CN101791622A

CN101791622A - 金属镁渣转化为锅炉脱硫剂的工艺方法

Info

Publication number: CN101791622A
Application number: CN 201010125481
Authority: CN
Inventors: 房靖华; 武军; 杨天徐; 刘大惠
Original assignee: SHANGHAI TIANDUN ENVIRONMENT ENGINEERING Co Ltd; SHANGHAI TIANDUN ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Shanxi E Turn Ecological Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: CN101791622B

Abstract

一种将金属镁冶炼还原渣转化为燃煤锅炉用脱硫剂的方法，主要由滚筒式风-水冷却粉化机、气密水冷埋刮板输送机、气密振动筛分机、气密斗式提升机、镁渣粉仓、布袋除尘器和引风机等设备和管道连接系统组成，可将金属镁冶炼的废渣处理成为循环流化床锅炉所用的脱硫剂，实现了废物的回收和再利用。此工艺方法具有经济和节能减排的多重效益：金属镁冶炼单位将废物转化为商品，消除对大气污染和土壤污染并实现余热利用，此外，可为电厂流化床锅炉提供廉价的脱硫剂。本发明属于固体废弃物治理领域，适用于热还原法金属镁冶炼单位的废渣处理和利用。

Description

金属镁渣转化为锅炉脱硫剂的工艺方法

技术领域：

本发明公开一种将金属镁冶炼还原渣(以下全部称为镁渣)转化为锅炉用脱硫剂的方法，实现废物回收再利用，达到创造效益和改善环境的目的。本发明属于固体废弃物治理领域，适用于金属镁冶炼单位的废渣处理和利用。

背景技术：

中国的金属镁工业从上世纪80年代起步，90年代后，尤其是近几年，得到了飞速发展。目前中国已成为世界镁生产第一大国，产能超过100万吨。皮江(L.M.Pidgeon)法，即热还原法，几乎是国内金属镁生产的唯一方法，每生产1吨金属镁，大约产出6.5～7吨镁渣，每年产生的镁渣高达700万吨以上。镁渣在金属镁的生产企业中属于废弃物，虽经多年的研究、探索和试验，仍没有找到可行的规模利用办法，如，由于MgO含量高的先天缺陷，国家建材局要求严格控制镁渣水泥的使用。目前几乎全是采用倾倒在荒地和填埋山洼的办法进行处理，这不但占用土地而且造成大气和土壤污染。反应完全的镁渣为粉状物，粒径均在1mm以下，平均小于0.1mm，其中细粉含量很高，直径小于50μm的粉粒超过50％，极易于悬浮在空气中，形成大气粉尘污染。另外，镁渣还具有很强的吸潮性和碱性，使土壤盐碱化、板结，引发土壤污染。为此，急需开发出新的镁渣处理方法，以保持我国金属镁工业的健康发展。

循环流化床锅炉脱硫技术是将石灰石直接投入到锅炉燃烧室内，石灰石在高温下煅烧生成氧化钙，与烟气中的二氧化硫气体进行气固反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙，与飞灰一同在除尘器中被收集，达到固硫的目的。由于循环流化床锅炉的燃烧温度(850-900℃)与脱硫反应(氧化钙+二氧化硫)的最佳温度完全一致，并且床内有大量的固体颗粒反复循环，气固混合强烈，因而具有较高的脱硫效率。这种脱硫技术与各种湿法、半干法和干法脱硫技术比较，具有投资运行成本最低，并且省水和干灰便于利用的特点，因此该技术得到了广泛的应用。

鉴于循环流化床锅炉脱硫技术主要是利用氧化钙进行脱硫，而废镁渣中CaO的含量在52-60％，完全可替代石灰石(含CaO50％左右)。刘德昌^[1]，任玉生^[2]等人的研究认为，镁渣中的主要成分CaO在流化床炉膛内与烟气中的SO₂发生反应，可达到良好脱硫的效果。太原理工大学热能系金燕、乔晓磊和李经宽等人对镁渣及其脱硫进行的理论和实验研究证实，镁渣粉含CaO 52-60％，平均54％，脱硫率可达70-80％^[3][4]。2005年5月17-23日，本公司与太原理工大学热能系合作在山西晋西机器厂热力分厂的20吨/时循环流化床锅炉上进行了镁渣脱硫试验(山西省环保局科研资助项目)，在使用未经筛分的镁渣粉和与煤混合入炉的条件下，脱硫效率达到62.7％^[5]。山西美锦集团也在其35吨/时流化床锅炉上进行过镁渣脱硫试验，有良好的效果，但因镁渣与煤的混合在输送中经常发生堵塞问题，无法长期稳定运行。因此，如能将干镁渣粉的细度控制在合理范围(＜1mm，平均＜0.1mm)，并采用气力喷射的入炉方式，炉内的脱硫效率可达70--80％或更高，能满足中低硫燃料的脱硫要求。此外，根据我们的研究^[6]并见发明专利“循环流化床锅炉高效脱硫除尘工艺“-200610116614.1和实用新型专利“循环流化床锅炉脱硫除尘塔-200620046385.6，除了上述炉内CaO+SO2固硫反应外，还利用炉内大量未反应的CaO在尾部喷水活化成反应性更高的Ca(OH)2，继续与SO2反应，总效率可达90％以上，能满足中高硫燃料的SO2排放标准。因此，”炉内喷钙脱硫+尾部喷水活化脱硫“是最经济可行的脱硫方法。本发明预定的镁渣粉平均粒度(＜0.1mm)小于常用石灰石粉的平均粒度(0.2mm)，十分有利于尾部喷水活化脱硫效果，可使总脱硫效率有所提高，同样达到90％以上。

