CN104045099B - 一种气流床粉煤灰活化方法及该方法专用的气流床反应炉 - Google Patents

一种气流床粉煤灰活化方法及该方法专用的气流床反应炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气流床粉煤灰活化方法，粉煤灰与(NH4)2SO4的摩尔比为1∶5～1∶10，混合后进入反应炉燃烧器的炉膛，炉膛温度范围为350℃～600℃，压力范围为1MPa～10MPa，烟气流速平均速度为5m/s～7m/s。本发明还提供一气流床反应炉，其燃烧器包括由内至外依次嵌套的助燃空气管、物料输送环形管，和燃料输送环形管。本发明缩短了粉煤灰中氧化铝焙烧活化的工艺流程，工艺流程更简练，气流床反应炉内烟气体积较常规常压反应炉较少十倍以上，所需炉膛体积减少将近10倍和反应炉造价减少4～5倍。

Description

一种气流床粉煤灰活化方法及该方法专用的气流床反应炉
技术领域
本发明涉及一种气流床粉煤灰活化方法，特别是涉及一种对于各类粒径的、物理性能的粉煤灰活化过程都适用的气流床粉煤灰活化方法。本发明还涉及一种该方法专用的气流床反应炉。
背景技术
近年来，随着电力工业的发展，粉煤灰的排放量急剧增长，年排放量已超过2亿吨，累计堆存量超过25亿吨，占用了大量耕地、大范围地污染了环境。因此，开展粉煤灰的综合利用研究，实现其资源化，不仅是关系到我国电力工业及相关工业可持续发展所面临的亟待解决的重大问题，而且对保护土地资源、减少和消除环境污染，实现循环经济具有重要意义。
粉煤灰中含有的主要成份有：Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO、TiO2、CaO、K2O、MgO等，其中氧化铝的含量一般可达到20%～40%，最高可达50%以上，可代替铝土矿成为一种很好的氧化铝资源。
目前国内外由粉煤灰制备氧化铝的方法，主要为酸浸法和碱熔法。酸浸法系以酸为浸剂从粉煤灰中提取氧化铝，其缺点是粉煤灰中含有的其它金属也会随铝一起进入浸取液，影响氧化铝产品的纯度，需设法提纯，且对设备腐蚀严重，污染大。烧结碱熔法系利用碱从粉煤灰中提取氧化铝，由于硅随铝一起溶解于碱溶液，需想法脱硅。
因此亟需提供一种新型的气流床粉煤灰活化方法及该方法专用的气流床反应炉。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以有效减少烟气体积，降低反应炉装置成本的气流床粉煤灰活化方法。
为解决上述技术问题，本发明一种气流床粉煤灰活化方法，粉煤灰与(NH4)2SO4的摩尔比为1：5～1：10，混合后进入反应炉燃烧器的炉膛，炉膛温度范围为350℃～600℃，压力范围为1Mpa～10Mpa，烟气流速平均速度为5m/s～7m/s。
在不经过造粒过程的前提下，物料通过压缩空气密相加压输送的方式进入反应炉燃烧器的炉膛。
本发明还提供一种上述方法专用的气流床反应炉，包括炉壳、固定于炉壳上部的炉头、设于炉壳底部的物料出口、设于炉壳侧壁的烟道、固定于炉头之上的燃烧器；燃烧器包括由内至外依次嵌套的助燃空气管、物料输送环形管，和燃料输送环形管。
本发明的优点在于以下几个方面：
（1）反应物料粉煤灰与(NH4)2SO4无需造粒，经由特种燃烧器物料环形通道进入反应炉的过程中，在气体加压密相输送的环境下，能够在高温高压的环境下相互撞击摩擦迅速发生反应，缩短了粉煤灰中氧化铝焙烧活化的工艺流程，工艺流程更简练。
（2）高温高压密闭气流床反应炉内烟气体积较常规常压反应炉较少十倍以上，所需炉膛体积减少将近10倍和反应炉造价减少4～5倍。
（3）反应生成的氨气经余热利用处理后可以直接作为氨沉反应的原料气，达到资源循环利用的效果。
附图说明
图1为本发明所提供的一种气流床反应炉的结构示意图。
图2为本发明所提供的一种气流床反应炉的燃烧器的结构示意图。
图中：1为燃烧器，2为炉头，3为炉壳，4为炉衬，5为炉膛，6为烟道，7为物料出口，8为助燃空气管，9为物料输送环形管，10为燃料输送环形管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1、图2所示，气流床反应炉包括：燃烧器1，炉头2，炉壳3，炉衬4，炉膛5，烟道6，物料出口7。燃烧器1包括由内至外依次嵌套的助燃空气管8、物料输送环形管9，和燃料输送环形管10。助燃空气管8、物料输送环形管9，和燃料输送环形管10通过焊接或者端部螺纹连接在一起。
燃烧器1通过安装板安装在炉头2中央位置上；炉壳3经过防腐蚀漆处理，并且满足通用压力容器要求；炉衬4可以选用耐高温耐酸腐蚀耐火材料，厚度以保证炉壳3温度在酸露点腐蚀温度以上设计即可；炉衬4上设有水冷壁，水冷壁采用金属膜式壁结构，水冷壁通中压饱和蒸汽或锅炉水，可以降低耐火材料的表面温度并调节炉膛温度减少耐火材料的磨损。炉体下部侧方设计烟道6，生成的高温烟气经此排出；炉体底部设计反应物料出口7，供固体物料排出使用。
燃料加压后经由输送环形管10进入炉膛5与来自助燃空气管8的助燃空气反应生成高温烟气，粉煤灰与(NH4)2SO4按照混合摩尔比1：7进行掺混后，在不经过造粒过程的前提下，通过压缩空气密相加压输送的方式经物料输送环形管8进入反应炉燃烧器的炉膛5，在燃烧火焰的高温烟气气流中实现混合并完成焙烧活化。反应过程中炉膛5温度维持在500℃，压力为5Mpa，烟气流速平均速度为6m/s。反应生成的氨气和水经由烟气出口排出经余热利用处理后作为氨沉原料气使用，生成的硫酸铝进入酸溶环节进行处理。
燃料可以为气体燃料、液体燃料和固体燃料。气体燃料可以在保证一定压力的条件下直接进入炉膛燃烧提供物料反应热量；液体燃料可以通过水蒸气或压缩空气气化或者机械雾化的形式进入炉膛，固体物料如可燃碳粒等可以通过空气加压输送方式进入炉膛。以气体燃料为例，如天然气、焦炉煤气、合成气、液氮洗尾气等，燃气热值不低于2500Kcal/Nm3以维持炉膛温度；以固体、液体燃料为例，如渣油、柴油、煤粉等，热值不低于8500Kcal/Kg以维持炉膛温度。
实施例2
与实施例1的区别在于粉煤灰与(NH4)2SO4按照混合摩尔比为1：5，反应过程中炉膛温度维持在350℃，压力为1Mpa，烟气流速平均速度为5m/s。
实施例3
与实施例1的区别在于粉煤灰与(NH4)2SO4按照混合摩尔比为1：10，反应过程中炉膛温度维持在600℃，压力为10Mpa，烟气流速平均速度为7m/s。
上述实施例中，对于粉煤灰的活化都在80%以上。

Claims (1)

1.一种气流床反应炉，其特征在于：包括炉壳、固定于炉壳上部的炉头、设于炉壳底部的物料出口、设于炉壳侧壁的烟道、固定于炉头之上的燃烧器；所述燃烧器包括由内至外依次嵌套的助燃空气管、物料输送环形管，和燃料输送环形管。
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