CN116146988A - 油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工污泥处置分离技术领域，具体涉及油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统及方法，系统包括由第一返料器连接的多膛炉和流化床无焰燃烧炉，流化床无焰燃烧炉还连接有两级旋风分离器，其排灰口分别连接有冷灰器，流化床无焰燃烧炉由下至上为风室、布风板、燃烧室、燃烧室烟气出口，第一返料器与燃烧室下部连接，燃烧室烟气出口与第一旋风分离器相连，第一旋风分离器排气口与第二旋风分离器相连，第一旋风分离器排灰口依次与第一冷灰器、第二返料器、燃烧室下部相连接形成回路。本申请通过将多膛炉、流化床、无焰燃烧及床外冷却耦合，实现气化滤饼的减量化、无害化和资源化；同时系统各装置耦合联动，可实现能量和物质的最优利用。

Description

油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统及方法

技术领域

本发明涉及化工污泥处置分离技术领域，具体涉及油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统及方法。

背景技术

在石化行业，油渣气化是一个重要工艺装置，油渣气化通常采用的是荷兰壳牌公司开发的Shell气化炉。该工艺可以为炼厂处理废油渣、液态烃类、苯酚焦油等废弃物，通过非催化部分氧化产生氢气和一氧化碳。油渣气化会产生大量的气化滤饼，气化滤饼的成分如下：含水70-80wt%；收到基碳含量10-20%；收到基灰分2-5%；收到基钼2-5%；收到基镍0-2%；收到基钒0-2%。可知，滤饼实质为高含水率的化工污泥且含有一定量含碳有机物和微量的钼、镍、钒等金属元素。根据国家危险废物名录，气化滤饼属于危险废物，分类号为HW08代码为251-011-08。

当下气化滤饼常见的处置方法为采用多膛炉焚烧进行无害化、减量化，同时将钼、镍、钒煅烧并以金属氧化物的形式回收。三氧化钼（熔点795℃）及五氧化二钒（熔点690℃）的熔点相对都很低。多膛炉本身又是个移动床，传质不佳，炉内温度分布不匀且难以控制。目前多膛炉的控温策略是根据热电偶测点的温度去调节补加燃气的量，或是根据热电偶测点的温度去调节冷却介质的喷入量。该调节方式属于负反馈调节，当热电偶测得的温度超温时，说明炉内已经有局部区域的温度超过了金属氧化物的熔点，形成液态渣，进而导致炉料的板结，进一步引起多膛炉部件的快速磨损，最终影响焙烧效果和系统稳定运行。

另外，例如发明专利公开号：CN104456583B，名称：一种化工污泥焚烧工艺及装置，其公开的装置主体结构至下而上依次由均风箱、用于放置填料的床料层、沸腾层、炉膛组成；床料层底部设有风帽，沸腾层底部设有用于投加污泥和每块混合物的加料口和排渣口；炉膛的下部侧面设有通向沸腾层的加煤口，炉膛的上部侧面设有排气口。该装置可用于处理化工污泥，克服了化工污泥难以处置、焚烧不充分、能耗高的问题。然而该发明专利用煤和化工污泥混合的方式造粒成型，并采用沸腾床的形式来焚烧化工污泥，为了保证碳的燃尽率和避免熄火现象的发生，其焚烧温度高达900～1100℃。

综上所述，针对于气化滤饼的多膛炉焚烧处理工艺鲜有报道，且多膛炉本身存在焙烧段温度难以控制的缺点，针对于气化滤饼的流化床焚烧处理工艺具有焚烧温度较高的缺点。

发明内容

针对于高含水量的气化滤饼，焚烧残留金属氧化物熔点低、附加值高的特点，本发明公开了油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，该系统能实现气化滤饼的减量化、无害化和资源化。

一方面，本申请提出了油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，所述系统包括由第一返料器2连接的多膛炉1和流化床无焰燃烧炉3，所述流化床无焰燃烧炉3连接有两级旋风分离器，旋风分离器的排灰口连接有冷灰器，所述流化床无焰燃烧炉3由下至上包括风室31、布风板32、燃烧室33和燃烧室烟气出口34，第一返料器2与燃烧室33下部相连接；所述燃烧室烟气出口34与第一旋风分离器41相连，第一旋风分离器41排气口与第二旋风分离器42相连，第一旋风分离器41的排灰口依次与第一冷灰器5、第二返料器6连接，第二返料器6再与燃烧室33下部相连接，第一返料器2与燃烧室33的连接位置高于第二返料器6与燃烧室33连接位置。

