化床氣化爐I的上部與一級旋風分離器2 的上部相連，一級旋風分離器2的底部通過第一料腿4與M型返料器7的上部相連，一級旋風分離器2的頂部與二級旋風分離器3的上部相連，二級旋風分離器3的底部與二級料腿 5的頂部相連，二級料腿5的底部通過U型返料器6與第一料腿4的下部相連，M型返料器 7兩側設有回料管701和排灰管702，M型返料器7的一側通過回料管701與循環流化床氣化爐I的下部相連，M型返料器7的另一側通過排灰管702與轉爐11相連，二級預熱器802 的上部通過煙氣管10與轉爐11相連，二級預熱器802的底部通過第三料腿9與轉爐11相連，二級預熱器802的頂部通過提升管12與一級預熱器801的上部相連，提升管12上設有制水泥原料入口 1201 ;—級預熱器801的底端通過管道連接在煙氣管10的內腔中。
進一步，作為一種改進方案，如圖2所示，所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置，還包括余熱鍋爐發電裝置13，所述的一級預熱器的煙氣出口 803與余熱鍋爐發電裝置13的煙氣進口相連。余熱鍋爐發電裝置13是現有裝置，例如，清華大學出版社 2010. 11出版，段秋生著的〈〈燃氣——蒸汽聯合循環電站熱力性能分析理論與計算》中介紹了余熱鍋爐發電裝置13。余熱鍋爐發電裝置13包括余熱鍋爐、蒸汽輪機、發電機和凝汽器等部件。余熱鍋爐發電裝置13利用煙氣的熱量在余熱鍋爐中產生蒸汽，蒸汽從余熱鍋爐進入蒸汽輪機，帶動發電機發電。6
上述裝置的使用方法，包括以下步驟
第一步，將煤從循環流化床氣化爐I的燃料煤入口 101投入循環流化床氣化爐I 中，同時，通過氧氣和蒸汽入口 102，向循環流化床氣化爐I內通入氧氣和蒸汽；煤、氧氣和蒸氣在循環流化床氣化爐I內發生氣化反應，反應產物及未反應的焦炭上升進入一級旋風分離器2中。
在所述的第一步中，煤、氧氣和蒸氣在800-1200°C溫度下，在循環流化床氣化爐I 內發生氣化反應，氣化反應產物包含C02、CO、H2、CH4等。氣化反應后，還存留有未反應的焦炭和灰分。
第二步，在一級旋風分離器2中，部分灰分和未反應的焦炭經一級旋風分離器2分離，通過第一料腿4進入M型返料器7中；在一級旋風分離器2中，無法捕捉到的灰分和未完全反應的焦炭經過一級旋風分離器2頂部，由煤氣化后的可燃氣體夾帶進入二級旋風分離器3 ;經過二級旋風分離器3分離，分離出的粗煤氣從煤氣出口 301排出，灰分和焦炭依次經過第二料腿5、U型返料器6匯入第一料腿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將固體物料分流為兩部分，其中一部分固體物料經回料管 701返回循環流化床氣化爐I內，另一部分固體物料經排灰管702排入轉爐11中。
在第三步中，經回料管701返回循環流化床氣化爐I內的固體物料，繼續參與氣化反應。經排灰管702排入轉爐11內的固體物料，用于制備水泥。
第四步，將石灰石和高嶺土從水泥原料入口 1201加入，經過一級預熱器801和二級預熱器802預熱后，經第三料腿9進入轉爐11中，與M型返料器7排入轉爐11的固體物料中的灰分共同燃燒，制成水泥。
在所述的第四步中，向轉爐11的空氣入口 1101通入空氣，將由M型返料器7排入轉爐11的固體物料中的殘炭燃盡，為排灰、石灰石和高嶺土燒制水泥提供熱量，生成的高溫煙氣經由煙氣管10進入二級預熱器802中，煙氣將石灰石和高嶺土夾帶進入一級預熱器 801中；在一級預熱器801中，煙氣分別和石灰石與高嶺土進行換熱，然后煙氣從一級預熱器801的煙氣出口 803排出，石灰石與高嶺土落入煙氣管10中，經過轉爐11排出的煙氣夾帶進入二級預熱器802中；在二級預熱器802中，石灰石與高嶺土分別和煙氣進行第二次換熱，隨后，煙氣流入一級預熱器801中，石灰石與高嶺土經過第三料腿9落入轉爐11中；在轉爐11中，燃燒殘炭，為制備水泥提供熱量，石灰石、高嶺土以及由M型返料器7排入轉爐 11的固體物料中的灰分發生反應制成水泥熟料，水泥熟料從轉爐11的水泥出口 1102排出。
上述過程用于制備水泥。
進一步，該方法還包括第五步，煙氣從煙氣出口 803排出后，進入余熱鍋爐發電裝置13中。利用煙氣的熱量產生蒸汽，蒸汽從余熱鍋爐進入蒸汽輪機，帶動發電機發電。該步驟用于發電。
在上述過程中，轉爐11傾斜布置，且不斷回轉，使轉爐11內的固體物料連續向轉爐11的水泥出口 1102方向移動。這便于水泥熟料從轉爐11的水泥出口 1102排出。
權利要求
1.一種循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置，其特征在于，該裝置包括循環流化床氣化爐(I)、一級旋風分離器(2)、二級旋風分離器(3)、第一料腿(4)、第二料腿(5)、U型返料器(6)、M型返料器(7)、一級預熱器(801)、二級預熱器(802)、第三料腿(9)、煙氣管(10 )、轉爐(11)和電機(12 )，循環流化床氣化爐(I)的下端設有燃料煤入口( 101)，循環流化床氣化爐(I)的底部設有氧氣和蒸汽入口(102)，二級旋風分離器(3)的頂端設有煤氣出口(301)，一級預熱器(801)的上端設有煙氣出口(803)，轉爐(11)的一側設有空氣入口(1101)和水泥出口(1102)； 