CN103111456B - 一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，属于锅炉飞灰处理技术领域。本发明采用流化床反应器对循环流化床飞灰中的三氧化二铁进行还原，采取空气煤气、水煤气或两者的混合气体作为流化床中的流化气体及还原剂，合理控制流化床反应器内的反应温度、床层厚度、气速及物料在床内的停留时间，将呈红色的飞灰还原为灰黑色的四氧化三铁。本发明一方面解决了飞灰因呈红色而不被建材行业所利用的问题，同时也解决了电厂面临的灰场矛盾及额外支出，具有很好的经济价值和使用价值。

Description

一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法
技术领域
本发明涉及一种燃煤循环流化床锅炉飞灰再处理技术，特别是还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中的三氧化二铁使之由红色变为灰黑色的技术。
背景技术
燃煤循环流化床锅炉飞灰因燃烧温度为800-1000℃而具有较高的化学活性，是水泥生产的优质混合材料和用于混凝土的优质磨细矿渣。但是相当一部分煤种之灰分中含有较多的氧化铁，燃烧产生的飞灰在离开燃烧室时被充分氧化为三氧化二铁，呈红色。由于红色的灰与常规水泥的灰褐色差异大而被建材行业拒绝使用，只能弃置；随着燃煤循环流化床锅炉容量越来越大，灰场矛盾越来越突出。为了将积攒下来的飞灰进行处理，仅运输费用每吨飞灰就需要4—15元人民币，对于一个中等规模的电厂来说，每年的飞灰产量都有千万吨的量级，这笔额外的支出更已经成为了各大电厂的沉重负担。如何将飞灰进行处理，被建材行业充分利用，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，将飞灰中的三氧化二铁还原为四氧化三铁使飞灰呈灰黑色，以解决因飞灰中三氧化二铁含量过高而呈红色导致无法被建材行业利用的问题。
本发明的技术方案如下：一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
1)颗粒热载体在燃烧室中被加热至600～1000℃，然后与来自灰场的含有三氧化二铁的飞灰一起送入流化床反应器；所述流化床反应器内部分为混合反应区和反应分离区两部分，其中反应分离区的断面呈上宽下窄的梯形结构；
2)将还原性气体从流化床底部布风装置供入作为流化气体，颗粒热载体与飞灰在混合反应区充分混合并进行还原反应，反应温度为450～500℃；
3)颗粒热载体和飞灰颗粒经过混合反应区后进入反应器的反应分离区，反应温度为450～500℃；
4)流化气体在流化床床层内与飞灰中的三氧化二铁反应后，生成的气体携带部分细颗粒离开流化床床层进入旋风分离器，由旋风分离器分离下来的细颗粒将返回流化床床层，从旋风分离器流出的气体进入燃烧室将未反应的还原剂燃尽；
5)颗粒热载体和完成还原反应的飞灰经过反应分离区实现颗粒分层，粗的颗粒热载体分布于床层下部形成粗颗粒层，细的飞灰颗粒在粗颗粒层上部形成细颗粒层，当飞灰中的三氧化二铁全部转化为四氧化三铁之后，从设置于细颗粒层处的溢流口流出，热载体颗粒由排料口排出，送至燃烧室中加热，循环利用。
上述技术方案中，在混合反应区中控制物料的静止料层厚度为1～2m，标态空塔气速为0.2～0.4m/s，平均停留时间为5～10分钟；在反应分离区中控制静止料层厚度为1～2m，底部标态空塔气速为0.1～0.15m/s，物料的平均停留时间为3～6分钟；所述的流化气体采用空气煤气、水煤气或两者的混合气体；所述的溢流口的底部位于粗细颗粒的分界面处；所述的颗粒热载体的平均粒径为平均粒径为200μm-1000μm。
本发明具有以下优点及突出性效果：①采用流化床反应器对循环流化床飞灰中的三氧化二铁进行还原，解决了飞灰因呈红色而不被建材行业所利用的问题，从而解决了电厂面临的灰场矛盾及额外支出；②采用较大颗粒作热载体可改善单纯由飞灰构成的流化床因物料粒径过细，流化质量不佳，不能保证气固良好接触，影响反应的问题，使流化质量有很大改善，同时采用较大颗粒作热载体可以较容易地在反应完成后将热载体与飞灰良好分离，热载体颗粒被送回加热装置再行加热，循环使用。③采用流化床反应器可以使飞灰在反应器内的停留时间大大延长，使反应更为彻底。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
图中：1-物料入口；2-流化床反应器；3-底部布风装置；4-溢流口；5-排料口；6-旋风分离器；7-燃烧室；8-灰场。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的机理和工作过程做进一步的说明。
图1是为本发明的结构原理示意图，包括流化床反应器2、燃烧室7和旋风分离器6；所述的流化床反应器包括物料入口1、底部布风装置3、溢流口4、排料口5。其中溢流口4位于流化床反应器前段，在流化床反应器下部设有底部布风装置3，在流化床反应器后段设有溢流口4，在反应器后段下部设有排料口5；流化床反应器上部设有旋风分离器6；流化床反应器内部由混合反应区和反应分离区组成，流化床反应器前段为混合反应区，混合反应区的断面为长方形，流化床反应器后段为反应分离区，反应分离区的断面为上宽下窄的梯形；旋风分离器的气体出口及排料口分别与燃烧室7相连接，而燃烧室7又与流化床反应器的物料入口1相连接。
本发明所述方法包括如下步骤:
1)颗粒热载体在燃烧室7中被加热至600～1000℃，然后与来自灰场8的含有三氧化二铁的飞灰一起送入流化床反应器；所述流化床反应器内部分为混合反应区和反应分离区两部分，其中反应分离区的断面呈上宽下窄的梯形结构；
2)将还原性气体从流化床底部布风装置3供入作为流化气体，颗粒热载体与飞灰在混合反应区充分混合并进行还原反应，反应温度为450～500℃；
3)颗粒热载体和飞灰颗粒经过混合反应区后进入反应器的反应分离区，反应温度为450～500℃；
4)流化气体在流化床床层内与飞灰中的三氧化二铁反应后，生成的气体携带部分细颗粒离开流化床床层进入旋风分离器6，由旋风分离器分离下来的细颗粒将返回流化床床层，从旋风分离器流出的气体进入燃烧室7将未反应的还原剂燃尽；
5)颗粒热载体和完成还原反应的飞灰经过反应分离区实现颗粒分层，粗的颗粒热载体分布于床层下部形成粗颗粒层，细的飞灰颗粒在粗颗粒层上部形成细颗粒层，当飞灰中的三氧化二铁全部转化为四氧化三铁之后，从设置于细颗粒层处的溢流口4流出，热载体颗粒由排料口5排出，送至燃烧室7中加热，循环利用。
在运行过程中，粒径为200-1000μm的颗粒热载体首先在燃烧室7中被加热至600-1000℃后，与来自灰场8的待还原飞灰混合并由物料入口1送入流化床反应器2中；采取空气煤气、水煤气或两者的混合气体作为流化床中的流化气体及还原剂，(空气煤气的主要成分为CO，水煤气的主要成分为CO和H2)，将流化气体从流化床底部布风装置供入，颗粒热载体与飞灰颗粒在混合反应区中充分混合并进行还原反应，反应机理由下述两个反应式表示：
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2
3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O
在混合反应区中，控制物料的静止料层厚度为1～2m，标态空塔气速为0.2～0.4m/s，反应温度为450～500℃，平均停留时间为5～10分钟；颗粒热载体和飞灰经过混合反应区后进入流化床反应器2的反应分离区，在该反应区，控制静止料层厚度为1～2m，底部标态空塔气速为0.1～0.15m/s，反应温度为450～500℃，物料的平均停留时间为3～6分钟；在反应分离区，由于流化床断面为上宽下窄的梯形结构，导致在不同流化床床层高度上的流化风速不同，使得由于颗粒粒径不同所受气相曳力大小不同而逐渐分层，粒径较大的热载体颗粒逐渐聚集在床层下部而粒径较小的飞灰颗粒逐渐聚集在床层上部；在流化床反应器2内，流化气体中的CO、H2(或两者同时存在)将飞灰中的三氧化二铁还原成四氧化三铁，之后生成的气体携带部分细颗粒离开床层进入旋风分离器6，由旋风分离器分离下来的细颗粒将返回流化床床层，继续发生还原反应，从旋风分离器流出的气体进入燃烧室7将未反应的还原剂CO和H2燃尽；在流化床反应器的末端，当飞灰中的三氧化二铁全部转化为四氧化三铁之后，飞灰从设置于细颗粒层高度处的溢流口4流出，溢流口底部最好位于粗细颗粒的分界面处；热载体颗粒由反应器末端底部的排料口5排出，并被送至燃烧室7中加热，循环利用。

