一種煤矸石脫炭方法及循環流化床選礦鍋爐的制作方法
【專利摘要】一種煤矸石脫炭方法及循環流化床選礦鍋爐，該方法包括以下步驟：（1）將經破碎、烘干后的煤矸石置于流化床鍋爐的流化床燃燒室內進行燃燒，煤矸石自身產生的高溫煙氣將熱量傳給爐壁，傳給爐壁的熱量提升爐膛的溫度至850~950℃，使得煤矸石充分燃燒，進行脫炭；（2）煤矸石燃燒后產生的高溫煙氣經旋風分離器分離，根據流化床爐壓梯度分布，以五氧化二釩的形式分段提取煤矸石中的釩。本發明還包括一種循環流化床選礦鍋爐。本發明有效實現發電、供熱、煅燒及選礦高效、一體化，能夠將煤矸石脫炭至2%以內，且循環流化床選礦鍋爐熱效率提高5%以上。
【專利說明】一種煤矸石脫炭方法及循環流化床選礦鍋爐

【技術領域】
[0001] 本發明涉及煤矸石脫炭技術和循環流化床鍋爐選礦技術，特別是一種煤矸石脫炭 方法及循環流化床選礦鍋爐。

【背景技術】
[0002] 循環流化床鍋爐技術是近十幾年來迅速發展的一項高效低污染清潔燃燒枝術，可 燃用優質煤、劣質煤、固體廢棄物、生物質等燃料，廣泛應用于發電、造紙、建材、化工、冶煉 等行業?，F有的循環流化床鍋爐燃用煤種熱值都在2000kcal/kg以上，燃用該熱值煤種或 固體顆粒燃料時，燃燒后生成的灰渣綜合含炭量高，一般都在5%以上；且燃燒熱效率低，僅 70%左右。
[0003] 煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層 伴生的一種含炭量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。高炭礦石是也是煤矸石的一個種類。 高炭礦石和煤矸石在我國現有探明煤炭能源儲量所占比重10%左右，其特點是熱值低 (500-1500kcal/kg)、比重大、富含多種礦物成分、燃燒困難等。煤矸石高效綜合利用是我國 新能源和新材料研究的前沿科學技術，誰首先研發成功，誰就處于市場競爭的有利位置。但 是，目前我國對這方面的研究及利用水平還比較低。
[0004] 微量元素富集是提取煤矸石中釩等微量元素另一個關鍵技術。礦石或灰(漁)中微 量元素含量越高，提取這些元素也就越容易，成本也就越低。要想提取煤矸石中的微量成分 釩，就必須將礦石含炭量降低到一定水平。目前市場上對富含有價值微量元素脫炭主要有 兩種方式，一種是以消耗能源的方式來進行脫炭，另一種是利用自身熱量來脫炭。第一種方 式屬于高能耗落后技術方式，不符合國家產業政策，已被市場淘汰。第二種方式是利用窯爐 靠煤矸石自身熱量來煅燒脫炭，煤矸石脫炭技術采用最好、最多的窯爐是流化床燃燒爐。目 前，現有的流化床爐燃燒后生成的灰含炭量在8%左右，生成的渣含炭量在4%左右，有的流 化床爐灰渣含炭量更高。提取這些流化床爐燒出來的灰渣中微量礦物質成分成本太高，根 本無法生成，所以燒出來的灰渣大都用作水泥或建筑用磚的原材料。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是克服現有技術的上述不足而提供一種成本低，節能降耗，脫炭效 率高的煤矸石脫炭方法及循環流化床選礦鍋爐，能夠將煤矸石脫炭至2%以內，且循環流化 床選礦鍋爐熱效率提高5%以上。
