CN212450661U - 一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，所述系统包括：原料混合设备，用于通入混合用水及飞灰，搅拌混合，获得混合液；搅拌装置，用于通入原料混合设备输出的混合液，搅拌均匀，获得搅拌均匀的混合液；静置沉淀池，用于通入搅拌均匀的混合液，静置，获得上清液及处理后的飞灰；其中，所述静置沉淀池设置有换热埋管，用于对静置沉淀池的混合液进行换热；蒸发结晶装置，用于通入所述上清液，通过蒸发实现钾溶液的过饱和、结晶析出，得到钾盐。本实用新型能够实现生物质燃烧飞灰的再处理，以及高效率提取钾盐。

Description

一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统

技术领域

本实用新型属于固体废弃物资源利用技术领域，特别涉及一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统。

背景技术

化石能源终将枯竭，发展可再生能源有利于缓解能源需求和实现可持续发展。生物质是一种优质可再生能源，可以实现CO₂零排放。

生物质燃烧后残余的产物为炉渣和飞灰，飞灰含量占总体的30％以上，它含有较高的碱金属、氯化物和重金属(Co、Pb、Cr等)，是一种有利用价值的固体废料；其中，K的含量可达8％以上。因此飞灰有着较高的提钾价值。

目前对于飞灰的处理，往往以填埋为主，不仅会占用大面积土地，还会对环境造成污染。生物质飞灰的处理是当前生物质燃烧面临的一大挑战，以30MW机组为例，一台机组一天燃料消耗约800t/d，实测飞灰率3.6％-5.6％，一年飞灰产量约1.1-1.6万吨。2020年我国的生物质装机容量将超过2000万千瓦，每年产生的飞灰约680-1080万吨。

关于钾盐的提取，尤其是针对生物质锅炉高氯高钾的飞灰来说，一般提取方法并不能高效的提取钾盐，其原因之一就是氯化钾随温度的溶解度变化巨大，如表1所示。在常规的提取办法中：一方面，在常温下提取速度低；另一方面，常温下的水能提取的钾盐量低。如果将提取钾的水温由常温上升30℃甚至40℃，氯化钾的溶解度会大大提高，可是直接将水加热会大大增加提取钾的成本，不适合工业化生产。

表1.氯化钾不同温度下的溶解度

综上，亟需发展一种能够实现生物质灰大规模利用且可以实现高效提钾的系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型能够实现生物质燃烧飞灰的再处理，以及高效率提取钾盐。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，包括：

原料混合设备，用于通入混合用水及飞灰，搅拌混合，获得混合液；

搅拌装置，用于通入原料混合设备输出的混合液，搅拌均匀，获得搅拌均匀的混合液；

静置沉淀池，用于通入搅拌均匀的混合液，静置，获得上清液及处理后的飞灰；其中，所述静置沉淀池设置有换热埋管，用于对静置沉淀池的混合液进行换热；

蒸发结晶装置，用于通入所述上清液，通过蒸发实现钾溶液的过饱和、结晶析出，得到钾盐；

多级换热器，用于对混合用水、原料混合设备输出的混合液以及搅拌装置输出的混合液进行换热；

其中，蒸发结晶装置、多级换热器和换热埋管的热量均来自汽轮机的尾部蒸汽。

本实用新型的进一步改进在于，所述静置沉淀池内混合液的温度保持在50℃以上。

本实用新型的进一步改进在于，所述搅拌装置内混合液的温度保持在60℃以上。

本实用新型的进一步改进在于，输入原料混合设备的混合用水的温度在50℃以上。

本实用新型的进一步改进在于，所述蒸发结晶装置包括：

加热器，用于实现通过汽轮机的尾部蒸汽加热待输入蒸发室溶液；

蒸发室，用于输入加热器加热后的溶液，实现蒸发沸腾，获得蒸汽和浓缩液；

结晶室，用于输入蒸发室获得的浓缩液，结晶析出，获得钾盐。

本实用新型的进一步改进在于，所述多级换热器包括：第一换热器、第二换热器、第三换热器；搅拌装置包括：第一搅拌装置和第二搅拌装置；

第一换热器的液进口用于通入待加热的混合用水，第一换热器的液出口用于输出加热后的混合用水；

第一换热器的液出口与原料混合设备的水进口相连通；第二换热器的液进口与原料混合设备的混合液出口相连通，第二换热器的液出口与第一搅拌装置的液进口相连通；第一搅拌装置的液出口与第三换热器的液进口相连通，第三换热器的液出口与第二搅拌装置的液进口相连通，第二搅拌装置的液出口与静置沉淀池相连通；

第一换热器的气进口、第二换热器的气进口、第三换热器的气进口分别与加热器的气出口相连通；第一换热器的气出口、第二换热器的气出口、第三换热器的气出口均与换热埋管的气进口相连通。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：

