CN104649596A - 利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高活性石灰的制备领域，具体涉及一种利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，能将粒度小于10mm的石灰石屑充分有效利用还能利用循环流化床炉煅烧粒度小于10mm石灰石屑制成高活性石灰。步骤a、将石灰石屑筛分为粗颗粒、细颗粒和细粉，并分别对应投入循环流化床炉中的密相区、悬浮段和高温旋风分离器中煅烧；粗颗粒是粒度为1.5mm的颗粒在筛上占有的质量份数大于70％，细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下的部分占有的质量份数大于80％，细颗粒为其中70％以上的颗粒粒度为0.3-1.5mm；b、维持循环流化床炉膛出口温度为850-950℃，高温旋风分离器烟气出口温度700-750℃。

Description

利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法
技术领域
本发明涉及高活性石灰的制备领域，具体而言，涉及一种利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法。
背景技术
循环流化床燃烧技术是近三十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，有上百台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。
目前采石工业中有大量粒度小于10mm的石屑被弃置，既浪费资源又污染环境。众多研究表明，在800-900℃烧成的石灰因具有很高的比表面积而有很高的活性。因此在1960年出现流化床燃烧技术后，在流化床中添加石灰石脱硫被广泛利用，在1980年以前，是鼓泡流化床，所加石灰石是粒度小于3mm的石屑，于是就出现用流化床燃烧炉煅烧石灰的设想。
但本领域至今，除使用流化床锅炉时需要在流化床锅炉内添加石灰石脱硫之外，并没有以生产石灰为目标的循环流化床煅烧炉在使用。其重要原因是，以煅烧石灰为目标的循环流化床炉的工作状态与在循环流化床燃烧锅炉内添加石灰石脱硫有着重大差异，处理不当，燃烧过程不能正常进行，具体原因如下：
循环流化床炉存在着三个区域，一个是位于炉底部的密相区，其颗粒流动形态是鼓泡床，其中颗粒粒度以1-5mm为主；其次是位于密相区之上的悬浮段，其颗粒流动形态是气流床或快速床，其中颗粒粒度以0.1-1mm为主；最后为高温旋风分离器，其中气流作强烈旋转，大于0.1mm颗粒会被分离并送回炉膛。
三个区域有着各自的燃烧份额，燃烧所发出的热量除加热燃烧必须的烟气外，其余热量将随不同工作目标而作不同用途。
当按照传统工艺使用循环流化床锅炉进行燃烧时，所余热量主要用于加热水，这时添加和煅烧石灰石只是为了脱硫。为了防止排出的烟气中含有二氧化硫对环境造成污染，需要进行脱硫处理。而进行脱硫处理时，相对于燃烧炉中加入的燃料，只需要加入极少量的石灰石，石灰石进入炉子之后在高温下先受热分解，生成的氧化钙再与二氧化硫化合生成硫酸钙。前一反应为吸热，后一反应为放热，一般两个热量相差不多，在一吸一放之间几乎达到平衡，它们与炉内燃料放出的热量相比变量甚为微小，所以不会影响炉内整体的环境温度。
而以煅烧石灰为目标使用循环流化床炉时，因为煅烧石灰石为吸热反应，所以炉子中燃烧产生的热量还需要被分解的石灰石吸收，作为温升和分解用热。通常炉子产生的燃烧热需要满足炉子中石灰石的高温分解热所需的量，如果炉内的石灰石吸热不足，则炉内因为热量过剩环境温度将大幅升高，而温度过高将会使炉内的石灰石颗粒在高温下相互粘结，破坏流化过程，使得石灰石颗粒不能在流化床内很好地流化；而石灰石吸热过量，则炉内环境温度降低，温度过低炉子将熄火，使得工艺无法继续进行。
所以，在使用循环流化床炉进行石灰石煅烧时，维持炉内各区域内的热平衡至关重要。热平衡既与该区域的燃烧份额有关，也与在该区域内完成分解的石灰石数量有关，不同区域的流动特性决定了可在其中停留并完成分解的颗粒粒度。而在该工艺中因为各个条件和变量之间存在着复杂的制约关系，所以，使用循环流化床炉煅烧石灰石，同时能够生产出不同粒径的高活性的石灰，目前在本领域仍然为一个技术难题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，通过该方法，不仅能够将采石之后粒度小于10mm的石灰石屑充分有效利用，而且还能够利用循环流化床炉煅烧粒度小于10mm石灰石屑制成高活性石灰，不仅提高了原料利用率，而且充分发挥了石灰石屑的经济价值。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，包括以下步骤：
