CN109385316B - 基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法，包括以下步骤：S1、以用含钒石煤作为基本燃料按如下重量组分组配，每100份含钒石煤中添加烟煤15‑40份，改性填料3份；S2、将上述混合燃料混合均匀后，依次进行破碎、筛分处理，得到粒径3‑5mm的燃料颗粒；S3、将上述处理好的混合燃料作为循环流化床锅炉的燃料，投入循环流化床锅炉中进行燃烧；S4、将从循环流化床锅炉中燃烧得到的各处排出灰分取出，进行混合，用作提取五氧化二钒的原料；本发明通过合理设计燃料配比，混合石煤在流化床锅炉燃烧，得到的炉渣剩余灰分中含钒率一般在0.95‑1.7％左右，适合提取五氧化二钒，实现了煤矸石燃料配比和锅炉炉渣提取钒的可行性。

Description

基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法

技术领域

本发明涉及五氧化二钒生产技术领域，具体的说是基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法。

背景技术

钒是一种重要的战略物资，主要应用于钢铁工业、国防尖端技术、化学工业以及轻纺工业、新兴的钒电池等领域。生产五氧化二钒的原料分主要有两大类：钒钛铁磁矿和含钒石煤。其中含钒石煤在我国钒资源中占87％。

工业蒸汽是化工、轻工生产的基本动力条件，在化工生产企业目前广泛采用了流化床锅炉。流化床锅炉是近二十年来兴起的燃烧方式高效新型的锅炉，由于对燃料适用范围广泛、尤其以能够燃烧低热值、高灰分含量的石煤而著称。我国含钒石煤储量达130亿吨以上，具有广阔的开发前景。将含钒石煤作为工业流化床锅炉燃料燃烧，能够产生0.8-1.0Mpa饱和工业蒸汽，作为各类工厂的热源，产生的锅炉炉渣经过酸浸—离子交换法提取五氧化二钒，从而实现了资源的综合利用。

因此将原来烧常规煤矸石的流化床蒸汽锅炉改烧含钒石煤，可以在得到工业蒸汽的同时，生产含钒炉渣，进一步提取出五氧化二钒。

但是含钒石煤一般固定碳含量只有10％-20％，挥发分也很低，热值只有2000-3200大卡/千克，不能直接作为流化床锅炉燃料，需要进行燃料的合理配比设计，才能成为流化床锅炉的燃料。

基于此，本发明提出了基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明提供基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法，包括以下步骤：

S1、以用含钒石煤作为基本燃料按如下重量组分组配，每100份含钒石煤中添加烟煤15-40份，改性填料3份；

S2、将上述混合燃料混合均匀后，依次进行破碎、筛分处理，得到粒径3-5mm的燃料颗粒；

S3、将上述处理好的混合燃料作为循环流化床锅炉的燃料，投入循环流化床锅炉中进行燃烧；

S4、将从循环流化床锅炉中燃烧得到的各处排出灰分取出，进行混合，用作提取五氧化二钒的原料。

本发明进一步改进在于，所述改性填料为重晶石。

本发明更进一步改进在于，所述重晶石中硫酸钡含量83％以上，硅含量在3％以内。

本发明进一步改进在于，所述混合燃料的灰分含量为35-50％。

本发明进一步改进在于，所述基本燃料选用含钒率为0.5-0.9％、发热量为2000-3200大卡/千克、灰分为50-60％的含钒石煤。

本发明进一步改进在于，所述循环流化床锅炉中炉膛温度设置为860-880℃。

本发明进一步改进在于，所述循环流化床锅炉中产生蒸汽压力控制在0.6-0.9Mpa之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过合理设计燃料配比，混合石煤在流化床锅炉燃烧，得到的炉渣剩余灰分中含钒率一般在0.95-1.7％左右，适合提取五氧化二钒，实现了煤矸石燃料配比和锅炉炉渣提取钒的可行性。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法，包括以下步骤：

