CN110639318B - 环保节能的煤炭煅烧系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及原煤煅烧技术领域，提供一种环保节能的煤炭煅烧系统，煅煤炉的排气口通过保温管道经高温风机、排料间连至回转窑，回转窑首部与沉降室连通，沉降室下部设有落料斗上方设有原煤料仓，原煤料仓下端通过管道插到回转窑的进料端，沉降室排气口与表面冷却器相连，表面冷却器包括一组U型管道和收集室，U型管道位于收集室上方并向下插入收集室，U型管道通过收集室形成串联；表面冷却器的排气口通过增压风机与布袋除尘器相连，布袋除尘器的排气口与喷淋脱硫塔相连，喷淋脱硫塔排料口连接硫酸钙收容器。本发明还提供一种环保节能的煤炭煅烧方法。本发明具有余热利用、废气达标、降低粉尘污染、硫酸钙回收利用的优点。

Description

环保节能的煤炭煅烧系统及其方法

技术领域：

本发明涉及原煤煅烧设备技术领域，特别涉及一种环保节能的煤炭煅烧系统及其方法。

背景技术：

增碳剂分炼钢用增碳剂和铸铁用增碳剂，以及其他一些添加材料也有用到增碳剂，譬如刹车片用添加剂，作摩擦材料。增碳剂属于外加炼钢、炼铁增碳原料，优质增碳剂是生产优质钢材必不可少的辅助添加剂。

增碳剂的原料有很多种，生产工艺也各异，有木质碳类，煤质碳类，焦炭类，石墨类等，其中各种分类下又有很多小种类。优质增碳剂一般指经过石墨化的增碳剂，在高温条件下，碳原子的排列呈石墨的微观形态，所以称之为石墨化。石墨化可以降低增碳剂中杂质的含量，提高增碳剂的碳含量，降低硫含量。

对顶吹转炉炼钢用增碳剂的要求是固定碳要高，灰分、挥发分和硫、磷、氮等杂质含量要低，且干燥、干净、粒度适中。粒度太细容易烧损，太粗加入后浮在钢液表面，不容易被钢水吸收。针对感应电炉的颗粒度在0.2-6mm。

太西煤产自宁夏回族自治区石嘴山市汝箕沟，因出自太西镇而得名。它有三低(低灰、低硫、低磷)、六高(高发热量、高比电阻、高块煤率、高化学活性、高精煤回收率和高机械强度)的特点，煤质超过北京、阳泉、焦作、晋城等无烟煤，居全国之首，可与世界有名的无烟煤--越南鸿基煤媲美，是国内之冠的优质煤，远销亚欧美10多个国家。

由于太西煤优良的特点，使它成为理想的增碳剂生产原料。目前太西煤加工为增碳剂、普煅煤的工艺过程中，最主要的一步为将精煤在1200～1300℃下高温无氧煅烧，将原煤中的水分、挥发分在普煅炉/煅煤炉内烧除并去掉杂质，由于原煤中挥发分含量较高，即便是优质的如太西煤其挥发分含量也在7～8％，在煅烧过程中会产生大量的二氧化硫气体，对当地环境污染是非常严重的。此外，由于原料煤经过了洗煤工序，其中含有7～10％的水分，需要大量的热能来除水，耗能高。传统的普煅炉/煅煤炉废气直接排放，气体的出口温度在700～800℃，使得余热没有得到利用，北方一些煤炭煅烧企业采用预热进行厂区及周边冬季供暖，但由于煅煤厂一般处在边缘地带，周围人口稀少，冬季供暖的热需求并不高，造成余热利用不高且受季节局限。最后，碳素/煅煤企业的高污染不仅体现在有害气体的排放，更加直观的体现是粉尘污染，往往碳素/煅煤集中的工业区空气、地面煤粉/煤灰非常严重，这是由于煅烧后产品中普遍含有15％细颗粒(粒度小于1mm)，这些细颗粒小部分随烟囱排放，大部分在随后的筛分过程中产生大量扬尘。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种环保节能的煤炭煅烧系统，另外还要提供一种环保节能的煤炭煅烧方法。

