CN219449636U

CN219449636U - 烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统

Info

Publication number: CN219449636U
Application number: CN202223063302.2U
Authority: CN
Inventors: 李启超; 杜向前; 范维义
Original assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Current assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Priority date: 2022-11-18
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2032-11-18

Abstract

本实用新型涉及钢铁冶金固废资源化利用领域。提供了一种烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统。系统包括：混合粉体制备装置，用于以半干法脱硫灰为主体原料，以烧结机头电除尘灰为改性助剂，配比混合得到混合粉体；高温焙烧装置，与混合粉体制备装置出料口相连，用于对混合粉体进行高温焙烧；及挤压成型设备，用于对高温焙烧后物料挤压成型制备得到固体钙基载氧体，包括依次相连的混料装置、造粒装置、成型装置和焙烧装置，所述混料装置与高温焙烧装置的出料口相连。该系统可协同处置半干法脱硫灰和烧结机头电除尘灰制备得到钙基载氧体，结构简单，操作方便。

Description

烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统

技术领域

本实用新型属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体是一种烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统。

背景技术

烟气循环流化床半干法脱硫工艺具有投资少、占地面积小、节水节能等优点，尤其是没有废水排放，在电厂、钢铁烧结、焦化等领域得到广泛推广应用，由此所产生大量干法脱硫灰的综合利用也引起多方关注。由于半干法脱硫灰中含有大量的CaSO₃，导致脱硫灰不能直接添加到混凝土中或用于生产水泥、砌块、板材等建筑材料，在其它领域中也难以利用。本申请发明人发现目前已有许多研究人员对半干法脱硫灰的利用进行研究，包括建材、凝胶材料、土壤改良等，但只有少部分脱硫灰得到利用，绝大部分只能用于回填或露天堆放，如果不加以利用，将会造成二次污染。

烧结机头电除尘灰作为钢铁企业的主要固体废弃物之一，不同烧结机头电除尘灰的成分和含量略有差异，本申请发明人发现烧结机头电除尘灰总体上含Fe、K量较高，主要化学成分为Fe₂O₃、Fe₃O₄、KCl、NaCl、CaO、C、SiO₂等，如直接存放会占用大量的土地资源；同时还认识到烧结机头电除尘灰中含有的大量可溶性盐，若处置不当，溶解渗透会污染环境，造成土壤的盐碱化，对生态系统造成严重伤害。

化学链燃烧作为新一代的燃烧技术，可在燃烧过程中实现原位碳捕集，具有高燃烧效率和二氧化碳内分离的特点，近年来受到广泛关注。其中，载氧体的开发是该过程高效稳定运行的关键。钙基载氧体因其特有的高载氧量、低成本、易于获得且对环境友好等优势被认为是最具应用潜力的载氧体之一。

实用新型内容

根据本实用新型的一个实施方式，其目的提供一种烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统。采用本申请系统可以协同处置半干法脱硫灰和烧结机头电除尘灰同时制备得到钙基载氧体，结构简单，操作方便。上述目的可以是通过以下技术方案的实施方式实现：

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供的一种烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统，包括：

混合粉体制备装置，用于以半干法脱硫灰为主体原料，以烧结机头电除尘灰为改性助剂，混合，得到混合粉体；

高温焙烧装置，与所述混合粉体制备装置的出料口相连，用于对所述混合粉体进行高温焙烧；

挤压成型设备，用于对高温焙烧后的物料进行挤压成型，制备得到固体的钙基载氧体，包括依次相连的混料装置、造粒装置、成型装置和焙烧装置，其中，所述混料装置与所述高温焙烧装置的出料口相连。

可选地，所述高温焙烧装置包括温控部件，所述温控部件用于控制高温焙烧温度为300℃～800℃。

可选地，所述高温焙烧装置具有气体入口，用于通入空气或氧气。

可选地，所述混料装置具有粘结剂加入口，用于向高温焙烧后物料中加入无机粘结剂。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型还提供的一种化学链燃烧装置，包括反应器，所述反应器内设置有流化床布风板，所述流化床布风板上布置有采用本申请上述烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统制备得到的固体的钙基载氧体。可选地，所述化学链燃烧装置还包括：与所述反应器的出口相连的碳捕集装置。

