CN117866666A - 一种水泥窑协同的煤矸石气化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了煤矸石气化技术领域的一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，包括设置于分解炉旁的气化炉，所述气化炉的侧面设置有用于通入煤矸石粉的进料口；所述气化炉于所述进料口的下部设置有与水泥窑的三次风管连通的进气管，以向所述气化炉内通入高温三次风，气化煤矸石粉；所述气化炉于所述进料口的上部设置有与分解炉连通的出气管，以将煤矸石粉气化产生的煤气通入所述分解炉中。
Description
技术领域
本发明涉及煤矸石气化技术领域，具体涉及一种水泥窑协同的煤矸石气化系统及方法。
背景技术
煤矸石中含有大量的有机成分，同时富含金属、碱土金属和硫化物等，是无机盐类污染源，可通过大气降水淋滤而污染环境。煤矸石从地下运到地表弃置，所处环境的急剧变化使其风化作用加强，促进了可溶性成分的溶解，加重了矸石山的环境污染。
煤矸石仍有可燃成份(热值约800-1500kcal/kg)，可以作为替代燃料使用。但灰分含量很大，一般的工业窑炉不能接受。
而对于水泥行业来讲，这些灰分都是无机盐，是水泥熟料和水泥生产的原材料，两者可以很好的结合起来。
目前水泥窑协同利用煤矸石的方式都是在炉外对煤矸石进行预处理，特别是采用气化方式将煤矸石转化为煤气这种气体燃料，气体燃料进入分解炉后容易燃烧，燃尽率有保证；而且气体中含有CO和H2等还原性气体，对分解炉烟气还起到脱硝作用。
但煤矸石气化在常见的气化方式中要用常温鼓风或纯氧作为气化剂，分解炉内温度水平一般为900℃-1000℃左右，常温鼓风温度低于分解炉内温度，对系统来说本身就是负能量输入；使用纯氧则会增加制氧系统的投资和运行费用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥窑协同的煤矸石气化系统及方法，以解决现有技术中煤矸石气化在常见的气化方式中要用常温鼓风或纯氧作为气化剂，常温鼓风温度低于分解炉内温度，对系统来说本身就是负能量输入，使用纯氧会增加制氧系统的投资和运行费用的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，包括设置于分解炉旁的气化炉，所述气化炉的侧面设置有用于通入煤矸石粉的进料口；
所述气化炉于所述进料口的下部设置有与水泥窑的三次风管连通的进气管，以向所述气化炉内通入高温三次风(900℃-1000℃)，气化煤矸石粉；
所述气化炉于所述进料口的上部设置有与分解炉连通的出气管，以将煤矸石粉气化产生的煤气通入所述分解炉中。
作为本发明的一种优选方案，所述气化炉的一侧还设置有高压风机，用于向所述气化炉内通入高速引射风，以将高温三次风引射进入所述气化炉，并控制引入的高温三次风流速进而控制其流量。
作为本发明的一种优选方案，所述气化炉内的气化反应温度低于灰渣熔点，能够将灰渣以固态形态排出，以减小灰渣冷却至常温所产生的热量损失。
作为本发明的一种优选方案，所述气化炉的底部设置有灰仓，用于盛放待冷却的灰渣；
所述灰仓的底部设置有排灰口，用于将冷却至常温的灰渣排出，运至水泥磨或混凝土搅拌站作为水泥或混凝土生产的添加剂。
作为本发明的一种优选方案，所述灰仓上设置有补风口，用于向所述灰仓内补充空气，以使灰渣中的残碳燃烧干净，燃烧产生的热量被风带入所述气化炉中。
作为本发明的一种优选方案，所述气化炉的侧面布置有对冲燃烧器，用于将煤矸石粉喷入所述气化炉中。
为解决上述技术问题，本发明还进一步提供一种水泥窑协同的煤矸石气化方法，使用上述的煤矸石气化系统，包括以下步骤：
向气化炉中投入研磨后的煤矸石粉；
通过高压风机向气化炉中喷射高速引射风，将三次风管中的高温三次风通过高温风管引射通入气化炉中，高温三次风作为气化剂使煤矸石粉气化生成煤气；
产生的煤气随高温三次风通过出气管进入分解炉中，煤气相较于煤矸石粉在分解炉内的燃尽率高并且，煤气中的中的还原气体能够对分解炉中的烟气脱硝。
作为本发明的一种优选方案，气化炉内的气化反应温度控制在煤矸石粉气化后的灰渣的熔点以下，使灰渣保持固态形态，减小灰渣冷却至常温产生的热量损失。
作为本发明的一种优选方案，向灰仓内通入空气作为二燃风，将灰渣中的残炭燃烧干净，燃烧产生的热量被高速气流和高温三次风带入气化炉中。
