一种气化飞灰分级资源化利用系统及方法与流程

1.本发明属于固废处理高价值利用领域，特别涉及一种气化飞灰分级资源化利用系统及方法。


背景技术：

2.气化飞灰是对煤进行气化得到的副产物，煤在气化过程经过软化阶段、形成半焦阶段、强烈软化和半焦破裂阶段，最终转化成有效成分主要为co与h2的合成粗煤气，而较细煤粉颗粒在未燃烧完全的情况下，在气流带动的作用下随粗煤气一同出炉，经过洗涤塔和灰水处理之后得到气化飞灰悬浮液产物。在灰水处理过程中通常会加入絮凝剂(聚丙烯酰胺)，使残留的固体和水分凝聚在一起，其中气化飞灰凝聚的固体包括晶体矿物、非晶体矿物和未燃尽碳颗粒。晶体矿物质主要包括石英、莫来石和氧化铁等；非晶体矿物质主要为玻璃体，其含量约为50％。灰分中的矿物质以多种矿物合体的形式出现，根据其颗粒可粗略地分为玻璃珠(有密实和空心两种)、多孔玻璃体，磁性玻璃体、磁性玻璃珠、石英和炭粒等颗粒组分。
3.气化飞灰与原煤相比，气化飞灰的颗粒粒径较小，挥发分几乎为0，在炉膛很难点燃，着火点较高，颗粒粒径较细，停留时间较短，难以燃尽。目前的气化飞灰的处理方式主要是与高挥发分煤混合进行掺烧，但是气化飞灰经过高温和激冷过程后其燃烧特性已经发生改变，着火困难，且燃尽性较差。总的来说，气化飞灰送入锅炉与煤掺烧碳的转化率并不高，掺烧并不能充分利用气化飞灰中的碳资源，导致能源浪费，同时气化飞灰中的高灰量还会带来锅炉磨损加剧等问题，烟气中的飞灰量也会随之增加，这对下游的省煤器、除尘脱硝设备以及空气预热器也带来不小的损害。因此目前阶段掺烧之前需要将气化飞灰中的残炭与灰分利用絮凝剂降解剂(k2so4、feso4·
7h2o)分离。由于残炭亲油疏水，可以利用捕收剂(柴油/煤油)和起泡剂(仲辛醇)收集精炭，之后将富集得到的精炭进行预热燃烧，再将其送入炉膛燃烧，这样有望提高锅炉燃烧效率，还可以减少灰分对锅炉设备的冲刷磨损，实现气化飞灰的高效安全利用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种气化飞灰分级资源化利用系统及方法，通过旋流
‑
微泡浮选柱实现残炭与灰分的分离，利用精炭浓缩机、精炭压滤机分别对精炭进行富集以及脱水处理，利用尾灰压滤机、尾灰干燥机依次对尾灰实现脱水、干燥处理，再利用空压机油水分离器对滤液处理，实现对捕收剂、起泡剂、絮凝剂降解剂三者的分离。在预燃室和炉膛实现对精炭的燃烧处理，利用锅炉排放的烟气以及锅炉尾部加热产生的水蒸气养护由尾灰等原料制备的墙砖，在实现精炭高效燃烧利用的同时，达到尾灰规模化利用的目标。
5.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
6.一种气化飞灰分级资源化利用系统，包括：将气化飞灰和絮凝剂降解剂以及水混合搅拌的搅拌器，给料泵，分离精炭以及尾灰的旋流
‑
微泡浮选柱，灰浆真空泵，气泡发生
器，对精炭进行富集的精炭浓缩机，脱除精炭中水分的精炭压滤机，回收捕收剂和起泡剂的空压机油水分离器，脱除尾灰中大部分水分的尾灰压滤机，将尾灰干躁至含水率为30％左右的干燥机，将尾灰和其他墙砖原料进行混合搅拌的计量搅拌器，将砖体制成坯体的成型机，对精炭进行预热燃烧的预燃室，旋流燃烧器，挡板，乏气送粉管路，二次风喷嘴，高温烟气喷嘴，燃尽风喷嘴，一次风机，二次风机，空气预热器，高温烟气送风机，高温烟气旋拧阀，低温烟气送风机，管束换热器，直列泵，除尘器，脱硝装置，低温烟气排潮孔，冷空气喷口，烟气喷口，水蒸气喷口，中温烟气送风机，以及低温烟气旋拧阀；
7.其中，给料泵的入口与搅拌器的出口相连，给料泵的出口与旋流
‑
微泡浮选柱的上端入口相连，气化灰浆真空泵的出口与气泡发生器的入口相连，精炭浓缩机的入口与旋流
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微泡浮选柱精选区的出口相连，精炭浓缩机的精炭出口连接精炭压滤机的精炭入口，精炭浓缩机的清液出口、精炭压滤机和尾灰压滤机的滤液出口分别与空压机油水分离器的入口相连，空压机油水分离器的废浆液出口与搅拌器的入口相连，空压机油水分离器的药剂出口与捕收剂的入口相连；尾灰压滤机的入口连接旋流
