CN103664016B - 一种有源煤气化生产水泥的方法和回转窑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有源煤气化生产水泥的方法和回转窑装置，装置包括煤干馏预热单元、气体分离净化单元、煤气化回转窑、水泥回转窑、水泥冷却器、水泥出料设备、竖膛、引风机和加料口。煤气化回转窑设有窑头和集气室，煤气化回转窑通过窑头和集气室与煤干馏预热单元连接，煤干馏预热单元通过引风机连接到气体分离净化单元。煤粉和石灰石粉、石灰粉、电石渣粉等经煤干馏预热单元预热后进入煤气化单元进行煤气化和石灰石分解，气化分解后的灰渣、石灰和水泥辅料混合后进入水泥煅烧单元煅烧成水泥熟料。本发明以煤气化后的灰渣作为水泥生料在生产煤气、煤焦油的同时生产水泥熟料和余热发电，有效利用资源，节能降耗，有利于降低生产成本，提高经济效益。

Description

一种有源煤气化生产水泥的方法和回转窑装置

技术领域

本发明属于化工材料生产技术领域，涉及一种有源煤气化生产水泥的方法和回转窑装置。

背景技术

水泥回转窑是煅烧水泥熟料的主要设备，已被广泛用于水泥、冶金、化工等行业。该设备由筒体、传动装置、活动窑头、窑尾密封装置、燃烧装置等部件组成，回转窑具有结构简单，运转可靠，生产过程容易控制等特点。预分解技术是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。在进料口和回转窑之间增设旋风预热器，使烟气放热过程与生料中碳酸盐分解的吸热过程，在旋风预热器悬浮状态下迅速进行，入窑生料的分解率提高。将在回转窑内进行的碳酸盐分解任务部分转移到旋风预热器内进行，减轻了窑内气化和煅烧的负荷，有利于生产大型化。由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。

煤气化是指把经过处理的煤送入反应器内，在一定的温度和压力下，通过气化剂(空气或氧气和水蒸气)以一定的流动方式转化成气体，得到粗制煤气，通过后续脱硫、脱碳等工艺可以得到精制一氧化碳、氢气的过程。气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤气化的气体产物煤气可作燃料或化工原料，液体产物可作煤焦油，固体产物灰渣可以用作水泥生料，与其它辅料按比例混合后一起煅烧成水泥熟料。现有技术煤气化和水泥熟料煅烧为两个独立的生产过程，尚未发现煤气化同时生产水泥熟料的技术和设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种有源煤气化生产水泥的方法，利用煤气化的灰渣作水泥生料，实现煤气化生产煤气、煤焦油的同时生产水泥熟料和余热发电，充分利用资源，节能降耗，降低生产成本。本发明的另一目的是提供一种有源煤气化生产水泥的回转窑装置。

本发明有源煤气化生产水泥的方法，煤粉和石灰石粉、石灰粉、电石渣粉等经煤干馏预热单元预热至600～850℃，进入煤气化单元进行煤气化和石灰石分解，煤气化和石灰石分解的温度为850～1200℃。气化分解后的气体经干馏预热单元预热煤粉和石灰石粉后到煤气净化分离单元净化分离，净化后的气体经变换反应单元转换成CO₂和H₂。气化分解后的灰渣和水泥辅料混合后进入水泥煅烧单元煅烧成水泥熟料，水泥熟料冷却后经破碎和磨粉制成水泥，水泥用CO₂输送至水泥仓保存；水泥煅烧的温度为1200～1500℃。