S1、以用含钒石煤作为基本燃料按如下重量组分组配，每100份含钒石煤中添加烟煤15-40份，改性填料3份；

S2、将上述混合燃料混合均匀后，依次进行破碎、筛分处理，得到粒径3-5mm的燃料颗粒；

S3、将上述处理好的混合燃料作为循环流化床锅炉的燃料，投入循环流化床锅炉中进行燃烧；

S4、将从循环流化床锅炉中燃烧得到的各处排出灰分取出，进行混合，用作提取五氧化二钒的原料。

具体实施时，所述改性填料为重晶石。

更具体地，所述重晶石中硫酸钡含量83％以上，硅含量在3％以内。

具体实施时，所述混合燃料的灰分含量为35-50％。

具体实施时，所述基本燃料选用含钒率为0.5-0.9％、发热量为2000-3200大卡/千克、灰分为50-60％的含钒石煤。

具体实施时，所述循环流化床锅炉中炉膛温度设置为860-880℃。

具体实施时，所述循环流化床锅炉中产生蒸汽压力控制在0.6-0.9Mpa之间。

本发明的工作原理为；

循环流化床锅炉燃烧温度通常为830℃—890℃。对燃料的要求是热值应达到3500—4200大卡/千克。技术试验的目的是验证在此条件下，寻找煤矸石燃料配比和锅炉炉渣提取钒的可行性。

试验采用设备和材料：

含钒煤矸石：产地为湖北省郧西县；

配比烟煤：产地为陕西省神木市；

流化床锅炉：湖北竹山秦巴钡盐有限公司，开封得胜锅炉厂产20吨循环流化床锅炉；

1、含钒煤矸石作为流化床锅炉燃料的配比和浸取试验

1.1含钒煤矸石和烟煤组配试验

含钒煤矸石热值为2000-3200大卡/千克、灰分55-60％。但循环流化床锅炉理想的燃料煤是发热量达3500-4200大卡/千克，灰分35-50％。因此在含钒煤矸石中需要添加发热量6000大卡/千克以上的烟煤进行组配。添加量15-40％，使得混合煤发热量达3500-4200大卡/千克，灰分35-50％，才可以满足流化床锅炉使用。不同含钒量的煤矸石在组配烟煤时，获得不同含钒量的混合燃料煤。如表1所示，控制混合燃料煤的热值大于3500大卡/千克，控制灰分35-50％。

表1

1.2、不同配比的含钒混合煤燃烧时锅炉蒸汽压力---炉渣浸取率的关系

针对表1中不同煤矸石和烟煤进行组配得到的三组混合含钒燃料煤，在流化床锅炉中燃烧，燃烧温度870℃，测得浸出率如表2所示。

表2

煤样号	1#煤样	2#煤样	3#煤样
				煤样含钒量，％	0.64	0.56	0.488
燃烧后锅炉炉渣含钒量，％	1.43	1.38	1.34
				锅炉蒸汽压力，Mpa	0.6-0.9	0.6-0.9	0.6-0.9
钒浸出率，％	62.3	63.5	62.7

表中数据看出，不同组成的含钒混合煤燃烧后，炉渣浸出率基本没有变化。

2、炉膛燃烧温度的确定

流化床锅炉燃烧温度通常为830-890℃。含钒石煤配比确定后，通过不同燃烧温度获得的锅炉煤渣，对煤渣进行酸浸—离子交换提取其中的钒，测得浸出率和温度之间的关系，如表3所示。

表3

为有效保证流化床锅炉长期温度安全运行，采用860-880℃作为锅炉炉膛燃烧温度，此条件下钒的浸出率比较理想。

3、燃烧辅助材料对浸出率的影响

含钒混合煤在燃烧过程中由于灰熔点较低，约900-930℃，因此在试验过程中非常容易结焦。同时由于易结焦带来锅炉炉渣被烧结，钒的浸出率不高，通常在63％左右。经过试验，向混合煤中添加2-5％的重晶石可以将混合煤灰熔点提高到1120-1150℃。灰熔点提高后，可以有效防止含钒混合煤在流化床锅炉中燃烧时出现结焦现象。添加的重晶石要求硫酸钡含量为83％以上，矿石中硅含量应控制在3％以内。硅含量过高，容易结焦。

更重要的，由于灰熔点提高，循环流化床锅炉的炉渣呈现松散而有活性，在后续酸浸过程中，能够有效浸透，浸出率得到较大幅度提高。重晶石添加量和浸出率的关系如表4所示，含钒煤矸石与烟煤比例85:15，混合煤含钒量0.64％，锅炉炉渣含钒量1.43％，重晶石质量含量83％，硅含量2.5％。