一种环保节能的煤炭煅烧系统，包括：煅煤炉、保温管道、高温风机、回转窑、煤粉燃烧器、排料间、沉降室、原煤料仓、表面冷却器、布袋除尘器、喷淋脱硫塔、送料装置、硫酸钙收容器；其中，煅煤炉的排气口通过保温管道经高温风机、排料间连至回转窑，即将煅煤炉的废气由直接向大气排放转为回收利用，通过回转窑来烘干原煤，使之脱水；回转窑的出料口与排料间的一壁面密封转动连接，与所述壁面相对的另一壁面连有保温管道和煤粉燃烧器，排料间的下部设有斗状排料口，所述排料口与煅煤炉进料口之间设有送料装置；回转窑的进料端与沉降室密封转动连接，沉降室下部设有落料斗，沉降室上方设有原煤料仓，原煤料仓下端通过管道插到回转窑的进料端，原煤料仓管道外壁与沉降室顶部密封；沉降室排气口与表面冷却器相连，表面冷却器包括一组U型管道和收集室，U型管道位于收集室上方并向下插入收集室，U型管道和收集室内部联通，U型管道通过收集室形成串联，收集室口径大于1.5倍U型管道直径；表面冷却器的排气口通过增压风机与布袋除尘器相连，布袋除尘器的排气口与喷淋脱硫塔相连，喷淋脱硫塔排料口连接硫酸钙收容器。相对于传统的喷淋脱硫塔，之前的表面冷却器、布袋除尘器已经把气体中的粉尘除去，故此处收集的是较纯的硫酸钙，而非污泥，具有不错的经济价值，可以直接卖给下游厂商。

排料间斗状排料口内总是保持堆积有煤，可以有效的阻止高温气体从此处排出；同样，原煤料仓和沉降室的落料斗里也总是保持有一定厚度煤层，阻止高温气体从其排出。当高温气体不足时，启动煤粉燃烧器辅助加热。

优选的，煅煤炉为立式，其上口为进料端，下口为排料端，炉体最内层耐火砖从上到下围成的区域为内炉膛，内炉膛由进料端到排料端依次分为预热区、高温区和冷却区，最内层耐火砖顶部与炉顶间留有气道，该气道用于挥发分经此进入燃烧层，最内层耐火砖与炉体外壁之间还砌筑有中间层耐火砖，中间层耐火砖与最内层耐火砖之间为燃烧层，中间层耐火砖与炉体外壁之间为空气层，空气层顶部封闭、下部敞开，且空气层下部为迷宫形的气道，中间层耐火砖从上到下开有三处配气孔，该孔使空气流入燃烧层。挥发分为可燃气体，在700～800℃时挥发分气化，并通过炉顶进入燃烧层，通过配气孔的位置及大小调节空气的配入段及配入量，使挥发分在预热区进行少量燃烧，在高温区进行大量燃烧，在高温区和冷却区的过渡带将余量燃烧尽。煅烧后的产品由排料端排出。

优选的，煅煤炉为多个。碳素/煅煤企业一般设置在产煤区附近，煤源充足，每个企业都有多个煅煤炉，且附近会聚集多家同类企业，有利于将多个煅煤炉并联排气。

优选的，沉降室顶部设有冷却防爆装置，冷却防爆装置包括：水槽、下桶、上桶、锁链；水槽设置在沉降室顶部，下桶下端与沉降室顶部固定，下桶上端高出水槽水面且敞口，下桶与沉降室内部联通，上桶为桶状，其倒扣在下桶上形成水封结构，锁链一端固定在上桶上，锁链另一端固定在冷却防爆装置上，锁链长度足以在上桶上移时使所述水封失效且限制上桶向沉降室侧下方掉落。换热完后进入沉降室的气体温度依然很高，有300℃左右，为了延长沉降室使用寿命，故在其上设置有冷却水槽，同时为了避免系统内压力过大造成危险，设置了防爆装置。

优选的，煤粉燃烧器包括：燃烧器主体、煤粉机、点火器；燃烧器主体固定在排料间中部，燃烧器主体的尾部外露，煤粉机、点火器分别通过各自的管道连接燃烧器主体尾部；煤粉机包括：料斗、锤式破碎机、风机；锤式破碎机用于破碎由料斗落入的大颗粒，风机用于将破碎后的煤粉通过管道送入燃烧器主体。点火器通过输入燃烧器主体燃气或燃油来点火。

优选的，煅煤炉顶部设有料仓。

优选的，沉降室的落料斗下设有螺旋输料机。

优选的，送料装置包括输送机和斗式提升机，斗式提升机设置在煅煤炉旁。

一种环保节能的煤炭煅烧方法，包括以下步骤：将煅煤炉产生的高温废气通过保温管道经由高温风机加压送入排料间，使高温废气从排料间向回转窑吹过，与原煤料仓加进的原煤进行对流换热，将原煤的水分蒸发，并将原煤中的小颗粒吹入沉降室的落料斗；与原煤换热后的高温气体夹裹着水蒸气并带着原煤中的粉尘进入表面冷却器，并在收集室部分除尘，气体在表面冷却器的尾部降到170℃以下后水蒸气冷凝；脱水后的气体进入布袋除尘器除尘，之后进入喷淋脱硫塔脱硫，达标气体从喷淋脱硫塔顶部排入大气，喷淋脱硫塔底部的硫酸钙沉淀间歇性的进入硫酸钙收容器储存；被烘干并除尘后的原煤由排料间排出，之后经送料装置送入煅煤炉。

