CN110451987A - 一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统及方法，系统包括高温烧结炉、粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元；所述高温烧结炉以火电厂的电站锅炉产生的高温烟气作为主要热源；还包括有补热装置，用于在高温烧结炉中达不到预设的烧结温度时对高温烧结炉进行补热；所述粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元和高温烧结炉中的一个或多个的所需电能来自火电厂的调峰富余电力。本发明利用火电厂锅炉烟气和电站调峰电力驱动的补热装置作为焙烧陶瓷的热源，从而降低特种陶瓷生产的整体能耗，在火电厂内实现高附加值的特种陶瓷的清洁化生产。

Description

一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统及方法

技术领域

本发明涉及特种陶瓷加工领域，具体涉及一种利用火电厂烟气热量和电力来生产特种陶瓷的系统和方法。

背景技术

特种陶瓷也被称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷，它主要是指以高纯度人工合成的无机化合物为原料、采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。

按性能不同，特种陶瓷可分为结构陶瓷、功能陶瓷和工具陶瓷。结构陶瓷又叫做工程陶瓷，是主要利用陶瓷的强度、刚度、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等力学性能的陶瓷材料，主要种类有高强度陶瓷、(超)高温陶瓷、(超)低温陶瓷、高韧性陶瓷、超硬度陶瓷和纳米陶瓷等。功能陶瓷是主要利用陶瓷的电、磁、光、声、热等性能及其耦合效应的陶瓷材料，主要种类有电子陶瓷、敏感陶瓷、光学陶瓷、生物陶瓷、磁性陶瓷和超导陶瓷等。

按应用功能分类，特种陶瓷可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。主要用于制作电路基片、线圈骨架、电子管插座、高压绝缘瓷、火箭的前锥体等。也可制成用于浇制合金的高气孔率精密铸造型芯。还可用作抗震性好的高温材料。

由于特种陶瓷经过高温烧结成型，因此，在其粉料研磨生产、陶胚成型和高温烧结几个工艺中，均需要消耗大量的能源，特别是电能和热能。因此，特种陶瓷的生产成本中，除去原材料成本，生产工艺过程中的能源消耗是其主要成本。

近年来，在中国“三北”地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。特别是冬季热电机组的热电解耦调峰问题越来越突出，如果能够利用热电调峰机组的富余电力、电站锅炉高温烟气，作为生产特种陶瓷的电力和高温烧结环境的提供者，不但可利用富余的调峰电力研磨粉料、电加热高温烧结、锅炉烟气提供烧结炉热量，而且生产过程中产生的废气、废水、废渣，都可以利用火电厂内设施进行处理，不但实现特种陶瓷的节能和清洁化生产，而且可以极大提高火电厂经济效益。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统及方法，利用火电厂锅炉烟气和电站调峰电力驱动的加热棒作为焙烧陶瓷的热源，从而降低特种陶瓷生产的整体能耗，在火电厂内实现高附加值的特种陶瓷的清洁化生产。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，包括高温烧结炉、粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元；所述高温烧结炉以火电厂的电站锅炉产生的高温烟气作为主要热源；还包括有电加热单元，用于在高温烧结炉中达不到预设的烧结温度时对高温烧结炉进行补热；所述粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元和高温烧结炉中的电加热单元的一个或多个的所需电能来自火电厂的调峰富余电力。

进一步地，所述高温烧结炉采用烟气不接触陶瓷胚料的外热式或接触陶瓷胚料的接触式加热方式，加热热源来自于火电厂电站锅炉烟气。

进一步地，所述高温烧结炉内设有加热单元，所述加热单元包括有烟气引入管和烟气引出管，所述烟气引入管用于将火电厂的电站锅炉产生的高温烟气引入所述高温烧结炉内，所述烟气引出管用于将释放热能降温后的低温烟气排入火电厂的烟气处理装置。

进一步地，所述加热单元还包括有换热管，所述换热管设于所述高温烧结炉内，其一端连通于烟气引入管，另一端连通于所述烟气引出管。

进一步地，所述高温烧结炉吊装于火电厂的电站锅炉的顶部，所述火电厂的电站锅炉的炉膛辐射、高温烟气对流及辐射换热为所述高温烧结炉提供主要热源。

进一步地，所述系统还包括有燃烧室，所述高温烧结炉的烟气引入管连通于燃烧室，燃烧室燃烧所产生的烟气经过烟气引入管进入到高温烧结炉内进行补热。

进一步地，所述粉料生产单元包括所述火电厂的球磨机。

更进一步地，所述高温烧结炉的烟气引入管的一端连通于火电厂的两台电站锅炉，中间设置烟气挡板，所述烟气挡板用于在两台电站锅炉之间切换高温烟气的高温来源。

进一步地，所述高温烧结炉、粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元均设有废气管道、废水管道和废渣管道，所述废气管道连通于火电厂的烟气处理装置，废水管道和废渣管道分别连通于火电厂内的废水处理设施和废渣处理设施。