Claims (6)

1.一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
1)颗粒热载体在燃烧室(7)中被加热至600～1000℃，然后与来自灰场(8)的含有三氧化二铁的飞灰一起送入流化床反应器；所述流化床反应器内部分为混合反应区和反应分离区两部分，其中反应分离区的断面呈上宽下窄的梯形结构；
2)将还原性气体从流化床底部布风装置(3)供入作为流化气体，颗粒热载体与飞灰在混合反应区充分混合并进行还原反应，反应温度为450～500℃；
3)颗粒热载体和飞灰颗粒经过混合反应区后进入反应器的反应分离区，反应温度为450～500℃；
4)流化气体在流化床床层内与飞灰中的三氧化二铁反应后，生成的气体携带部分细颗粒离开流化床床层进入旋风分离器(6)，由旋风分离器分离下来的细颗粒将返回流化床床层，从旋风分离器流出的气体进入燃烧室(7)将未反应的还原剂燃尽；
5)颗粒热载体和完成还原反应的飞灰经过反应分离区实现颗粒分层，粗的颗粒热载体分布于床层下部形成粗颗粒层，细的飞灰颗粒在粗颗粒层上部形成细颗粒层，当飞灰中的三氧化二铁全部转化为四氧化三铁之后，从设置于细颗粒层处的溢流口(4)流出，热载体颗粒由排料口(5)排出，送至燃烧室(7)中加热，循环利用。
2.如权利要求1所述的一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，其特征在于：在混合反应区中控制物料的静止料层厚度为1～2m，标态空塔气速为0.2～0.4m/s，物料的平均停留时间为5～10分钟。
3.如权利要求1所述的一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，其特征在于：在反应分离区中控制物料的静止料层厚度为1～2m，底部标态空塔气速为0.1～0.15m/s，物料的平均停留时间为3～6分钟。
4.如权利要求1所述的一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，其特征在于：所述的溢流口(4)的底部位于粗细颗粒的分界面处。
5.如权利要求1所述的一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，其特征在于：所述的颗粒热载体的平均粒径为200μm-1000μm。
6.如权利要求1～5任一权利要求所述的一种还原燃煤循环流化床锅炉飞灰中三氧化二铁的方法，其特征在于：所述的流化气体采用空气煤气、水煤气或两者的混合气体。
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