CN112595106A - 高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统，包括液态熔化炉和冷淬装置，液态熔化炉包括旋风燃烧熔料室、熔池和烟气‑物料热交换室，旋风燃烧熔料室包括稳燃段和液膜段，稳燃段设置有燃料入口、一次氧气入口和燃烧器，液膜段设有二次氧气入口和粉体物料入口，一次氧气入口和二次氧气入口用于供给氧含量不低于90％体积浓度的氧气，二次氧气入口的出气方向与液膜段的外周相切，粉体物料入口设在二次氧气入口前管道上；熔池的上端与液膜段的下端相连，熔池上设有排料口；烟气‑物料热交换室的下端与液膜段和熔池上端连通，烟气‑物料热交换室内设有待预热粉体物料入口以及含有烟气和预热后粉体物料出口；冷淬装置设在熔池的下方且与排料口相连。

Description

高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统

技术领域

本发明属于燃烧热熔料炉领域，具体涉及一种高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统。

背景技术

一些工艺中要求将物料熔化为液态然后使液态物料迅速冷淬，其目的在于让物料保持具有高化学反应活性的非结晶玻璃态。例如在赤泥处置过程中为回收氧化铝和碱，需要烧结。传统氧化铝生产的烧结工艺是使用回转窑，窑温在1250℃左右，维持少量熔化。然而与烧结铝矾土不同，赤泥中往往含有较多氧化铁，其与氧化钙、氧化硅、氧化钠生成的共熔物熔点仅1100℃，因此在回转窑内，主成分尚未完成反应，炉内已大量结团，无法正常运行。而且在回转窑内，组分间为固-固接触，虽磨成极细粉料，仍需长反应时间。如果采用液态熔料炉熔融-冷淬处置，只需加钙快速熔融和冷淬，处置后物料中的氧化铝和碱可被高溶出率回收；再如赤泥被回收碱和氧化铝后的尾粉，以钙、硅、铝氧化物为主要成分，它们以水化硅酸钙和水化铝酸钙形式存在，已经失去化学反应活性。将其改性的方法就是熔化为液态，然后迅速冷淬。提高粉煤灰等活性的途径亦是如此。我国现每年产生赤泥1亿吨以上，因各组分相互制约，只能以低值方式利用4％，通过改性使其可高值利用有重要现实意义。位于发达地区的粉煤灰已被利用，但我国煤炭主产区——晋、陕、蒙、黔远离发达地区，如果不能转化为高值产物运出，仍然难以利用，通过改性使其可高值利用同样有重要现实意义。

然而，目前的液态熔料炉存在高温烟气余热回收率低，单位物料耗燃料高和产生大量氮氧化物增加排放达标难度的问题。因此，目前适用于赤泥以及粉煤灰等物料的液态熔化炉亟待探究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统，采用本申请的系统在提高粉体物料液态熔化效率的同时充分回收高温烟气余热且避免了大量氮氧化物的产生，从而可以将目前难以处置的大量固体废弃物诸如赤泥、粉煤灰等转化为高值产品。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：

液态熔化炉，所述液态熔化炉包括：

旋风燃烧熔料室，所述旋风燃烧熔料室倾斜设置，所述旋风燃烧熔料室包括依次相连的稳燃段和液膜段，并且所述稳燃段高于所述液膜段，所述稳燃段设置有燃料入口、一次氧气入口和燃烧器，所述液膜段设有二次氧气入口和粉体物料入口，所述一次氧气入口和所述二次氧气入口用于供给氧含量不低于90％体积浓度的氧气，并且所述二次氧气入口的出气方向与所述液膜段的外周相切，所述粉体物料入口设在所述二次氧气入口前管上，粉体物料由二次氧气带入所述液膜段；

熔池，所述熔池的上端与所述液膜段的下端相连，并且所述熔池上设有排料口；

烟气-物料热交换室，所述烟气-物料热交换室的下端与所述液膜段和所述熔池的上端连通，并且所述烟气-物料热交换室内设有待预热粉体物料入口以及含有烟气和预热后粉体物料出口；