本发明还提供一种上述系统的方法，包括下列步骤：

根据电站锅炉类型和锅炉炉膛及烟道内烟气温度的分布情况，设计最佳抽取烟气的抽气点或直接在电站锅炉炉顶及烟道最佳位置安装所述高温烧结炉；

根据电站锅炉的球磨机的类型，利用球磨机进行陶瓷粉料的处理，利用火电厂的调峰电力驱动陶瓷胚料成型单元的热压成型装置和烘干装置加工陶瓷粉料成为设定形状的陶瓷胚料；然后通过输送装置将陶瓷胚料器件送入高温烧结炉进行高温烧结工艺；

抽取最佳温度和最佳流量的电站锅炉高温烟气，引入高温烧结炉；

通过高温烧结炉内设置电加热单元，调节电加热功率，控制炉内温度，对所述陶瓷胚料器件进行高温烧结；

根据烟气温度和流量情况，热量不足时，利用电加热单元或燃烧室对烧结炉进行补热；

陶瓷粉料、胚料生产和胚料烧结过程中产生的废气及电站锅炉烟气放热后的低温烟气排入电站锅炉，利用电站锅炉烟气处理装置实现无害化处理；

陶瓷粉料、胚料生产和胚料烧结过程中产生的废水、废渣利用电站内处理设施进行无害化处理。

本发明还提供一种利用上述火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统的锅炉负荷调峰方法，火电厂的电站锅炉利用抽取的高温烟气，减少电站锅炉的水蒸汽蒸发量，从而减少火电厂的汽轮机发电机的发电量，实现火电厂响应电网的调峰减负荷的要求。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明充分利用火电厂电站锅炉烟气作为特种陶瓷烧制的热源，高效利用了烟气余热，降低陶瓷烧制工艺的能耗。

(2)直接利用火电厂球磨机生产的陶瓷粉料，节省了陶瓷粉料球磨机的系统投资。

(3)高温烧结炉排放的废气直接排入火电厂锅炉，利用锅炉烟气处理系统处理热解气化废气，减少烧结炉废气烟气处理费用。

(4)利用低价电站调峰电力，通过电加热单元精确控制烧结炉内温度，响应电网调峰辅助服务需求。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统结构示意图；

图2为本发明实施例1中第一高温烧结炉和两个电站锅炉连接的示意图；

图3为本发明实施例1中第二高温烧结炉的结构示意图；

图4为本发明实施例2的系统结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，如图1所示，包括高温烧结炉、粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元；火电厂的电站锅炉100产生的高温烟气为高温烧结炉提供热源；还包括有补热装置，用于在高温烧结炉中达不到预设的烧结温度时对高温烧结炉进行补热；所述粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元和高温烧结炉中的一个或多个的所需电能来自火电厂的调峰富余电力。

上述系统的工作原理在于：

S1、利用火电厂的调峰富余电力为粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元和高温烧结炉提供电能；首先通过粉料生产单元制取陶瓷粉料，然后利用陶瓷胚料成型单元对陶瓷粉料进行热压成型和烘干，得到设定形状的陶瓷胚料器件；

S2、将步骤S1得到的陶瓷胚料器件103送入高温烧结炉中(本实施例中采用传送履带102的方式将陶瓷胚料器件送入高温烧结炉内的焙烧架104上)，利用火电厂的电站锅炉100产生的高温烟气作为高温烧结炉内烧结陶瓷胚料器件103的主要热源，当高温烧结炉内温度达不到预设的烧结温度时，利用补热装置对高温烧结炉进行补充加热，以达到预设的烧结温度。

在本实施例中，所述系统包括有第一高温烧结炉105，该第一高温烧结炉105内设有加热单元，所述加热单元包括有烟气引入管106和烟气引出管107，所述烟气引入管106用于将火电厂的电站锅炉100产生的高温烟气引入所述第一高温烧结炉105内，所述烟气引出管107用于将释放热能后降温的低温烟气排入火电厂的烟气处理装置。