同样的反应原理，该镁渣脱硫剂也可用于其它半干法脱硫技术，如，循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)，新一体化脱硫(NID)，以及煤粉锅炉炉内喷钙+尾部增湿活化(LIFAC)等。

所以通过对镁渣转化为脱硫剂的研发，找到一条既解决镁渣污染问题又能得到廉价脱硫剂的途径是十分有意义的。

目前的废渣处理工艺使得该废渣不能直接用作脱硫剂，这主要是因为湿渣粉的粘性和颗粒度，使得它既不能气力输送，也不适宜与煤混合进入炉膛。现在的镁渣处理工艺步骤如下：

1.人工将灼热的球状镁渣扒到位于还原炉炉门下方的铁槽中；

2.用机动车把铁槽运至镁渣堆放场，将团块倒在地上堆放；

3.人工浇水到高温渣堆上，冷却降温；

4.多数球状镁渣逐渐粉化并成酥松的块状，反应不完全的渣球仍保持球状或颗粒状；

5.用机动车将湿渣粉运往填埋堆放地。

这时，待运的镁渣粉外在水分大约为20-30％，并有15-25％的未完全粉化团块和颗粒混在其中，主要是因输送困难和影响脱硫效果，无法直接用于锅炉脱硫。针对现有镁渣水分和颗粒的问题，本发明采用干法冷却和筛分的工艺方法，可使废弃镁渣转化成商品脱硫剂。

发明内容：

本发明摒弃现行的人工浇水冷却处理高温镁渣的办法，采用干法冷却和筛分结合的工艺方法，获得细度合格的商品脱硫剂干粉，同时消除粉尘污染，实现余热回收利用。

本发明的理论依据是循环流化床锅炉脱硫需要用石灰石(CaCO3)或石灰(CaO)作脱硫剂，而实际与SO2发生反应的是石灰石在炉内热解后的CaO。镁渣的CaO含量52-60％，优于一般天然石灰石，经理论研究和工程实践证明，镁渣可以作为石灰石的替代物，用于锅炉脱硫。根据乔晓磊等的研究测定，镁渣的成分如下：CaO-53.755％；SiO₂-30.695％；Al₂O₃-0.665％；Fe₂O₃-3.260％；MgO-11.625％，而反应完全的镁渣主要是以β型硅酸钙(β-CaOSiO2)构成，当温度降到675℃以下时，β型硅酸钙开始转化为γ型硅酸钙(γ-CaOSiO2)，体积发生膨胀，使渣球逐渐自然粉化。

本发明的工艺流程主要由滚筒式风-水冷却粉化机、气密水冷埋刮板输送机、气密振动筛分机、气密斗式提升机、镁渣粉仓、布袋除尘器和引风机等设备和连接管道系统组成。其中，滚筒式-水冷渣粉化机是关键设备，其进料斗和进料管由耐热铸铁制成；进料管斜插在滚筒中心开口处；冷风随镁渣从进入滚筒，热风从出料口上方进入主风管；冷却进/出水布置在出料端中心轴上；通过变频调节滚筒转速。连接管道系统包括旁路冷风管、主风管和与主风道相连的各设备风管，风管间均设有膨胀节和调节挡板。

在本发明的工艺方法中，约1000℃的高温镁渣球在滚筒式风-水冷却粉化机中降到200℃以下，进而在水冷埋刮板机中继续降到80℃以下，因此，镁渣球的粉化过程是在冷却粉化机和埋刮扳机的运动过程中完成的。与此同时，反应不完全的镁渣球，有的外部发生粉化缩成大小不等的颗粒物，也有的基本保留反应前的整体球状。