特别的，所述冷灰器为圆筒形且两端渐缩，自上而下包括进料区51、上部冷却区52、中间区53、下部冷却区54及出料区55，上部冷却区52和下部冷却区54内部空间分别布设有水冷壁换热器57，中间区53内部中空且其外壳外侧设有连接上、下水冷壁换热器57的连通管575；所述水冷壁换热器57包括竖向设置的膜式水冷壁573，上、下水冷壁换热器57的膜式水冷壁573竖向投影不重叠。

特别的，所述水冷壁换热器57包括自下而上依次相连的下集箱572、膜式水冷壁573、上集箱574；上、下水冷壁换热器57的膜式水冷壁573竖向存在10°-40°的夹角。

特别的，所述下集箱572包括连通的下部线形集箱5721和下部环形集箱5722，下部线形集箱5721沿圆周方向在下部环形集箱5722内均布；所述上集箱574包括连通的上部线形集箱5741和上部环形集箱5742，上部线形集箱5741沿圆周方向在上部环形集箱5742内均布；膜式水冷壁573分别与上部线形集箱5741和下部线形集箱5721连接。

特别的，所述膜式水冷壁573包括长段膜式水冷壁5731和短段膜式水冷壁5732，长段膜式水冷壁5731为4扇并以90°夹角均布，短段膜式水冷壁5732均布在相邻的两扇长段膜式水冷壁5731之间；所述冷灰器的壁面设有水冷夹层56。

特别的，所述多膛炉1炉顶布置多膛炉进料口11和多膛炉烟气出口12，在炉底布置多膛炉出灰口15，中心位置设多膛炉中轴13，多膛炉耙臂耙齿14以自支撑方式与多膛炉中轴13连接，多膛炉耙臂耙齿14设置为3-6层，在多膛炉1圆周侧壁开设多个加热烟气接口16。

特别的，所述风室31依次与均温器8、高温低氧风产生装置7连接，高温低氧风产生装置7为烟道燃烧器，均温器8内部装有蜂窝式陶瓷蓄热体。

另一方面，本申请还提出了油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的方法，所述方法使用如上所述的系统，气化滤饼经多膛炉1处理为150℃-350℃的干化滤饼，干化滤饼经第一返料器2送至流化床无焰燃烧炉3的燃烧室33，风室31通入400℃-600℃的高温低氧风，含氧量为5%-16%，燃烧室33焚烧温度为500℃-650℃，流化床无焰燃烧炉3循环倍率为20-40倍，气体携带颗粒物进入第一旋风分离器41，第一旋风分离器41分离后的颗粒物经冷灰器降温至50℃-200℃，后经由第二返料器6回送入燃烧室33,第一旋风分离器41分离后的气体继续进入第二旋风分离器42，第二旋风分离器42分离后的颗粒物经冷灰器降温为50℃-80℃的小粒径产品。

特别的，所述第二旋风分离器42分离后的气体送入多膛炉1。

特别的，所述流化床无焰燃烧炉3启炉用床料选自钼精矿或钒精矿，系统稳定运行后采用降温后的小粒径产品。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可任意组合，即得本申请各优选实例。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过将多膛炉、流化床、无焰燃烧及床外冷却耦合一起，实现气化滤饼的减量化、无害化和资源化。同时通过特殊设计的水冷夹层+水冷壁换热器组合结构，以保证大粒径产品冷却到需求的温度。此外，通过系统装置间的深度耦合联动，可实现能量和物质的最优利用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本申请油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统示意图；

图2是本申请油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统的俯视示意图；

图3是本申请冷灰器的结构示意图；

图4是本申请冷灰器上部冷却区俯视示意图；

图5是本申请冷灰器下部冷却区仰视示意图；

图6是本申请冷灰器长段膜式水冷壁结构示意图；

图7是本申请冷灰器短段膜式水冷壁结构示意图；

图8是本申请冷灰器长段膜式水冷壁俯视示意图；

图9是本申请冷灰器短段膜式水冷壁俯视示意图；

图10是本申请冷灰器上部冷却区和下部冷却区内长段膜式水冷壁俯视示意图。

其中：1-多膛炉，11-多膛炉进料口，12-多膛炉烟气出口，13-多膛炉中轴，14-多膛炉耙臂耙齿，15-多膛炉出灰口，16-加热烟气接口，2-第一返料器，21-第一返料器立管，22-第一返料器返料管，3-流化床无焰燃烧炉，31-风室，32-布风板，33-燃烧室，34-燃烧室烟气出口，41-第一旋风分离器，42-第二旋风分离器，5-第一冷灰器，51-进料区，52-上部冷却区，53-中间区，54-下部冷却区，55-出料区，56-水冷夹层，561-第一进水口，562-第一出水口，57-水冷壁换热器，571-第二进水口，572-下集箱，5721-下部线形集箱，5722-下部环形集箱，573-膜式水冷壁，5731-长段膜式水冷壁，5732-短段膜式水冷壁，574-上集箱，5741-上部线形集箱，5742-上部环形集箱，575-连通管，576-第二出水口，58-人孔，6-第二返料器，61-第二返料器立管，62-第二返料器返料管，7-高温低氧风产生装置，8-均温器，9-第二冷灰器；A-气化滤饼，B-干化滤饼，C-高温低氧风，D1-大粒径产品，D2-降温后的大粒径产品，E1-小粒径产品，E2-降温后的小粒径产品，F1-冷却水，F2-高温水，G1-多膛炉加热用烟气，G2-焚烧炉外排烟气，H-多膛炉出口烟气，J-焚烧炉出口烟气，K-燃料，N-空气。