具体地，在本实施例中，所述烟气引出管107通过风机112将释放热能降温后的低温烟气排入火电厂的烟气处理装置。

在实际应用中，选取电站锅炉的炉膛或烟道上温度和流量最佳的点作为烟气抽取点抽取高温烟气。

高温烟气在第一高温烧结炉105内可以以接触或非接触的方式对陶瓷胚料器件103进行加热烧结。

在本实施例中，采用的是高温烟气非接触地对陶瓷胚料器件进行加热烧结的方式，具体地，所述加热单元还包括有换热管108，所述换热管108设于所述第一高温烧结炉105内，其一端连通于烟气引入管106，另一端连通于所述烟气引出管107。在这种方式下，高温烟气从烟气引入管进行换热管内，换热管108内的高温烟气和第一高温烧结炉105内的空气进行热交换，从而达到对第一高温烧结炉105内的陶瓷胚料器件进行加热的目的。

在本实施例中，所述补热装置包括电加热单元109，所述电加热单元109设于所述第一高温烧结炉105内。在设置电加热单元的情况下，当第一高温烧结炉内的温度达不到所需的烧结温度时，电加热单元109自动启动，并对第一高温烧结炉105内的空气进行补充加热，直至达到所需的烧结温度自动停止。

作为另一种可以单独使用也可以和电加热单元109共同使用的补热方式，所述补热装置包括有燃烧室110，所述第一高温烧结炉105的烟气引入管106连通于燃烧室110，燃烧室110燃烧所产生的高温烟气经过烟气引入管106进入到第一高温烧结炉105内进行补热。同样地，燃烧室燃烧所产生的高温烟气同样可以以接触和非接触的方式对高温烧结炉内的陶瓷胚料进行补充加热烧结。燃烧室可以采用燃气或燃油作为燃料进行燃烧补热。

在本实施例中，燃烧室的高温烟气同样通过换热管采用非接触的方式进行补充加热。和来自电站锅炉100的高温烟气相同，燃烧室110燃烧所产生的高温烟气进入换热管后和第一高温烧结炉105内的空气进行热交换，从而实现对第一高温烧结炉105进行补热。

进一步地，所述粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元、高温烧结炉中的至少一个利用电站调峰电力进行粉料磨制、胚料的压制成型及高温烧结工艺，通过调节粉料磨制、胚料压制成型及烧结工艺的耗电功率，响应火电厂电网调峰辅助服务需求。

所有粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元、高温烧结炉的用电直接引自火电厂发电机出口、厂用电或升压站后母线，通过三个设备的耗电功率的控制变化，响应火电厂调峰辅助服务需求。例如，如果电网要求火电厂减少发电量降负荷调峰，则调节粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元、高温烧结炉的耗电量增加，从而减少火电厂送至电网的上网电量。

更进一步地，如图2所示，所述第一高温烧结炉105的烟气引入管106的一端分别通过一个支路113连通于火电厂的两台电站锅炉100，烟气引入管106和两个支路113之间的交叉处设置烟气挡板114，所述烟气挡板用于挡住烟气引入管106和两个支路113中的任一个之间的通路。通过挡板在烟气引入管106和两个支路113之间的通路的切换，可以实现切换高温烟气的来源。

在本实施例中，还包括有第二高温烧结炉111，所述第二高温烧结炉111吊装于火电厂的电站锅炉100的炉膛的顶部，所述火电厂的电站锅炉100的炉膛辐射、高温烟气对流及辐射换热为所述第二高温烧结炉111提供主要热源。

在本实施例中，如图3所示，所述第二高温烧结炉111内设有与所述电站锅炉的炉膛相连通的烟气流道115。通过该设置，炉膛内的高温烟气在烟气流道115内流动实现加热第二高温烧结炉111内的空气，从而起到高温烧结陶瓷胚料器件的作用。

进一步地，在本实施例中，第二高温烧结炉111中设置多个焙烧架116，每个焙烧架116之间设置一个烟气流道115，可以使得各个焙烧架116得到均匀的加热。

进一步地，同样地，所述第二高温烧结炉111中也设有补热装置，该补热装置采用电加热单元117，当第二高温烧结炉111中的温度达不到预设的焙烧温度时，电加热单元117自动启动对第二高温烧结炉111内的空气进行补热，直至达到焙烧温度后自动停止。

进一步地，所述第二高温烧结炉111的底面设置吸热面，用于吸收电站锅炉100的炉膛内的热量并传递至第二高温烧结炉111的内部。

进一步地，在本实施例中，所述高温烧结炉、粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元均设有废气管道、废水管道和废渣管道，所述废气管道连通于火电厂的烟气处理装置，废水管道和废渣管道分别连通于火电厂内的废水处理设施和废渣处理设施。

粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元和高温烧结炉在生产陶瓷粉料、制备陶瓷胚料器件和高温烧结过程中产生的烟气排入火电厂的烟气处理装置中，利用电站锅炉烟气处理装置实现无害化处理；产生的废水、废渣利用火电厂内的废水处理设施和废渣处理设施进行无害化处理。

