CN108087869A - 一种循环流化床焙烧活化回转联产炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保和资源循环综合利用技术领域，具体涉及一种循环流化床焙烧活化回转联产炉。其特征是：包括焙烧活化回转炉、循环流化床燃煤锅炉、电袋捕尘器，焙烧活化回转炉设计在循环流化床燃煤锅炉的燃烧系统和换热系统之间，具体的是焙烧活化回转炉的热风道与循环流化床燃煤锅炉的旋风分离器连接，焙烧活化回转炉的风选器排出的高温烟气依次经过循环流化床燃煤锅炉的过热器、省煤器、空预器换热，电袋捕尘器同时是焙烧活化回转炉的成品捕集装置和循环流化床燃煤锅炉废气颗粒物的环保处理装置。
Description
技术领域
本发明涉及环保和资源循环综合利用技术领域，具体涉及一种循环流化床焙烧活化回转联产炉。
背景技术
高岭土用途十分广泛，主要用于造纸、陶瓷、橡塑、化工、涂料、医药等行业，高岭土主要矿物成分是高岭石，高岭石的晶体化学式为2SiO2·Al2O3·2H2O，通过煅烧工艺脱除有机质、晶格重构；机械粉碎和气流粉碎足够的细度以满足制备电缆塑料和橡胶密封圈等填料、造纸涂料、分子筛、催化剂载体的要求。循环流化床燃煤锅炉飞灰是锅炉生产过程中最常见的废弃物，主要成分SiO2、Al2O3是尘肺的的职业病危害因素根源，在工作场所中对人员的伤害较大，容易造成尘肺等职业病，逸散在空气中的粉尘对环境造成污染，如何变废为宝并高值利用制备高岭土一直是本技术领域工程技术人员想予以解决的问题,其中需要解决的现有实际问题包括获得足够的细度、添加各种配比导向剂和适合的工艺装备，从而使循环流化床燃煤锅炉飞灰制备的高岭土满足造纸、陶瓷、橡塑、涂料、搪瓷行业要求的化学成分和物理性能指标。中国发明专利（专利号为CN 201610683499.X，专利名称为污泥滚筒外热干化与循环流化床焚烧一体化及尾气净化装置）公开了一种污泥滚筒外热干化与循环流化床焚烧一体化及尾气净化装置，其特征在于：它包含循环流化床、干化系统和尾气净化系统，干化系统包含回转窑滚筒、风机和冷凝器，回转窑滚筒穿插设置在循环流化床的尾部烟道上，湿污泥干燥过程中产生的水蒸气和臭气经冷凝器冷凝去除水分后，送入循环流化床的炉膛燃烧脱臭；在尾部烟道内设置有两个空气预热器，分别与循环流化床的炉膛上设置的一次风口和二次风口连接；尾气净化系统包含空气预热器后依次设置的活性炭喷射装置、布袋除尘器和湿法脱硫系统；在布袋除尘器与湿法脱硫系统之间设置气体输送管与一次风口连接；本发明用于污泥的干化与焚烧。中国发明专利（专利号为CN201510884574.4，专利名称为一种以煤热解为先导的多联产系统及方法）公开了一种以煤热解为先导的多联产系统及方法，其特征是，包括能够各自独立运行的煤炭热解单元和半焦燃烧发电单元；所述煤炭热解单元包括依次连接的干燥器、预热器、热解窑、高温气体过滤器、热解气冷却和余热回收装置、第二冷却器和焦油电捕器，以及与热解窑连接的沸腾炉；所述半焦燃烧发电单元包括与热解窑连接的循环流化床锅炉，与循环流化床锅炉连接的余热回收锅炉和冷渣器，与循环流化床锅炉和余热回收锅炉连接的汽轮机，以及与汽轮机连接的发电机；所述热解气冷却和余热回收装置、余热回收锅炉及冷渣器均与干燥器连接，用于向干燥器提供热烟气；由煤炭热解单元热解后产生的热态半焦，一大部分直接进入循环流化床锅炉燃烧发电，另一小部分则进入沸腾炉，产生供热解所需的热烟气；当煤炭热解单元和半焦燃烧发电单元中的一个发生故障时，切断耦合环节，其中的另一个单元仍能够独立运行。
