CN1078110C - 一种处理含硫燃料经燃烧产生的固体残渣的方法,和实施该方法的热处理设备 - Google Patents

一种处理含硫燃料经燃烧产生的固体残渣的方法,和实施该方法的热处理设备 Download PDF

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Abstract

一种处理含硫燃料在有循环流化床的锅炉炉膛内燃烧产生的固体残渣的方法，在该方法中，将石灰石放入炉膛，使它能以硫酸钙CaSO4的形式吸收产生的二氧化硫。

Description

一种处理含硫燃料经燃烧产生的固体残渣的方法，和实施该方法的热处理设备
本发明涉及含硫燃料，例如某种类型的煤或石油残渣的燃烧，尤其是在有循环流化床的锅炉中，在压力下或大气压力下的燃烧。
在有循环硫化床的锅炉中，已知可将石灰石预先放入炉膛中，通过来自石灰石的石灰CaO用高硫含量煤的燃烧来提取二氧化硫。
由这种类型的燃烧所形成的固体残渣是由煤灰未反应的石灰CaO，和由石灰与二氧化硫反应形成的硫酸钙CaSO4的混合物构成的。
很难找到该固体残渣的用途，尤其是很难找到在制造水泥中的应用，因为其硫酸钙含量高因而限制了其可掺在水泥中而又不降低水泥特性的数量。
然而，放入炉膛中的石灰石数量却超过了为实现反应经化学计算所需的数量。因此，这项技术要比常规的烟道气洗涤技术产生更多的固体残渣。
已经知道来自环流床炉膛的固体可以通过研磨而控制其粒径，从而控制固体和炉膛壁之间的热交换。特别是，这意味着仅需要处理穿过锅炉的非常细的残渣(飞灰)，而不必处理两种类型的残渣，即抵达炉膛底部的飞灰和残渣。
最后，为了对先有技术的状态得出结论，应该注意另一种通过煤的气化产生能量的技术，该技术的特性是通过处理合成气体从而由洗涤而萃取含硫氢H2S，以及通过处理它而生产可重复利用的产品例如元素硫，或硫酸。
本发明的一个目的是提供一种方法，该方法中注入炉膛内的石灰石的总预算相当于基本上由化学计算的与二氧化硫反应的比值，因此残渣不含有剩余的石灰石。本发明的另一目的是降低煅烧石灰石时放出的二氧化碳CO2的数量。
本发明的另一目的是提供一种方法。该方法易于处理燃烧残渣从而生产可用的副产品。
本发明的再一目的是提供一种方法，该方法适于自动调整。
本发明提供一种处理固体残渣的方法，该残渣是由含硫燃料在有循环流化床的锅炉炉膛中经燃烧产生的，在该方法中，将石灰石放入炉膛从而使它能以生成硫酸钙CaSO4的形式吸收产生的二氧化硫，所说方法的特征在于它进一步包括以下步骤：
1)燃料在放入炉膛之前，将其研磨至100微米以下；
2)石灰石在放入炉膛之前，将其研磨成粒径在100微米至150微米的范围，最大尺寸为1毫米；
3)在炉膛底部收集燃烧残渣，该残渣包括石灰和硫酸钙，后者是通过吸收燃烧放出的二氧化硫SO2而产生的，将所说的残渣在一反应器中经受热处理，从中得到以石灰CaO为基础的固体物质和含有，尤其是二氧化硫SO2的气体混合物；
4)将二氧化硫发送至硫酸制造单元，以及
5)用水将固体物质急冷，然后将其研磨，这两项操作使所说固体物质的比表面积再活化，将此固体物质的一部分以水中的悬浮物形式再注入锅炉的炉膛，而所说固体物质的剩余部分则被发送到水泥厂。
根据本发明的特性，反应器中的热处理用富氧空气进行。
根据本发明的另一特性，由锅炉中燃烧形成的飞灰也被引入反应器。
根据本发明的另一特性，反应器中热处理的温度范围在1100℃至1400℃之间。
根据本发明的另一特性，从热处理反应器取出并送至水泥厂的固体物质含有低于5％的硫酸钙。