所述的循環流化床氣化爐(I)的上部與一級旋風分離器(2)的上部相連，一級旋風分離器(2)的底部通過第一料腿(4)與M型返料器(7)的上部相連，一級旋風分離器(2)的頂部與二級旋風分離器(3)的上部相連，二級旋風分離器(3)的底部與二級料腿(5)的頂部相連，二級料腿(5)的底部通過U型返料器(6)與第一料腿(4)的下部相連，M型返料器(7)兩側設有回料管(701)和排灰管(702)，M型返料器(7)的一側通過回料管(701)與循環流化床氣化爐(I)的下部相連，M型返料器(7)的另一側通過排灰管(702)與轉爐(11)的相連，二級預熱器(802)的上部通過煙氣管(10)與轉爐(11)相連，二級預熱器(802)的底部通過第三料腿(9 )與轉爐(11)相連，二級預熱器(802 )的頂部通過提升管(12 )與一級預熱器(801)的上部相連，提升管(12)上設有制水泥原料入口(1201);—級預熱器(801)的底端通過管道連接在煙氣管(10)的內腔中。
2.按照權利要求I所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置，其特征在于，還包括余熱鍋爐發電裝置(13)，所述的一級預熱器的煙氣出口(803)與余熱鍋爐發電裝置(13)的煙氣進口相連。
3.—種權利要求I所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置的使用方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 第一步，將煤從循環流化床氣化爐(I)的燃料煤入口( 101)投入循環流化床氣化爐(I)中，同時，通過氧氣和蒸汽入口(102)，向循環流化床氣化爐(I)通入氧氣和蒸汽；煤、氧氣和蒸氣在循環流化床氣化爐(I)內發生氣化反應，應產物及未反應的焦炭上升進入一級旋風分離器(2)中； 第二步，在一級旋風分離器(2)中，部分灰分和未反應的焦炭經一級旋風分離器(2)分離，通過第一料腿(4)進入M型返料器(7)中；在一級旋風分離器(2)中無法捕捉到的灰分和未完全反應的焦炭經過一級旋風分離器(2)頂部，由煤氣化后的氣體夾帶進入二級旋風分離器(3);經過二級旋風分離器(3)分離，分離出的粗煤氣從煤氣出口(301)排出，灰分和焦炭依次經過第二料腿(5)、U型返料器(6)匯入第一料腿(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)將固體物料分流為兩部分，其中一部分固體物料經回料管(701)返回循環流化床氣化爐(I)內，另一部分固體物料經排灰管(702)排入轉爐(11)中； 第四步，將石灰石和高嶺土從水泥原料入口(1201)加入，經過一級預熱器(801)和二級預熱器(802 )預熱后，經第三料腿(9 )進入轉爐(11)中，與M型返料器(7 )排入轉爐(11)的固體物料中的灰分共同作用，制成水泥。
4.根據權利要求3所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置的使用方法，其特征在于，所述的第四步中，向轉爐(11)的空氣入口(1101)通入空氣，將由M型返料器(7)排入轉爐(11)的固體物料中的殘炭燃盡，生成的高溫煙氣經由煙氣管(10)進入二級預熱器(802)中，煙氣將石灰石和高嶺土夾帶進入一級預熱器(801)中；在一級預熱器(801)中，煙氣分別和石灰石與高嶺土進行換熱，然后煙氣從一級預熱器(801)的煙氣出口(803)排出，石灰石與高嶺土落入煙氣管(10 )中，經過轉爐(11)排出的煙氣夾帶進入二級預熱器(802 )中；在二級預熱器(802)中，石灰石與高嶺土分別和煙氣進行第二次換熱，隨后，煙氣流入一級預熱器(801)中，石灰石與高嶺土經過第三料腿(9 )落入轉爐(11)中；在轉爐(11)中，燃燒殘炭，為制備水泥提供熱量，石灰石、高嶺土以及由M型返料器(7)排入轉爐(11)的固體物料中的灰分發生反應制成水泥熟料，水泥熟料從轉爐(11)的水泥出口(1102)排出。
5.根據權利要求4所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置的使用方法，其特征在于，還包括第五步，將從煙氣出口(803)排出的煙氣通入余熱鍋爐發電裝置(13)中。
6.根據權利要求3所述的循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置的使用方法，其特征在于，所述的轉爐(11)傾斜布置，且不斷回轉，使轉爐(11)內的固體物料連續向轉爐(11)的水泥出(1102)方向移動。
全文摘要
本發明公開了一種循環流化床煤氣化排灰資源化利用的裝置，包括循環流化床氣化爐、一級旋風分離器、二級旋風分離器、第一料腿、第二料腿、U型返料器、M型返料器、一級預熱器、二級預熱器、第三料腿、煙氣管、轉爐和電機。循環流化床氣化爐與一級旋風分離器相連，一級旋風分離器與M型返料器相連，一級旋風分離器與二級旋風分離器相連，M型返料器的一側與循環流化床氣化爐相連，M型返料器的另一側與轉爐相連，二級預熱器與轉爐相連，一級預熱器的底端連接在煙氣管的內腔中。該裝置利用煤氣化后的灰分為原料之一來制取水泥，實現了對灰分的綜合利用。同時，本發明還公開了該裝置的使用方法，該方法簡單易行，適合工業上推廣應用。
文檔編號C10J3/86GK102925219SQ20121044131
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者向文國, 許長春 申請人:東南大學