a、将石灰石屑筛分为粗颗粒、细颗粒和细粉，并分别对应投入循环流化床炉中的密相区、悬浮段和高温旋风分离器中煅烧；其中所述粗颗粒是粒度为1.5mm的颗粒在筛上占有的质量份数大于70％，所述细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下的部分占有的质量份数大于80％，所述细颗粒为其中70％以上的颗粒粒度为0.3-1.5mm；
b、维持所述循环流化床炉膛温度为850-950℃，高温旋风分离器烟气出口温度维持700-750℃。
本发明提供的一种利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，切合石灰石屑和循环流化床的特点，使用循环流化床炉，分级和分区地加入石灰石屑，制成高活性石灰。分级和分区的目的是保证循环流化床炉中的密相区、悬浮段和高温旋风分离器不同区域的温度稳定。
因为使用循环流化床炉煅烧石灰时，和普通的循环流化床锅炉不同的是，其只有炉没有锅，也就是没有水用于吸热，它利用石灰石屑在炉膛中高温分解释放出二氧化碳时需要吸热，而炉子里燃料燃烧释放的热量需要和石灰石屑反应时所吸收的热量达到平衡，这样才能保证炉子中的反应顺畅进行。
但是，因为当将所有粒径的石灰石屑均加入底部的密相区时，大量的石灰石屑甚至会将炉底的热量大量吸收，而导致炉底的温度急剧降低，导致整个燃烧炉熄火。而当吸收了大量热量的石灰石屑在密相区完全反应后，在悬浮段和高温旋风分离器再燃烧的热量将缺乏吸收热量的石灰石从而导致高温旋风分离器的烟气出口的温度过高，无法满足工艺要求。所以，本发明提供的方法中，将原料石灰石屑分级分区加入，因为每个区域有其固定的燃烧份额，根据不同的燃烧份额加入所需量的石灰石屑，保证整个燃烧炉的内部各处热量都达到平衡。而根据传统的利用循环流化床锅炉进行煅烧并脱硫的方法，通常是将待燃烧的物料一并同时加入炉中，对于物料不分级，也不分区加入，直接进行燃烧。
本发明中，将粒径小于10mm的石灰石屑进一步地进行等级细分，分为粗颗粒、细颗粒和细粉，其中粗颗粒是粒度为1.5mm的颗粒在筛上占有的质量份数大于70％，细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下的部分占有的质量份数大于80％，细颗粒为其中70％以上的颗粒粒度为0.3-1.5mm，同时，将三种粒径的物料分区加入循环流化床炉中，大颗粒加入密相区、细颗粒加入悬浮段、细粉直接从高温旋风分离器的口部加入高温旋风分离器中，分别煅烧分解。
因为石灰石煅烧时，所需的最低分解温度为700℃，而高于1000℃则无法很好地流化，活性也会明显降低，为了保证炉子中各级物料分别顺利反应，需要保证控制炉膛出口的温度为850-950℃，高温旋风分离器烟气出口温度维持700-750℃。
根据本发明提供的一种利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，能够使得粒径小于10mm的石屑在循环流化床炉中充分地反应，而且各级粒径的石屑能够很好地流化，并在自然状态下完全反应解释放出CO2并生成高活性的石灰，在提高原料利用率的基础上，工艺方法相对简单，废料再利用而且会产生可观的经济价值。
进一步地，步骤a中，将所述石灰石屑分别投入循环流化床炉中时，所述粗颗粒从高于循环流化床的风帽小孔2m以下的密相区送入；所述细颗粒从高于循环流化床风帽小孔2m以上的悬浮段送入；细粉从所述高温旋风分离器入口送入。
进一步地，步骤a中，所述粗颗粒是粒径为1.5mm的粗颗粒在筛上部分中占有的质量份数为70-100％。
进一步地，步骤a中，所述细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下部分中占有的质量份数为80％-100％。
进一步地，步骤a中，所述细颗粒是，其中70-100％的颗粒的粒度为0.3-1.5mm。
粗颗粒石灰石应主要加入密相区，细颗粒适于加入悬浮段，粉料从高温旋风分离器入口加入，既能很快分解，又能将旋风分离器出口烟气温度适当降低，充分利用热量。
进一步地，步骤b中，所述密相区的温度控制在900-1000℃。
为了更好地控制炉膛中的温度，优选控制密相区的温度为900-1000℃。
进一步地，步骤b之后还包括，反应完全后，从所述高温旋风分离器的烟气出口回收200微米以下粒径的细粉级的高活性石灰，从所述炉子底部回收大于200微米的高活性石灰。
因为在流化煅烧的过程中，大颗粒的物料会先下沉至炉子的底部，受热分解过程中，大颗粒会爆裂为小颗粒，其反应完全的又因为几乎完全释放出了其中的CO2使得颗粒比重很轻，在高温旋风分离器的旋转过程中从烟气出口排出被直接回收，而未完全反应的，因为其比重较重，会重新返回炉膛，进行下一轮的反应。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)粒径小于10mm的石屑在循环流化床炉中能够充分流化煅烧。
(2)分级、分区煅烧，极大地提高了原料的利用率和产率。
(3)燃烧热和反应所需吸收的热量在循环流化床炉中保持平衡状态，保证了反应顺利进行，而且有利于节省能源，较少热能浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明提供的循环流化床炉的简易结构示意图；