根据本发明的另一特性，根据锅炉中所测的压力对反应器加料。
根据本发明的再一特性，根据锅炉烟道气中所测定的二氧化硫含量向锅炉内注入再生的物质。
本发明也提供实施该方法所用的热处理设备，该设备的特征在于它包括具有一循环流化床的锅炉，此锅炉接收含硫燃料和石灰石，在燃料放入锅炉前，将燃料研磨至100微米以下的装置，在石灰石放入锅炉前将其研磨为粒径为100微米至150微米范围，最大尺寸小于1mm的装置，使来自锅炉的残渣经受热处理的反应器，接收来自反应器热处理所产生的气体的硫酸制造单元，所说的反应器与某种装置有关联，该装置再活化由反应器热处理而生成的固体物质，该装置包括用水急冷和研磨的单元，该设备还包括将再活化的固体物质的一部分送至锅炉炉膛，一部分送至水泥厂的装置。
在第一个实施例中，该反应器是一个向下垂直的床式反应器，它包括在其底部提供一包壳的炉膛，所说炉膛的顶部通过第一个导管接收来自锅炉的要处理的物质，通过相应的第二、第三导管接收燃料和富氧空气，包壳通过第四导管接收水用于急冷燃烧产生的气体和固体产品，该包壳还提供有第五导管用于移走热处理所产生的气体，该反应器还带有研磨机用于研磨通过包壳底部开口排出的固体物质。
在第二个实施例中，垂直流化床型式的反应器包括一个燃烧腔室，它通过第一导管接收径向空气流，通过第二导管接收轴向向上的富氧空气，通过第三导管接收燃料流，所说的第一、第二和第三导管均设置在所说燃烧腔室的基座上，所说的燃烧腔室通过第四导管接收要处理的物质，所说的燃烧腔室在其底部提供一包壳，它通过第五导管接收水用于急冷热处理产生的固体物质，为该燃烧腔室提供的第六导管用于排除热处理所产生气体，该包壳包括一研磨机用于研磨通过包壳底部开口排出的固体物质。
在第三个实施例中，该反应器是带有熔融移动床的反应器，它包括一个倾斜底板的燃烧腔室，该反应器通过第一导管在底板的一端接收要处理的物质，该导管接到锅炉的底部，该反应器通过腔室顶部相应的第二和第三导管接收富氧空气和燃料，由热处理产生的气体产物通过第四导管从燃烧腔室排出，由热处理产生的半固体物质溢流到第二包壳，而第二包壳通过第五导管接收水用于急冷所说的半固体物质，第二包壳包括一个研磨机用于研磨所说的物质，该物质通过一传送机从所说的包壳移走。
在第四实施例中，反应器是一个回转窑反应器，它包括一个带有倾斜轴的转鼓，通过第一导管在第一端接收要处理的物质，该导管接到锅炉的底部，在转鼓的相同端通过向转鼓张开的相应的第二和第三导管接收富氧空气和燃料，由热处理产生的气体通过第四导管从燃烧腔室排出，第四导管设置在所说转鼓的第二端，由热处理产生的固体物质因重力而落入第二包壳，该包壳通过第五导管接收水用于急冷所说的由热处理产生的固体物质，该包壳包括一研磨机用于研磨所说的固体物质，该物质通过一传送机从所说包壳移走。
通过阅读下面的方法和各种装置的说明以及作为参考的附图，可以更好地理解本发明，在这些图中：
图1是一方块图，显示本发明方法的各个步骤：
图2是一示意图，显示为实现该方法热处理单元的第一实施例；
图3是一示意图，显示为实现该方法热处理单元的第二实施例；
图4是一示意图，显示为实现该方法热处理单元的第三实施例；
图5是一示意图，显示为实现该方法热处理单元的第四实施例。
在图1中，标记1表示一研磨机接收含硫的煤或石油残渣2。将空气3注入该研磨机以运送研磨的产品。
根据本发明的特性，研磨要进行到100微米以下，因而能使加进的灰渣变为飞灰，该飞灰不在炉膛的底部收回，因而能够将其与吸收剂材料(石灰)分离开，该材料在炉膛底部被分离出来，进行处理，再生，然后再注入。