汽轮机，所述汽轮机的尾部蒸汽用于输入加热器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的系统，通过利用蒸汽预热，可实现对飞灰的高效提钾。本实用新型的系统通过合理利用热量温度变高，使得氯化钾的溶解度变高，溶解速率变快，提取飞灰中的钾的效率极大提高。本实用新型有效处理了生物质锅炉燃烧产生的飞灰，在提钾后飞灰碱金属含量变低，可以将提钾后的飞灰直接用于建筑行业、混凝土以及作为锅炉添加剂进行碱金属的捕捉。

本实用新型使得飞灰中的钾提取成为钾肥，具有较高的经济价值。本实用新型未增加新的热源，实现了汽轮机尾部蒸汽余热的利用，整套系统不会对锅炉以及电厂其余系统造成很大的改动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统的示意图；

图1中，1、第一换热器；2、第一搅拌装置；3、第二搅拌装置；4、汽轮机；5、静置沉淀池；6、水泵；7、蒸汽净化装置；8、蒸发室；9、加热器；10、结晶室；11、换热埋管；12、第二换热器；13、第三换热器；14、原料混合设备；15、搅拌器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，是一种利用余热的生物质电厂的飞灰提钾系统，包括：原料混合设备14、第一搅拌装置2、第二搅拌装置3、静置沉淀池5、蒸发结晶装置和多级换热器：

蒸发结晶装置包括：加热器9、蒸发室8、蒸汽净化装置7和结晶室10；

多级换热器：第一换热器1、第二换热器12、第三换热器13、换热埋管11。

第一换热器1用于加热混合用的水，第一换热器1的水出口与原料混合设备14的水进口相连通；原料混合设备14设置有飞灰入口和混合液出口，原料混合设备14的混合液出口与第二换热器12的混合液入口相连通，第二换热器12的混合液出口与第一搅拌装置2的混合液进口相连通；第三换热器13与第一搅拌装置2出口相连通，同时第三换热器13与第二搅拌装置3进口相连通，静置沉淀池5与第二搅拌装置3出口相连通，水泵6与后续蒸发结晶设备相连通。蒸发室8与结晶室10相连通。汽轮机4的尾部与加热器9的进口相连通，多级换热器的进口均与加热器9的出口相连通，多级换热器的出口与换热埋管11的入口相连通。换热埋管11位于静置沉淀池5内，且不与静置沉淀池连通，用于与静置沉淀池5中的混合液进行换热。

蒸汽余热利用系统主要包括加热器9、第一换热器1、第二换热器12、第三换热器13、换热埋管11。其作用首先是为钾溶液蒸发提供热量，其次是对整套飞灰中的钾的提取系统进行升温，提高提取钾的效率，有效利用热能防止浪费。蒸汽在经过加热器以及多级换热器后，进入换热埋管，流出后可作为锅炉给水，从而实现水的循环再利用。

整套提钾系统主要是先通过原料混合设备14进行飞灰与水的混合，然后通过第一搅拌装置2、第二搅拌装置3使飞灰和水进行充分较长时间接触，使得飞灰中绝大部分的钾进入水中，实现钾的提取。

蒸发结晶系统主要包括加热器9、蒸发室8、结晶室10。主要目的是将钾溶液通过蒸发实现钾溶液的过饱和进而结晶析出，得到钾盐。

静置沉淀池5采用换热埋管进行加热，保证静置沉淀池的温度，防止钾盐在温度较低时溶解度急剧下降从而析出，再次与飞灰混合在一起。静置沉淀池5出口可将剩余的飞灰排出，由于拍出的飞灰中钾、氯等元素含量急剧减少，可以当作很好的混凝土以及作为锅炉添加剂进行碱金属的捕捉。

本实用新型实施例的整个系统的工作过程如下：

将飞灰与经由第一换热器1加热后的水注入原料混合设备14进行混合接触；而后进入第一搅拌装置2与第二搅拌装置3进行均匀搅拌及长时间接触并保持期间温度不低于60℃，混合液进入静置沉淀池5中进行沉淀，保持静置沉淀池温度不低于50℃，所得沉淀物质从出口排出，上层溶液由泵送入蒸发结晶设备，通过加热器9升温后，于蒸发室8中沸腾蒸发，所得浓缩液在结晶室10进行结晶，晶体由出口排出，剩余溶液与泵给的溶液混合继续进行蒸发结晶。加热器所用蒸汽为汽轮机4的尾部蒸汽，第一换热器1、第二换热器12、第三换热器13所用蒸汽均来自于加热器后的蒸汽与二级蒸汽，此蒸汽经由各级换热器进入换热埋管11，然后收集作为锅炉给水。其中，原料混合设备14内设置有搅拌器15。