具体实施方式

下面结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，旨在用于解释发明构思。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

描述所用术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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。

描述所用术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有明确的规定和限定，描述所用术语“相连”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、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。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实施例中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”、“之下”或“上面”，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”或“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”或“下面”，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“之下”、“下方”或“下面”可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。

描述所用术语“一个具体实施例”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申请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。

参考图1及图2，本申请的一个具体实施例提出了油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，所述系统包括由第一返料器2连接的多膛炉1和流化床无焰燃烧炉3，所述流化床无焰燃烧炉3上部连接有两级旋风分离器，其中第一旋风分离器41的排灰口连接有第一冷灰器5，第二旋风分离器42排灰口连接有第二冷灰器9。

所述多膛炉1包括多膛炉进料口11、多膛炉烟气出口12、多膛炉中轴13、多膛炉耙臂耙齿14、多膛炉出灰口15及加热烟气接口16。多膛炉1本体为圆形结构，在炉顶布置多膛炉进料口11和多膛炉烟气出口12，在炉底布置多膛炉出灰口15，在中心位置设多膛炉中轴13，多膛炉耙臂耙齿14以自支撑方式与多膛炉中轴13连接，多膛炉耙臂耙齿14设置为3-6层，优选设置成4层。在多膛炉1圆周侧壁开设多个加热烟气接口16。

所述流化床无焰燃烧炉3为圆形结构或方形结构（图2所示为方形结构），其由下至上包括风室31、布风板32、燃烧室33和燃烧室烟气出口34。所述第一返料器2的第一返料器立管21与多膛炉出灰口15连接，第一返料器返料管22与燃烧室33下部相连接。

所述燃烧室烟气出口34与第一旋风分离器41相连，第一旋风分离器41排灰口与第二返料器立管61相连，第一旋风分离器41排气口与第二旋风分离器42相连。第一旋风分离器41排灰口与第二返料器立管61间设有第一冷灰器5，第二返料器6的第二返料器返料管62与燃烧室33下部相连接，第一返料器返料管22与燃烧室33连接位置在第二返料器返料管62与燃烧室33连接位置上方。第二旋风分离器42排灰口与第二冷灰器9相连。

高温低氧风产生装置7与均温器8相连，均温器8与流化床无焰燃烧炉3的风室31相连。高温低氧风产生装置7为烟道燃烧器，均温器8内部装有蜂窝式陶瓷蓄热体。

如图3至图9所示，本申请的一个具体实施例提出了油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物系统的冷灰器，圆筒形的冷灰器两端渐缩，自上而下包括进料区51、上部冷却区52、中间区53、下部冷却区54及出料区55，所述冷灰器的壁面设有水冷夹层56，出料区55的水冷夹层56段开设有第一进水口561，进料区51的水冷夹层56段开设有第一出水口562。所述进料区51为上小下大的大小头，其内部为中空结构，且进料区51开设人孔58。上部冷却区52内部空间布设有水冷壁换热器57。中间区53内部为中空结构，且中间区53开设有人孔58，中间区53外壳的外侧还设置有连通管575。下部冷却区54内部空间布设有水冷壁换热器57。出料区55为上大下小的大小头，其内部为中空结构，且出料区55开设人孔58。

水冷壁换热器57包括自下而上依次相连的下集箱572、膜式水冷壁573、上集箱574。下集箱572包括连通的下部线形集箱5721和下部环形集箱5722，下部线形集箱5721沿圆周方向在下部环形集箱5722内均布。上集箱574包括连通的上部线形集箱5741和上部环形集箱5742，上部线形集箱5741沿圆周方向在上部环形集箱5742内均布。下部冷却区54内的水冷壁换热器57，在其下部环形集箱5722侧壁开设第二进水口571。上部冷却区52内的水冷壁换热器57，在其上部环形集箱5742侧壁开设第二出水口576。上、下部冷却区内的水冷壁换热器57由中间区53的连通管575连通，连通管575可设置为多根，且沿圆周方向均布。