[0006] 本發明之煤矸石脫炭方法的技術方案是：一種煤矸石脫炭方法，包括以下步驟： (1) 將經破碎、烘干后的煤矸石置于流化床鍋爐的流化床燃燒室內進行燃燒，流化床燃 燒室的熱床比為1. 6~2. 5,煤矸石自身產生的高溫煙氣將熱量傳給爐壁，傳給爐壁的熱量提 升爐膛的溫度至85(T950°C，使得煤矸石充分燃燒，進行脫炭； (2) 煤矸石燃燒后產生的高溫煙氣經旋風分離器分離，根據流化床爐壓梯度分布，以五 氧化二釩的形式分段提取煤矸石中的釩，使富含五氧化二釩的煤矸石以飛灰的形式隨煙氣 進入尾部煙道，通過收塵器收集，次富含五氧化二釩的煤矸石以灰渣的形式從返料排灰口 排出，或通過返料通道返回流化床燃燒室進行再循環；低含五氧化二釩的煤矸石以渣的形 式通過排渣口收集。
[0007] 進一步，步驟（1)中，煤矸石自身產生的高溫煙氣將熱量傳給爐壁后，爐壁內的爐 水被煙氣加熱后經汽水分離裝置分成飽和蒸汽和飽和的爐水，飽和的爐水進入爐壁內繼續 循環流動，維持流化床爐壓梯度和爐溫；飽和蒸汽則經過熱器加熱成為過熱蒸汽，用于供熱 或發電。
[0008] 進一步，步驟（1)中，所述煤矸石充分燃燒所需要的氧氣來源是由空氣預熱器將進 風裝置送入的自然狀態下的風加熱成熱空氣，熱空氣分兩部分分別進入進風裝置和水冷風 室，為煤矸石充分燃燒提供足夠的氧氣。
[0009] 進一步，步驟（2)中，所述富含五氧化二釩的質量百分比為彡1. 5%，次富含五氧化 二釩的質量百分比為〇. 59Γ1. 4%，低含五氧化二釩的質量百分比為< 0. 5%。
[0010] 進一步，步驟（2)中，所述旋風分離器的分離條件為：最小分離粒徑8μηι?ΙΟμπι， 切割粒徑dc8?15um。 toon] 本發明之循環流化床選礦鍋爐的技術方案是：一種循環流化床選礦鍋爐，包括爐 膛，所述爐膛的上方安裝有鍋筒；所述爐膛的底部一側外接給料機以及朝向所述爐膛吹風 的進風裝置；所述給料機經管路通向所述爐膛下部的流化床燃燒室；所述流化床燃燒室的 下方設有水冷風室和排渣口；所述爐膛的出口煙氣上升后進入旋風分離器，所述旋風分離 器的出口煙氣上升后經水平煙道轉彎至尾部堅井煙道；所述堅井煙道中依次設有尾部受熱 面和尾部煙道；所述旋風分離器設置于水平煙道的下方；所述旋風分離器的下方排出口連 接返料通道；所述返料通道的始端設有返料排灰口；所述返料通道的末端通向所述爐膛的 流化床燃燒室；所述爐膛設置有溢料口；所述尾部受熱面包括沿煙氣流向依次設置的過熱 器、高溫省煤器、第一空氣預熱器、中低溫省煤器和第二空氣預熱器。
[0012] 進一步，所述鍋筒的出水口管路連接所述爐膛的爐壁進水口；所述爐膛的爐壁出 水口管路連接所述鍋筒；所述鍋筒的進水口管路連接所述高溫省煤器的出口；所述鍋筒的 飽和蒸汽出口管路連接所述過熱器的進口。
[0013] 進一步，所述過熱器包括高溫過熱器和低溫過熱器，所述高溫過熱器、低溫過熱器 順次布置于所述旋風分離器的出口煙氣流向方向。
[0014] 進一步，所述流化床燃燒室按照熱床比為1. 6~2. 5進行設置。