现有技术1提出的技术方案目的是提供一种污泥滚筒外热干化与循环流化床焚烧一体化及尾气净化装置，与本案的设计方案较为接近，但是循环流化床燃煤锅炉的炉膛的出口温度为900±50℃温度，而高岭土的焙烧活化温度要求达到900～1280℃，其回转窑滚筒穿插设置在循环流化床的尾部烟道上加热只能是烘干作用，而无法满足焙烧活化所需的工艺温度条件；现有技术2采用燃煤在回转窑裂解后的热态半焦油气送循环流化床锅炉燃烧发电，另一部分半焦油气送沸腾炉产生热风供燃煤裂解所需热量，没有提及循环流化床燃煤飞灰的循环综合利用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种循环流化床焙烧活化回转联产炉，其特征是：包括焙烧活化回转炉、循环流化床燃煤锅炉、电袋捕尘器。
所述焙烧活化回转炉包括分布器、驱动齿轮组件、托辊组件、焙烧活化回转炉筒体组件、风选器。
所述分布器包括螺旋输送器、喷射器、冷却夹套、分流锥、定位架、蜗旋桨叶、热风道。所述螺旋输送器与喷射器连接，所述分流锥、蜗旋桨叶由定位架固定在焙烧活化回转筒体上并随焙烧活化回转筒体回转。所述热风道与喷射器连接，所述喷射器外周包裹冷却夹套并通过机械密封组件Ⅰ与焙烧活化回转筒体联接。
所述驱动齿轮组件包括传动系统和主动齿轮，传动系统与主动齿轮连接，所述传动系统安装在底座上。
所述托辊组件包括辊轮组、底座，所述辊轮组安装在底座上。
所述焙烧活化回转炉筒体组件包括机械密封组件Ⅰ、圈齿轮、焙烧活化回转筒体、辊道组件、高铝球堆层、机械密封组件Ⅱ。
所述圈齿轮镶套在焙烧活化回转筒体上，在驱动齿轮组件的驱动下带动焙烧活化回转筒体绕自身中轴线回转。
所述焙烧活化回转筒体前后镶套两组辊道组件，定位架设在托辊组件上，能够依托托辊组件的辊轮组绕自身中轴线回转，所述风选器通过机械密封组件Ⅱ与焙烧活化回转筒体联接，风选器进口设计为沿圆周方向均布的三个蜗旋进口。
所述分布器安装在热风道中轴线上并伸入焙烧活化回转筒体，所述定位架和蜗旋桨叶处于焙烧活化回转筒体内。
所述高铝球堆层放置在焙烧活化回转筒体内，焙烧活化回转筒体绕自身中轴线回转时，高铝球堆层受焙烧活化回转筒体壁的摩擦力的作用不断翻滚并相互摩擦。
所述循环流化床燃煤锅炉包括旋风分离器、炉膛、返料系统、过热器、省煤器、空预器，所述返料系统包括返料器、导引室，所述返料器包括立管、U型阀、返料管，所述导引室包括引风口、导引管、负压室、吹风室。
所述焙烧活化回转炉设计在循环流化床燃煤锅炉的燃烧系统和换热系统之间，具体的是焙烧活化回转炉的热风道与循环流化床燃煤锅炉的旋风分离器连接，焙烧活化回转炉的风选器排出的高温烟气依次经过循环流化床燃煤锅炉的过热器、省煤器、空预器换热。
所述电袋捕尘器同时是焙烧活化回转炉的成品捕集装置和循环流化床燃煤锅炉废气颗粒物的环保处理装置。