优选的，保持原煤料仓内总是有至少0.5～2米厚度的煤层；将沉降室落料斗收集到的小颗粒送入煤粉燃烧器，并保持沉降室落料斗内总是有至少0.3～1米厚度的煤层；将表面冷却器、布袋除尘器收集到煤尘送入煤粉燃烧器。

本发明通过煅煤炉的废气烘干原煤水分，使得原煤在之后进入煅烧炉后只需要煅烧排出挥发分，既实现了余热利用，又提高了生产效率，使煅煤炉产率提高1倍以上，同时，烘干过程中排除的煤粉大大减少了煅烧后的煤粉量，即降低了后期粉尘污染；最后本发明解决了二氧化硫排放的空气污染问题，并增加了硫酸钙副产品的收益。

附图说明：

附图1是一幅较佳实施方式的环保节能的煤炭煅烧系统的设备示意图。

附图2是一幅较佳实施方式的煅煤炉的剖面结构示意图。

附图3是附图1的A部局部放大示意图。

图中：煅煤炉1、保温管道21、高温风机22、回转窑31、煤粉燃烧器32、排料间33、沉降室34、原煤料仓35、表面冷却器4、布袋除尘器5、喷淋脱硫塔6、送料装置7、硫酸钙收容器8、进料端191、排料端192、最内层耐火砖11、预热区111、高温区112、冷却区113、气道12、燃烧层13、炉体外壁14、中间层耐火砖15、空气层16、迷宫形气道161、配气孔151、管道351、U型管道41、收集室42、增压风机43、水槽341、下桶342、上桶343、锁链344、料仓9、螺旋输料机345、输送机72、斗式提升机71。

具体实施方式：

在本专利中，“原煤”指从上游企业买回的待加工成普煅煤或增碳剂的煤。

如附图1～3所示，一种环保节能的煤炭煅烧系统，包括：煅煤炉1、保温管道21、高温风机22、回转窑31、煤粉燃烧器32、排料间33、沉降室34、原煤料仓35、表面冷却器4、布袋除尘器5、喷淋脱硫塔6、送料装置7、硫酸钙收容器8；其中，煅煤炉1的排气口通过保温管道21经高温风机22、排料间33连至回转窑31，即将煅煤炉1的废气由直接向大气排放转为回收利用，通过回转窑31来烘干原煤，使之脱水；回转窑31的出料口与排料间33的一壁面密封转动连接，与所述壁面相对的另一壁面连有保温管道21和煤粉燃烧器32，排料间33的下部设有斗状排料口，所述排料口与煅煤炉1进料口之间设有送料装置7；回转窑31的进料端与沉降室34密封转动连接，沉降室3下部设有落料斗，沉降室上方设有原煤料仓35，原煤料仓35下端通过管道351插到回转窑31的进料端，原煤料仓35管道351外壁与沉降室34顶部密封；沉降室34排气口与表面冷却器4相连，表面冷却器4包括一组U型管道41和收集室42，U型管道41位于收集室42上方并向下插入收集室42，U型管道41和收集室42内部联通，U型管道41通过收集室42形成串联，收集室42口径大于1.5倍U型管道41直径；表面冷却器4的排气口通过增压风机43与布袋除尘器5相连，布袋除尘器5的排气口与喷淋脱硫塔6相连，喷淋脱硫塔6排料口连接硫酸钙收容器8，硫酸钙收容器8具有耐腐蚀性。相对于传统的喷淋脱硫塔，之前的表面冷却器4、布袋除尘器5已经把气体中的粉尘除去，故此处收集的是较纯的硫酸钙，而非污泥，具有不错的经济价值，可以直接卖给下游厂商。

排料间33斗状排料口内总是保持堆积有煤，可以有效的阻止高温气体从此处排出；同样，原煤料仓35和沉降室34的落料斗里也总是保持有一定厚度煤层，阻止高温气体从其排出。