有益效果：通过采用本实用新型所述系统可以协同处置半干法脱硫灰和烧结机头电除尘灰，充分利用半干法脱硫灰中难以处置利用的CaSO₃，并对烧结机头电除尘灰中Fe、K、Na等有价元素进行资源化利用，同时还制备得到了钙基载氧体，可用于化学链燃烧装置中，为化学链燃烧中载氧体的制备提供新方向。而且，该系统具有结构简单，操作方便的优点，制备得到的钙基载氧体具有高性能。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如背景技术所述的本申请发明人基于对目前半干法脱硫灰、烧结机头电除尘灰的固废处理工艺以及化学链燃烧工艺的深入研究，经过不断改进和优化，提供了一种烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统，通过采用该系统可以协同处置钢铁冶金固体废弃物，充分利用半干法脱硫灰中难以处置利用的CaSO₃，并对烧结机头电除尘灰中Fe、K、Na等有价元素进行资源化利用，经合理配比混合后还可制备得到了高性能的钙基载氧体。

图1示意性示出了本实用新型一实施例中烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统的连接结构。

如图1所示，该实施例中的系统包括：依次布置且相连的混合粉体制备装置、高温焙烧装置和挤压成型设备。其中，所述高温焙烧装置包括温控部件；所述高温焙烧装置具有用于通入空气或氧气的气体入口；所述挤压成型设备包括依次相连的混料装置、造粒装置、成型装置以及焙烧装置，其中，所述混料装置具有粘结剂加入口。

下面结合图1对本实用新型系统的具体使用过程做进一步描述：

首先，以半干法脱硫灰为主体原料，以烧结机头电除尘灰为改性助剂，按照两灰中S、Fe、K、Na、Ca等含量确定配用比例后，在混合粉体制备装置中混合，得到混合粉体，并将该混合粉体送入高温焙烧装置中进行高温焙烧；通过以半干法脱硫灰中CaSO₃、CaSO₄等为载氧体主体原料，以烧结机头电除尘灰中Fe、K、Na等为改性助剂，充分混合均匀后，进行高温焙烧，Fe₂O₃一方面能够促进CaSO₃的低温氧化，使其转化为CaSO₄，另一方面作为助剂可生成新型Fe₂O₃/CaSO₄载氧体，强化载氧体反应性能；碱金属K、Na等在高温反应过程中会生成熔融盐，可强化反应物在CaSO₄载氧体表面的扩散过程，提高载氧体反应性能。然后，将高温焙烧后物料送入挤压成型设备的混料装置中，从粘结剂加入口加入粘结剂进行混合，混合后通过造粒装置、成型装置和焙烧装置，依次进行造粒、成型、和焙烧等工艺，制备得到固体的钙基载氧体。粘结剂加入口用于加入无机粘结剂，通过向高温焙烧后物料中加入膨润土、水泥等无机粘结剂混合均匀后，进行挤压成型等工艺，便可制得高活性、高强度的固体钙基载氧体。

此外，为了获得更高性能的固体钙基载氧体，在混合粉体制备装置制备混合粉体时，可以将半干法脱硫灰和烧结机头电除尘灰按照灰中的S、Fe、K、Na、Ca等含量确定二者配用比例。采用系统制备固体载氧体时，原料为半干法脱硫灰和烧结机头电除尘灰，由于上游工艺原料、操作条件等因素的不同，导致灰中各组分也有所不同，因此，先分别对半干法脱硫灰和烧结机头电除尘灰进行成分分析，确定灰中各组分含量，确定二者混合比例，通过称重装置称重，称重后进行混合，得到待处理粉体，基于该待处理粉体再进行后续的高温焙烧。进一步地，配料混合后混合粉体中，Fe:S可以控制在0.01～0.3:1，其中，Fe作为助剂一方面促进CaSO₃氧化为CaSO₄，降低氧化温度，增加氧化速率，另一方面铁氧化物对CaSO₄和还原性气体的反应有催化作用，作为助剂可生成新型Fe₂O₃/CaSO₄复合载氧体，强化载氧体反应性能。此外，Fe₂O₃也会和脱硫灰中未反应的CaO形成Fe₂O₃/CaO复合载氧体。所述半干法脱硫灰与烧结机头电除尘灰粉体混合后，Ca:K:Na为1:0.01～0.1:0.01～0.1。K、Na多元碱金属盐在化学链燃烧反应温度下会呈现熔融状态；这种熔融盐可使CaSO₄表面出现熔化从而加强还原气体在CaSO₄载氧体上的扩散效果，提高载氧体反应性能。