发明人发现，燃煤经循环流化床炉膛900±50℃温度燃烬后，再经旋风分离器分离，粗颗粒经返料器返回炉膛继续燃烧，旋风分离器排放的烟气中携带的细颗粒粒径38μm～58μm，主要成分为Al2O3、SiO2和未燃尽C，称为循环流化床燃煤锅炉飞灰，其具有良好的活性的主要成分SiO2含量约为45～55%、Al2O3含量约为35～38%，未燃尽C含量约为3～5%，作为煤中杂质成分Si经循环流化床燃煤锅炉炉膛高温燃烬后，在氧量较低的状况下形成SiO2气溶胶，与Al2O3和未燃尽C颗粒被高速烟气挟带、撞击破碎、高温分离进入焙烧活化回转炉，具有较大的比表面积和阳离子交换容量，换而言之，循环流化床燃煤锅炉飞灰细度较高岭石经机械粉碎达到的细度有过之而不及，活化性能更好，杂质更少。
发明人发现，要实现循环流化床燃煤锅炉飞灰的高值利用制备高岭土，需要按照《高岭土及其试验方法》GB/T 14563-2008达到其化学成分和物理性能要求，虽然各行业对高岭土填料的具体要求不完全一致，但其中细度和Al2O3/SiO2比都有较明确的规定，因此利用高铝球在焙烧活化回转炉内随其回转时不停滚动、相互摩擦，实现对停留在焙烧活化回转炉底部循环流化床燃煤锅炉飞灰的研磨，而且焙烧活化的900～1280℃高温下，Al2O3、SiO2完成晶格重构的同时由于分子间键能下降、间距增大，在高铝球摩擦研磨下容易获得细度达到1000～1200目高岭土成品，同时高铝球相互摩擦研磨脱落的组分颗粒也补充到高岭土成品中，没有需要分离的杂质。
发明人发现，如果要实现循环流化床燃煤锅炉飞灰的高值利用制备高岭土和充分利用焙烧活化回转炉排出高温烟气的余热，采用焙烧活化回转炉设计在循环流化床燃煤锅炉的燃烧系统和换热系统之间的技术方案能够实现上述目标，具体的是焙烧活化回转炉的热风道与循环流化床燃煤锅炉的旋风分离器连接，焙烧活化回转炉的风选器排出的高温烟气依次经过循环流化床燃煤锅炉的过热器、省煤器、空预器换热。
发明人发现，《除尘设备设计安装运行维护及标准规范操作指南》（吉林音像出版社出版，出版日期2003年9月）明确指出，电袋除尘器即便是高温收尘，其烟气温度也不能高于400℃，焙烧活化回转炉排出高温烟气经过热器、省煤器、空预器换热降温后，能够满足上述使用条件，电袋除尘器达到同时是焙烧活化回转炉的成品捕集装置和循环流化床燃煤锅炉废气颗粒物的环保处理装置的目的。
发明人发现，由于焙烧活化回转炉焙烧活化的使用温度为900～1280℃，而循环流化床燃煤锅炉膛的温度为900±50℃，因为超过上述温度后，流化层即结焦失去流化状态导致无法正常运行，同时炉膛除流化层部分布置水冷壁受热面外，不再布置受热面，焙烧活化回转炉所需的工作温度的解决办法是向内输送精煤粉燃烧以补充所需热值。
发明人发现，返料器的作用是把旋风分离器分离下来的高温固体颗粒，经立管通过底部的等压风室送风，通过返料管送回炉膛再次燃烧，立管与返料管之间有U型阀，U型阀底部有等压风室送风以保证高温固体颗粒流化。立管内的立管中料柱与膛压的压差是驱动高温固体颗粒连续不断向炉膛输送的保证。由于本案为循环流化床焙烧回转一体炉，焙烧活化回转炉的出料端为风选器，设计要求烟气流速较低，以降低携带的成品颗粒动能，从而分选出足够的细度的成品颗粒，而向炉膛送风需克服炉膛、旋风分离器、喷射器、蜗旋桨叶、风选器等部件的阻力，因此向循环流化床燃煤锅炉膛的送风要求为风压大、风量小，因此炉膛的压头较大，按上述立管中料柱与膛压的压差平衡的要求，那么立管的料柱高度要求设计得较高，即高温固体颗粒的返料量就高，而返料量与进入焙烧活化回转炉的循环流化床燃煤锅炉飞灰的比例已经由旋风分离器确定，换言之，返料量增大，循环流化床燃煤锅炉飞灰增大，风选器的负荷增大，分离的效率降低。为解决上述问题，在返料管的出口端设计导引室，导引室为负压状态，通过设计在返料管出口旁的导引管，降低返料管出口局部的膛压，从而降低立管的料柱高度，实现物料平衡和保证分离效率的目的，使循环流化床燃煤锅炉与焙烧活化回转炉能够有效结合并正常运转。