膜式水冷壁573包括长段膜式水冷壁5731和短段膜式水冷壁5732，长段膜式水冷壁5731布置的水冷壁管数量大于短段膜式水冷壁5732，以图8为例，长段膜式水冷壁5731布置有6跟水冷壁管，以图9为例，短段膜式水冷壁5732布置有4跟水冷壁管。长段膜式水冷壁5731为4扇，并以90°夹角均布，短段膜式水冷壁5732设置有多扇，均布在相邻的两扇长段膜式水冷壁5731之间，各水冷壁管以冷灰器中心分布。以图4及图5为例，长段膜式水冷壁5731为4扇，相邻的两扇长段膜式水冷壁5731之间布置有两扇短段膜式水冷壁5732。

上部冷却区52和下部冷却区54的长段膜式水冷壁5731及短段膜式水冷壁5732数量一致，且位于上部冷却区52的膜式水冷壁和位于下部冷却区54的膜式水冷壁呈10°-40°的夹角排布。以图10为例，夹角优选为15°。

本申请所述的一种气化滤饼焚烧处置方法工作流程如下：气化滤饼A从多膛炉进料口11进入到多膛炉1中，多膛炉中轴13带动多膛炉耙臂耙齿14旋转不断翻动进入多膛炉1的气化滤饼A并使其逐层下落。多膛炉加热用烟气G1通过加热烟气接口16进入到多膛炉内部对气化滤饼进行加热干燥，通过调节多膛炉耙臂耙齿14旋转速率调节气化滤饼A在多膛炉1中的停留时间，并确保干燥充分。干燥完成后的多膛炉出口烟气H从多膛炉烟气出口12离开多膛炉1。干燥完成后的干化滤饼B（除水后的残留物，主要含有碳及其金属单质或化合物）从多膛炉出灰口15离开多膛炉1。进一步地，干化滤饼B进入到第一返料器立管21中并在第一返料器2的输送作用下通过第一返料器返料管22进入到流化床无焰燃烧炉3中。

燃料K（天然气、煤气或燃油）在高温低氧风产生装置7中与过量空气N燃烧反应产生高温低氧烟气，并在均温器8的均温作用下变为温度均匀的高温低氧风C。高温低氧风C通过风室31及布风板32进入到燃烧室33中。干化滤饼B和高温低氧风C在燃烧室33焚烧，干化滤饼B中的碳与氧气反应变成二氧化碳，干化滤饼B中金属单质和/或化合物与氧气反应生成金属氧化物。燃烧室33中的焚烧炉出口烟气J携带大量金属氧化物从燃烧室烟气出口34进入到第一旋风分离器41中，在离心作用下大粒径产品D1进入到第二返料器立管61中，进一步进入到第一冷灰器5中，第一冷灰器5采用冷却水F1作为冷却介质，并产生高温水F2。降温后的大粒径产品D2在第二返料器6的输送作用下通过第二返料器返料管62进入到流化床无焰燃烧炉3中。第一旋风分离器41排气口出来的携带金属氧化物的烟气进入到第二旋风分离器42中，在离心作用下小粒径产品E1进入到第二冷灰器9中，第二冷灰器9采用冷却水F1作为冷却介质，并产生高温水F2。降温后的小粒径产品E2主要成分为金属氧化物作为最终产品。第二旋风分离器42排气口出来的烟气部分作为多膛炉加热用烟气G1，另一部分作为焚烧炉外排烟气G2外排，多膛炉加热用烟气G1通过加热烟气接口16进入到多膛炉内部对气化滤饼进行加热干燥。多膛炉加热用烟气G和干燥后产生的水蒸气一并变为多膛炉出口烟气H从多膛炉烟气出口12离开多膛炉1。

冷却水F1从位于底部出料区55的第一进水口561进入到水冷夹层56中，吸热后变为高温水F2从位于进料区51的第一出水口562离开冷灰器。冷却水F1还从第二进水口571进入，依次流经下部冷却区54的下部环形集箱5722、下部线形集箱5721，进一步通过膜式水冷壁573进入到下部冷却区54的上集箱574，后通过连通管575进入到上部冷却区52的下集箱572内。冷却水F1在上部冷却区52的路径与下部冷却区54类似，不再累述。最终，吸热后的冷却水F1变为高温水F2并由上部冷却区52的上部环形集箱5742离开第一冷灰器5。

