CN111960803A - 一种粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，本发明通过利用煤粉锅炉炉内煤粉燃烧并形成炉渣过程与陶粒生产工艺过程相类似的特点，在不影响锅炉性能的前提下，对煤粉锅炉炉膛底部进行改造，以增加烟气温度调整措施的方法，实现了使煤粉锅炉炉渣中含有稳定、可控的陶粒生成量，从而达到了解决陶粒生产的高能耗、环境污染、投资大等问题问题的目的。

Description

一种粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺
技术领域
本发明涉及建筑材料生产技术领域，具体说是一种粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺。
背景技术
由于陶粒具有多孔、质轻、表面强度高的特殊构造，近些年在许多领域中得到广泛应用。
（1）陶粒混凝土已广泛应用于工业与民用建筑的各类型预构件和现浇混凝土工程中。陶粒还可应用于管道保温、炉体保温隔热、保冷隔热和隔音吸声等其他建筑材料。
（2）用于园林绿化、室内绿化即满足了植物含水的需要，同时也满足了透气的要求，尤其是其无粉尘、质轻的特点已经越来越多地应用到室内观赏植物的养殖中了；亦可用作农业和园林中的无土基床材料及滤水材料。
（3）陶粒滤料可作为工业废水高负荷生物滤料池的生物挂膜载体；适用于饮用水的深度处理，它具有吸附水体中的有害元素、细菌、矿化水质，是活性生物降解有害物质效果最好的滤料。
现有粉煤灰陶粒的生产工艺：
首先需要粉煤灰、粘结剂和外掺剂经准确计量、混合、搅拌和轮碾等工序，使其达到均匀混合和水分匀化后，送入成球机成球。一般要掺加20 %～25 %的粘结剂(页岩、粘土或煤矸石)、以防止料球在窑内滚碎。由于粉煤灰中Al2O3含量较高(20 %～35 %)，为有效降低焙烧温度，需掺加一定量的助熔剂。
在窑内经大于1300℃的高温焙烧后，冷却工艺对陶粒的质量有较大的影响，一般认为较合理的陶粒冷却制度是：焙烧的陶粒在通过温度最高的膨胀带后，可迅速冷却到1000℃~700℃；但是从700℃到400℃时，则要求缓慢冷却，因为迅速降温，使陶粒内部和表面产生强大的温度收缩应力，导致其表面出现网状的微细裂缝，使陶粒的颗粒强度降低，但在400℃以下又可以快速的冷却。
现有陶粒生产工艺系统均采用专用设备生产，主体设备包括：原料粉磨设备、主窑体（烧结机）及陶粒冷却设备等；辅助设备包括：原料贮存仓、降尘室、喷煤系统、引风机、轮碾机、双轴搅拌机、制粒机、筛选机、上料皮带机及控制柜等。其中原料仓下部的喂料器、窑体转速和拱煤量均为无级调速，以便调整其工艺参数，在保证产品质量的前提下获得最大的产量。
目前的陶粒生产工艺具有如下缺陷：
（1）工艺复杂，需要将电厂废物粉煤灰（飞灰）运送至陶粒生产场地。为保证产品合格率，在陶粒生产场地与水、粘结剂、外掺剂、助熔剂混合轮碾后送入成球机成球。将成球后的粉煤灰送入窑内高温焙烧，熔融的粉煤灰球逐步冷却后形成陶粒。该工艺占用生产场地较大、运行费用高、容易造成环境污染。
（2）在将成球后的粉煤灰送入窑内高温焙烧的过程中，需不断向窑内投入燃料维持窑内高温环境，能耗很高。
（3）现有陶粒生产系统设备配置复杂，均采用原料粉磨设备、主窑体（烧结机）及陶粒冷却设备、储运设备等专用设备生产，设备投资较大。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，包括如下具体工艺条件：
1）、粉煤在煤粉锅炉内燃烧时，增加燃烧器中下部配风口的风量，在煤粉锅炉炉膛下部形成使炉渣由1350~1500℃的高温区冷却到1000℃~700℃区的陶粒形成区域；
2）、在渣井上部四周墙壁上设置一组渣井水喷头，在生产过程中向中央喷水并控制喷水量，形成陶粒从700℃缓慢冷却到400℃的工艺要求的陶粒冷却区域；
3）、在排渣设备中，以锅炉凝渣水池为初级陶粒分选设备，直接捞取漂浮于凝渣水池及其循环水池表面的陶粒，送至筛选系统进一步处理。
本发明进一步的设计方案中，在煤粉锅炉冷灰斗中下部四周炉墙上设置一组灰斗水喷头，在生产过程中向中央喷水并控制喷水量，扩大形成使陶粒从700℃缓慢冷却到400℃的陶粒冷却区域。