此外，所述系统中的高温焙烧装置中，包括温控部件，用于控制混合粉体高温焙烧温度为300℃～800℃，例如，400℃、500℃、600℃、700℃等，具体结构和加热方式不做限定，焙烧时间例如可以为0.8小时～2小时，焙烧气氛可以为空气或富氧气氛，强制催化氧化CaSO₃生成CaSO₄，同时去除灰分中的残碳等有机质，避免其对后续成品的机械强度造成影响。

此外，所述系统中的挤压成型设备中，混料装置具有粘结剂加入口，通过所述粘结剂加入口加入膨润土、水泥等无机粘结剂，进一步地，将无机粘结剂用量控制在2wt％～20wt％。通过造粒装置、成型装置、焙烧装置等，依次经混合、造粒、成型、焙烧等工艺，便可得到不同规格的固体载氧体，如条形的固体载氧体等。

此外，本申请实用新型还提供一种化学链燃烧装置，该化学链燃烧装置中所采用的载氧体为采用上述系统制备得到的固体钙基载氧体。具体地，所述化学链燃烧装置包括反应器，反应器内设置有流化床布风板，固体的钙基载氧体布置流化床布风板上。此外，在反应器的出口处还可以连接碳捕集装置，在燃烧过程中实现原位碳捕集。

采用本申请上述系统对钢铁冶金固体废弃物进行协同处置，以半干法脱硫灰中CaSO₃、CaSO₄等为载氧体主体原料，充分利用脱硫灰中难处置利用的CaSO₃，以烧结机头电除尘灰中Fe、K、Na等为改性助剂，充分发挥其中有价元素作用，将配比后的两灰在混合粉体装置中充分混合得到混合粉体，然后基于该混合粉体在高温焙烧装置中从气体加入口加入空气或氧气，同时在温控部件作用下(即于300℃～800℃下)进行高温焙烧，高温焙烧后送入挤压成型设备中的混料装置中，通过粘结剂加入口加入无机粘结剂，混合均匀后经制粒装置、成型装置、焙烧装置，制备得到固体的钙基载氧体。采用该系统制备钙基载氧体，实现了钢铁冶金固体废弃物的资源化利用，为化学链燃烧载氧体的制备提供了新的方向，相比现有的载氧体的制备系统，本申请系统结构简单，简化了制备工艺，降低了制备成本，制备得到的钙基载氧体具有高活性、高强度，载氧性能优异。

下面结合具体应用实施例对本实用新型系统的使用过程做进一步说明：

应用实施例一

表1为某烧结烟气半干法脱硫灰主要组分

成分	CaO	SO₃	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	K₂O	Na₂O
									含量(％)	53.1	10.2	13.3	10.0	1.6	1.7	3.3	1.1