流化床无焰燃烧炉3启炉用床料可以采用钼精矿、钒精矿，系统稳定运行后，可采用降温后的小粒径产品E2压制成型后的颗粒作为床料补充。大粒径产品D1自上而下通过第一冷灰器5，冷却水F1自下而上通过第一冷灰器5，两者为逆流换热。干化滤饼B温度为150-350℃。高温低氧风C温度为400-600℃，含氧量为5-16%。燃烧室33焚烧温度为500-650℃。降温后的大粒径产品D2温度为50-200℃，降温后的小粒径产品E2温度为50-80℃。多膛炉加热用烟气G1温度为500-650℃。冷却水F1为温度为常温的除盐水。第一返料器返料管22与流化床无焰燃烧炉3连接位置位于第二返料器返料管62与流化床无焰燃烧炉3连接位置的上端。流化床无焰燃烧炉3循环倍率为20-40倍。

本申请油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统及方法的有益效果及其对应的原理：

第一：通过将多膛炉、流化床、无焰燃烧及床外冷却耦合一起，实现气化滤饼的减量化、无害化和资源化。

气化滤饼具有含水量高，焚烧产物金属氧化物熔点低的特点。多膛炉本身存在焙烧段温度难以控制的缺点，采用多膛炉焚烧气化滤饼会出现温度超标金属氧化物液化的问题，进一步导致炉料的板结，影响焙烧效果和系统稳定运行。而流化床具有焚烧温度均匀的优点，但流化床无法处理含水量太高的浆状物料，同时为了保证焚烧效率，流化床焚烧温度都偏高。采用流化床直接焚烧气化滤饼会出现床料粘结、原料难以输送进入炉膛、碳燃尽率不高的问题。

本申请通过多膛炉除去气化滤饼含有的水分，剩余的温度为150-350℃干化滤饼完全能被流化床所焚烧。但若是采用常规的流化床去焚烧干化滤饼会出现超温的问题，原因在于除去水分的干化滤饼热值偏高，极难将焚烧温度控制在690℃以下，同时常规的流化床若温度太低，还存在碳难以燃尽的问题。

本申请通过无焰燃烧组合床外冷却的方式来彻底解决流化床超温及碳燃尽率不高的问题。对于流化床无焰燃烧炉而言进入到燃烧室的物料为温度为150-350℃干化滤饼、温度为50-200℃的大粒径产品，温度为400-600℃、含氧量为5-16%的高温低氧风（用做流化介质及助燃风）。高温低氧风和较高温度的干化滤饼为燃烧室的无焰燃烧提供条件。无焰燃烧具有温度均匀和燃烧效率高的特点。流化床和无焰燃烧的组合方式能够解决干化滤饼焚烧温度不均和碳燃尽率不高的问题。

本申请流化床无焰燃烧炉可采用水冷壁炉膛也可采用绝热炉膛，但炉内燃烧释放的热量主要依靠冷灰器吸收。若仅采用水冷壁炉膛吸收燃烧释放的热量，容易出现炉壁区域温度偏低，炉中心区域温度偏高的问题。本申请炉内燃烧释放的热量主要依靠冷灰器吸收，通过外置式换热器，保证进入炉内大粒径产品温度降低到合适的温度水平，同时通过高循环倍率保证冷灰器带走的总热量足够保证炉内温度低于690℃。

进一步的，第一返料器返料管与流化床无焰燃烧炉连接位置位于第二返料器返料管与流化床无焰燃烧炉连接位置的上端，高温低氧风首先与降温后的大粒径产品接触再与干化滤饼接触，即干化滤饼进去炉内直接接触的温度降低的高温低氧风和温度升高后的大粒径产品的混合物，其总质量远远高于干化滤饼的量，依靠该混合物巨大的蓄热能力和稀释能力，保证进入炉内的干化滤饼在焚烧时产生的热量及时被混合物吸走，防止超温。

综上所述，本申请通过将多膛炉、流化床及无焰燃烧、床外冷却耦合一起，具有焚烧过程完全不超温，碳燃尽率高的优点。

第二：通过特殊的冷灰器结构设计，保证大粒径产品冷却到需求的温度。

固体颗粒传热通常存在效率低下的问题。本申请通过水冷夹层+水冷壁换热器组合结构来满足冷却需求。首先水冷夹层和水冷壁换热器中水和灰是逆流换热，温压大。其次，水冷壁换热器设计为双冷却区间，在单个冷却区间内按圆周方向均匀布置有特殊设计的长段膜式水冷壁和短段膜式水冷壁，具有上文所述结构特征的膜式水冷壁既能保证灰和水冷壁管的充分接触，又兼顾了灰的流动空间，进一步地，上下两层冷却区间内的膜式水冷壁按一定夹角布置，保证了位于上层冷却区两扇水冷壁中间的高温灰能在下层冷却区间内被充分冷却，从而保证离开冷灰器的灰温度的均匀性。温度均匀性对整个焚烧系统的稳定性至关重要，本申请所述的均温器和冷灰器充分保证了进入焚烧炉物料温度的均匀性。