研磨的产品4被加入有循环流化床的锅炉5的炉膛内。空气6和石灰石7也被加入锅炉。石灰石由研磨装置7B研磨从而给出与流体动力学条件相适应的粒径，并且要限制细粒度的含量。石灰石的粒径优选为100微米至150微米的范围，最大尺寸1mm。
烟道气7’在热交换器8中被冷却，在它们于10处被排除到大气中去以前用一灰尘过滤器9从中除去灰尘。
由石灰，硫酸钙，和少量煤灰构成的燃烧残渣12在炉膛底部以850℃左右的温度被收集，最好在炉膛能提取出二氧化硫SO2，这相当于SO2的吸收剂。将残渣12与一种燃料15例如煤和空气16(可选用浓缩氧气)送入热处理单元14。热处理单元也接收灰尘过滤器9中收集的灰尘，用9A标示。单元14内的温度在1100℃至1400℃范围，因此硫酸钙CaSO4分解给出，尤其是石灰CaO和二氧化硫SO2。与烟道气(包括氮气N2，二氧化碳，和多余的氧气)混合的气体18被排除并送至硫酸生产单元20。标题为“Les Techniques de I’Ingenieur”(工程技术)“J.6095”的文件公布了硫酸生产单元的一个例子。
在热处理单元14发生燃烧所产生的固体物质包括石灰CaO和小部分(例如小于5％)来自燃料的灰分，作为研磨的细度的函数。
水22被注入热处理单元14的底部，固体物质被研磨。
通过以这种方式用水急冷并研磨固体物质可能使未化合的石灰被化学再活化。经历热处理之后，石灰的表面被包上一烧结层，这可阻止与外部介质进一步化学结合。此急冷及研磨可放出新的活性表面。所形成的再活化的产品24的一部分以水中悬浮体的形式被发送，可选择用泵27将其送至锅炉5。如上所述，它与含硫燃料燃烧放出的二氧化硫反应。通过这些安排处理，来自锅炉的燃烧残渣中基本上不再保留未使用的石灰石了。可以这样说注入炉膛的全部石灰石预算相当于与二氧化硫反应的大体上按化学计算部分。
来自反应器14的固体物质24的未再注入部分被送至水泥厂25。这不会有问题的，因为它几乎不含有硫酸钙，其数量比例小于5％。
在反应器14中经燃烧所形成的固体物质再注入炉膛的方法按以下方式进行监视和控制：
通过测量仪器30，测量锅炉5的炉膛内压；当压力超过预先确定的临界值时，就从炉膛分离出固体残渣，将它传送至热处理单元14；此分离在图1中由可控制的阀31表示。
通过另一测量仪器35，测量烟道气中二氧化硫的含量，当所测的含量达到预先确定的临界值时，将再活化的物质24注入炉膛；此注入由控制阀36表示；通过阀7A的作用也可注入新的石灰石。
图2是热处理单元14(或反应器)第一实施例的轴向剖面示意图，该单元设置在锅炉的出口从而实现本发明的方法。
反应器14是带有向下传输垂直床型反应器。
它包括由耐火材料制成的上膛40A，和向下延伸的包壳40B，该包壳可由金属制成。
炉膛通过相应的进口导管41和42接收空气，可选择富氧空气，和燃料(例如粉状的煤)。
要被处理的物质12在锅炉5的底部5A被分离出来，在重力作用下落到管43的开口进入炉膛的顶部，一个挡板装置5B能使物质12的流动停止。应注意流化床锅炉可在其底部保留和贮存大量燃烧残渣(库存量)，因此使残渣经受热处理的热处理单元可借助此缓冲量进行均匀加料。
在炉膛40A中的燃烧用火焰45表示。
由热处理产生的产品到达反应器的底部40B，在那里将它们用水急冷。为此目的将水通过管46送入反应器。
在水中被清洗之后，将气体通过管47排除到硫酸生产单元。