冷淬装置，所述冷淬装置设在所述熔池的下方且与所述排料口相连。

根据本发明实施例的高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统，其包括液态熔料炉和冷淬装置，液态熔料炉包括旋风燃烧熔料室、熔池和烟气-物料热交换室，旋风燃烧熔料室倾斜设置且包括依次相连的稳燃段和液膜段，稳燃段供给燃料和氧含量不低于90％体积浓度的一次氧气燃烧供热，同时通过设置在液膜段上的二次氧气入口向液膜段供给氧含量不低于90％体积浓度的氧气，并且该二次氧气入口的出气方向与液膜段的外周相切，粉体物料送入二次氧气入口前管道内且由二次氧气以高速度带入液膜段，即粉体物料通过二次氧气带入液膜段且在液膜段内呈旋转状态，使得粉体物料与燃烧烟气接触更加均匀。并且本申请采用氧含量不低于90％体积浓度的氧气作为助燃气，一方面不仅提高了旋风燃烧熔料室内燃烧温度，提高物料熔化效率且使得液态物料流动更加顺畅，而且相对于以空气作助燃气，本申请可以使燃烧热量的绝大部分用于熔化物料，同时避免氮氧化物的产生；再一方面，使旋风燃烧熔料室内操作温度易于精准控制，而温度的精准控制可以保证后续生产优质产品。旋风燃烧熔料室产生的高温烟气进入烟气-物料热交换室与供给的待预热粉体物料逆向接触换热，充分利用高温烟气的余热，而预热后粉体物料和烟气一起经含有烟气和预热后粉体物料出口排出。另外，在旋风燃烧熔料室内产生的液态物料流至熔池中，再经熔池上的排料口进入冷淬装置进行冷淬，从而获得高值产品。由此，采用本申请的系统在提高粉体物料液态熔化效率的同时充分回收高温烟气余热且避免了大量氮氧化物的产生，从而可以将目前难以处置的大量固体废弃物诸如赤泥、粉煤灰等转化为高值产品。

另外，根据本发明上述实施例的高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述旋风燃烧熔料室的中轴线与水平方向呈15～90度夹角。由此，可以保证旋风燃烧熔料室内产生的液态熔化物料自流入熔池中。

在本发明的一些实施例中，沿着所述旋风燃烧熔料室的斜向下的方向，所述稳燃段的截面面积逐渐增大，并且所述燃料入口、所述一次氧气入口和所述燃烧器设在所述稳燃段上远离所述液膜段的一端。由此，可以保证稳燃段内燃料的稳定燃烧。

在本发明的一些实施例中，所述稳燃段呈圆锥台形，所述液膜段呈圆柱形。

在本发明的一些实施例中，所述稳燃段的锥角为75～150度。由此，可以保证稳燃段内燃料的稳定燃烧。

在本发明的一些实施例中，所述液膜段的长径比为(1～3):1。由此，可以提高粉体物料的熔化效率。

在本发明的一些实施例中，所述二次氧气入口与所述稳燃段的距离占所述液膜段长度的1/4～1/2。由此，可以提高粉体物料的熔化效率。

在本发明的一些实施例中，所述二次氧气入口气体速度为20～100米/秒。

在本发明的一些实施例中，所述烟气-物料热交换室内进一步设有布料器，所述布料器设在所述待预热粉体物料入口下方。由此，可以提高待预热粉体物料与高温烟气的换热效率。

在本发明的一些实施例中，所述烟气-物料热交换室垂直于水平面设置。

在本发明的一些实施例中，上述处置料系统进一步包括：除尘装置，所述除尘装置的进料口与所述含有烟气和预热后粉体物料出口相连，所述除尘装置的出料口与所述粉体物料入口相连。由此，通过将利用高温烟气预热后的粉体物料供给至液膜段参与熔化反应，可以降低整个系统能耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统中旋风燃烧熔料室中稳燃段的结构示意图；

图3是图1中A-A结构示意图；

图4是根据本发明再一个实施例的高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括液态熔化炉100和冷淬装置200，其中，液态熔化炉100包括旋风燃烧熔料室11、熔池12和热交换室13。

根据本发明的实施例，参考图1，旋风燃烧熔料室11倾斜设置，旋风燃烧熔料室11包括依次相连的稳燃段111和液膜段112。

进一步地，稳燃段111高于液膜段112，即保证液膜段112内产生的液态物料自流进入后续的熔池12内。同时稳燃段111设置有燃料入口101、一次氧气入口102和燃烧器(未示出)，即向稳燃段111内供给燃料和氧含量不低于90％体积浓度的一次氧气燃烧供热。优选地，沿着旋风燃烧熔料室11的斜向下的方向，稳燃段111的截面面积逐渐增大，并且燃料入口101、一次氧气入口102和燃烧器设在稳燃段111上远离液膜段112的一端，由此可以保证燃料在稳燃段111内稳定燃烧。更优选地，稳燃段111呈圆锥台形，并且稳燃段111的锥角α为75～150度(参考图2)，由此可以在实现粉体物料熔化的同时保证满足物料理化参数所要求的最少停留时间。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对燃料的具体类型进行选择，例如常规煤、油和气等燃料，在伴随大量物料吸热熔化情况下，其得到的处置物料温度达1000-2000℃。