燃烧干净的灰渣运至水泥磨或混凝土搅拌站作为水泥或混凝土生产的添加剂。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
利用水泥窑系统中三次风管中的高温三次风作为气化剂，使气化炉中的煤矸石粉气化生成煤气，生成的煤气随高温三次风通过出气管进入分解炉中燃烧，相比于传统的常温鼓风作为气化剂，高温三次风不会降低分解炉内的温度，对于水泥窑系统来说是正能量，不会因为需要加热空气而增加系统能耗，并且成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例中煤矸石气化系统的结构示意图。
图中的标号分别表示如下：
1-分解炉，2-气化炉，3-三次风管，4-进气管，5-出气管，6-高压风机，7-灰仓，8-排灰口，9-补风口，10-进料口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
本发明具体提供一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，包括设置于分解炉1旁的气化炉2，所述气化炉2的侧面设置有用于通入煤矸石粉的进料口10；
所述气化炉2于所述进料口10的下部设置有与水泥窑的三次风管3连通的进气管4，以向所述气化炉2内通入高温三次风，气化煤矸石粉；
所述气化炉2于所述进料口10的上部设置有与分解炉1连通的出气管5，以将煤矸石粉气化产生的煤气通入所述分解炉1中。
通过气锅炉侧面的进料口10将煤矸石粉投入气化炉2中；三次风管3中的高温三次风通过进风管通入气化炉2中，作为气化剂，使煤矸石粉气化生成煤气。
生成的煤气随高温三次风通过出气管5进入分解炉1中燃烧，相比于固体状态的煤矸石粉，气态的煤气更容易燃烧，燃尽率较高。并且煤气中含有的一氧化碳和氢气等还原性气体还能够对分解炉1中的烟气起到脱硝作用。
最重要的是，高温三次风不会降低分解炉1内的温度，对于水泥窑系统来说是正能量，不会因为需要加热空气而增加系统能耗，并且成本较低。
煤矸石可通过球磨机进行研磨，研磨后得到的煤矸石粉末直接输送到气化炉2中。
气化炉2内部参考内循环流化床的流场设计，气流由下部喷腾进入到达顶部后向四周折返然后向下形成循环，增加煤矸石粉的停留时间，增加燃尽率。
气化炉2也可以参考外循环流化床方式，在外部设置一个旋风分离器，将未燃尽的煤矸石粉回送到气化炉2中，其他煤气进入到分解炉1中。
进一步地，所述气化炉2的一侧还设置有高压风机6，用于向所述气化炉2内通入高速引射风，以将高温三次风引射进入所述气化炉2，并控制引入的高温三次风流速进而控制其流量。
高压风机6从气化炉2的底部向气化炉2内喷射高速引射风，在气化炉2内制造低压环境，使三次风管3中的高温三次风被引射到气化炉2中。
通过气化炉2系统作为三次风管3的一条旁路，其压力降不能太高，否则会影响三次风的总通风量。通过引射的方式为该旁路提供动力源，调整引射风的风速，即可调整单位时间内引入气化炉2内的风量。
进一步地，现有的煤矸石气化在气流床气化方式中要采用液态排渣的方式，因为气流床气化温度超过1400℃，液态渣还得通过水淬的方式降温，大量的热量被浪费掉。
为减少这部分热量损失，控制所述气化炉2内的气化反应温度低于灰渣熔点，使灰渣保持固态形态，能够将灰渣以固态形态排出，以减小灰渣冷却至常温所产生的热量损失。
进一步地，所述气化炉2的底部设置有灰仓7，用于盛放待冷却的灰渣；
所述灰仓7的底部设置有排灰口8，用于将冷却后的灰渣排出运至水泥磨或混凝土搅拌站作为水泥或混凝土生产的添加剂，自产自用，提高资源利用率。
进一步地，所述灰仓7上设置有补风口9，用于向所述灰仓7内补充空气，空气中含有氧气，可以使灰渣中的残碳燃烧干净，燃烧产生的热量被风带入所述气化炉2中。
进一步地，所述气化炉2的侧面布置有对冲燃烧器，用于将煤矸石粉喷入所述气化炉2中。煤矸石粉被喷入炉膛后各自扩展，并在中心撞击后形成上升火焰。对冲燃烧器可以设置为多对。
为解决上述技术问题，本发明还进一步提供一种水泥窑协同的煤矸石气化方法，使用上述的煤矸石气化系统，包括以下步骤：
向气化炉2中投入研磨后的煤矸石粉；
通过高压风机6向气化炉2中喷射高速引射风，将三次风管3中的高温三次风通过高温风管引射通入气化炉2中，高温三次风作为气化剂使煤矸石粉气化生成煤气；
产生的煤气随高温三次风通过出气管5进入分解炉1中，煤气相较于煤矸石粉在分解炉内的燃尽率高并且，煤气中的中的还原气体能够对分解炉1中的烟气脱硝。