[0015] 進一步，所述旋風分離器為高溫絕熱旋風分離器或帶料腿水冷旋風分離器；當旋 風分離器為帶料腿水冷旋風分離器時，所述鍋筒的出水口管路連接所述帶料腿水冷旋風分 離器的料腿水冷進水口；所述帶料腿水冷旋風分離器的料腿水冷出水口管路連接所述鍋 筒。
[0016] 本發明與現有技術相比具有如下特點： (1) 循環流化床選礦鍋爐熱效率提高5%以上； (2) 充分利用煤矸石自身熱能，不再采用大量消耗額外高品質能源的方式進行煤矸石 脫炭； (3) 相對于普通窯爐，其脫炭效果更為有效，采用熱床比的設計原理，保證脫炭后灰渣 含炭量在2%以內，脫炭到2%以內的煤矸石灰是提取釩等微量元素成分最好的原材料，可以 大大降低生產成本，且煤矸石灰和渣活性特別好，可以直接作為水泥原料； (4)煤矸石經流化床鍋爐煅燒后產生的熱能可以被用作發電、供熱等，實現發電、供熱、 煅燒及選礦高效、一體化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的循環流化床選礦鍋爐結構示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明的詳細結構作進一步描述。
[0019] 實施例1 如圖1所示：一種循環流化床選礦鍋爐，包括爐膛4,爐膛4的上方安裝有鍋筒9 ;爐膛4 的底部一側外接給料機10以及朝向所述爐膛吹風的進風裝置12 ;給料機10經管路通向爐 膛4下部的流化床燃燒室3 ;流化床燃燒室3的下方設有水冷風室2和排渣口 1 ;爐膛4的 出口煙氣上升后進入旋風分離器6,旋風分離器6的出口煙氣上升后經水平煙道轉彎至尾 部堅井煙道；堅井煙道中依次設有尾部受熱面7和尾部煙道11 ;旋風分離器6設置于水平 煙道的下方；旋風分離器6的下方排出口連接返料通道5 ;返料通道5的始端設有返料排灰 口 8 ;返料通道5的末端通向爐膛4的流化床燃燒室3 ;尾部受熱面7包括沿煙氣流向依次 設置的過熱器、高溫省煤器、第一空氣預熱器、中低溫省煤器和第二空氣預熱器，在圖1中 未具體示出。
[0020] 給料機10為螺旋給料機；進風裝置為風機電動給風，且風速可調；旋風分離器6 為高溫絕熱旋風分離器。
[0021] 鍋筒9的出水口管路連接爐膛4的爐壁進水口；爐膛4的爐壁出水口管路連接鍋 筒9 ;鍋筒9的進水口管路連接尾部受熱面7中的高溫省煤器出口。
[0022] 鍋筒9的飽和蒸汽出口管路連接尾部受熱面7中的過熱器進口，過熱器的出口管 路連接用熱終端。
[0023] 過熱器包括高溫過熱器和低溫過熱器，高溫過熱器、低溫過熱器順次布置于旋風 分離器6的出口煙氣流向方向。
[0024] 流化床燃燒室3按照熱床比為1. 6~2. 5進行設置，其中熱床比為煤矸石的熱值與 流化床燃燒室3的床面積間的比值；采用熱床比的設計原理，可保證脫炭后灰渣含炭量在 2%以內，而脫炭到2%以內的煤矸石灰是提取釩等微量元素成分最好的原材料，可以大大降 低生產成本，且煤矸石灰和渣活性特別好，可以直接作為水泥原料。
