处理气化细渣的方法、系统及应用

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，具体涉及一种处理气化细渣的方法、系统及应用。

背景技术

煤气化技术的大规模推广和利用使得煤气化细渣的保有量和产生量越来越大，造成了严重的资源和土地浪费，严重制约着煤化工企业的可持续发展。但由于气化细渣烧失量过高且无法满足建筑掺混原料要求，目前气化细渣主要是以填埋的方式进行处理，减容效果差，造成能源的极大浪费。与此同时，气化细渣含有大量的水分，简单填埋处理还会带来水资源的浪费，且填埋过程中由于防渗透和防散扬等措施不规范或不完善极易造成二次污染。

现有工艺提出通过将气化细渣与煤进行低比例掺混，并送入煤粉锅炉或循环流化床，通过高温将气化细渣中可燃部分经燃烧后再利用。

CN113566230A公开了一种实现煤粉锅炉直接掺烧气化细渣的方法和系统，主要是通过采用加压泵送装置和二级雾化装置将气化细渣直接引入炉膛高温区域，借助炉膛内高温、高混合强度的气流，实现气化细渣在烟气中的快速扩散和燃烧。

CN113028418A公开了一种循环流化床锅炉掺烧气化细渣的处理系统及方法，提出利用给料干化装置对气化细渣进行干化，并送入循环流化床中与煤进行掺烧，实现气化细渣的处理和系统节水、节能以及增效。

上述方法虽然能解决气化细渣难处理和能源浪费的问题，但由于我国气化细渣保有量和年产量巨大，而低比例与煤进行掺烧处理量较小，无法实现气化细渣的快速和规模化处理，且气化细渣与煤掺烧还会带来二氧化碳排放，污染环境，并且得到的灰渣含碳量较高，无法对气化细渣进行高效处理。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的无法实现气化细渣的快速和规模化消纳以及二氧化碳排放的问题，提供一种处理气化细渣的方法、系统及应用，该方法能够使得气化细渣稳定充分燃烧以及快速和规模化处理，将二氧化碳以及水进行收集，减少排放。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种处理气化细渣的方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)将所述气化细渣进行脱水、破碎后，得到气化细渣粉末；

(2)将所述气化细渣粉末与氧气接触进行燃烧，得到烟气和灰分；

(3)将部分所述烟气返回至(1)用于携带所述气化细渣粉末与所述氧气接触进行燃烧；

其中，燃烧前，对所述气化细渣粉末进行元素分析，确定元素的含量和比值，将其输入到控制系统；

根据所述气化细渣粉末的元素含量和比值以及给料量，控制系统输出信号并调整所述烟气的量，控制燃烧时的氧气浓度为30-50vol％，过量空气系数为1.1-1.2。

本发明第二方面提供一种处理气化细渣的系统，其特征在于，所述系统包括干化机3、料仓5、锅炉8、换热器11、布袋除尘器12、烟气风机18、氧气鼓风机19和控制系统21；

所述干化机3的出口与所述料仓5的入口连通，用于将所述的气化细渣进行脱水；

所述料仓5的出口与所述锅炉8的入口连通，用于将脱水后的气化细渣进行破碎；

所述烟气风机18的出口与料仓5的入口连通，用于将破碎后的气化细渣气力输送至锅炉8；

所述锅炉8的出口经过所述换热器11与所述布袋除尘器12的入口连通，用于将气化细渣进行燃烧；

所述换热器11的出口与锅炉8的入口连通，用于将换热后的氧气送入锅炉燃烧；

所述氧气鼓风机19的出口与所述换热器11的入口连通，用于氧气的供给；

所述控制系统21与氧气鼓风机19和烟气风机18连通，用于控制锅炉8内的氧气的浓度和过量空气系数。

本发明第三方面提供一种第一方面所述的处理气化细渣的方法和/或第二方面所述的处理气化细渣的系统在气化细渣处理中的应用。

通过上述技术方案，本发明提供的处理气化细渣的方法、系统及应用获得以下有益效果：

1、根据气化细渣粉末的给料量和燃料元素分析经控制系统控制氧气浓度为30-50vol％，控制炉膛内部过量空气系数为1.1-1.2，能够保证气化细渣处于增氧氛围，强化并促进气化细渣的着火和燃尽，保证气化细渣的稳定和充分燃烧；