1.粗颗粒加入口，2.风帽，3.密相区，4.细颗粒加入口，5.悬浮段，6.循环流化床炉膛出口，7.高温旋风分离器，8.高温旋风分离器烟气出口。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，包括以下步骤：
a、将石灰石屑筛分为粗颗粒、细颗粒和细粉，并分别对应投入循环流化床炉中的密相区3、悬浮段5和高温旋风分离器7中煅烧；其中所述粗颗粒是粒度为1.5mm的颗粒在筛上占有的质量份数大于70％，所述细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下的部分占有的质量份数大于80％，所述细颗粒为其中70％以上的颗粒粒度为0.3-1.5mm；
b、维持所述循环流化床炉膛出口6的温度为850-950℃，高温旋风分离器烟气出口8温度维持700-750℃。
如图1所示，本发明提供的一种利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，切合石灰石屑和循环流化床的特点，使用循环流化床炉，分级和分区地加入石灰石屑，制成高活性石灰。分级和分区的目的是保证循环流化床炉中的密相区3、悬浮段5和高温旋风分离器7不同区域的温度稳定。
因为使用循环流化床炉煅烧石灰时，和普通的循环流化床锅炉不同的是，其只有炉没有锅，也就是没有水用于吸热，它利用石灰石屑在炉膛中高温分解释放出二氧化碳时需要吸热，而炉子里燃料燃烧释放的热量需要和石灰石屑反应时所吸收的热量达到平衡，这样才能保证炉子中的反应顺畅进行。
但是，因为当将所有粒径的石灰石屑均加入底部的密相区时，大量的石灰石屑甚至会将炉底的热量大量吸收，而导致炉底的温度急剧降低，导致整个燃烧炉熄火。而当吸收了大量热量的石灰石屑在密相区完全反应后，在悬浮段和高温旋风分离器再燃烧的热量将缺乏吸收热量的石灰石从而导致高温旋风分离器的烟气出口的温度过高，无法满足工艺要求。所以，本发明提供的方法中，将原料石灰石屑分级分区加入，因为每个区域有其固定的燃烧份额，根据不同的燃烧份额加入所需量的石灰石屑，保证整个燃烧炉的内部各处热量都达到平衡。而根据传统的利用循环流化床锅炉进行煅烧并脱硫的方法，通常是将待燃烧的物料一并同时加入炉中，对于物料不分级，也不分区加入，直接进行燃烧。
本发明中，将粒径小于10mm的石灰石屑进一步地进行等级细分，分为粗颗粒、细颗粒和细粉，其中粗颗粒是粒度为1.5mm的颗粒在筛上占有的质量份数大于70％，细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下的部分占有的质量份数大于80％，细颗粒为其中70％以上的颗粒粒度为0.3-1.5mm，同时，将三种粒径的物料分区加入循环流化床炉中，大颗粒加入密相区3、细颗粒加入悬浮段5、细粉直接从高温旋风分离器7的口部加入高温旋风分离器7中，分别煅烧分解。
因为石灰石煅烧时，所需的最低分解温度为700℃，而高于1000℃则无法很好地流化，活性也会明显降低，为了保证炉子中各级物料分别顺利反应，需要保证控制炉膛出口的温度为850-950℃，高温旋风分离器烟气出口8温度维持700-750℃。
根据本发明提供的一种利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，能够使得粒径小于10mm的石屑在循环流化床炉中充分地反应，而且各级粒径的石屑能够很好地流化，并在自然状态下完全反应解释放出CO2并生成高活性的石灰，在提高原料利用率的基础上，工艺方法相对简单，废料再利用而且会产生可观的经济价值。
优选地，步骤a中，将所述石灰石屑分别投入循环流化床炉中时，所述粗颗粒从高于循环流化床的风帽2小孔2m以下的密相区3送入，也就是本工艺中的粗颗粒加入口1；所述细颗粒从高于循环流化床风帽2小孔2m以上的悬浮段5送入，也就是本工艺中的细颗粒加入口4；细粉从所述高温旋风分离器7入口送入高温旋风分离器7中。
优选地，步骤a中，所述粗颗粒是粒径为1.5mm的粗颗粒在筛上部分中占有的质量份数为70-100％。
优选地，步骤a中，所述细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下部分中占有的质量份数为80％-100％。
优选地，步骤a中，所述细颗粒是，其中70-100％的颗粒的粒度为0.3-1.5mm。
粗颗粒石灰石应主要加入密相区3，细颗粒适于加入悬浮段5，粉料从高温旋风分离器7入口加入，既能很快分解，又能将旋风分离器出口烟气温度适当降低，充分利用热量。
优选地，步骤b中，所述密相区3的温度控制在900-1000℃。
为了更好地控制炉膛中的温度，优选控制密相区3的温度为900-1000℃。
进一步地，步骤b之后还包括，反应完全后，从所述高温旋风分离器7烟气的出口回收200微米以下粒径的细粉级的高活性石灰，从所述炉子底部回收大于200微米的高活性石灰。