本发明有源煤气化生产水泥的回转窑装置，包括煤干馏预热单元，煤气化回转窑、气体分离净化单元、引风机和加料口。煤气化回转窑设有窑头和集气室，煤气化回转窑通过窑头和集气室与煤干馏预热单元连接，煤干馏预热单元通过引风机连接到气体分离净化单元。煤干馏预热单元为四级旋风预热器和集气室组合，加料口连接一级旋风预热器的进料口，所述一级、二级和三级级旋风预热器依次为下一级旋风预热器的气体出口连接到上一级旋风预热器的进料口，上一级旋风预热器的料腿连接到下一级旋风预热器的进料口。三级旋风预热器的料腿连接到集气室进料口，集气室气体出口连接到四级旋风预热器进料口，所述集气室作为煤粉气化反应的流化床；四级旋风预热器料腿连接窑头（12），气体出口连接三级旋风预热器进料口，与所述集气室组成循环流化床。回转窑装置设有水泥煅烧单元，水泥煅烧单元设有水泥回转窑、水泥冷却器、水泥出料设备和竖膛，煤气化回转窑通过竖膛与水泥回转窑连接，水泥回转窑连接通过水泥冷却器与水泥出料设备连接。竖膛的上部设有1号辅料加入口，侧面设有2号辅料加入口。竖膛与煤气回转窑的连接处设有喷嘴，所述喷嘴为蒸汽喷嘴、空气或氧气喷嘴，水泥冷却器与水泥回转窑的连接处设有煤粉或煤气烧嘴。

水泥冷却器中设有蒸汽盘管，回转窑装置设有余热发电系统，余热发电系统包括发电机组、蒸汽透平、蒸汽锅炉和冷凝器。蒸汽盘管的蒸汽出口连接到蒸汽锅炉，蒸汽锅炉连接到蒸汽透平，发电机组和蒸汽透平轴连接。蒸汽透平的乏汽出口通过蒸汽冷凝器连接到蒸汽盘管。回转窑装置设有除尘器、气液分离器、灰斗和油水分离器。除尘器入口与引风机出口连接，除尘器的灰尘出口与灰斗连接，灰斗连接到加料口，气体出口与气液分离器连接。气液分离器的液体出口与油水分离器连接，油水分离器的油出口连接到煤焦油加氢精制系统。气液分离器的气体出口分为两路，一路连接到蒸汽锅炉的烧嘴，一路连接到煤气储罐。回转窑装置设有密封罩，煤气化回转窑、竖膛和水泥回转窑位于密封罩中。加入口设有在线煤灰成分检测仪，1号辅料加入口和2号辅料加入口设有在线辅料检测仪。四级旋风预热器、集气室和窑头组成循环流化床，进行部分煤气化。煤干馏预热单元不限制旋风预热器的级数。

本发明通过旋风预热器组成的煤干馏预热单元、气体分离净化单元、煤气化回转窑、竖膛和水泥回转窑组成的有源煤气化生产水泥的回转窑装置，利用煤气化产生的煤气预热干馏煤粉和石灰石粉、石灰粉、电石渣粉等原料，在回转窑内预热干馏后的粉煤焦气化，石灰石粉分解成石灰粉，石灰粉和煤气化后的灰渣经竖膛与水泥辅料按比例混合后进入水泥回转窑煅烧成水泥，以煤气化后的灰渣作水泥原料充分利用资源，减少资源浪费。用煤气化产生和石灰石分解产生的气体预热干馏煤粉和石灰石粉、石灰粉、电石渣粉等原料，有效利用余热。用四级旋风预热器构成的煤干馏预热单元传热效果好，预热充分，能源浪费少。通过在水泥冷却器增设蒸汽盘管利用水泥冷却放出的热量用于余热发电使热能得到进一步的利用。本发明有源煤气化生产水泥的方法和回转窑装置，在生产煤气、煤焦油的同时生产水泥和余热发电，有效利用了资源，降低了能耗，有利于降低生产成本，提高企业经济效益。