2、经布袋除尘器除尘后的高浓度二氧化碳烟气进入冷凝器通过气液分离器将二氧化碳分离出来，实现二氧化碳捕集，减少二氧化碳排放，灰渣含碳量不大于5wt％，有利于后续的资源化利用；同时气化细渣干化过程产生的水和烟气中经冷凝和气液分离后的水送入储水池，实现水资源的回收。

附图说明

图1是处理气化细渣的系统示意图。

附图标记说明

1渣浆机；2气化细渣输送管道；3干化机；4干化水收集管道；5料仓；6料仓出口气化细渣输送管道；7储水池；8锅炉；9炉渣收集器；10烟气冷凝水收集管道；11换热器；12布袋除尘器；13布袋除尘器出口烟气管道；14烟气冷凝器；15二氧化碳储气罐；16气液分离器；17引风机再循环烟气入口管道；18再循环烟气风机；19纯氧鼓风机；20氧气供应管道；21控制系统；22料仓送风入口管道。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供一种处理气化细渣的方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)将气化细渣进行脱水、破碎后，得到气化细渣粉末；

(2)将所述气化细渣粉末与氧气接触进行燃烧，得到烟气和灰分；

(3)将部分所述烟气返回至步骤(1)用于携带所述气化细渣粉末与所述氧气接触进行燃烧；

其中，燃烧前，对所述气化细渣粉末进行元素分析，确定气化细渣粉末中各元素的含量和各元素含量的比值；

根据所述气化细渣粉末中的各元素的含量和各元素含量的比值，控制气化细渣粉末的给料量和控制步骤(3)中返回至步骤(1)的所述烟气的通入量，使得燃烧时的氧气浓度为30-50vol％，过量空气系数为1.1-1.2。

本发明中，根据气化细渣的给料量和元素(C、H、O、N、S)分析经控制系统控制氧气浓度为30-50vol％，控制炉膛内部过量空气系数为1.1-1.2，能够保证气化细渣处于增氧氛围，强化并促进气化细渣的着火和燃尽，保证气化细渣的稳定和充分燃烧，使得到的灰渣含碳量较低，有利于气化细渣的高效处理和后续的资源化利用。

根据本发明，所述气化细渣的来源没有特别的限定，本发明实施例中涉及到的气化细渣为煤化工气化飞灰经湿法脱除得到的高含水滤饼。

本发明中，所述高含水滤饼的干基固定碳含量大于20wt％，含水率为50-70wt％，粒径不大于500μm。

根据本发明，所述气化细渣粉末的含水量为10-30wt％。

根据本发明，所述气化细渣粉末的粒径不大于100μm。

根据本发明，所述烟气的温度为150-250℃。

进一步地，所述方法还包括，将所述烟气和所述氧气进行热交换，使得步骤(2)中氧气的温度为200-300℃

本发明中，所述换热后燃烧时的温度满足上述范围时，能够促进气化细渣在炉内的着火和燃烧。

根据本发明，将所述烟气进行气液分离，得到干烟气。

根据本发明，所述干烟气中，二氧化碳浓度不小于95vol％。

本发明第二方面提供一种处理气化细渣的系统，其特征在于，所述系统包括干化机3、料仓5、锅炉8、布袋除尘器12、烟气风机18、氧气鼓风机19和控制系统21；

将气化细渣输送至所述干化机3进行脱水；

所述料仓5的入口与所述干化机3的出口连通，用于将脱水后的气化细渣进行破碎，得到气化细渣粉末；

所述烟气风机18的入口与所述布袋除尘器12的出口连通，所述烟气风机18的出口与料仓5的入口连通，用于将燃烧时产生的烟气循环用于料仓5中气化细渣粉末的气力输送；

所述锅炉8的入口与所述料仓5连通，用于将所述气化细渣粉末进行燃烧，得到包含烟气和灰分的气固混合物；

所述布袋除尘器12的入口与所述锅炉8的出口连通，用于对所述气固混合物进行分离，得到烟气和灰分；

所述氧气鼓风机19与所述锅炉8连通，用于提供燃烧所需的氧气；

所述控制系统21分别与氧气鼓风机19和烟气风机18连通，用于控制气化细渣粉末的给料量和控制步骤3中返回至步骤1的所述烟气的通入量，使得燃烧时的氧气浓度为30-50vol％，过量空气系数为1.1-1.2。