第三：通过系统装置间的深度耦合联动，实现能量和物质的最优利用。

本申请多膛炉所用加热介质为流化床无焰燃烧炉产生的烟气，充分利用烟气能量的同时，还提高了多膛炉的稳定性。烟气为惰性介质，含氧量少，这样使得多膛炉内干燥过程主要依靠的烟气的显热，避免氧气过量引入导致多膛炉碳和氧反应出现超温的问题。冷灰器副产的高温水也用作供热等。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请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申请范围内。

实施例1

7.5t/h的气化滤饼A（含碳18%，含水70%，其余为金属及其化合物）从多膛炉进料口11进入到多膛炉1中，多膛炉中轴13带动多膛炉耙臂耙齿14旋转不断翻动进入多膛炉1的气化滤饼A并使其逐层下落。多膛炉加热用烟气G1（温度600℃，体积22700m³/h）通过加热烟气接口16进入到多膛炉内部对气化滤饼进行加热干燥。干燥完成后的多膛炉出口烟气H（温度200℃，体积23720m³/h）从多膛炉烟气出口12离开多膛炉1。干燥完成后的干化滤饼B（2.25t/h，温度200℃，主要含有碳及其金属单质或化合物）从多膛炉出灰口15离开多膛炉1。进一步地，干化滤饼B进入到第一返料器立管21中并在第一返料器2的输送作用下通过第一返料器返料管22进入到流化床无焰燃烧炉3中。

燃料K（天然气，250Kg/h）在高温低氧风产生装置7中与过量空气N（18900m³/h）燃烧反应产生高温低氧烟气，并在均温器8的均温作用下变为温度均匀的高温低氧风C(550℃，53000m³/h,含氧16%)。高温低氧风C通过风室31及布风板32进入到燃烧室33中。干化滤饼B和高温低氧风C在燃烧室33焚烧，焚烧温度600℃，干化滤饼B中的碳与氧气反应变成二氧化碳，干化滤饼B中金属单质和/或化合物与氧气反应生成金属氧化物。燃烧室33中的焚烧炉出口烟气J携带大量金属氧化物（600℃，72.9t/h）从燃烧室烟气出口34进入到第一旋风分离器41中，在离心作用下大粒径产品D1（600℃，72t/h）进入到第二返料器立管61中，进一步进入到第一冷灰器5中，第一冷灰器5采用冷却水F1（25℃，2.4MPa,74t/h）作为冷却介质，并产生高温水F2（106℃，2.4MPa,74t/h）。降温后的大粒径产品D2（100℃，72t/h）在第二返料器6的输送作用下通过第二返料器返料管62进入到流化床无焰燃烧炉3中。流化床无焰燃烧炉3循环倍率为32。第一旋风分离器41排气口出来的携带金属氧化物的烟气进入到第二旋风分离器42中，在离心作用下小粒径产品E1（600℃，0.9t/h）进入到第二冷灰器9中，第二冷灰器9采用冷却水F1（25℃，2.4MPa,1t/h）作为冷却介质，并产生高温水F2（106℃，2.4MPa,1t/h）。降温后的小粒径产品E2（50℃，0.9t/h）主要成分为金属氧化物作为最终产品。第二旋风分离器42排气口出来的烟气部分作为多膛炉加热用烟气G1（温度600℃，体积22700m³/h），另一部分作为焚烧炉外排烟气G2外排（温度600℃，体积33906m³/h），多膛炉加热用烟气G1通过加热烟气接口16进入到多膛炉内部对气化滤饼进行加热干燥。多膛炉加热用烟气G和干燥后产生的水蒸气一并变为多膛炉出口烟气H（温度200℃，体积23720m³/h）从多膛炉烟气出口12离开多膛炉1。

对于第一冷灰器5而言，冷却水F1（25℃，2.4MPa,7.4t/h）从位于底部出料区55的第一进水口561进入到水冷夹层56中，吸热后变为高温水F2（106℃，2.4MPa,7.4t/h）从位于进料区51的第一出水口562离开冷灰器。冷却水F1（25℃，2.4MPa,66.6t/h）还从第二进水口571进入，依次流经下部冷却区54的下部环形集箱5722、下部线形集箱5721，进一步通过膜式水冷壁573进入到下部冷却区54的上集箱574，后通过连通管575进入到上部冷却区52的下集箱572内。冷却水F1在上部冷却区52的路径与下部冷却区54类似，不再累述。最终，吸热后的冷却水F1变为高温水F2（106℃，2.4MPa,66.6t/h）并由上部冷却区52的上部环形集箱5742离开第一冷灰器5。第二冷灰器9工作流程与第一冷灰器5类似，不再累述。

综上所说，采用本申请所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统及方法，将7.5t/h的气化滤饼进行减量化、无害化和资源化处理，最终收集得到0.9t/h的金属氧化物，并副产75t/h热水。