[0025] 實施例2 一種煤矸石脫炭方法，包括以下步驟： (1)將經破碎、烘干后的煤矸石置于流化床鍋爐的流化床燃燒室3內進行燃燒，流化床 燃燒室3的熱床比為1. 6~2. 5,煤矸石自身產生的高溫煙氣將熱量傳給爐壁，傳給爐壁的熱 量提升爐膛4的溫度至85(T95(TC，使得煤矸石充分燃燒，進行脫炭；而煤矸石充分燃燒所 需要的氧氣來源是由尾部受熱面7中的空氣預熱器將進風裝置12送入的自然狀態下的風 加熱成熱空氣，熱空氣分兩部分分別進入進風裝置12和水冷風室2,為煤矸石充分燃燒提 供足夠的氧氣； (2)煤矸石燃燒后產生的高溫煙氣經旋風分離器6分離，根據流化床爐壓梯度分布，以 五氧化二釩的形式分段提取煤矸石中的釩，使富含五氧化二釩的煤矸石以飛灰的形式隨煙 氣進入尾部煙道11，通過收塵器收集，次富含五氧化二釩的煤矸石以灰渣的形式從返料排 灰口 8排出，或通過返料通道5返回流化床燃燒室3進行再循環；低含五氧化二釩的煤矸石 以渣的形式通過排渣口 1收集。其中，富含五氧化二釩的質量百分比為彡1. 5%，次富含五氧 化二釩的質量百分比為0. 59Γ1. 4%，低含五氧化二釩的質量百分比為< 0. 5%。
[0026] 本實施例中，旋風分離器為高溫絕熱旋風分離器，由敷有耐磨耐火材料組成，最小 分離粒徑8 μ m?10 μ m，切割粒徑dc8~15um，總分離效率約99%。經過旋風分離器凈化的 高溫煙氣，由于夾帶的灰粒較少又細，對后部的受熱面管路磨損不大，有效提高了鍋爐的壽 命。
[0027] 在流化床爐壓梯度分布中，煤矸石自身產生的高溫煙氣將熱量依次傳給爐壁、尾 部受熱面7。鍋爐給水進入尾部受熱面7中的高溫省煤器中，受高溫煙氣加熱后進入鍋筒 9,鍋筒9內的爐水經管路分別進入爐膛4的爐壁內，爐壁內的爐水被高溫煙氣加熱后成為 汽水混合物進入鍋筒9,在鍋筒9內由汽水分離裝置將汽水混合物分成飽和蒸汽和飽和的 爐水，飽和的爐水進入爐壁內繼續循環流動，維持流化床爐壓梯度和爐溫；飽和蒸汽則經管 路引入尾部受熱面7中的過熱器，在過熱器加熱后成為過熱蒸汽，用于供熱或發電。其中， 過熱蒸汽的出口壓力為3. 82MPa，過熱蒸汽的溫度為450°C。降溫后，煙氣通過尾部煙道11 排出鍋爐。
[0028] 經高溫脫炭后，煤矸石的含炭量降低至2%以下，且循環流化床選礦鍋爐熱效率提 聞5%以上。
[0029] 實施例3 本實施例與實施例1的區別在于，給料機10為皮帶給料機；旋風分離器6為帶料腿水 冷旋風分離器。
[0030] 鍋筒9的出水口管路連接帶料腿水冷旋風分離器的料腿水冷進水口；帶料腿水冷 旋風分離器的料腿水冷出水口管路連接鍋筒9。
【權利要求】
1. 一種煤矸石脫炭方法，其特征是：包括以下步驟： (1) 將經破碎、烘干后的煤矸石置于流化床鍋爐的流化床燃燒室內進行燃燒，流化床燃 燒室的熱床比為1. 6~2. 5,煤矸石自身產生的高溫煙氣將熱量傳給爐壁，傳給爐壁的熱量提 升爐膛的溫度至85(T950°C，使得煤矸石充分燃燒，進行脫炭； (2) 煤矸石燃燒后產生的高溫煙氣經旋風分離器分離，根據流化床爐壓梯度分布，以五 氧化二釩的形式分段提取煤矸石中的釩，使富含五氧化二釩的煤矸石以飛灰的形式隨煙氣 進入尾部煙道，通過收塵器收集，次富含五氧化二釩的煤矸石以灰渣的形式從返料排灰口 排出，或通過返料通道返回流化床燃燒室進行再循環；低含五氧化二釩的煤矸石以渣的形 式通過排渣口收集。