综上所述，申请号为CN201610746962.0的实用新型专利申请，提出将生物质灰渣利用醋酸和有机质进行复合改性后进而用于水处理，大量用酸带来环保问题且成本较高，市场应用前景不好；申请号为CN201410160928.6的实用新型专利申请，公开了一种利用生物质灰渣快速改良土壤团聚体的方法，但是生物质灰渣中重金属可能偏高，不利于土地种植；申请号为CN201710725087.2的实用新型专利申请，提出了将生物质灰渣用作混凝土砌块的方法，该方法不适用于烧失量较高的生物质灰渣；申请号为CN201910774779.5的实用新型专利申请，提出将生物质灰渣筛分后分别用作入炉燃料、建材原料、脱硫脱硝滤液，该方法需要进行筛分和超声波清洗，经济性不高。申请号为CN201310315634.1的实用新型专利申请，提出了一种提取生物质灰渣中钾、磷、硅、钙、镁、硅等元素，以及生产活性炭的方法，但是无法大规模应用，提取效率过低，且成本较高。本实用新型提供一种利用余热的生物质电厂的飞灰提钾系统及方法，该系统包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、原料混合设备、一级搅拌设备、二级搅拌设备、换热埋管、静置沉淀池、水泵、蒸发结晶系统：加热器、蒸发室、蒸汽净化装置、结晶室，汽轮机尾部蒸汽余热利用系统。蒸汽余热利用系统首先是为钾溶液蒸发提供热量，其次是为整套飞灰中钾的提取系统进行升温，提高提取效率。蒸汽在经过加热器以及多级换热器后，进入换热埋管，流出后可作为锅炉给水，实现水的循环再利用。整套提钾系统主要是先通过原料混合设备进行飞灰与水的混合，然后通过一级搅拌设备、二级搅拌设备使飞灰和水进行充分较长时间接触，实现钾的提取。静置沉淀池采用换热埋管进行加热，保证静置沉淀池的温度，池中排出的飞灰可以当作混凝土的原材料，也可以喷入生物质锅炉中捕捉生物质锅炉的碱金属，缓解生物质锅炉的结焦问题。该飞灰提钾系统经济性环保性显著，能够高效率的提取钾盐，并且实现了对汽轮机尾部蒸汽余热的利用。

表2.飞灰XRF元素分析

本实用新型中，如表2所示，飞灰中水溶性元素K、S、Cl、Ca、Na等元素含量可占20％以上，在经过水提钾后，可以有效的提取出来。

本实用新型中，关于提高提取效率，主要是参考整套系统是采用余热蒸汽加热，水温均在50℃以上来分析的。温度升高，钾盐溶解度升高(表1)，溶解速率加快，所以效率变高。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，其特征在于，包括：

原料混合设备(14)，用于通入混合用水及飞灰，搅拌混合，获得混合液；

搅拌装置，用于通入原料混合设备(14)输出的混合液，搅拌均匀，获得搅拌均匀的混合液；

静置沉淀池(5)，用于通入搅拌均匀的混合液，静置，获得上清液及处理后的飞灰；其中，所述静置沉淀池(5)设置有换热埋管(11)，用于对静置沉淀池(5)内的混合液进行换热；

蒸发结晶装置，用于通入所述上清液，通过蒸发实现钾溶液的过饱和、结晶析出，得到钾盐；

多级换热器，用于对混合用水、原料混合设备(14)输出的混合液以及搅拌装置输出的混合液进行换热；

其中，蒸发结晶装置、多级换热器和换热埋管(11)的热量均来自汽轮机(4)的尾部蒸汽。

2.根据权利要求1所述的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，其特征在于，所述静置沉淀池(5)内混合液的温度保持在50℃以上。

3.根据权利要求1所述的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，其特征在于，所述搅拌装置内混合液的温度保持在60℃以上。

4.根据权利要求1所述的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，其特征在于，输入原料混合设备(14)的混合用水的温度在50℃以上。

5.根据权利要求1所述的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，其特征在于，所述蒸发结晶装置包括：

加热器(9)，用于实现通过汽轮机(4)的尾部蒸汽加热待输入蒸发室(8)溶液；

蒸发室(8)，用于输入加热器(9)加热后的溶液，实现蒸发沸腾，获得蒸汽和浓缩液；

结晶室(10)，用于输入蒸发室(8)获得的浓缩液，结晶析出，获得钾盐。

6.根据权利要求5所述的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，其特征在于，所述多级换热器包括：第一换热器(1)、第二换热器(12)、第三换热器(13)；搅拌装置包括：第一搅拌装置(2)和第二搅拌装置(3)；

第一换热器(1)的液进口用于通入待加热的混合用水，第一换热器(1)的液出口用于输出加热后的混合用水；

第一换热器(1)的液出口与原料混合设备(14)的水进口相连通；第二换热器(12)的液进口与原料混合设备(14)的混合液出口相连通，第二换热器(12)的液出口与第一搅拌装置(2)的液进口相连通；第一搅拌装置(2)的液出口与第三换热器(13)的液进口相连通，第三换热器(13)的液出口与第二搅拌装置(3)的液进口相连通，第二搅拌装置(3)的液出口与静置沉淀池(5)相连通；

第一换热器(1)的气进口、第二换热器(12)的气进口、第三换热器(13)的气进口分别与加热器(9)的气出口相连通；第一换热器(1)的气出口、第二换热器(12)的气出口、第三换热器(13)的气出口均与换热埋管(11)的气进口相连通。

7.根据权利要求5所述的一种基于生物质燃烧飞灰的提钾系统，其特征在于，还包括：

汽轮机(4)，所述汽轮机(4)的尾部蒸汽用于输入加热器(9)。

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