因为在流化煅烧的过程中，大颗粒的物料会先下沉至炉子的底部，受热分解过程中，大颗粒会爆裂为小颗粒，其反应完全的又因为几乎完全释放出了其中的CO2使得颗粒比重很轻，在高温旋风分离器的旋转过程中从烟气出口排出被直接回收，而未完全反应的，因为其比重较重，会重新返回炉膛，进行下一轮的反应。
实施例1
利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，包括以下步骤：
a、将石灰石屑筛分为粗颗粒、细颗粒和细粉，并分别投入循环流化床炉中的密相区3、悬浮段5和高温旋风分离器7中煅烧；其中1-5mm的粗颗粒石灰石主要加入密相区3，0.5-1mm的细颗粒加入悬浮段5，小于0.5mm的粉料从高温旋风分离器7入口加入；
b、维持所述循环流化床炉膛温度为850-900℃，高温旋风分离器烟气出口8温度维持700-720℃，密相区3温度控制在900-950℃。
实施例2
利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，包括以下步骤：
a、将石灰石屑筛分为粗颗粒、细颗粒和细粉，并分别投入循环流化床炉中的密相区3、悬浮段5和高温旋风分离器7中煅烧；其中1-10mm的粗颗粒石灰石主要加入密相区3，0.5-1mm的细颗粒加入悬浮段5，小于0.5mm的粉料从高温旋风分离器7入口加入；
b、维持所述循环流化床炉膛温度为900-950℃，高温旋风分离器烟气出口8温度维持720-750℃，密相区3温度控制在950-1000℃。
实验例1
将1吨/时粒径小于10mm的石灰石屑筛分为粗颗粒、细颗粒和细粉，并分别投入循环流化床炉中的密相区、悬浮段和高温旋风分离器7中；其中所述粗颗粒是粒度为1.5mm的颗粒在筛上占有的质量份数为70-75％，所述细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下的部分占有的质量份数为80-90％，所述细颗粒为其中70-85％以上的颗粒粒度为0.3-1.5mm；
维持循环流化床炉膛温度为850-950℃，高温旋风分离器的烟气出口温度维持700-750℃，密相区温度为900-1000℃。
煅烧完全后，从高温旋风分离器烟气出口8回收200微米以下粒径的细粉级的高活性石灰，从炉子底部回收粒度大于200微米的高活性石灰。
通过该工艺，分别能够得到200微米以下粒径的细粉级的高活性石灰0.4-0.55吨/时，颗粒级的高活性石灰0.1-0.15吨/时。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (7)

1.利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将石灰石屑筛分为粗颗粒、细颗粒和细粉，并分别对应投入循环流化床炉中的密相区、悬浮段和高温旋风分离器中煅烧；其中所述粗颗粒是粒度为1.5mm的颗粒在筛上占有的质量份数大于70％，所述细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下的部分占有的质量份数大于80％，所述细颗粒为其中70％以上的颗粒粒度为0.3-1.5mm；
b、维持所述循环流化床炉膛出口温度为850-950℃，高温旋风分离器烟气出口温度维持700-750℃。
2.根据权利要求1所述的利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，其特征在于，
步骤a中，将所述石灰石屑分别投入循环流化床炉中时，所述粗颗粒从高于循环流化床的风帽小孔2m以下的密相区送入；所述细颗粒从高于循环流化床风帽小孔2m以上的悬浮段送入；细粉从所述高温旋风分离器入口送入。
3.根据权利要求1所述的利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，其特征在于，
步骤a中，所述粗颗粒是粒度为1.5mm的粗颗粒在筛上部分中占有的质量份数为70-100％。
4.根据权利要求1所述的利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，其特征在于，
步骤a中，所述细粉是粒度为0.3mm的细粉在筛下部分中占有的质量份数为80％-100％。
5.根据权利要求1所述的利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，其特征在于，
步骤a中，所述细颗粒是，其中70-100％的颗粒的粒度为0.3-1.5mm。
6.根据权利要求1所述的利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，其特征在于，
步骤b中，所述密相区的温度控制在900-1000℃。
7.根据权利要求1所述的利用循环流化床炉煅烧石灰石屑制备高活性石灰的方法，其特征在于，
步骤b之后还包括，反应完全后，从所述高温旋风分离器的烟气出口回收200微米以下粒径的细粉级的高活性石灰，从炉底回收大于200微米的高活性石灰。
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