本发明进一步的设计方案中，上述灰斗水喷头之间间隔距离为0.5-3米。
本发明进一步的设计方案中，连接灰斗水喷头的水管上设有文丘里水流量测装置。
本发明进一步的设计方案中，上述渣井水喷头之间间隔距离为0.5-3米。
本发明进一步的设计方案中，连接渣井水喷头的水管上设有文丘里水流量测装置。
本发明进一步的设计方案中，连接渣井水喷头的水管上设有文丘里水流量测装置。
本发明进一步的设计方案中，上述排渣设备包括渣井、凝渣水池、刮板捞渣机、碎渣机、循环水池及渣浆泵。
本发明进一步的设计方案中，渣井区域墙壁内设有铠装热电偶温度测点。
本发明进一步的设计方案中，渣井区域的每一面墙壁内设有铠装热电偶温度测点。
本发明具有以下突出的有益效果：
（1）工艺简单，以煤粉锅炉炉渣中所含的陶粒作为热电生产的副产品，免除了粉煤灰和煤矸石等陶粒生产原料的转运、破碎、碾磨、成球、焙烧、冷却等工艺过程所需的专用设备。大幅减少了生产场地、运行费、设备投资。
（2）利用煤粉锅炉炉内煤粉的高温燃烧、形成炉渣的过程生产陶粒，无需附加额外能源，显著降低了陶粒生产过程的能耗。
（3）以煤粉锅炉炉渣中所含的陶粒作为热电生产的副产品，免除了粉煤灰和煤矸石等陶粒生产原料的转运、破碎、碾磨、成球等专用工艺流程，减少了对环境的污染。
附图说明
图1是实施例中以陶粒为副产品的改造后煤粉锅炉及排渣设备示意图；
图中，1-渣井，2-凝渣水池，3-刮板捞渣机，4-碎渣机，5-炉渣熔融区域，6-陶粒形成区域，7-陶粒冷却区域，8-渣井水喷头，9-灰斗水喷头，10-铠装热电偶。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例
本发明是在粉煤燃烧发电的基础上实施的。原煤经磨煤机磨制成煤粉，风机提供的空气将煤粉经燃烧器送入炉膛，煤粉在炉膛内和更多的空气混合并燃烧。炉膛内的火焰中心温度约为1200-1600℃，煤粉在炉膛内完成燃烧并形成飞灰（粉煤灰)、炉渣。飞灰随烟气从炉膛上部出口排出炉膛；颗粒较大的炉渣经冷灰斗自然沉降至炉底排出。其中炉渣量约占全部灰渣量的10%。煤粉锅炉炉膛内壁装有水冷壁受热面，使烟气温度逐渐降低，炉膛底部温度约为900℃。
炉内炽热固态炉渣经炉膛冷灰斗排、渣井1进入炉下专用排渣装置中，通常经过熄火、淬冷破碎后由排渣装置用各种方式排至炉外灰沟或送入除灰系统，最后送到灰场或用户。最常用的排渣设备是水力排渣槽、水封斗式排渣装置和水封刮板式机械排渣装置。大型锅炉多用最后一种，其系统布置如图1所示，主要包括渣井1、凝渣水池2、刮板捞渣机3、碎渣机4、循环水池及渣浆泵等设备。
本发明利用煤粉锅炉炉渣形成历程与陶粒生产工艺相近的特点，生产陶粒，包括如下具体工艺条件：
1）在煤粉锅炉炉膛高温区，使由煤粉燃烧后产生的炉渣熔融，形成中空或多孔的大颗粒聚集体，由处于炉膛火焰中心区的炉渣熔融区域5向陶粒形成区域6、陶粒冷却区域7沉降。这几个区域之间没有明显的界限，只是依据炉渣行程温度变化进行的抽象划分。
2）粉煤在煤粉锅炉内燃烧时，在不影响锅炉炉膛内整体有组织燃烧特性的前提下，在运行中适当增加燃烧器中下部配风口（如图1中所示的EE、DD、CD层配风口）的风量，在煤粉锅炉炉膛下部形成使炉渣由1350~1500℃的高温区冷却到1000℃~700℃区的陶粒形成区域6；使该区域尽量满足陶粒形成条件，提高陶粒生成量。
3）在渣井1上部四周炉墙上设置一组渣井水喷头8，在生产过程中向中央喷水并控制喷水量，形成陶粒从700℃缓慢冷却到400℃的工艺要求的陶粒冷却区域7。利用喷水的汽化过程降低该区域的烟气温度。喷水量可略高于上面冷灰斗下部的喷水量，尽可能扩大满足陶粒从700℃缓慢冷却到400℃的工艺要求，减少高温陶粒因直接落入凝渣水池2而爆裂的数量，提高陶粒产量。渣井水喷头8之间间隔距离为0.5-3米，连接渣井水喷头8的水管上设有文丘里水流量测装置。渣井1区域炉墙内设有铠装热电偶10温度测点。合理控制陶粒产量，并及时发现运行问题及设备故障。