附图说明

图1是本发明有源煤气化生产水泥的回转窑装置流程示意图；

    其中：

1—引风机、2—加料口、3—一级旋风预热器、4—二级旋风预热器、5—三级旋风预热器、6—四级旋风预热器、7—除尘器、8—气液分离器、9—集气室、10—灰斗、11—油水分离器、12—窑头、13—煤气化回转窑、14—密封罩、15—1号辅料加入口、16—喷嘴、17—竖膛、18—水泥回转窑、19—蒸汽透平、20—蒸汽锅炉、21—冷凝器、22—煤粉或煤气烧嘴、23—水泥冷却器、24—水泥出料设备、25—2号辅料加入口、26—蒸汽盘管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明有源煤气化生产水泥的回转窑装置，如图1所示，包括煤干馏预热单元，煤气化回转窑13、气体分离净化单元、水泥回转窑18、水泥冷却器23、水泥出料设备24和竖膛17，余热发电系统、引风机1和加料口2。煤气化回转窑设有窑头12和集气室9。煤干馏预热单元为四级旋风预热器，包括；一级旋风预热器3、二级旋风预热器4、三级旋风预热器5、四级旋风预热器6。四级旋风预热器依次为下一级旋风预热器的气体出口连接到上一级旋风预热器的进料口，上一级旋风预热器的料腿连接到下一级旋风预热器的进料口。加料口连接一级旋风预热器的进料口，四级旋风预热器6的料腿连接到窑头，三级旋风预热器5的料腿连接到集气室的顶部进料口。加料口连接一级旋风预热器3的进料口，一级旋风预热器的气体出口连接到引风机的入口。煤气化回转窑通过竖膛与水泥回转窑连接，水泥回转窑通过水泥冷却器与水泥出料设备连接，水泥出料设备连接到下一道工序，可以采用CO₂输送、保存。竖膛的上部设有1号辅料加入口15，侧面设有2号辅料加入口25。竖膛与煤气化回转窑的连接处设有喷嘴16，水泥冷却器与水泥回转窑的连接处设有煤粉或煤气烧嘴22。水泥冷却器23中设有蒸汽盘管26。余热发电系统包括发电机组、蒸汽透平19、蒸汽锅炉20和冷凝器21。蒸汽盘管的蒸汽出口连接到蒸汽锅炉，蒸汽锅炉连接到蒸汽透平，发电机组和蒸汽透平轴连接。蒸汽透平的乏汽出口通过冷凝器连接到蒸汽盘管。

气体分离净化单元设有除尘器7、气液分离器8、灰斗10和油水分离器11。除尘器入口与引风机出口连接，除尘器的灰尘出口与灰斗连接，灰斗连接到加料口2，气体出口与气液分离器连接。气液分离器的液体出口与油水分离器连接，油水分离器的油出口连接到煤焦油精制系统。气液分离器的气体出口分为两路，一路连接到蒸汽锅炉的烧嘴，一路连接到煤气储罐。回转窑装置设有密封罩14，煤气化回转窑13、竖膛17和水泥回转窑18位于密封罩中。加料口2设有在线煤灰成分检测仪，1号辅料加入口15和2号辅料加入口25设有在线辅料检测仪。

本发明有源煤气化生产水泥的过程，原料制备系统制备好的煤粉和石灰石粉经加料口2进入煤干馏预热单元，利用煤气化回转窑中煤气化和石灰石分解产生的高温煤气和分解气混合物对原料进行预热，依次经一级旋风预热器3、二级旋风预热器4、三级旋风预热器5、四级旋风预热器6以及集气室9，预热至800～850℃，预热过程伴随着煤的干馏和部分气化过程，干馏的气液产物随上升的混合气经引风机1到气体分离净化单元。预热后粉煤焦和石灰石粉由三级旋风预热器5料腿经集气室9，四级旋风预热器6料腿经窑头12进入煤气化回转窑13，进行煤气化和石灰石分解，煤气化和石灰石分解的温度为850～1200℃。气化分解后的气体经煤干馏预热单元预热煤粉和石灰石粉后到煤气净化分离单元净化分离。水泥辅料经1号辅料加入口15和2号辅料加入口25进入竖膛17，与气化分解后的灰渣混合后进入水泥回转窑18煅烧成水泥熟料，煅烧的温度为1200～1500℃。水泥熟料在水泥冷却器冷却后经水泥出料设备出装置，经破碎和磨粉制成水泥，采用CO₂输送到水泥仓保存。

 水泥冷却器中水泥放出热量加热蒸汽盘管26，产生的蒸汽经蒸汽锅炉进一步加热后到蒸汽透平驱动发电机组发电，发电后的乏汽经冷凝器21冷凝后到蒸汽盘管26继续发生蒸汽。离开引风机的混合气体到除尘器7除尘，灰尘经灰斗10到加料口2继续作为水泥原料，气体到气液分离器8进行气液分离。分离出煤气一部分作为蒸汽锅炉的燃料，一部分到煤气储罐，进而经变换反应单元转换成CO₂和H₂。分出液体进入油水分离器11进行油水分离，分出的油相到煤焦油储罐，进而到煤焦油加氢精制柴油系统。