‑
微泡浮选柱的尾灰出口，尾灰压滤机的尾灰出口连接尾灰干燥机的入口，预燃室的入口分别连接精炭压滤机的精炭出口、一次风管道以及高温烟气管道，旋流燃烧器的入口除了连接预燃室的出口，还连接乏气送粉管路，旋流燃烧器的出口与炉膛连接，其中挡板布置在乏气送粉管路；高温烟气管道上布置高温烟气送风机和高温烟气旋拧阀，其中高温烟气旋拧阀出口连接高温烟气送风机的入口，空气预热器加热段入口连接一次风机和二次风机的出口，空气预热器加热段出口连接一次风管道和二次风喷嘴，高温烟气喷嘴沿炉膛高度方向布置，燃尽风喷嘴垂直于炉膛前后墙布置；计量搅拌器的入口连接干燥机的出口以及养护窑的排渣水的出口，计量搅拌器的出口连接成型机的入口，管束换热器的加热段入口连接直列泵的出口，管束换热器的加热段出口连接养护窑的水蒸气喷口，在锅炉尾部烟道出口布置除尘器和脱硝装置，中温烟气送风机的入口连接中温烟气管道，中温烟气送风机的出口连接养护窑的烟气喷口，冷空气的入口连接养护窑的冷空气喷口，低温烟气旋拧阀的入口连接养护窑的低温烟气排潮孔的出口，低温烟气旋拧阀的出口连接低温烟气送风机的入口，低温烟气送风机的出口连接低温烟气管道。
8.本发明进一步的改进在于，旋流
‑
微泡浮选柱出口得到的精炭，利用精炭浓缩机对精炭进行富集，之后利用精炭压滤机进行脱水处理，得到的精炭进入预燃室进行燃烧。
9.本发明进一步的改进在于，旋流
‑
微泡浮选柱底部得到的尾灰首先通过精炭压滤机进行脱水处理，之后再进入干燥机进行深度脱水处理，直至含水率<30％，再与其他制砖原料水、生石灰、石膏和细集料在计量搅拌器中混合搅拌，紧接着进入成型机中得到墙砖坯体，最后送入养护窑进行养护，实现气化飞灰灰分的脱除。
10.本发明进一步的改进在于，将精炭浓缩机得到的清液、精炭压滤机得到的滤液以及尾灰压滤机得到的滤液引入空压机油水分离器进行隔油处理，空压机油水分离器出口得到含有起泡剂和捕收剂的药剂成分送入捕收剂给料口，而含絮凝剂降解剂的废浆液送入含有气化飞灰和絮凝剂降解剂的搅拌器，实现了捕收剂、起泡剂和絮凝剂降解剂的多级重复循环利用。
11.本发明进一步的改进在于，将空气预热器预热之后的一次风以及炉膛出口抽取800℃的高温烟气送入预燃室对精炭进行预热燃烧，再将预燃之后的精炭气流送入w型炉膛
深度燃烧，进入w型火焰炉的精炭气流在炉膛下部进行贫氧燃烧，改变旋流燃烧器、乏气送粉气流、周界风、二次风送风喷嘴与炉膛高度方向的角度，与高度方向的角度呈30
°
，使精炭气流不受风向气流的干扰而能够深入w型火焰炉炉膛下部。
12.本发明进一步的改进在于，从上炉膛区域抽取1000℃的高温烟气通入布置在竖直方向的高温烟气喷口，高温烟气进入下炉膛区域之后对一次风、周界风、二次风以及三次风进行稀释，降低w型火焰炉产生的燃料型no
x
；下炉膛未燃烧以及燃烧未完全的精炭进入上炉膛区域之后，通入纯氧气流至燃尽风喷口将精炭燃尽，可降低w型火焰炉产生的热力型no
x
，控制精炭气流在上炉膛的停留时间，提高精炭的燃烧效率。
13.本发明进一步的改进在于，在养护窑的烟气喷口通入锅炉尾部的烟气，冷空气喷口通入冷空气，调节中温烟气旋拧阀控制烟气流量、调节养护窑排潮孔的开度大小以及冷空气的流量达到对墙砖干热养护的目的。
14.本发明进一步的改进在于，由炉膛尾部烟气加热管束换热器得到的水蒸气通至养护窑的蒸汽喷口，调节水蒸气旋拧阀门的开度、养护窑排潮孔的开度以及冷空气的流量，控制养护窑内温度与湿度，达到对墙砖湿热养护的目的。
15.本发明进一步的改进在于，养护窑底部排水沟冷凝汇集得到的液态渣水引入计量搅拌器作为制备墙砖的原料，排潮孔出口的低温烟气通入尾部烟道进而排向烟囱，实现了养护窑的液态渣水和低温烟气的清洁高效利用。
16.一种气化飞灰分级资源化利用方法，气化飞灰悬浮液经旋流
‑