4）在煤粉锅炉冷灰斗中下部四周炉墙上设置一组灰斗水喷头9，在生产过程中向中央喷水并控制喷水量，形成使陶粒从700℃缓慢冷却到400℃的陶粒冷却区域7；利用喷水的汽化过程降低该区域的烟气温度。这一过程中，喷水量应得到有效控制，避免过量喷水导致锅炉烟气量显著增加、燃烧不稳定、冷灰斗壁面应力集中过大。喷水量参考炉膛内部吹灰器喷水及水蒸气的质量流量设定，（炉膛内部吹灰器流量有设计值，只要不是大幅高于该值，就能够保证不影响锅炉的运行参数；这个喷水量基本能够满足陶粒生产的需求。依据该设计值及流量测量装置的指示值，用阀门进行人工或自动控制，从而控制陶粒产量。）尽可能扩大满足陶粒从700℃缓慢冷却到400℃的工艺要求，减少高温陶粒因直接落入凝渣水池2而爆裂的数量，提高陶粒产量；灰斗水喷头9之间间隔距离为0.5-3米，连接灰斗水喷头9的水管上设有文丘里水流量测装置，用于检测系统运行参数；合理控制陶粒产量，并及时发现运行问题及设备故障。本发明的技术方案中，渣井1是陶粒冷却的主要区域，冷灰斗中下部属于扩大陶粒冷却的区域。
5）由于陶粒质轻的特点，可漂浮于水面。以锅炉凝渣水池2为初级陶粒分选设备，以人工或专用机械设备直接捞取漂浮于凝渣水池2及其循环水池表面的陶粒，送至筛选系统进一步处理。
以一台燃用烟煤的600MW发电机组锅炉为例，通过改造，可作为副产品年产约2万立方米品质稳定的陶粒，相当于一个小型原陶粒生产企业。
本发明具有以下特点：
本发明以陶粒直接作为煤粉锅炉发电、供热的副产品，提升锅炉运行经济效益。
本发明以原煤代替粉煤灰、煤矸石，直接作为陶粒生产原材料；同时，取消现有陶粒生产工艺中的制粒程序。
现有粉煤灰或煤矸石制作陶粒工艺中的原料贮存仓、降尘室、喷煤系统、引风机、轮碾机、双轴搅拌机、制粒机、上料皮带机及控制柜等生产过程的前段辅助设备均由煤粉锅炉系统相关设备替代。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，包括如下具体工艺条件：
1）、粉煤在煤粉锅炉内燃烧时，增加燃烧器中下部配风口的风量，在煤粉锅炉炉膛下部形成使炉渣由1350~1500℃的高温区冷却到1000℃~700℃区的陶粒形成区域；
2）、在渣井上部四周墙壁上设置一组渣井水喷头，在生产过程中向中央喷水并控制喷水量，形成陶粒从700℃缓慢冷却到400℃的工艺要求的陶粒冷却区域；
3）、在排渣设备中，以锅炉凝渣水池为初级陶粒分选设备，直接捞取漂浮于凝渣水池及其循环水池表面的陶粒，送至筛选系统进一步处理。
2.根据权利要求1所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，在煤粉锅炉冷灰斗中下部四周炉墙上设置一组灰斗水喷头，在生产过程中向中央喷水并控制喷水量，扩大形成使陶粒从700℃缓慢冷却到400℃的陶粒冷却区域。
3.根据权利要求2所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，所述灰斗水喷头之间间隔距离为0.5-3米。
4.根据权利要求2所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，连接灰斗水喷头的水管上设有文丘里水流量测装置。
5.根据权利要求1所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，所述渣井水喷头之间间隔距离为0.5-3米。
6.根据权利要求1所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，连接渣井水喷头的水管上设有文丘里水流量测装置。
7.根据权利要求1所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，连接渣井水喷头的水管上设有文丘里水流量测装置。
8.根据权利要求1所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，所述排渣设备包括渣井、凝渣水池、刮板捞渣机、碎渣机、循环水池及渣浆泵。
9.根据权利要求1所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，渣井区域墙壁内设有铠装热电偶温度测点。
10.根据权利要求9所述的粉煤燃烧发电过程中直接制备陶粒的生产工艺，其特征在于，渣井区域的每一面墙壁内设有铠装热电偶温度测点。
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