在本实施方式中，煅煤炉1为立式，其上口为进料端191，下口为排料端192，炉体最内层耐火砖11从上到下围成的区域为内炉膛，内炉膛由进料端到排料端依次分为预热区111、高温区112和冷却区113，最内层耐火砖11顶部与炉顶间留有气道12，该气道12用于挥发分经此进入燃烧层13，最内层耐火砖11与炉体外壁14之间还砌筑有中间层耐火砖15，中间层耐火砖15与最内层耐火砖11之间为燃烧层13，中间层耐火砖15与炉体外壁14之间为空气层16，空气层16顶部封闭、下部敞开，且空气层16下部为迷宫形气道161，中间层耐火砖15从上到下开有三处配气孔151，配气孔151使空气流入燃烧层13。挥发分为可燃气体，在700～800℃时挥发分气化，并通过炉顶气道12进入燃烧层13，通过配气孔151的位置及大小调节空气的配入段及配入量，使挥发分在预热区111进行少量燃烧，在高温区112进行大量燃烧，在高温区112和冷却区113的过渡带将余量燃烧尽。煅烧后的产品由排料端192排出。

在本实施方式中，煅煤炉1为多个。碳素/煅煤企业一般设置在产煤区附近，煤源充足，每个企业都有多个煅煤炉，且附近会聚集多家同类企业，有利于将多个煅煤炉1并联排气。

在本实施方式中，沉降室34顶部设有冷却防爆装置，冷却防爆装置包括：水槽341、下桶342、上桶343、锁链344；水槽341设置在沉降室34顶部，下桶342下端与沉降室34顶部固定，下桶342上端高出水槽341水面且敞口，下桶342与沉降室34内部联通，上桶343为桶状，其倒扣在下桶342上形成水封结构，锁链344一端固定在上桶343上，锁链344另一端固定在冷却防爆装置上，锁链344长度足以在上桶343上移时使所述水封失效且限制上桶343向沉降室34侧下方掉落。换热完后进入沉降室34的气体温度依然很高，有300℃左右，为了延长沉降室34使用寿命，故在其上设置有冷却水槽，同时为了避免系统内压力过大造成危险，设置了防爆装置。

在本实施方式中，煤粉燃烧器32包括：燃烧器主体、煤粉机、点火器；燃烧器主体固定在排料间中部，燃烧器主体的尾部外露，煤粉机、点火器分别通过各自的管道连接燃烧器主体尾部；煤粉机包括：料斗、锤式破碎机、风机；锤式破碎机用于破碎由料斗落入的大颗粒，风机用于将破碎后的煤粉通过管道送入燃烧器主体。点火器通过输入燃烧器主体燃气或燃油来点火，点火时通过电子打火。

在本实施方式中，煅煤炉1顶部设有料仓9。沉降室34的落料斗下设有螺旋输料机345。送料装置7包括输送机72和斗式提升机71，斗式提升机71设置在煅煤炉旁。

在其他实施方式中，保温管道21可以直接接在原有的煅煤炉烟囱上，并安装三通阀控制烟气的排出途径。煅煤炉1可以采用现有其他设计。煤粉燃烧器32可以采购现有设备。

一种环保节能的煤炭煅烧方法，包括以下步骤：将煅煤炉1产生的高温废气通过保温管道21经由高温风机22加压送入排料间33，使高温废气从排料间33向回转窑31吹过，与原煤料仓35加进的原煤进行对流换热，将原煤的水分蒸发，并将原煤中的小颗粒吹入沉降室33的落料斗；与原煤换热后的高温气体夹裹着水蒸气并带着原煤中的粉尘进入表面冷却器4，并在收集室42部分除尘，气体在表面冷却器的尾部降到170℃以下后水蒸气冷凝；脱水后的气体进入布袋除尘器5除尘，之后进入喷淋脱硫塔6脱硫，达标气体从喷淋脱硫塔6顶部排入大气，喷淋脱硫塔6底部的硫酸钙沉淀间歇性的进入硫酸钙收容器8储存；被烘干并除尘后的原煤由排料间33排出，之后经送料装置7送入煅煤炉1。

在本实施方式中，保持原煤料仓35内总是有至少0.5～2米厚度的煤层；将沉降室34落料斗收集到的小颗粒送入煤粉燃烧器32，并保持沉降室34落料斗内总是有至少0.3～1米厚度的煤层；将表面冷却器4、布袋除尘器5收集到煤尘送入煤粉燃烧器32。

Claims (8)