发明人发现，要防止废气污染物泄漏，焙烧活化回转炉两端需设计可靠的密封，由于炉体内外温差较大和物料细度达1000目以上，且工况条件为正压状态，迷宫、填料等密封形式很容易失效，只有机械密封比较适合，通常采用在动静环密封面喷淋液压油就能很好解决冷却、润滑、防尘等目的。
发明人发现，设计分布器的目的是补充高铝球和输送导向剂、精煤等粉料，在其出口端设计分流锥主要目的是分散上述物料并与循环流化床燃煤锅炉飞灰均匀混合，均匀混合后的粉料受高温烟气的裹挟扑向蜗旋桨叶，受离心力作用沿蜗旋桨叶旋转切线方向甩向焙烧活化回转炉内壁，受炉体内壁摩擦、高铝球堆层、重力、蜗旋桨叶阻碍等作用失去动能停留在炉体底部，受高铝球相互摩擦研磨，获得足够的细度后受烟气的裹挟送入风选器。
发明人发现，风选器进口设计为沿圆周方向均布的三个蜗旋进口，能够避免焙烧活化回转炉两端烟风流道短接并导引蜗旋桨叶扬起的沿焙烧活化回转筒体内壁螺旋前进的旋风风带，而且由于进口通风面积较出口大，同等通风量的条件下烟气流速降低，也意味携带的颗粒动能降低，从而分选出足够的细度的成品颗粒。
相对于现有技术，本发明至少含有以下优点：第一，循环流化床燃煤锅炉飞灰是锅炉生产过程中最常见的废弃物，在工作场所中对人员的伤害较大，容易造成尘肺等职业病，逸散在空气中的粉尘对环境造成污染，目前主要采用填埋等方法进行处理，既污染土壤，又浪费资源和人力。而本发明则将其变废为宝，用于制备高岭土，不仅可以减少环境污染，而且可以降低生产成本；第二，要实现循环流化床燃煤锅炉飞灰的高值利用制备高岭土，需要按照《高岭土及其试验方法》GB/T 14563-2008达到其化学成分和物理性能要求，虽然各行业对高岭土填料的具体要求不完全一致，但其中细度和Al2O3/SiO2比都有较明确的规定，因此利用高铝球在焙烧活化回转炉内随其回转时不停滚动、相互摩擦，实现对停留在焙烧活化回转炉底部循环流化床燃煤锅炉飞灰的研磨，而且焙烧活化的900～1280℃高温下，Al2O3、SiO2完成晶格重构的同时由于分子间键能下降、间距增大，在高铝球摩擦研磨下容易获得细度达到1000～1200目高岭土成品，同时高铝球相互摩擦研磨脱落的组分颗粒也补充到高岭土成品中，没有需要分离的杂质；第三，焙烧活化回转炉两端密封采用机械密封方案，能够可靠完成高温条件下密封难题，避免废气污染物的排放；第四，风选器进口设计为沿圆周方向均布的三个蜗旋进口，能够避免焙烧活化回转炉两端烟风流道短接并导引蜗旋桨叶扬起的沿焙烧活化回转筒体内壁螺旋前进的旋风风带，而且由于进口通风面积较出口大，同等通风量的条件下烟气流速降低，也意味携带的颗粒动能降低，从而分选出足够的细度的成品颗粒；第五，通过设计在返料管出口旁的导引管，降低返料管出口局部的膛压，从而降低立管的料柱高度，实现物料平衡和保证分离效率的目的，使循环流化床燃煤锅炉与焙烧活化回转炉能够有效结合并正常运转；第六，焙烧活化回转炉设计在循环流化床燃煤锅炉的燃烧系统和换热系统之间，具体的是焙烧活化回转炉的热风道与循环流化床燃煤锅炉的旋风分离器连接，焙烧活化回转炉的风选器排出的高温烟气依次经过循环流化床燃煤锅炉的过热器、省煤器、空预器换热，电袋捕尘器同时是焙烧活化回转炉的成品捕集装置和循环流化床燃煤锅炉废气颗粒物的环保处理装置。