微泡浮选床之后分离成精炭和尾灰，精炭在精炭浓缩机和精炭压滤机的作用下分别进行富集和脱水处理后进入预燃室，而尾灰经过尾灰压滤机和尾灰干燥机脱水至含水率为30％与其它原料制备成墙砖坯体进入养护窑的移动窑车；预燃室中，在800℃的高温烟气和一次风气流的共同作用下，精炭生成含有co、h2的精炭气流进入旋流燃烧器；为使精炭气流能够深入下炉膛区域，调节旋流燃烧器、周界风、乏气送风、二次风与炉膛高度方向角度为30
°
；沿炉膛高度方向通入1000℃的高温烟气稀释下炉膛的含氧量，减少炉膛中燃料型no
x
和热力型no
x
的生成；在上炉膛区域通入纯氧燃尽风，使炉膛内的总过量空气系数大于1，保证燃料的充分燃烧；抽取除尘器之后的中温烟气，加之调节中温烟气旋拧阀开度、冷空气的流量大小控制养护窑内的温度和湿度，完成烟气对墙砖的养护，尾部烟气加热管束换热器中的液态水，在加热之后变成水蒸气后通至水蒸气喷口，通过调节水蒸气旋拧阀和冷排潮孔的开度、冷空气的流量控制养护窑内的温度和湿度，完成蒸汽对墙砖的养护；在干热与湿热养护的过程中，排潮孔排出的低温烟气与炉膛尾部的烟气再进行混合，处理之后再排向烟囱。
17.本发明所提出的一种气化飞灰分级资源化利用系统及方法具有如下优点：
18.(1)旋流
‑
微泡浮选床的使用，提高了精炭与尾灰分离的效率，实现了后续对精炭的热值利用以及对尾灰的高附加价值利用。
19.(2)精炭浓缩机对精炭的富集和压滤机对精炭的脱水作用，可以降低精炭预燃的着火点，缩短了预燃时间，提高了燃烧效率。
20.(3)空压机油水分离器的使用，实现了捕收剂、起泡剂、絮凝剂降解剂的回收与利用，提高了三者的利用效率，降低了精炭与尾灰分离的成本。
21.(4)尾灰首先通过压滤机初步脱水，然后由圆盘干燥机进一步干燥，可以节约热能，提高干燥效率。
22.(5)预燃室中采用高温烟气预燃精炭，解决了精炭中因挥发分较低难以点燃、着火困难的问题。
23.(6)乏气气流、周界风、二次风通入w型炉膛的方向与旋流燃烧器喷口的精炭气流的方向平行，通入的高温烟气沿炉膛高度方向，使得精炭气流方向不易发生转折而能够深入炉膛，燃烧更为充分。
24.(7)下炉膛通入的高温烟气稀释了炉膛中的含氧量，避免了w型火焰炉因高温燃烧产生大量的燃料型no
x
问题，上炉膛通入纯氧燃尽风促使精炭充分燃烧，可提高精炭的燃烧效率。
25.(8)养护窑中对墙砖的干热养护和湿热养护分别利用了炉膛产生的尾部烟气以及烟气加热水生成的水蒸气，提高了能量利用的效率。
附图说明
26.图1是本发明一种气化飞灰分级资源化利用系统的示意图。
27.附图标记说明：
28.1为搅拌器，2为给料泵，3为旋流
‑
微泡浮选柱，4为灰浆真空泵，5为气泡发生器，6为精炭浓缩机，7为精炭压滤机，8为空压机油水分离器，9为尾灰压滤机，10为尾灰干燥机，11为计量搅拌器，12为成型机，13为预燃室，14为旋流燃烧器，15为挡板，16为乏气送粉管路，17为二次风喷嘴，18为高温烟气喷嘴，19为燃尽风喷嘴，20为一次风机，21为二次风机，22为空气预热器，23为高温烟气送风机，24为高温烟气旋拧阀,25为低温烟气送风机，26为管束加热器，27为直列泵，28为除尘器，29为脱硝装置，30为低温烟气排潮孔，31为冷空气喷口，32为烟气喷口，33为水蒸气喷口，34为中温烟气送风机，35为低温烟气旋拧阀。
具体实施方式
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加简明易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
30.本发明的核心思想是：利用旋流
‑
微泡浮选床将气化飞灰中所含有的残炭和灰分分离出来，经过深加工处理之后得到精炭和尾灰，精炭利用w型火焰锅炉将精炭燃尽，而尾灰辅助其他细集料制备成墙砖，w型火焰锅炉产生的烟气以及在锅炉尾部加热产生的蒸汽养护制备完成的墙砖，达到固废资源以及能量充分利用的目的。