表2为某烧结机头电除尘灰主要组分

成分	TFe	K₂O	Na₂O	Al₂O₃	CaO	SiO₂	C
								含量(％)	29.6	13.8	1.0	2.0	16.6	9.0	6.1

采用本实用新型中的系统制备固体载氧体的过程：根据上述灰分组成，经计算确定半干法脱硫灰与电除尘灰按重量比1:0.05进行配比，其中，Fe:S为0.2:1，Ca:K:Na为1:0.09:0.04，混合均匀，在空气气氛中升温至500℃焙烧1小时，半干法脱硫灰中主要成分CaSO₃在Fe催化作用下发生氧化反应2CaSO₃+O₂＝2CaSO₄，同时电除尘灰中残碳发生氧化反应C+O₂＝CO₂，从而除去。随后从粘结剂加入口加入5wt％的膨润土作为粘结剂，经混合、造粒、成型、焙烧等工艺得到条状固体载氧体。

将制备得到的载氧体安装到化学链燃烧装置中进行化学链燃烧。化学链燃烧具体过程：常压下，将50g上述实施例中所制备的载氧体置于小型流化床布风板上，并通入氮气1L/min，加热至反应温度900℃，通入水蒸气0.1g/min，并加入0.5g的煤作为燃料，还原反应时间为30min。之后，用氮气吹扫10min，切换气氛(95％N₂，5％O₂)对载氧体进行氧化，氧化反应时间为30min。经过分析，还原反应30min内，碳转化率为91％。

应用实施例二

表3为某烧结烟气半干法脱硫灰主要组分

成分	CaO	SO₃	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	K₂O	Na₂O
									含量(％)	41.9	35.6	4.0	3.0	1.3	0.7	1.5	0.9

表4为某烧结机头电除尘灰主要组分

成分	TFe	K₂O	Na₂O	Al₂O₃	CaO	SiO₂	C
								含量(％)	15.9	21.0	3.5	3.9	7.7	12.4	0.5

采用本实用新型中的系统制备固体载氧体的过程：根据上述灰分组成，经计算确定半干法脱硫灰与电除尘灰按重量比1:0.03进行配比，其中Fe:S为0.02:1、Ca:K:Na为1:0.06:0.04，混合均匀，在空气气氛中升温至400℃焙烧1小时，半干法脱硫灰中主要成分CaSO₃在Fe催化作用下发生氧化反应2CaSO₃+O₂＝2CaSO₄，同时电除尘灰中残碳发生氧化反应C+O₂＝CO₂，从而除去。随后加入7wt％的膨润土作为粘结剂，经混合、造粒、成型、焙烧等工艺得到条状固体载氧体。

将制备得到的载氧体安装到化学链燃烧装置中进行化学链燃烧。化学链燃烧具体过程：常压下，将50g上述实施例中所制备的载氧体置于小型流化床布风板上，并通入氮气1L/min，加热至反应温度900℃，通入水蒸气0.1g/min，并加入0.5g的煤作为燃料，还原反应时间为30min。之后，用氮气吹扫10min，切换气氛(95％N₂，5％O₂)对载氧体进行氧化，氧化反应时间为30min。经过分析，还原反应30min内，碳转化率为87％。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种烧结烟气半干法脱硫灰制备固体载氧体的系统，其特征在于，包括：

混合粉体制备装置，用于加入半干法脱硫灰和烧结机头电除尘灰，以半干法脱硫灰为主体原料，以烧结机头电除尘灰为改性助剂，将半干法脱硫灰和烧结机头电除尘灰混合，得到混合粉体；

高温焙烧装置，与所述混合粉体制备装置的出料口相连，具有温控部件和气体入口，所述温控部件用于将高温焙烧装置的高温焙烧温度控制在300℃～800℃，所述气体入口用于通入空气或氧气，所述高温焙烧装置用于在所述温度和所述气氛下对所述混合粉体进行高温焙烧获得钙基载氧体；

挤压成型设备，用于对高温焙烧后的物料进行挤压成型，制备得到固体的钙基载氧体，包括依次相连的混料装置、造粒装置、成型装置和焙烧装置，其中，所述混料装置与所述高温焙烧装置的出料口相连，所述混料装置具有用于加入无机粘结剂的粘结剂加入口，所述混料装置用于将加入的无机粘结剂和高温焙烧后物料进行混料，所述造粒装置和成型装置用于对混料进行造粒成型工艺，所述焙烧装置用于对成型后物料进行焙烧。