实施例2

13t/h的气化滤饼A（含碳12%，含水75%，其余为金属及其化合物）从多膛炉进料口11进入到多膛炉1中，多膛炉中轴13带动多膛炉耙臂耙齿14旋转不断翻动进入多膛炉1的气化滤饼A并使其逐层下落。多膛炉加热用烟气G1（温度550℃，体积60300m³/h）通过加热烟气接口16进入到多膛炉内部对气化滤饼进行加热干燥。干燥完成后的多膛炉出口烟气H（温度250℃，体积61820m³/h）从多膛炉烟气出口12离开多膛炉1。干燥完成后的干化滤饼B（3.25t/h，温度250℃，主要含有碳及其金属单质或化合物）从多膛炉出灰口15离开多膛炉1。进一步地，干化滤饼B进入到第一返料器立管21中并在第一返料器2的输送作用下通过第一返料器返料管22进入到流化床无焰燃烧炉3中。

燃料K（低热值煤气，6t/h）在高温低氧风产生装置7中与过量空气N（24000m³/h）燃烧反应产生高温低氧烟气，并在均温器8的均温作用下变为温度均匀的高温低氧风C(560℃，81600m³/h,含氧12%)。高温低氧风C通过风室31及布风板32进入到燃烧室33中。干化滤饼B和高温低氧风C在燃烧室33焚烧，焚烧温度550℃，干化滤饼B中的碳与氧气反应变成二氧化碳，干化滤饼B中金属单质和/或化合物与氧气反应生成金属氧化物。燃烧室33中的焚烧炉出口烟气J携带大量金属氧化物（550℃，115.44t/h）从燃烧室烟气出口34进入到第一旋风分离器41中，在离心作用下大粒径产品D1（550℃，113.75t/h）进入到第二返料器立管61中，进一步进入到第一冷灰器5中，第一冷灰器5采用冷却水F1（25℃，2.4MPa,100t/h）作为冷却介质，并产生高温水F2（106℃，2.4MPa,100t/h）。降温后的大粒径产品D2（120℃，113.75t/h）在第二返料器6的输送作用下通过第二返料器返料管62进入到流化床无焰燃烧炉3中。流化床无焰燃烧炉3循环倍率为35。第一旋风分离器41排气口出来的携带金属氧化物的烟气进入到第二旋风分离器42中，在离心作用下小粒径产品E1（550℃，1.69t/h）进入到第二冷灰器9中，第二冷灰器9采用冷却水F1（25℃，2.4MPa,1.65t/h）作为冷却介质，并产生高温水F2（106℃，2.4MPa,1.65t/h）。降温后的小粒径产品E2（70℃，1.69t/h）主要成分为金属氧化物作为最终产品。第二旋风分离器42排气口出来的烟气部分作为多膛炉加热用烟气G1（温度550℃，体积60300m³/h），另一部分作为焚烧炉外排烟气G2外排（温度550℃，体积20140m³/h），多膛炉加热用烟气G1通过加热烟气接口16进入到多膛炉内部对气化滤饼进行加热干燥。多膛炉加热用烟气G和干燥后产生的水蒸气一并变为多膛炉出口烟气H（温度250℃，体积61820m³/h）从多膛炉烟气出口12离开多膛炉1。

对于第一冷灰器5而言，冷却水F1（25℃，2.4MPa,10t/h）从位于底部出料区55的第一进水口561进入到水冷夹层56中，吸热后变为高温水F2（106℃，2.4MPa,10t/h）从位于进料区51的第一出水口562离开冷灰器。冷却水F1（25℃，2.4MPa,90t/h）还从第二进水口571进入，依次流经下部冷却区54的下部环形集箱5722、下部线形集箱5721，进一步通过膜式水冷壁573进入到下部冷却区54的上集箱574，后通过连通管575进入到上部冷却区52的下集箱572内。冷却水F1在上部冷却区52的路径与下部冷却区54类似，不再累述。最终，吸热后的冷却水F1变为高温水F2（106℃，2.4MPa,90t/h）并由上部冷却区52的上部环形集箱5742离开第一冷灰器5。第二冷灰器9工作流程与第一冷灰器5类似，不再累述。

综上所说，采用本申请所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统及方法，将13t/h的气化滤饼进行减量化、无害化和资源化处理，最终收集得到1.69t/h的金属氧化物，并副产101.65t/h热水。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请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申请范围内。

Claims (10)