进一步地，液膜段112设有粉体物料入口103和二次氧气入口104，粉体物料入口103位于二次氧气入口104前的氧气管道上，二次氧气入口104用于供给氧含量不低于90％体积浓度的氧气，并且参考图3，二次氧气入口104的出气方向与液膜段112的外周相切，粉体物料被送入二次氧气入口104前的氧气管道，由二次氧气将粉体物料通过送入液膜段112，具体的，粉体物料为目前难以处置的大量固体废弃物诸如赤泥、粉煤灰等。同时，参考图1，为了便于液膜段112内生成液态物料的及时排出，旋风燃烧熔料室11的中轴线与水平方向呈15～90度夹角β。并且优选液膜段112呈圆柱形，该圆柱形液膜段112的长径比为(1～3):1，粉体物料和二次氧气以20～100米/秒速度进入液膜段112，从而保证粉体物料与燃烧烟气充分接触，提高粉体物料的熔化效率。更优选地，二次氧气入口104与稳燃段111的距离占液膜段112长度的1/4～1/2，从而可以再提高粉体物料的熔化效率。

具体的，稳燃段111供给燃料和一次氧气燃烧供热，同时通过设置在液膜段112上的二次氧气入口104向液膜段112供给氧含量不低于90％体积浓度的氧气和粉体物料，由于该二次氧气入口104的出气方向与液膜段的外周相切，即粉体物料通过二次氧气带入液膜段112且在液膜段112内呈旋转状态，使得粉体物料与燃烧烟气接触更加均匀，得到液态物料和高温烟气。发明人发现，本申请采用氧含量不低于90％体积浓度的氧气作为助燃气，一方面不仅提高了旋风燃烧熔料室11内燃烧温度，提高物料熔化效率且使得液态物料流动更加顺畅，而且相对于以空气作助燃气，本申请可以使燃烧热量的绝大部分用于熔化物料，同时避免氮氧化物的产生，降低了脱除烟气中氮氧化物所需的投资成本；再一方面，使旋风燃烧熔料室11内操作温度易于精准控制，而温度的精准控制可以保证后续生产优质产品。

进一步地，参考图1，熔池12的上端与液膜段112的下端相连，并且熔池12上设有排料口121，由于上述旋风燃烧熔料室11倾斜设置，使得液膜段112内产生的液态物料自流入熔池12中进行存储。

进一步地，参考图1，烟气-物料热交换室13的下端与液膜段112和熔池12的上端连通，并且烟气-物料热交换室13内设有待预热粉体物料入口131以及含有烟气和预热后粉体物料出口132，即旋风燃烧熔料室11产生的高温烟气进入烟气-物料热交换室13与供给的待预热粉体物料逆向接触换热，充分利用高温烟气的余热，而预热后粉体物料和烟气一起经含有烟气和预热后粉体物料出口132排出。优选地，为了提高烟气-物料热交换室13内高温烟气与待预热粉体物料的换热效率，在烟气-物料热交换室13内设置布料器133，且该布料器133设在待预热粉体物料入口131的下方，即经待预热粉体物料入口131供给的粉体物料经布料器133打散后与自烟气-物料热交换室13下端供给的高温烟气充分接触进行换热，提高二者换热效率。需要说明的是，布料器133的具体结构并不受特别限制，只要能实现通过待预热粉体物料入口131供给的粉体物料在烟气-物料热交换室13内均匀分散即可。例如，参考图1，布料器133可以为伞形盘。优选地，烟气-物料热交换室13垂直于水平面设置。

根据本发明的实施例，参考图1，冷淬装置200设在熔池12的下方且与排料口相连121，且用于将液态物料经熔池12上的排料口121进入冷淬装置200进行冷淬，从而获得高值产品。