将炉膛40A中经热处理产生的固体物质用水急冷并用研磨装置48研磨，从而将其再活化，然后将其排除，把它的一部分再注入至锅炉内，把留下的部分用于水泥厂。
图3显示了反应器14的另一实施例，该反应器为能够烧结固体的流化床。
该反应室包括一燃烧器50A，在其底部提供一包壳50B。
和上面所述一样，该反应器通过管43接收要处理的产品12，管43连接到锅炉5的底部5A。
燃烧室的底部提供富氧空气入口51和52，和用于燃料例如粉状煤的燃料入口53。
用火焰55表示燃烧。标记55A表示腔室50A底部的流化床。
由热处理产生的产品逆着物料流流到50B部件，在这里由水入口56进入的水将其急冷。由热处理产生的气体通过腔室50A顶部的导管57除去。
固体物质用水将其再活化并用研磨机58将其研磨，然后将其排出，它的一部分可被再注入锅炉，剩余部分可被用于水泥厂。
在图4所示的实施例中，反应器14是带有熔体移动床的反应器，它包括一燃烧室60A，燃烧室60A有一倾斜的底面60C，燃烧室60A在底面的一端通过导管43接收要处理的产品，导管43接到锅炉5的底部5A，燃烧室还通过腔室60A顶部的相应导管61和63接收富氧空气和燃料。燃烧用火焰65表示。
由热处理产生的气体产物，尤其是二氧化硫SO2通过导管67在燃烧室顶部放出，因此可将其送到硫酸生产单元。
由热处理产生的半固体产品溢流到包壳60B中，在那里它们被通过入口导管66加入的水急冷，并被研磨机68研磨。将所产生的再生固体产物从包壳60B，例如通过皮带传送机69排出，将它们分离，一部分被再注入锅炉，剩余部分可被用于水泥厂。
在图5所示的实施例中，反应器是一转窑，它包括一个绕其自身轴线旋转的圆柱体倾斜转鼓70A，它通过一导管43在一端接收要处理的产品，该导管接到锅炉5的底部5A，在同一端它还通过相应的导管71和73分别接收空气和燃料。燃烧用火焰75来表示。
由热处理产生的气体产品，尤其是二氧化硫SO2，在转鼓的另一端通过导管77放出，因此可将其送至硫酸生产单元。
由热处理产生的固体产品溢流到包壳70B，在那里它们被通过导管入口76加入的水急冷，并被研磨机78研磨。将所产生的再生固体产物从包壳70B，例如通过皮带输送机79排出，将它们分离，一部分被再注入锅炉，剩余部分可被用于水泥厂。
本发明不受限于所述及所示的实施例，所给出的这些实施例仅作为例子。

Claims (12)

1.含硫燃料在带有循环流化床的锅炉炉膛内燃烧产生的固体残渣的处理方法，其中将石灰石放入炉膛，以便使它能以生成硫酸钙CaSO4的形式吸收所产生的二氧化硫，其特征在于还包括以下步骤：
1)燃料在放入炉膛之前，被研磨至小于100微米；
2)石灰石在放入炉膛之前，被研磨至中心粒径为100微米至150微米，最大1毫米；
3)在炉膛底部收集燃烧残渣，此残渣包括石灰和硫酸钙，后者是经吸收燃烧放出的二氧化硫而产生的，将所述残渣在一反应器中经受热处理，在该反应器中得到以石灰CaO为基础的固体物质和含有二氧化硫SO2的气体混合物；
4)将二氧化硫送至硫酸生产单元；以及
5)将固体物质用水急冷，然后研磨，这两个操作使所述固体物质的比表面积活化，将这种固体物质的一部分以水中悬浮物的形式再注入锅炉的炉膛，所述物质的剩余部分被送至水泥厂。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于反应器中的热处理采用富氧空气进行。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于锅炉中燃烧过程产生的飞灰被引入反应器中.
