一种利用循环流化床技术处置电石行业固废的工艺及设备

技术领域

本申请涉及粉尘状固废资源化利用的生产工艺及设备技术领域，特别是一种利用循环流化床技术处理电石行业固废的工艺及设备。

背景技术

在电石炉生产过程中，电石炉尾气携带的飞灰即为净化灰，粒径D

目前，净化灰和除尘灰经常采用堆场堆放或者填埋的方式进行处理，由于粒径极细，容易四处溢散，对周围环境造成了较大的危害。尤其是净化灰，本身存在自燃的风险，在运输、堆场堆放或者填埋过程中存在安全隐患。炭材筛下物由于粒径较细，也常添加到煤中作为燃料使用。

电石生产过程中所必须的原料为烘干后的兰炭，目前现有的工艺流程为利用普通沸腾炉燃烧煤、兰炭等产生的热风对湿兰炭进行烘干，运行成本较高。而国内有一部分厂采用净化灰和除尘灰部分替代煤和兰炭，但是易发生结焦的现象，导致频繁停炉，严重影响生产。

专利CN110553504A公开了以电石炉净化灰为燃料烘干兰炭的方法，其通过利用给料机构将净化灰送入沸腾炉中进行燃烧处理，这样虽然可以替代部分的燃料，但是在实际过程中沸腾炉内明火区域的温度无法控制，导致结焦严重，连续运行周期通常为1周至1个月不等。频繁的启停炉不仅增加了能耗，而且无法生产出连续稳定的炭材，给实际运行过程带来极大的影响。

发明内容

本发明的目的是，提供一种处理电石行业粉尘状固废的工业炉系统，并可提供热烟气用于烘干窑等热风使用装置的生产工艺及设备。

第一方面，提供了一种利用循环流化床技术处置电石行业固废的设备，包括：循环流化床、旋风式返料器、混合器、除尘器、热风使用装置以及尾气净化处理排放装置；

辅助燃料筛下物和固废飞灰投加到循环流化床燃烧，燃烧产生的热烟气携带飞灰进入旋风式返料器；

经旋风补集的第一部分颗粒物返回至循环流化床内，以维持循环流化床内的稳定，经旋风补集的第二部分颗粒物作为灰渣排出，未被捕集的飞灰随烟气由旋风式返料器上部出口去往混合器；

混合器排出的热风进入除尘器除尘，除尘后的洁净烟气进入热风使用装置，然后经尾气净化系统净化后排放。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述辅助燃料筛下物通过螺旋送料装置从循环流化床的下部投加到循环流化床的布风板上方，使辅助燃料筛下物进行流态化燃烧；固废飞灰通过气力输送上料系统从辅助燃料进料点上方投加到循环流化床，以使固废飞灰悬浮燃烧。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，固废飞灰进料口在循环流化床炉体截面周向均匀设置1～6个，固废飞灰进料口与炉体的切线方向夹角为30～90°，与水平方向的夹角为0～60°，以使固废飞灰进料产生稳定漩涡，并抵消来自一部分辅助燃料燃烧产生烟气的流化作用力。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，辅助燃料及固废飞灰的投料质量比例为1:2～1:20，以使循环流化床内温度为850～900℃。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，循环流化床分两路供风；

一次风从炉膛下部通入，并通过布风板，从而使筛下物呈流态化；

二次风在固废飞灰进料口的上方进入，二次风鼓入的空气和固废飞灰均匀混合，二次风的进风口满足：1～6个进风口，进风口与炉体的切线方向夹角为30～90°。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，旋风式返料器的灰渣排出量与灰渣返回量的比例为1:3～1:10，以使循环流化床内温度为850～900℃，且灰渣残碳低于5％。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，旋风式返料器中额外增加石英石作为热载体物料与固废飞灰和辅助燃料混合进入循环流化床。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，混合器通过添加低温气体使热烟气降温至热风使用装置或尾气净化处理排放装置的工作温度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，将混合器处的压力控制在-4kPa至-5kPa，在混合器中上部设置1～3层调节风门，每层设置2～6个均匀布置的风门，低温气体通过风门进入控温混合器内，在混合器内发生旋流后与烟气进行混合，使烟气降温，旋流直径与壳体内径比例为0.05～0.5，停留时间达2～5s。

第二方面，提供了一种利用循环流化床技术处置电石行业固废的工艺方法，包括：

辅助燃料筛下物和固废飞灰投加到循环流化床燃烧，燃烧产生的热烟气携带飞灰进入旋风式返料器；

经旋风补集的第一部分颗粒物返回至循环流化床内，以维持循环流化床内的稳定，经旋风补集的第二部分颗粒物作为灰渣排出，未被捕集的飞灰随烟气由旋风式返料器上部出口去往混合器；

混合器排出的热风进入除尘器除尘，除尘后的洁净烟气进入热风使用装置，然后经尾气净化系统净化后排放。

与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：

1)针对电石行业固废的实际情况，设计一种全新的利用循环流化床技术处置电石行业固废的工艺及设备。该工艺以筛下物为辅助燃料，净化灰和除尘灰等粉尘状固废为处置物，经循环流化床燃烧产生热风，用于电石生产过程中烘干窑等热风使用装置，达到废物热值利用和资源化的效果。