实施例2

本实施例提供一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，系统结构和实施例1基本相同，主要区别在于，本实施例中，所述粉料生产单元包括所述火电厂的球磨机。可以利用火电厂内备用的球磨机对陶瓷原料进行磨粉，制备得到陶瓷分料。

实施例3

本实施例提供一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，系统结构和实施例1基本相同，主要区别在于，如图4所示，本实施例中，不分设第一高温烧结炉和第二高温烧结炉，仅设置吊装在电站锅炉100顶部的高温烧结炉200。高温烧结炉200的结构和实施例1中的第二高温烧结炉111相同。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，其特征在于，包括高温烧结炉、粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元；所述高温烧结炉以火电厂的电站锅炉产生的高温烟气作为主要热源；还包括有电加热单元，用于在高温烧结炉中达不到预设的烧结温度时对高温烧结炉进行补热；所述粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元和高温烧结炉中的电加热单元的一个或多个的所需电能来自火电厂的调峰富余电力。

2.根据权利要求1所述的火电厂锅炉烟气烧制特种陶瓷的系统，其特征在于，所述高温烧结炉采用烟气不接触陶瓷胚料的外热式或接触陶瓷胚料的接触式加热方式，加热热源来自于火电厂电站锅炉烟气。

3.根据权利要求1所述的火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，其特征在于，所述高温烧结炉内设有加热单元，所述加热单元包括有烟气引入管和烟气引出管，所述烟气引入管用于将火电厂的电站锅炉产生的高温烟气引入所述高温烧结炉内，所述烟气引出管用于将释放热能降温后的低温烟气排入火电厂的烟气处理装置。

4.根据权利要求3所述的火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，其特征在于，所述加热单元还包括有换热管，所述换热管设于所述高温烧结炉内，其一端连通于烟气引入管，另一端连通于所述烟气引出管。

5.根据权利要求1所述的火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，其特征在于，所述高温烧结炉吊装于火电厂的电站锅炉的顶部，所述火电厂的电站锅炉的炉膛辐射、高温烟气对流及辐射换热为所述高温烧结炉提供主要热源。

6.根据权利要求3所述的火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，其特征在于，还包括有燃烧室，所述高温烧结炉的烟气引入管连通于燃烧室，燃烧室燃烧所产生的烟气经过烟气引入管进入到高温烧结炉内进行补热。

7.根据权利要求1所述的火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，其特征在于，所述粉料生产单元包括所述火电厂的球磨机。

8.根据权利要求3或4所述的火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，其特征在于，所述高温烧结炉的烟气引入管的一端连通于火电厂的两台电站锅炉，中间设置烟气挡板，所述烟气挡板用于在两台电站锅炉之间切换高温烟气的高温来源。

9.根据权利要求1所述的火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统，其特征在于，所述高温烧结炉、粉料生产单元、陶瓷胚料成型单元均设有废气管道、废水管道和废渣管道，所述废气管道连通于火电厂的烟气处理装置，废水管道和废渣管道分别连通于火电厂内的废水处理设施和废渣处理设施。

10.一种利用上述任一权利要求所述的系统的方法，其特征在于，包括下列步骤：

根据电站锅炉类型和锅炉炉膛及烟道内烟气温度的分布情况，设计最佳抽取烟气的抽气点或直接在电站锅炉炉顶及烟道最佳位置安装所述高温烧结炉；

根据电站锅炉的球磨机的类型，利用球磨机进行陶瓷粉料的处理，利用火电厂的调峰电力驱动陶瓷胚料成型单元的热压成型装置和烘干装置加工陶瓷粉料成为设定形状的陶瓷胚料；然后通过输送装置将陶瓷胚料器件送入高温烧结炉进行高温烧结工艺；

抽取最佳温度和最佳流量的电站锅炉高温烟气，引入高温烧结炉；

通过高温烧结炉内设置电加热单元，调节电加热功率，控制炉内温度，对所述陶瓷胚料器件进行高温烧结；

根据烟气温度和流量情况，热量不足时，利用电加热单元或燃烧室对烧结炉进行补热；

陶瓷粉料、胚料生产和胚料烧结过程中产生的废气及电站锅炉烟气放热后的低温烟气排入电站锅炉，利用电站锅炉烟气处理装置实现无害化处理；

陶瓷粉料、胚料生产和胚料烧结过程中产生的废水、废渣利用电站内处理设施进行无害化处理。

11.利用权利要求1-9任一所述的火电厂锅炉烟气制特种陶瓷的系统的锅炉负荷调峰方法，其特征在于，火电厂的电站锅炉利用抽取的高温烟气，减少电站锅炉的水蒸汽蒸发量，从而减少火电厂的汽轮机发电机的发电量，实现火电厂响应电网的调峰减负荷的要求。