31.参见图1，本发明提供的一种气化飞灰分级资源化利用系统，包括搅拌器1、给料泵2、旋流
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微泡浮选床3、灰浆泵4、气泡发生器5、精炭浓缩机6、精炭压滤机7、空压机油水分离器8、尾灰压滤机9、尾灰干燥机10构成精炭与尾灰分离的浮选系统，气化飞灰悬浮液通过该系统得到的精炭进入预燃室13，得到的尾灰与其他墙砖原料在计量搅拌器中混合搅拌后送入养护窑的移动窑车。旋流燃烧器14，挡板15，乏气送粉管路16，二次风喷嘴17，高温烟气喷嘴18，燃尽风喷嘴18构成了w型燃烧系统，一次风和二次风分别由一次风机20和二次风机21引向空气预热器22加热，高温烟气送风机23与高温烟气旋拧阀24相连，尾部的烟气加热由直列泵27输送至管束换热器26中的液态水，加热变成的水蒸气进入水蒸气喷口33，锅炉尾部烟气在除尘器28之后抽出部分烟气，该部分烟气在中温烟气旋拧阀和中温烟气送风机34的共同作用下送至烟气喷口32，排潮孔30出口的烟气在低温烟气旋拧阀35和低温烟气送风
机25的作用下与未被抽取的烟气混合，之后经过后续处理再排向烟囱。
32.旋流
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微泡浮选柱3出口得到的精炭，利用精炭浓缩机6对精炭进行富集，之后利用精炭压滤机7进行脱水处理，得到的精炭进入预燃室13进行燃烧，通过浓缩以及压滤之后得到的精炭纯度较高，水分含量较少，热值较高，可以直接点燃，实现对气化废弃产物的热值利用。
33.旋流
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微泡浮选柱3底部得到的尾灰首先通过精炭压滤机7进行脱水处理，之后再进入干燥机10进行深度脱水处理，直至含水率<30％，再与其他制砖原料水、生石灰、石膏和细集料在计量搅拌器中混合搅拌，紧接着进入成型机中得到墙砖坯体，最后送入养护窑进行养护，实现气化飞灰灰分的脱除，并且使得灰分在制砖工艺中得到了充分利用。
34.本发明提供的一种气化飞灰分级资源化利用方法，包括：
35.气化飞灰悬浮液经旋流
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微泡浮选床之后分离成精炭和尾灰，精炭在精炭浓缩机6和精炭压滤机7的作用下分别进行富集和脱水处理后进入预燃室13，而尾灰经过尾灰压滤机9和尾灰干燥机10脱水至含水率为30％左右与其它原料制备成墙砖坯体进入养护窑的移动窑车。预燃室中，在800℃左右的高温烟气和一次风气流的共同作用下，精炭生成含有co、h2的精炭气流进入旋流燃烧器14。为使精炭气流能够深入下炉膛区域，不受其它气流的干扰，燃烧更为充分，调节旋流燃烧器、周界风、乏气送风、二次风与炉膛高度方向角度为30
°
。沿炉膛高度方向通入1000℃左右的高温烟气稀释下炉膛的含氧量，尽可能减少炉膛中燃料型no
x
和热力型no
x
的生成。在上炉膛区域通入纯氧燃尽风，使炉膛内的总过量空气系数大于1，保证燃料的充分燃烧。抽取除尘器28之后的中温烟气，加之调节中温烟气旋拧阀开度、冷空气的流量大小控制养护窑内的温度和湿度，完成烟气对墙砖的养护，尾部烟气加热管束换热器26中的液态水，在加热之后变成水蒸气后通至水蒸气喷口33，通过调节水蒸气旋拧阀和冷排潮孔的开度、冷空气的流量控制养护窑内的温度和湿度，完成蒸汽对墙砖的养护。在干热与湿热养护的过程中，排潮孔30排出的低温烟气与炉膛尾部的烟气再进行混合，处理之后再排向烟囱。
36.以上内容仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本技术领域的普通技术人员对于本发明的技术方案做出的若干简单推演或者替换，只要不脱离本发明的构思，均应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。