2)由于净化灰热值偏低，但其中含有的镁元素使得燃烧过程又较剧烈，极易发生结焦的现象。同时净化灰属于超细粘附性难流化颗粒物，高温下易发生团结。采用循环流化床技术处理电石行业的固废，流化床内烟气流速较普通沸腾炉快，炉内热流场相对均匀，多种措施优化流化质量，使炉内不会发生结焦或者粘壁的情况，极大的延长了系统的使用周期，提高了系统的稳定性。

3)利用循环流化床可以通过旋风式返料器控制返灰的比例，进而控制物料在循环流化床内的停留时间，有效保证物料中的可燃组分经充分燃烧后离开炉内。同时，返回的飞灰可以控制流化床的温度，降低结焦的可能性。

4)混合器的设置可以有效控制热烟气的温度以及氧含量，保证烘干窑等热风使用装置的使用需求。

5)除尘器的设置使进入烘干窑的热烟气洁净，降低了烟气中粉尘的携带率，避免了对炭材品质的影响，提高了产品的稳定性。

6)除尘灰、净化灰、筛下物替代了煤、兰炭的使用，有效的降低了运行成本。净化灰经燃烧处理后，其中的可燃组分均被燃烧，剩余的CaO、MgO可作为脱硫剂或者其他用途，既减少了对环境的污染，降低了安全隐患，又可以产生经济效益。

附图说明

图1为本发明所提供的利用循环流化床技术处置电石行业固废的工艺及设备。

图2为本发明所提供的混合器的同层调节风门的结构图。

图3为本发明所提供的混合器的多层调节风门的结构图。

图中，1循环流化床，2旋风式返料器，3混合器，4除尘器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。

图1示出了本发明提供的循环流化床技术处理电石行业固废的生产设备的示意性结构图。

该生产设备可以包括循环流化床1、旋风式返料器2、混合器3、除尘器4、相关配套的上料系统、后续连接烘干窑等热风使用装置以及尾气净化处理排放装置。整个系统通过后系统尾气处理装置的引风机维持负压运行。

循环流化床1的下部侧壁通过螺旋送料装置，可以将2～8mm的高热值辅助燃料筛下物(主要为电石厂兰炭筛下物)投加到循环流化床1布风板上方。在该区域内，物料实现流态化燃烧，保证底部的持续燃烧和稳定的火焰。在流化床中部侧壁、辅助燃料进料点上方，通过气力输送上料系统向循环流化床1投加D

本实例中辅助燃料设置1个进料口。固废飞灰进料口可根据实际物料的处理量在炉体截面周向均匀设置1～6个，进料口与炉体的切线方向夹角为30～90°，与水平方向的夹角为0～60°。在一个实施例中，固废飞灰设置3个进料口，这3个进料口在流化床炉体横截面上周向均布，与炉体切线方向的夹角为90°，与水平方向的夹角为33°。

辅助燃料及固废飞灰的投料量均根据进料系统进行实时受控调节。辅助燃料及固废飞灰的投料质量比例为1:2～1:20，可通过调整投料比例来维持流化床内温度为850～900℃。在一个实施例中，辅助燃料及固废飞灰的投料比例为1:20。

辅助燃料以及固废的投料质量比例是根据混合后物料的热值以及粒径分布决定的，在实际操作过程中，可根据流化床的温度调整辅助燃料的投加量。

对于常规的循环流化床而言，其处理的物料通常为Geldart分类中的A类物料，也就是说对于2～8mm的辅助燃料可以较为容易的被流化，通过单一进料口进入炉膛后可轻易被流化风流化。但是对于D

本发明主要通过多重外力场和改善颗粒物性能的方式，使固废飞灰实现流化悬浮燃烧。本发明中通过炉体截面周向均布的多个进料口，使每个进料口进入炉膛的固废量是基本一致的。通过调整固废飞灰进料口的夹角使超细粉旋流进入炉体，在炉体截面上形成漩涡。漩涡的大小可以通过进料口的数量以及与炉体切线方向的夹角调整。这些超细的固废受到进料气流的喷射风以及炉体内部的流化风的双重作用，流化风的大小因辅助燃料的流化无法大幅调节，故需利用固废飞灰进料口与水平方向夹角去抵消一部分的流化作用力，使漩涡可以稳定存在于炉膛内。

循环流化床1分两路供风，其中一次风从炉膛下部通入，并以一定速度通过布风板，从而使筛下物呈流态化。二次风在布风板上方供入，为燃烧提供所需的空气。在图1所示的实施例中，二次风从循环流化床1中段、固废飞灰进料口的上方进入。根据风量在炉体截面周向均匀设置1～6个进风口，进风口与炉体的切线方向夹角为30～90°。在本申请提供的一个实施例中，二次风在炉体周向均布设置了6个进风口，呈45°切向进入炉膛。

风在炉内切向旋流，物料与空气充分混合，保证了燃烧的充分。较快的烟气流速与旋流流场使的物料结焦的可能性大大降低，即使有局部结焦的情况，炉内也会对结焦或者粘壁位置进行冲刷，极大的缓解了结焦情况。与目前行业内常用的沸腾炉工艺相比，连续运行周期大大延长。