根据本发明，所述系统还包括：渣浆机1、储水池7、炉渣收集器9、换热器11、烟气冷凝器14、二氧化碳储气罐15和气液分离器16；

其中，所述渣浆机1的出口与所述干化机3的入口连通，用于将气化细渣输送到干化机3将所述气化细渣脱水至含水量10-30wt％；

所述储水池7与干化机3连通，用于将气化细渣中脱除的水进行储存；

所述炉渣收集器9设置于所述锅炉8的底部，用于将燃烧后的炉渣进行收集；

所述换热器11与锅炉8的入口连通，用于将换热后的氧气送入锅炉8；

所述烟气冷凝器14的入口和所述布袋除尘器12的出口连通，用于将烟气进行冷凝；

所述气液分离器16的入口与所述烟气冷凝器14的出口与连通，用于将冷凝后的烟气进行气液分离；

所述气液分离器16的出口与二氧化碳储气罐15连通，分离出的气体进入二氧化碳储气罐15；

所述气液分离器16和储水池7连通，分离出的水进入储水池7。

本发明中，经布袋除尘器除尘后的高浓度二氧化碳烟气进入冷凝器通过气液分离器将二氧化碳分离出来，实现二氧化碳捕集，减少二氧化碳排放；同时气化细渣干化过程产生的水和烟气中经冷凝和气液分离后的水送入储水池，实现水资源的回收。

根据本发明，所述系统还包括：气化细渣粉末输送管道2、料仓出口气化细渣输送管道6、烟气冷凝水收集管道10、布袋除尘器出口烟气管道13、引风机烟气入口管道17和料仓送风入口管道22，分别用于将不同的两个设备进行连通。

本发明中一种具体实施方式：如图1所示，

所述渣浆机1的出口经气化细渣粉末输送管道2与所述干化机3的入口连通，用于将气化细渣输送到干化机3中将所述气化细渣脱水至含水量10-30wt％；

所述储水池7经干化水收集管道4与干化机3连通，用于将气化细渣中脱除的水进行储存；

所述料仓5的入口与所述干化机3的出口连通，用于将脱水后的气化细渣破碎至粒径不大于100μm的气化细渣粉末；

所述烟气风机18的入口经引风机再循环烟气入口管道17与所述布袋除尘器12的出口连通，所述烟气风机18的出口经氧气供应管道22与料仓5的入口连通，用于将燃烧时产生的烟气循环用于料仓5中气化细渣粉末的气力输送；

所述锅炉8的入口经料仓出口气化细渣输送管道6与所述料仓5连通，用于将所述气化细渣粉末进行燃烧，得到包含烟气和灰分的气固混合物；

所述炉渣收集器9设置于所述锅炉8的底部，用于将燃烧后的炉渣进行收集；

所述氧气鼓风机19的出口与所述换热器11的入口连通，用于氧气的供给；

所述换热器11的出口与锅炉8的入口连通，用于将换热后200-300℃的氧气送入锅炉燃烧

所述布袋除尘器12的入口与所述换热器11的出口连通，用于对所述气固混合物进行分离，得到烟气和灰分；

所述烟气冷凝器14的入口经布袋除尘器出口烟气管道13和所述布袋除尘器12的出口连通，用于将烟气进行冷凝；

所述气液分离器16的入口与所述烟气冷凝器14的出口与连通，用于将冷凝后的烟气进行气液分离；

所述气液分离器16的出口与二氧化碳储气罐15连通，分离出的气体进入二氧化碳储气罐15；

所述气液分离器16经烟气冷凝水收集管道10和储水池7连通，分离出的水进入储水池7

所述控制系统21分别与氧气鼓风机19和烟气风机18连通，用于控制气化细渣粉末的给料量和控制步骤3中返回至步骤1的所述烟气的通入量，使得燃烧时的氧气浓度为30-50vol％，过量空气系数为1.1-1.2。