4.根据权利要求1的方法，其特征在于反应器中热处理的温度范围为1100℃至1400℃。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于从热处理反应器中取出并被送至水泥厂的固体物质含有少于5％的硫酸钙。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于根据锅炉中所测的压力对反应器(14)加料。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于根据锅炉烟道气中所测得的二氧化硫含量向锅炉中注入再生的物质。
8.用于实施权利要求1至7中任一项的方法的热处理装置，其特征在于包括一带有循环流化床，并接收含硫燃料和石灰石的锅炉(5)，用于在将燃料放入锅炉之前将其研磨至小于100微米的设备(1)，用于在将石灰石装入锅炉之前将其研磨至中心粒径为100-150微米且最大尺寸小于1毫米的设备(7B)，用于使来自锅炉的残渣(12)经受热处理的反应器(14)，用于接收反应器(14)中热处理过程产生的气体(18)的硫酸生产单元(20)，所述反应器(14)与反应器(14)中热处理过程产生的固体物质(24)的再生设备相联系，这些设备包括用水急冷并研磨的设备，以及用于将再生的固体物质一部分送至锅炉(5)的炉膛、一部分送至水泥厂的设备(27)。
9.根据权利要求8的热处理装置，其特征在于反应器(14)是一个向下垂直的床式反应器，它包括炉膛(40A)和在其底部设置的包壳(40B)，通过第一导管(43)接收来自锅炉(5)的要处理的物质、分别通过第二、第三导管(41，42)接收燃料和富氧空气的所述炉膛顶部，通过第四导管(46)接收用于急冷由燃烧所产生的气体和固体产物的水的包壳(40)，包壳(40B)还配备有用于排出热处理产生的气体的第五导管(47)以及用于研磨通过包壳底部开口排出的固体物质的研磨机(48)。
10.根据权利要求8的热处理装置，其特征在于反应器(14)是具有垂直流化床型式的反应器，它包括一燃烧腔室(50A)，该室通过第一导管(51)接收径向空气流，通过第二导管(52)接收轴向向上的富氧空气流，以及通过第三导管(53)接收燃料流，所述第一、第二和第三导管被设置在所述燃烧室的底部，所述燃烧室通过第四导管(43)接收要处理的物质(12)，所述燃烧腔室在其底部设有一通过第五导管(56)接收用于急冷由热处理产生的固体物质的水的包壳(50B)，该燃烧腔室(50A)设有用于排出热处理产生的气体的第六导管(57)，包壳(50B)包括一用于研磨通过包壳底部开口排除的固体物质的研磨机(58)。
11.根据权利要求8的热处理装置，其特征在于反应器(14)是带有熔融移动床并包括带有倾斜底面(60C)的燃烧室(60A)的反应器，该反应器通过连接到锅炉(5)底部(5A)的第一导管(43)在底面的一端接收要处理的物质(12)，并分别通过腔室(60A)顶部的第二和第三导管(61，63)接收富氧空气和燃料，热处理产生的气体产物通过第四导管(67)从燃烧室排出，热处理产生的半固体物质溢流至通过第五导管(66)接收用于急冷所述半固体物质的水的第二包壳(60B)，第二包壳(60B)包括一用于研磨所述物质的研磨机(68)，该物质通过传送机(69)从所述包壳(60B)排出。
12.根据权利要求8的热处理装置，其特征在于反应器(14)是一转窑反应器，它包括一具有倾斜轴线的转鼓(70A)，它在第一端通过连接到锅炉(5)底部(5A)的第一导管(43)接收要处理的物质(12)，在同一端分别通过通往转鼓的第二和第三导管(71，73)接收富氧空气和燃料，热处理产生的气体通过设置在所述转鼓第二端的第四导管(77)排出燃烧室，热处理产生的固体物质通过重力落入通过第五导管(76)接收用于急冷热处理产生的所述固体物质的水的包壳(70B)包壳(70B)，包括一用来研磨所述固体物质的研磨机(78)，该物质通过传送机(79)从所述包壳(70B)排出。
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