从埋刮扳机出来的细粉与大小颗粒混合物进入气密振动筛，大于1mm的团块和颗粒被筛分出去，装车外运至填埋场地；而小于1mm的细粉经斗式提升机送到镁渣脱硫剂粉仓贮存，可通过槽罐车或装袋运往使用单位。

经查阅和研究，实用新型专利“金属镁冶炼废渣治理及循环利用系统“-200820106180.1，主要涉及的是镁渣的冷却和输送过程的粉尘收集。该专利除了在干法冷渣的概念上与本发明相同外(干法和湿法冷却均是工程中常用的手段)，其余则有本质的差别，具体陈述如下：

1)该专利中，高温镁渣是由人工倒入冷却料仓，在冷却料仓和贮存料仓上方设置吸气罩并将吸入的烟尘送往布袋除尘器，然后将布袋收集的烟尘再送回冷却料仓，目的是减少卸料时的粉尘污染，但是实际上布袋收集的粉尘重新送回冷却料斗时，粉尘即被上升的高温气流(渣温800-1000℃)带入吸尘罩，形成了粉尘的循环，起不到除尘作用。镁渣球出炉时温度高达1100℃左右(在炉内冶炼温度为1200℃)，在运输过程中可能降到1000-800℃(视时间和距离不同)，只要温度在675℃以上，镁渣球就保持完整且十分坚固。本发明采用机动车(如铲车)送料，尽可能维持镁渣的高温，以获得较好的余热回收效果，同时，滚筒冷却粉化机内维持较高的负压，使冷风随热渣进入滚筒，即使有粉尘也不致外泄。

2)该专利没有说明冷却机理和设备结构，但其冷却器左端上接冷却料仓出口，右端下接斗提机入口，很显然，该冷却器外壳是固定式的，与本发明所用的滚筒式风-水冷却粉化机相比，除了运动方式和机械结构(水冷夹层外壳及内部冷却受热面均为回转运动)完全不同外，本发明采用的是双效换热机理，即水冷面式换热和风冷接触式换热，可大大提高冷却效率。

3)该专利未曾提及任何筛分内容。本发明采用筛分机将大于1mm的团块和颗粒除去，仅将小于1mm的细粉作为脱硫剂使用。

4)冷却后镁渣的去向，该专利仅提到”作为工业原料再利用“，没有任何具体内容，很难想象颗粒度相差巨大的渣粉混合物(80％左右小于1毫米的细粉与20％左右1～80毫米的团块)是如何应用的。本发明的目标很明确就是要将镁渣转化为锅炉用脱硫剂。

本发明的优越性表现在经济和环境效益方面：

a)将废弃镁渣转化为商品脱硫剂，有重大经济效益：1)脱硫剂创造新价值；2)大幅度降低镁渣处理和填埋占地费用；3)减少排污收费；4)余热利用。

b)镁渣脱硫剂属废物利用，其价格比成品石灰石粉或石灰粉低很多，脱硫单位大约可降低一半的脱硫剂成本。

c)取消人工向上千度灼热镁渣堆浇水冷却的办法，不仅改变渣场湿热和灰尘污染的恶劣劳动环境，而且可实现机械化操作和节约大量堆渣所占厂房面积。

d)实现余热回收利用，有明显节能减排的效益。

e)实现以废治废，符合循环经济要求，消除长期困扰我国金属镁行业的镁渣处理和大气土壤污染问题。

本发明适用于金属镁冶炼单位的废渣处理和利用，尤其是规模较大的企业。

附图说明：

附图是本发明的主工艺流程图，说明如下：

1)金属镁冶炼还原炉出来的～1000℃的高温镁渣球(当量直径约80mm)由铲车倒入滚筒式风-水冷却粉化机，通过水冷面式换热和风冷接触式换热，使出口温度降至200℃以下，镁渣经历粉化过程。

2)镁渣进入气密水冷埋刮板输送机，进一步冷却到80℃以下，并完成粉化过程。

3)镁渣进入气密式振动筛分机，筛去粒度≥1mm的团块和颗粒。

4)粒度＜1mm的合格细粉由斗提机提升至镁渣脱硫剂粉仓中贮存待用。

5)由冷却粉化机出来的热风温度在200℃以上，被引风机吸入热风管，沿途有刮板机，振动筛和斗提机的含尘低温风混入，最后经旁路冷风调节温度，进入布袋除尘器过滤，再由引风机将干净的热风最后送往工艺用户或排入大气。