利用水泥窑系统中三次风管3中的高温三次风作为气化剂，使气化炉2中的煤矸石粉气化生成煤气，生成的煤气随高温三次风通过出气管5进入分解炉1中燃烧，相比于传统的常温鼓风作为气化剂，高温三次风不会降低分解炉1内的温度，对于水泥窑系统来说是正能量，不会因为需要加热空气而增加系统能耗，并且成本较低。
进一步地，气化炉2内的气化反应温度控制在煤矸石粉气化后的灰渣的熔点以下，使灰渣保持固态形态，减小灰渣冷却至常温产生的热量损失。
进一步地，向灰仓7内通入空气作为二燃风，将灰渣中的残炭燃烧干净，燃烧产生的热量被高速气流和高温三次风带入气化炉2中。
燃烧干净的灰渣运至水泥磨或混凝土搅拌站作为水泥或混凝土生产的添加剂。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (9)
1.一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，其特征在于，
包括设置于分解炉(1)旁的气化炉(2)，所述气化炉(2)的侧面设置有用于通入煤矸石粉的进料口(10)；
所述气化炉(2)于所述进料口(10)的下部设置有与水泥窑的三次风管(3)连通的进气管(4)，以向所述气化炉(2)内通入高温三次风，气化煤矸石粉；
所述气化炉(2)于所述进料口(10)的上部设置有与分解炉(1)连通的出气管(5)，以将煤矸石粉气化产生的煤气通入所述分解炉(1)中。
2.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，其特征在于，
所述气化炉(2)的一侧还设置有高压风机(6)，用于向所述气化炉(2)内通入高速引射风，以将高温三次风引射进入所述气化炉(2)，并控制引入的高温三次风流速进而控制其流量。
3.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，其特征在于，
所述气化炉(2)内的气化反应温度低于灰渣熔点，能够将灰渣以固态形态排出，以减小灰渣冷却至常温所产生的热量损失。
4.根据权利要求3所述的一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，其特征在于，
所述气化炉(2)的底部设置有灰仓(7)，用于盛放待冷却的灰渣；
所述灰仓(7)的底部设置有排灰口(8)，用于将冷却至常温的灰渣排出，作为水泥或混凝土生产的添加剂。
5.根据权利要求4所述的一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，其特征在于，
所述灰仓(7)上设置有补风口(9)，用于向所述灰仓(7)内补充空气，以使灰渣中的残碳燃烧干净，燃烧产生的热量被风带入所述气化炉(2)中。
6.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同的煤矸石气化系统，其特征在于，
所述气化炉(2)的侧面布置有对冲燃烧器，用于将煤矸石粉喷入所述气化炉(2)中。
7.一种水泥窑协同的煤矸石气化方法，其特征在于，
使用权利要求1-6中的任意一项所述的煤矸石气化系统，包括以下步骤：
向气化炉(2)中投入研磨后的煤矸石粉；
通过高压风机(6)向气化炉(2)中喷射高速引射风，将三次风管(3)中的高温三次风通过高温风管引射通入气化炉(2)中，高温三次风作为气化剂使煤矸石粉气化生成煤气；
产生的煤气随高温三次风通过出气管(5)进入分解炉(1)中，煤气相较于煤矸石粉在分解炉内的燃尽率高，并且煤气中的中的还原成分能够对分解炉(1)中的烟气脱硝；
煤矸石粉气化后产生的灰渣落到气化炉(2)下方的灰仓(7)中。
8.根据权利要求7所述的一种水泥窑协同的煤矸石气化方法，其特征在于，
气化炉(2)内的气化反应温度控制在煤矸石粉气化后的灰渣的熔点以下，使灰渣保持固态形态，减小灰渣冷却至常温产生的热量损失。
9.根据权利要求8所述的一种水泥窑协同的煤矸石气化方法，其特征在于，
在灰仓(7)内的灰渣冷却前，向灰仓(7)内通入空气作为二燃风，将灰渣中的残炭燃烧干净，燃烧产生的热量被高速气流和高温三次风带入气化炉(2)中；
燃烧干净的灰渣运至水泥磨或混凝土搅拌站作为水泥或混凝土生产的添加剂。
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