二次风的目的是为固废飞灰的燃烧提供必需的空气，其分多个进风口进入炉膛的作用就是为了与固废飞灰在炉膛内形成的漩涡有更好的接触和混合，使固废飞灰的燃烧不会因混合不均匀导致出现局部富氧和局部欠氧的情况，从而实现充分的燃烧，降低固废飞灰中的残碳。另外的目的就是气速较快，可以起到缓解结焦的作用。

循环流化床1燃烧产生850～900℃的热烟气携带着飞灰进入旋风式返料器2中，D

可根据循环流化床内的温度和灰渣中的残碳要求调整灰渣排出量与灰渣返回量的比例，一般为1:3～1:10，进一步地，为1:4～1:6，进而相应调整物料在炉内的停留时间。例如，在设计工况下，平稳运行时的设定值为1:5，净化灰和除尘灰停留时间为12s，灰渣残碳低于5％。

实际运行过程中，可根据循环流化床内的温度和灰渣中的残碳要求实时调整返回的飞灰量，并调整物料在炉内的停留时间。如灰渣残碳高于5％时，可将灰渣排出量与灰渣返回量的比例提高至1:6甚至更高。如流化床内温度过低，可以将灰渣排出量与灰渣返回量的比例降低至1:4。

由于固废飞灰粒度过小，无法保证经由旋风式返料器2适量返回，因此在一个实施例中，可以额外增加石英砂作为热载体物料(图1中未示出)。通过使用恰当粒度的石英砂，可以控制流化床系统中的热量循环。固废飞灰在炉膛内部与大粒径的石英砂等热载体物料以及辅助燃料的混合，使C类颗粒物的粘附性大大降低，改善了物料的流化性能，在炉体实现了稳定的燃烧。

从旋风式返料器2出口排出的烟气温度高，风量低，如直接进入后续的烘干窑等热风使用装置，不仅在烘干窑内严重偏流，会影响烘干窑内的炭材的品质，甚至在冷热不均匀的区域会导致物料破裂。而且较高的温度(850-900℃)会远远高于炭材等物料的着火点，可能发生火灾。较低的温度又无法满足烘干所需的热量要求。因此，提供合适温度并保证一定风量的洁净烟气是非常关键的。

在本申请提供的实施例中，未被捕集的飞灰随烟气由旋风式返料器2上部出口去往混合器3，混合器3排出的热风进入除尘器4除尘。除尘后的洁净烟气进入烘干窑等热风使用装置，然后经尾气净化系统净化后排放。整个系统通过尾气净化排放装置的引风机维持负压运行。

从旋风式返料器2出口的烟气由于温度较高，需通过负压吸入(或者动力鼓入)低温气体使热烟气降温至200～500℃，低温气体流量可以根据混合器3后方的热风使用装置的温度需求进行实时调节。低温气体可以为空气或者其他不燃气体，如本系统引风机后排放的尾气进行循环使用、电石行业中的石灰窑排放尾气、锅炉的排放尾气等。同时可通过控制混合器3内烟气的流速，使烟气携带的飞灰发生沉降，使其具备一定的惯性除尘功能，可以对烟气进行初步的除尘。

将混合器3处的压力控制在-4kPa至-5kPa，在混合器中上部设置1～3层调节风门，每层设置2～6个均匀布置的风门，如图2和图3所示。在负压的作用下，低温气体通过风门进入控温混合器内，在混合器内发生旋流后与烟气进行混合，使烟气实现快速降温，旋涡直径与壳体内径比例为0.05～0.5，停留时间达2～5s。通过调整风门的开度来控制低温气体的流量，进而控制出口的烟气温度保持在200～500℃，例如保持在280℃左右。通过上述的方式，使烟气流量增大，温度降低，满足了烘干系统所需的气流要求。同时，可以调整进入风门的空气和其他不燃气体的流量，从而调配混合器出口烟气中的氧含量在4％～16％范围内。

在一个实施例中，所采用的混合器3同时具有一定的惯性除尘功能，可以对进入下游除尘器4的混合烟气进行初步除尘。

除尘器4一般为惯性除尘器或者重力除尘器，将烟气中的粉尘进一步除尘，分割粒径为D

结合图1所示的循环流化床技术处理电石行业固废的生产设备，本申请实施例还提供一种循环流化床技术处理电石行业固废的生产工艺，包括：辅助燃料筛下物和固废飞灰投加到循环流化床燃烧，燃烧产生的热烟气携带飞灰进入旋风式返料器；经旋风补集的第一部分颗粒物返回至循环流化床内，以维持循环流化床内的稳定，经旋风补集的第二部分颗粒物作为灰渣排出，未被捕集的飞灰随烟气由旋风式返料器上部出口去往混合器；混合器排出的热风进入除尘器除尘，除尘后的洁净烟气进入热风使用装置，然后经尾气净化系统净化后排放。生产工艺的具体实施方式可以参照上述循环流化床技术处理电石行业固废的生产设备的具体实施方式。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。