筛余的团块和颗粒外运作填埋处理，由于没有细粉，不会造成运输和填埋时的粉尘污染。同时，冷却煤渣的热风和热水可用于供热或其它工艺用途，也可经简单散热再循环使用。

具体实施方式：

本发明的具体实施方式，按步骤说明如下：

1)将金属镁冶炼还原炉出来的～1000℃的高温镁渣球(当量直径约80mm)由铲车倒入滚筒式风-水冷却粉化机，通过水冷面式换热和风冷接触式换热，使出口温度降至200℃以下。由于镁渣的主要构成是β型硅酸钙(β-CaOSiO2)，当温度降到675℃以下时，开始转化为γ型硅酸钙(γ-CaOSiO2)，体积发生膨胀，使渣球逐渐自然粉化。当物料离开冷却粉化机时，在炼镁炉中热还原反应完全的渣球，大部分已粉化成小于1mm的细粉，但反应不完全的渣球外部粉化而内核不变，有些球体甚至基本保持原状，这时的物料是细粉与大小颗粒的混合物(细粉与颗粒物的比例取决于炼镁工艺条件，通常为4～5∶1)；

2)镁渣混合物进入气密水冷埋刮板输送机，进一步冷却到80℃以下，并完成粉化过程；

3)镁渣混合物进入气密式振动筛分机，筛去粒度≥1mm的团块和颗粒；

4)粒度＜1mm的合格细粉由斗提机提升至镁渣脱硫剂粉仓中贮存待用；

5)由冷却粉化机出来的热风温度在200℃以上，被引风机吸入热风管，沿途有刮板机，振动筛和斗提机的含尘低温风混入，最后经旁路冷风调节，使风温保持在140℃以下，进入布袋除尘器(普通低温布袋)过滤，再由引风机将干净的热风最后送往工艺用户或排入大气。

筛余的球团和颗粒外运作填埋处理，由于没有细粉，不会造成运输和填埋时的粉尘污染。同时，冷却粉化机的冷却水温度将升高至80℃左右，冷却风最后可保持到140-180℃(视布袋材质而定)，热风和热水可用以供热或其作其它工艺用途，如原料干燥等。冷却刮板机的出水，也有一定利用价值，或经简单散热再循环使用。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

参考文献：

1.刘德昌。流化床燃烧技术的工业应用，中国电力出版社，1998

2.任玉生，许宁。金属镁渣在循环流化床烟气脱硫中的应用，再生资源与循环经济，2008，1(2)

3.乔晓磊，金燕。金属镁还原冶炼渣脱硫性能研究，技术情报开发与经济，2007，17(7)

4.李经宽，乔晓磊，金燕。金属镁渣作为脱硫剂的性能实验研究，太原理工大学学报，2008，10

5.太原理工大学，山西猗顿设计工程公司。镁渣用于循环流化床锅炉脱硫的试验报告，2005.8

6.李春萱，黄淑芳，房靖华。循环流化床锅炉高效脱硫除尘新工艺，热力发电，2007，36(10)

Claims

1.一种将金属镁冶炼还原渣转化为锅炉脱硫剂的方法，其特征在于：包含滚筒式风-水冷却粉化机、气密水冷埋刮板机、气密振动筛分机、气密斗式提升机、镁渣粉仓、布袋除尘器和引风机等设备及连接管道系统等在内的工艺流程。

2.根据权利1要求所述的工艺方法，其特征在于：进入滚筒式风/水冷却粉化机的1000℃左右高温镁渣球，经水冷面式和风冷接触式的双重换热，出口时被冷却到200℃以下，呈颗粒与细粉混合状。

3.根据权利2要求所述的工艺方法，其特征在于：滚筒式风-水冷却粉化机的进口料斗由耐热铸铁制成；冷却水进出口水布置在滚筒出料端的中心轴上；冷却风随物料从滚筒中心开口处进入，从出料口上部引出；滚筒转速由变频电机控制。

4.根据权利1要求所述的工艺方法，其特征在于：冷却粉化机排出的镁渣混合物进入气密水冷埋刮板机继续降温到80℃以下。

5.根据权利1要求所述的工艺方法，其特征在于：镁渣混合物在气密振动筛中，筛去粒度≥1mm的球块和颗粒。

6.根据权利1要求所述的工艺方法，其特征在于：＜1mm的细粉由气密斗式提升机送入镁渣粉仓。

7.根据权利1要求所述的工艺方法，其特征在于：冷却粉化机、埋刮扳机、振动筛和镁渣粉仓都处在引风机的负压下，其含尘气流均经过布袋除尘器净化；各连接风管均设置有调节挡板和膨胀节。

8.根据权利1、6和7要求所述的工艺方法，其特征在于：布袋除尘器布置在镁渣粉仓顶板上，所收集的粉尘落入镁渣粉仓。

9.根据权利1要求所述的工艺方法，其特征在于：旁路冷风用于调节进入布袋除尘器的热风温度，使之满足布袋材料的承受能力。