Claims (6)

1.一种有源煤气化生产水泥的方法，煤粉、石灰石粉、石灰粉和电石渣粉经煤干馏预热单元预热至600～850℃，进入煤气化单元进行煤气化和石灰石分解，煤气化和石灰石分解的温度为850～1200℃；气化分解后的气体经煤干馏预热单元预热干馏煤粉和石灰石粉后到煤气净化分离单元净化分离，净化后的气体经变换反应单元转换成CO₂和H₂，其特征是：气化分解后的灰渣、石灰和水泥辅料混合后进入水泥煅烧单元煅烧成水泥熟料，水泥熟料经冷却器冷却后，再经破碎和磨粉制成水泥，水泥用CO₂输送至水泥仓保存；所述水泥煅烧的温度为1200～1500℃。

2.一种有源煤气化生产水泥的回转窑装置，包括煤干馏预热单元，煤气化回转窑(13)、气体分离净化单元、引风机(1)和加料口(2)，所述煤气化回转窑(13)设有窑头(12)和集气室(9)，煤气化回转窑通过窑头和集气室与煤干馏预热单元连接，煤干馏预热单元通过引风机连接到气体分离净化单元；所述煤干馏预热单元为四级旋风预热器和集气室组合，所述加料口连接一级旋风预热器的进料口，所述一级、二级、三级旋风预热器依次为下一级旋风预热器的气体出口连接到上一级旋风预热器的进料口，上一级旋风预热器的料腿连接到下一级旋风预热器的进料口；三级旋风预热器的料腿连接到集气室进料口，集气室气体出口连接到四级旋风预热器进料口，所述集气室作为煤粉气化反应的流化床；四级旋风预热器料腿连接窑头(12)，气体出口连接三级旋风预热器进料口，与所述集气室组成循环流化床；其特征是：所述回转窑装置设有水泥煅烧单元，所述水泥煅烧单元包括水泥回转窑(18)、水泥冷却器(23)、水泥出料设备(24)和竖膛(17)；所述煤气化回转窑通过竖膛与水泥回转窑连接，水泥回转窑通过水泥冷却器与水泥出料设备连接；所述竖膛(17)的上部设有1号辅料加入口(15)，侧面设有2号辅料加入口(25)；所述竖膛与煤气化回转窑的连接处设有喷嘴(16)，所述喷嘴为蒸汽喷嘴、空气或氧气喷嘴；所述水泥冷却器与水泥回转窑的连接处设有煤粉或煤气烧嘴(22)。

3.根据权利要求2所述的有源煤气化生产水泥的回转窑装置，其特征是：所述水泥冷却器(23)中设有蒸汽盘管(26)，所述回转窑装置设有余热发电系统，所述余热发电系统包括发电机组、蒸汽透平(19)、蒸汽锅炉(20)和冷凝器(21)；所述蒸汽盘管的蒸汽出口连接到蒸汽锅炉，蒸汽锅炉连接到蒸汽透平，发电机组和蒸汽透平轴连接；蒸汽透平的乏汽出口通过蒸汽冷凝器连接到蒸汽盘管。

4.根据权利要求2所述的有源煤气化生产水泥的回转窑装置，其特征是：所述气体分离净化单元设有除尘器(7)、气液分离器(8)、灰斗(10)和油水分离器(11)；所述除尘器入口与引风机出口连接，除尘器的灰尘出口与灰斗连接，灰斗连接到加料口(2)，除尘器的气体出口与气液分离器连接；气液分离器的液体出口与油水分离器连接，油水分离器的油出口连接到煤焦油加氢精制系统；气液分离器的气体出口分为两路，一路连接到蒸汽锅炉的烧嘴，一路连接到煤气储罐。

5.根据权利要求2所述的有源煤气化生产水泥的回转窑装置，其特征是：所述回转窑装置设有密封罩(14)，所述煤气化回转窑(13)、竖膛(17)和水泥回转窑(18)位于密封罩中。

6.根据权利要求2所述的有源煤气化生产水泥的回转窑装置，其特征是：所述加料口(2)设有在线煤灰成分检测仪，所述1号辅料加入口(15)和2号辅料加入口(25)设有在线辅料检测仪。