进一步地，参考图4，上述高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统还包括除尘装置300，除尘装置300的进料口与含有烟气和预热后粉体物料出口132相连，除尘装置300的出料口与粉体物料入口103相连，且用于将烟气-物料热交换室13内排出的含有烟气和预热后粉体物料进行旋风分离，使得预热后粉体物料与烟气实现气固分离，并将分离得到的预热后粉体物料经布置在上述旋风燃烧熔料室11上的粉体物料入口103供给至液膜段112内。

如上所述，根据本发明实施例的高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统还可具有下列的优点：

1、本发明所要加工的粉体物料范围广泛，其中包括目前难以处置的大量固体废弃物，诸如赤泥、粉煤灰等，并且该固体废弃物经本申请的系统液态熔化并冷淬后，可制成高值产品。

2、本申请旋风燃烧熔料室的稳燃段和液膜段因采用氧含量不低于90％体积浓度的氧气为助燃剂且在烟气-物料热交换室内以高温烟气余热预热待预热粉体物料，提高熔料热效率，节省燃料消耗，降低成本。

3、本申请的高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统具有高的炉室燃烧体积热强度和高的单位体积液态熔料量，整体结构简化，节约投资。

4、相比于现有技术中以空气为助燃剂的高温燃烧设备往往产生大量氮氧化物，并且氮氧化物生成后再脱除，将增加投资与成本，本申请以氧含量不低于90％体积浓度的氧气为助燃剂可以大量减少助燃剂中的N₂，有助于大幅度降低氮氧化物生成。

5、本申请的高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统因使用高浓度氧而易于提高操作温度，使液态物料流动顺畅，并且高浓度氧燃烧和大的液态熔料强度使操作温度易于精准控制，而温度的精准控制是生产优质产品的关键。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种高浓度氧旋风燃烧液态熔融处置料系统，其特征在于，包括：

液态熔化炉，所述液态熔化炉包括：

旋风燃烧熔料室，所述旋风燃烧熔料室倾斜设置，所述旋风燃烧熔料室包括依次相连的稳燃段和液膜段，并且所述稳燃段高于所述液膜段，所述稳燃段设置有燃料入口、一次氧气入口和燃烧器，所述液膜段设有二次氧气入口和粉体物料入口，所述一次氧气入口和所述二次氧气入口用于供给氧含量不低于90％体积浓度的氧气，并且所述二次氧气入口的出气方向与所述液膜段的外周相切，所述粉体物料入口设在所述二次氧气入口前管道上，粉体物料由二次氧气带入所述液膜段；

熔池，所述熔池的上端与所述液膜段的下端相连，并且所述熔池上设有排料口；

烟气-物料热交换室，所述烟气-物料热交换室的下端与所述液膜段和所述熔池的上端连通，并且所述烟气-物料热交换室内设有待预热粉体物料入口以及含有烟气和预热后粉体物料出口；

冷淬装置，所述冷淬装置设在所述熔池的下方且与所述排料口相连。

2.根据权利要求1所述的处置料系统，其特征在于，所述旋风燃烧熔料室的中轴线与水平方向呈15～90度夹角。

3.根据权利要求1所述的处置料系统，其特征在于，沿着所述旋风燃烧熔料室的斜向下的方向，所述稳燃段的截面面积逐渐增大，并且所述燃料入口、所述一次氧气入口和所述燃烧器设在所述稳燃段上远离所述液膜段的一端。

4.根据权利要求3所述的处置料系统，其特征在于，所述稳燃段呈圆锥台形，所述液膜段呈圆柱形。

5.根据权利要求4所述的处置料系统，其特征在于，所述稳燃段的锥角为75～150度。

6.根据权利要求4所述的处置料系统，其特征在于，所述液膜段的长径比为(1～3):1。

7.根据权利要求1所述的处置料系统，其特征在于，所述二次氧气入口与所述稳燃段的距离占所述液膜段长度的1/4～1/2。

8.根据权利要求1所述的处置料系统，其特征在于，所述二次氧气入口气体速度为20～100米/秒。

9.根据权利要求1所述的处置料系统，其特征在于，所述烟气-物料热交换室内进一步设有布料器，所述布料器设在所述待预热粉体物料入口下方。

10.根据权利要求1所述的处置料系统，其特征在于，进一步包括：除尘装置，所述除尘装置的进料口与所述含有烟气和预热后粉体物料出口相连，所述除尘装置的出料口与所述粉体物料入口相连。

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