表4

重晶石添加量，％	2	3	4	5
					钒浸出率，％	77.1	79.2	79.2	79.6

通过向混合燃料煤添加重晶石，浸出率由63％左右提高到79％左右，具有显著的经济效益。综合成本因素，重晶石添加量为3％。

4、混合燃料粒度：石煤和烟煤混合进行破碎，粒径控制3—5毫米。

5、试验结论

5.1含钒混合燃料煤的配比：可以用含钒石煤(含钒率0.5-0.9％)，发热量2000-3200大卡/千克、灰分50-60％作为基本燃料，同时添加优质烟煤来进行组配，烟煤添加量15-40％。控制灰分35-50％，以便达到循环流化床最佳的燃烧状态。不同的配比组分对炉渣提取钒的提取效果影响不大，都可以达到63％以上的提取率。为了防止混合燃料煤结焦和提高钒的浸出率，需要添加3％的重晶石。重晶石中硫酸钡含量83％以上，其中硅含量在3％以内。可以将钒的浸出率从63％提高到79％左右。

5.2含钒混合燃料煤在循环流化床中的最佳燃烧温度是860-880℃。产生蒸汽压力可以达到0.6-0.9Mpa。

作为本发明第一个实施例：

将含钒0.5％、热值2400大卡/千克的石煤60吨，加入发热量为6500大卡/千克优质烟煤40吨，添加含硫酸钡量85％重晶石3吨。用装载机混合均匀，加入环锤式破碎机中破碎、筛分，得到粒径3-5mm的燃料颗粒。检测混合燃料的发热值为3910大卡/千克，灰分含量43％。燃料钒含量为0.29％。

将破碎好的混合燃料投入10t/h，额定压力1.25Mpa工业流化床锅炉中燃烧，锅炉炉膛实际温度860-870℃,锅炉蒸汽压力基本维持在0.5-0.6Mpa,炉渣呈粉状和粒状不等。其中冷渣机排灰为粒状，预热器、省煤器等排灰管粉状粒状兼有，除尘器排灰为粉状。取各处排出灰完全混合，实测炉渣钒含量为0.66％，测得钒浸出率为79.7％。

作为本发明第二个实施例：

称量含钒0.62％、热值3000大卡/千克的石煤75吨，加入发热量为6200大卡/千克优质烟煤25吨，添加含硫酸钡量88％重晶石3吨。用装载机混合均匀，加入环锤式破碎机中破碎、筛分，得到粒径3-5mm的燃料颗粒。检测混合燃料的发热值为3800大卡/千克，灰分含量37.5％。燃料钒含量为0.45％。

将破碎好的混合燃料投入20t/h，额定压力1.25Mpa工业流化床锅炉中燃烧，锅炉炉膛实际温度860-880℃，锅炉蒸汽压力基本维持在0.6-0.8Mpa，炉渣呈粉状和粒状不等。其中冷渣机排灰为粒状，预热器、省煤器等排灰管粉状粒状兼有，除尘器排灰为粉状。取各处排出灰完全混合，实测炉渣钒含量为1.19％，酸浸后钒浸出率为79.4％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、以用含钒石煤作为基本燃料按如下重量组分组配，每100份含钒石煤中添加烟煤15-40份，改性填料3份；

S2、将上述混合燃料混合均匀后，依次进行破碎、筛分处理，得到粒径3-5mm的燃料颗粒；

S3、将上述处理好的混合燃料作为循环流化床锅炉的燃料，投入循环流化床锅炉中进行燃烧；

S4、将从循环流化床锅炉中燃烧得到的各处排出灰分取出，进行混合，用作提取五氧化二钒的原料；

所述改性填料为重晶石，所述重晶石中硫酸钡含量83％以上，硅含量在3％以内；所述混合燃料的灰分含量为35-50％。

2.根据权利要求1所述的基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法，其特征在于：所述基本燃料选用含钒率为0.5-0.9％、发热量为2000-3200大卡/千克、灰分为50-60％的含钒石煤。

3.根据权利要求1所述的基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法，其特征在于：所述循环流化床锅炉中炉膛温度设置为860-880℃。

4.根据权利要求1所述的基于含钒石煤联产蒸汽和五氧化二钒原料的燃料生产方法，其特征在于：所述循环流化床锅炉中产生蒸汽压力控制在0.6-0.9Mpa之间。