本发明第三方面提供一种第一方面所述的处理气化细渣的方法和/或第二方面所述的处理气化细渣的系统在气化细渣处理中的应用。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

气化细渣，粒径：小于500μm；

工业分析：收到基含水量(M

元素分析：干燥基碳元素含量(C

实施例1

如图1所示，所述渣浆机1的出口经气化细渣粉末输送管道2与所述干化机3的入口连通，用于将气化细渣输送到干化机3中将所述气化细渣脱水至含水量20wt％；

所述储水池7经干化水收集管道4与干化机3连通，用于将气化细渣中脱除的水进行储存；

所述料仓5的入口与所述干化机3的出口连通，用于将脱水后的气化细渣破碎至粒径为100μm及以下的气化细渣粉末；

所述烟气风机18的入口经引风机再循环烟气入口管道17与所述布袋除尘器12的出口连通，所述烟气风机18的出口经氧气供应管道22与料仓5的入口连通，用于将燃烧时产生的烟气循环用于料仓5中气化细渣粉末的气力输送；

所述锅炉8的入口经料仓出口气化细渣输送管道6与所述料仓5连通，用于将所述气化细渣粉末进行燃烧，得到包含烟气和灰分的气固混合物；

所述炉渣收集器9设置于所述锅炉8的底部，用于将燃烧后的炉渣进行收集；

所述氧气鼓风机19的出口与所述换热器11的入口连通，用于氧气的供给；

所述换热器11的出口与锅炉8的入口连通，用于将换热后300℃的氧气送入锅炉燃烧

所述布袋除尘器12的入口与所述换热器11的出口连通，用于对所述气固混合物进行分离，得到烟气和灰分；

所述烟气冷凝器14的入口经布袋除尘器出口烟气管道13和所述布袋除尘器12的出口连通，用于将烟气进行冷凝；

所述气液分离器16的入口与所述烟气冷凝器14的出口与连通，用于将冷凝后的烟气进行气液分离，得到干烟气；

所述气液分离器16的出口与二氧化碳储气罐15连通，将上述干烟气输送至二氧化碳储气罐15进行储存；

所述气液分离器16经烟气冷凝水收集管道10和储水池7连通，分离出的水进入储水池7

所述控制系统21分别与氧气鼓风机19和烟气风机18连通，用于控制气化细渣粉末的给料量和控制步骤3中返回至步骤1的所述烟气的通入量，使得燃烧时的氧气浓度为50vol％，过量空气系数为1.2。

最终，所述干烟气中的二氧化碳浓度为95vol％，且所述系统能够实现气化细渣的有效处理，得到的灰渣含碳量为3.5wt％，可用于后续的资源化利用。

实施例2

与实施例1的方法一致，不同的是，控制燃烧时的氧气浓度为40vol％。

最终，所述干烟气中的二氧化碳浓度为95vol％，得到的灰渣含碳量为4wt％。

实施例3

与与实施例1的方法一致，不同的是，控制燃烧时的过量空气系数为1.1。

最终，所述干烟气中的二氧化碳浓度为96vol％，得到的灰渣含碳量为4.5wt％。

对比例1

与实施例1的方法一致，不同的是，控制燃烧时的氧气浓度为20vol％。

所述干烟气中的二氧化碳浓度为94vol％，得到的灰渣含碳量为8wt％，甚至无法实现气化细渣的稳定处理。

对比例2

与实施例1的方法一致，不同的是，控制燃烧时的过量空气系数为1。

所述干烟气中的二氧化碳浓度为93vol％，得到的灰渣含碳量为8wt％，甚至无法实现气化细渣的稳定处理。

通过实施例1-4的结果可以看出，采用本发明提供的处理气化细渣的方法和系统，能够获得很好的技术效果，二氧化碳浓度在95vol％以上，且得到的灰渣含碳量不大于5wt％，该系统能实现气化细渣的有效处理，且二氧化碳和水被收集利用，减少了二氧化碳的排放，节约了水资源。

而不满足本发明技术方案的对比例1-2，二氧化碳的浓度均在95vol％以下，且得到的灰渣含碳量较高，不利于后续的资源化利用，甚至无法实现气化细渣的稳定处理。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。