附图说明
图1为本发明一种循环流化床焙烧活化回转联产炉的主视结构示意图。
图2为本发明一种循环流化床焙烧活化回转联产炉的A-A剖面结构示意图。
图3为本发明一种循环流化床焙烧活化回转联产炉的B局部放大结构示意图。
图4为本发明一种循环流化床焙烧活化回转联产炉的C大样结构示意图。
图5为本发明一种循环流化床焙烧活化回转联产炉的D向结构示意图。
图6为本发明一种循环流化床焙烧活化回转联产炉的E局部放大结构示意图。
图7为本发明一种循环流化床焙烧活化回转联产炉的F局部放大结构示意图。
Ⅰ－焙烧活化回转炉 Ⅱ－循环流化床燃煤锅炉 Ⅲ－电袋捕尘器
1－分布器 2－驱动齿轮组件 3－托辊组件
4－焙烧活化回转炉筒体组件 5－风选器 6－螺旋输送器 7－喷射器
8－冷却夹套 9－分流锥 10－定位架 11－蜗旋桨叶
12－传动系统 13－主动齿轮 14－热风道 15－机械密封组件Ⅰ
16－圈齿轮 17－辊道组件 18－焙烧活化回转筒体
19－高铝球堆层 20－机械密封组件Ⅱ 21－辊轮组 22－底座
23－旋风分离器 24－炉膛 25－返料系统 26－返料器
27－导引室 28－立管 29－U型阀 30－返料管 31－引风口
32－导引管 33－负压室 34－吹风室 35－过热器 36－省煤器
37－空预器。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种循环流化床焙烧活化回转联产炉，其特征是：包括焙烧活化回转炉Ⅰ、循环流化床燃煤锅炉Ⅱ、电袋捕尘器Ⅲ。
所述焙烧活化回转炉Ⅰ包括分布器1、驱动齿轮组件2、托辊组件3、焙烧活化回转炉筒体组件4、风选器5。
所述分布器1包括螺旋输送器6、喷射器7、冷却夹套8、分流锥9、定位架10、蜗旋桨叶11、热风道14。所述螺旋输送器6与喷射器7连接，所述分流锥9、蜗旋桨叶11由定位架10固定在焙烧活化回转筒体18上并随焙烧活化回转筒体18回转。所述热风道14与喷射器7连接，所述喷射器7外周包裹冷却夹套8并通过机械密封组件Ⅰ15与焙烧活化回转筒体18联接。
所述驱动齿轮组件2包括传动系统12和主动齿轮13，传动系统12与主动齿轮13连接，所述传动系统12安装在底座22上。
所述托辊组件3包括辊轮组21、底座22，所述辊轮组21安装在底座22上。
所述焙烧活化回转炉筒体组件4包括机械密封组件Ⅰ15、圈齿轮16、焙烧活化回转筒体18、辊道组件17、高铝球堆层19、机械密封组件Ⅱ20。
所述圈齿轮16镶套在焙烧活化回转筒体18上，在驱动齿轮组件2的驱动下带动焙烧活化回转筒体18绕自身中轴线回转。
所述热风道14通过机械密封组件Ⅰ15与焙烧活化回转筒体18连接，所述焙烧活化回转筒体18前后镶套两组辊道组件17，定位架设在托辊组件3上，能够依托托辊组件3的辊轮组21绕自身中轴线回转，所述风选器5通过机械密封组件Ⅱ20与焙烧活化回转筒体18连接，风选器5进口设计为沿圆周方向均布的三个蜗旋进口。
所述分布器1安装在热风道14中轴线上并伸入焙烧活化回转筒体18，所述定位架10和蜗旋桨叶11处于焙烧活化回转筒体18内。