1.一种环保节能的煤炭煅烧系统，其特征在于，包括：煅煤炉、保温管道、高温风机、回转窑、煤粉燃烧器、排料间、沉降室、原煤料仓、表面冷却器、布袋除尘器、喷淋脱硫塔、送料装置、硫酸钙收容器；其中，煅煤炉的排气口通过保温管道经高温风机、排料间连至回转窑，回转窑的出料口与排料间的一壁面密封转动连接，与所述壁面相对的另一壁面连有保温管道和煤粉燃烧器，排料间的下部设有斗状排料口，所述排料口与煅煤炉进料口之间设有送料装置；回转窑的进料端与沉降室密封转动连接，沉降室下部设有落料斗，沉降室上方设有原煤料仓，原煤料仓下端通过管道插到回转窑的进料端，原煤料仓管道外壁与沉降室顶部密封；沉降室排气口与表面冷却器相连，表面冷却器包括一组U型管道和收集室，U型管道位于收集室上方并向下插入收集室，U型管道和收集室内部联通，U型管道通过收集室形成串联，收集室口径大于1.5倍U型管道直径；表面冷却器的排气口通过增压风机与布袋除尘器相连，布袋除尘器的排气口与喷淋脱硫塔相连，喷淋脱硫塔排料口连接硫酸钙收容器；

煅煤炉为立式，其上口为进料端，下口为排料端，炉体最内层耐火砖从上到下围成的区域为内炉膛，内炉膛由进料端到排料端依次分为预热区、高温区和冷却区，最内层耐火砖顶部与炉顶间留有气道，该气道用于挥发分经此进入燃烧层，最内层耐火砖与炉体外壁之间还砌筑有中间层耐火砖，中间层耐火砖与最内层耐火砖之间为燃烧层，中间层耐火砖与炉体外壁之间为空气层，空气层顶部封闭、下部敞开，且空气层下部为迷宫形气道，中间层耐火砖从上到下开有三处配气孔，配气孔使空气流入燃烧层；

沉降室顶部设有冷却防爆装置，冷却防爆装置包括：水槽、下桶、上桶、锁链；水槽设置在沉降室顶部，下桶下端与沉降室顶部固定，下桶上端高出水槽水面且敞口，下桶与沉降室内部联通，上桶为桶状，其倒扣在下桶上形成水封结构，锁链一端固定在上桶上，锁链另一端固定在冷却防爆装置上，锁链长度足以在上桶上移时使所述水封失效且限制上桶向沉降室侧下方掉落。

2.如权利要求1所述的环保节能的煤炭煅烧系统，其特征在于，煅煤炉为多个。

3.如权利要求1所述的环保节能的煤炭煅烧系统，其特征在于，煤粉燃烧器包括：燃烧器主体、煤粉机、点火器；燃烧器主体固定在排料间中部，燃烧器主体的尾部外露，煤粉机、点火器分别通过各自的管道连接燃烧器主体尾部；煤粉机包括：料斗、锤式破碎机、风机；锤式破碎机用于破碎由料斗落入的大颗粒，风机用于将破碎后的煤粉通过管道送入燃烧器主体。

4.如权利要求1所述的环保节能的煤炭煅烧系统，其特征在于，煅煤炉顶部设有料仓。

5.如权利要求1所述的环保节能的煤炭煅烧系统，其特征在于，沉降室的落料斗下设有螺旋输料机。

6.如权利要求1所述的环保节能的煤炭煅烧系统，其特征在于，送料装置包括输送机和斗式提升机，斗式提升机设置在煅煤炉旁。

7.一种利用权利要求1所述的环保节能的煤炭煅烧系统的环保节能的煤炭煅烧方法，其特征在于，包括以下步骤：将煅煤炉产生的高温废气通过保温管道经由高温风机加压送入排料间，使高温废气从排料间向回转窑吹过，与原煤料仓加进的原煤进行对流换热，将原煤的水分蒸发，并将原煤中的小颗粒吹入沉降室的落料斗；与原煤换热后的高温气体夹裹着水蒸气并带着原煤中的粉尘进入表面冷却器，并在收集室部分除尘，气体在表面冷却器的尾部降到170℃以下后水蒸气冷凝；脱水后的气体进入布袋除尘器除尘，之后进入喷淋脱硫塔脱硫，达标气体从喷淋脱硫塔顶部排入大气，喷淋脱硫塔底部的硫酸钙沉淀间歇性的进入硫酸钙收容器储存；被烘干并除尘后的原煤由排料间排出，之后经送料装置送入煅煤炉。

8.如权利要求7所述的环保节能的煤炭煅烧方法，其特征在于，保持原煤料仓内总是有至少0.5～2米厚度的煤层；将沉降室落料斗收集到的小颗粒送入煤粉燃烧器，并保持沉降室落料斗内总是有至少0.3～1米厚度的煤层；将表面冷却器、布袋除尘器收集到煤尘送入煤粉燃烧器。

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