1.油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，所述系统包括由第一返料器（2）连接的多膛炉（1）和流化床无焰燃烧炉（3），所述流化床无焰燃烧炉（3）连接有两级旋风分离器，旋风分离器的排灰口连接有冷灰器，其特征在于：所述流化床无焰燃烧炉（3）由下至上包括风室（31）、布风板（32）、燃烧室（33）和燃烧室烟气出口（34），第一返料器（2）与燃烧室（33）下部相连接；所述燃烧室烟气出口（34）与第一旋风分离器（41）相连，第一旋风分离器（41）排气口与第二旋风分离器（42）相连，第一旋风分离器（41）的排灰口依次与第一冷灰器（5）、第二返料器（6）连接，第二返料器（6）再与燃烧室（33）下部相连接，第一返料器（2）与燃烧室（33）的连接位置高于第二返料器（6）与燃烧室（33）连接位置；所述风室（31）通入400℃-600℃的高温低氧风，含氧量为5%-16%，燃烧室（33）焚烧温度为500℃-650℃，流化床无焰燃烧炉（3）循环倍率为20-40倍，气体携带颗粒物进入第一旋风分离器（41），第一旋风分离器（41）分离后的颗粒物经冷灰器降温至50℃-200℃，后经由第二返料器（6）回送入燃烧室（33）。

2.根据权利要求1所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，其特征在于：所述冷灰器为圆筒形且两端渐缩，自上而下包括进料区（51）、上部冷却区（52）、中间区（53）、下部冷却区（54）及出料区（55），上部冷却区（52）和下部冷却区（54）内部空间分别布设有水冷壁换热器（57），中间区（53）内部中空且其外壳外侧设有连接上、下水冷壁换热器（57）的连通管（575）；所述水冷壁换热器（57）包括竖向设置的膜式水冷壁（573），上、下水冷壁换热器（57）的膜式水冷壁（573）竖向投影不重叠。

3.根据权利要求2所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，其特征在于：所述水冷壁换热器（57）包括自下而上依次相连的下集箱（572）、膜式水冷壁（573）、上集箱（574）；上、下水冷壁换热器（57）的膜式水冷壁（573）竖向存在10°-40°的夹角。

4.根据权利要求3所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，其特征在于：所述下集箱（572）包括连通的下部线形集箱（5721）和下部环形集箱（5722），下部线形集箱（5721）沿圆周方向在下部环形集箱（5722）内均布；所述上集箱（574）包括连通的上部线形集箱（5741）和上部环形集箱（5742），上部线形集箱（5741）沿圆周方向在上部环形集箱（5742）内均布；膜式水冷壁（573）分别与上部线形集箱（5741）和下部线形集箱（5721）连接。

5.根据权利要求4所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，其特征在于：所述膜式水冷壁（573）包括长段膜式水冷壁（5731）和短段膜式水冷壁（5732），长段膜式水冷壁（5731）为4扇并以90°夹角均布，短段膜式水冷壁（5732）均布在相邻的两扇长段膜式水冷壁（5731）之间；所述冷灰器的壁面设有水冷夹层（56）。

6.根据权利要求1所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，其特征在于：所述多膛炉（1）炉顶布置多膛炉进料口（11）和多膛炉烟气出口（12），在炉底布置多膛炉出灰口（15），中心位置设多膛炉中轴（13），多膛炉耙臂耙齿（14）以自支撑方式与多膛炉中轴（13）连接，多膛炉耙臂耙齿（14）设置为3-6层，在多膛炉（1）圆周侧壁开设多个加热烟气接口（16）。

7.根据权利要求1所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的系统，其特征在于：所述风室（31）依次与均温器（8）、高温低氧风产生装置（7）连接，高温低氧风产生装置（7）为烟道燃烧器，均温器（8）内部装有蜂窝式陶瓷蓄热体。

8.油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的方法，其特征在于：气化滤饼经干燥处理为150℃-350℃的干化滤饼，干化滤饼经返料装置送至流化床无焰燃烧炉（3）的燃烧室（33），同时风室（31）通入400℃-600℃的高温低氧风，含氧量为5%-16%，燃烧室（33）焚烧温度为500℃-650℃，流化床无焰燃烧炉（3）循环倍率为20-40倍，气体携带颗粒物进入第一旋风分离器（41），第一旋风分离器（41）分离后的颗粒物经冷灰器降温至50℃-200℃，后经由第二返料器（6）回送入燃烧室（33）,第一旋风分离器（41）分离后的气体继续进入第二旋风分离器（42），第二旋风分离器（42）分离后的颗粒物经冷灰器降温为50℃-80℃的小粒径产品。

9.根据权利要求8所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的方法，其特征在于：所述第二旋风分离器（42）分离后的气体送入多膛炉（1）。

10.根据权利要求8所述的油渣气化滤饼处置并分离金属氧化物的方法，其特征在于：所述流化床无焰燃烧炉（3）启炉用床料选自钼精矿或钒精矿，系统稳定运行后采用降温后的小粒径产品。

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