所述高铝球堆层19放置在焙烧活化回转筒体18内，焙烧活化回转筒体18绕自身中轴线回转时，高铝球堆层19受焙烧活化回转筒体18壁的摩擦力的作用不断翻滚并相互摩擦。
所述循环流化床燃煤锅炉Ⅱ包括旋风分离器23、炉膛24、返料系统25、过热器35、省煤器36、空预器37，所述返料系统25包括返料器26、导引室27，所述返料器26包括立管28、U型阀29、返料管30，所述导引室27包括引风口31、导引管32、负压室33、吹风室34。
所述焙烧活化回转炉Ⅰ设计在循环流化床燃煤锅炉Ⅱ的燃烧系统和换热系统之间，具体的是焙烧活化回转炉Ⅰ的热风道14与循环流化床燃煤锅炉Ⅱ的旋风分离器23连接，焙烧活化回转炉Ⅰ的风选器5排出的高温烟气依次经过循环流化床燃煤锅炉Ⅱ的过热器35、省煤器36、空预器37换热。
所述电袋捕尘器Ⅲ同时是焙烧活化回转炉Ⅰ的成品捕集装置和循环流化床燃煤锅炉Ⅱ废气颗粒物的环保处理装置。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (3)
1.一种循环流化床焙烧活化回转联产炉，其特征是：包括焙烧活化回转炉、循环流化床燃煤锅炉、电袋捕尘器Ⅲ；焙烧活化回转炉包括分布器、驱动齿轮组件、托辊组件、焙烧活化回转炉筒体组件、风选器；分布器包括螺旋输送器、喷射器、冷却夹套、分流锥、定位架、蜗旋桨叶、热风道，螺旋输送器与喷射器连接，分流锥、蜗旋桨叶由定位架固定在焙烧活化回转筒体上并随焙烧活化回转筒体回转，热风道与喷射器连接，喷射器外周包裹冷却夹套并通过机械密封组件Ⅰ与焙烧活化回转筒体联接；驱动齿轮组件包括传动系统和主动齿轮，传动系统与主动齿轮连接，传动系统安装在底座上；托辊组件包括辊轮组、底座，所述辊轮组安装在底座上；焙烧活化回转炉筒体组件包括机械密封组件Ⅰ、圈齿轮、焙烧活化回转筒体、辊道组件、高铝球堆层、机械密封组件Ⅱ，圈齿轮镶套在焙烧活化回转筒体上，在驱动齿轮组件的驱动下带动焙烧活化回转筒体绕自身中轴线回转，焙烧活化回转筒体前后镶套两组辊道组件，定位架设在托辊组件上，能够依托托辊组件的辊轮组绕自身中轴线回转，风选器通过机械密封组件Ⅱ与焙烧活化回转筒体联接，风选器进口设计为沿圆周方向均布的三个蜗旋进口；分布器安装在热风道中轴线上并伸入焙烧活化回转筒体，定位架和蜗旋桨叶处于焙烧活化回转筒体内，高铝球堆层放置在焙烧活化回转筒体内，焙烧活化回转筒体绕自身中轴线回转时，高铝球堆层受焙烧活化回转筒体壁的摩擦力的作用不断翻滚并相互摩擦；循环流化床燃煤锅炉包括旋风分离器、炉膛、返料系统，返料系统包括返料器、导引室，返料器包括立管、U型阀、返料管，导引室包括引风口、导引管、负压室、吹风室。
2.根据权利要求1所述的一种循环流化床焙烧活化回转联产炉，其特征是：所述焙烧活化回转炉设计在循环流化床燃煤锅炉的燃烧系统和换热系统之间，具体的是焙烧活化回转炉的热风道与循环流化床燃煤锅炉的旋风分离器连接，焙烧活化回转炉的风选器排出的高温烟气依次经过循环流化床燃煤锅炉的过热器、省煤器、空预器换热。
3.根据权利要求1所述的一种循环流化床焙烧活化回转联产炉，其特征是：所述电袋捕尘器同时是焙烧活化回转炉的成品捕集装置和循环流化床燃煤锅炉废气颗粒物的环保处理装置。
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