2. 根據權利要求1所述的煤矸石脫炭方法，其特征是：步驟（1)中，煤矸石自身產生的 高溫煙氣將熱量傳給爐壁后，爐壁內的爐水被煙氣加熱后經汽水分離裝置分成飽和蒸汽和 飽和的爐水，飽和的爐水進入爐壁內繼續循環流動，維持流化床爐壓梯度和爐溫；飽和蒸汽 則經過熱器加熱成為過熱蒸汽，用于供熱或發電。
3. 根據權利要求1或2所述的煤矸石脫炭方法，其特征是：步驟（1)中，所述煤矸石充 分燃燒所需要的氧氣來源是由空氣預熱器將進風裝置送入的自然狀態下的風加熱成熱空 氣，熱空氣分兩部分分別進入進風裝置和水冷風室，為煤矸石充分燃燒提供足夠的氧氣。
4. 根據權利要求1或2所述的煤矸石脫炭方法，其特征是：步驟（2)中，所述富含五氧 化二釩的質量百分比為彡1. 5%，次富含五氧化二釩的質量百分比為0. 59Γ1. 4%，低含五氧 化二釩的質量百分比為< 0. 5%。
5. 根據權利要求1或2所述的煤矸石脫炭方法，其特征是：所述旋風分離器的分離條 件為：最小分離粒徑8 μ m?10 μ m，切割粒徑dc8~15um。
6. -種循環流化床選礦鍋爐，包括爐膛，所述爐膛的上方安裝有鍋筒；所述爐膛的底 部一側外接給料機以及朝向所述爐膛吹風的進風裝置；所述給料機經管路通向所述爐膛下 部的流化床燃燒室；所述流化床燃燒室的下方設有水冷風室和排渣口；所述爐膛的出口煙 氣上升后進入旋風分離器，所述旋風分離器的出口煙氣上升后經水平煙道轉彎至尾部堅井 煙道；所述堅井煙道中依次設有尾部受熱面和尾部煙道；所述旋風分離器設置于水平煙道 的下方；所述旋風分離器的下方排出口連接返料通道；其特征是：所述返料通道的始端設 有返料排灰口；所述返料通道的末端通向所述爐膛的流化床燃燒室；所述爐膛設置有溢料 口；所述尾部受熱面包括沿煙氣流向依次設置的過熱器、高溫省煤器、第一空氣預熱器、中 低溫省煤器和第二空氣預熱器。
7. 根據權利要求6所述的循環流化床選礦鍋爐，其特征是：所述鍋筒的出水口管路連 接所述爐膛的爐壁進水口；所述爐膛的爐壁出水口管路連接所述鍋筒；所述鍋筒的進水口 管路連接所述高溫省煤器的出口；所述鍋筒的飽和蒸汽出口管路連接所述過熱器的進口。
8. 根據權利要求6或7所述的循環流化床選礦鍋爐，其特征是：所述過熱器包括高溫 過熱器和低溫過熱器，所述高溫過熱器、低溫過熱器順次布置于所述旋風分離器的出口煙 氣流向方向。
9. 根據權利要求6或7所述的循環流化床選礦鍋爐，其特征是：所述流化床燃燒室按 照熱床比為1.6~2.5進行設置。
10. 根據權利要求6或7所述的循環流化床選礦鍋爐，其特征是：所述旋風分離器為高 溫絕熱旋風分離器或帶料腿水冷旋風分離器；當旋風分離器為帶料腿水冷旋風分離器時， 所述鍋筒的出水口管路連接所述帶料腿水冷旋風分離器的料腿水冷進水口；所述帶料腿水 冷旋風分離器的料腿水冷出水口管路連接所述鍋筒。
【文檔編號】F23C10/18GK104100967SQ201410362292
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】曹希新, 夏卓林, 周躍兵 申請人:湖南長宏鍋爐科技股份有限公司