一种煤矸石固硫控温燃烧与灰渣高效耦合利用的方法

摘要

本发明煤矸石固硫控温燃烧与灰渣高效耦合利用的方法，属于固体废弃物资源化利用技术领域；提供一种煤矸石固硫控温燃烧与灰渣高效耦合利用的方法，该技术保证了循环流化床锅炉能够安全、稳定、可靠的运行，满足在进行大规模储煤的情况下，实现高效、精确、自动化配煤，同时大规模的利用了粉煤灰；包括以下步骤：a、劣质燃料进行筛分破碎的步骤；b、筛分破碎后的燃料进行混配的步骤；c、混配的燃料进行智能控制燃烧的步骤；d、燃烧后灰渣进行控温冷却的步骤；e、冷却的粉煤灰进行超细粉磨的步骤；本发明主要应用在循环流化床锅炉控温燃烧与灰渣高效利用方面。

说明书

技术领域

本发明一种煤矸石固硫控温燃烧与灰渣高效耦合利用的方法，属于固体废弃物资源化利用技术领域。

背景技术

现有技术中，循环流化床锅炉用燃煤供给系统的结构与煤粉煤炉一样：主要靠汽车运输外购附近劣质煤，再混入部分煤矸石，经过简单处理、缓冲后进入锅炉机组。由于煤源较杂，煤质波动大，发热量稳定性差，经常有超粒现象，降低了锅炉效率，不利于电厂的正常、稳定生产。

部分企业是外来燃煤送到煤堆场，再用多台装载机来进行堆煤和配煤，然后再通过皮带机将燃煤输送到锅炉的炉前煤仓。原煤进入贮煤棚之前，没有分离措施，原煤的筛分、破碎装置，设置在贮煤棚与炉前成品煤仓之间的输送系统中。在这种燃煤制备系统中，原煤的筛分、破碎装置不能保障燃煤的匀速连续供给。

少数电站的循环流化床锅炉掺烧煤矸石燃料，其制备破碎系统只设置一级或两级环锤式粗碎机破碎，有的厂甚至没有设置二级细碎机。由于未添加筛选装置，并且破碎级数不够，这造成粒度不均匀，过粒，过破碎现象严重，设备负荷增大，能耗高，而未破碎完全的块煤，还会使碎煤机也发生堵煤故障，是发电机组连续安全运行的一大潜在隐患，而且将造成大颗粒煤大量进入床中。入炉煤大多不能满足循环流化床锅炉的要求，影响到锅炉的正常运行。个别电站的循环流化床锅炉燃煤使用两级破碎四道筛分的工艺制备燃煤，该工艺相对减小了设备负荷，避免了大颗粒煤大量进入锅炉。但是其对原料的破碎率低，规模小难以满足大规模供煤。

目前，配煤通常都是靠人工或机械按材料数量来估计配煤，这种方式堆煤劳动强度大，工人的工作环境差，但配煤效果却不是很好，很难保证燃煤的配料质量。且任何一点故障使其中一条皮带停运，都会造成锅炉的供煤紧张，影响锅炉的正常运行；堆场取料作业设备一般采用斗轮式取料机或斗轮式堆取料机，混配煤作业时两台取料设备同时工作，由于受煤堆塌方和两机联合作业不同步等因素影响，配煤比例较难控制，配煤准确性差。一种基于筒仓的混配煤控制系统及方法（CN 102756925），根据预定煤品比例计算每种煤品的预设给料量；按照计算的预设给料量通过调整所述多个筒仓的给料机的单位时间出料量来控制该多个筒仓的出料，以得到混配比例为预定煤品比例的混配煤。它实现高效、精确、自动化配煤。但该设备是对优质煤而言，且为多筒设备，系统的成本高，固定投资大，不适合劣质煤系统使用。

随着劣质煤原料越来越差，混矸料大块和硬岩较多，现有原料处理系统只有一级粗碎，造成设备压力太大，频繁出现故障，工作效率低下，能耗高，装载机作业频繁，安全存在隐患，并且在处理故障时，该系统不能上料，造成储煤场物料紧张，影响了机组的运行安全。因此，有必要对现有技术中所存在的不足进行改进。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，提供一种煤矸石固硫控温燃烧与灰渣高效耦合利用的方法，该生产线保证了循环流化床锅炉能够安全、稳定、可靠的运行，满足在进行大规模储煤的情况下，实现高效、精确、自动化配煤。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种新型循环流化床锅炉用劣质燃料的生产线，包括以下步骤：

a、劣质燃料进行筛分破碎的步骤；

b、筛分破碎后的燃料进行混配的步骤；

c、混配的燃料进行智能控制燃烧的步骤；

d、燃烧后灰渣进行控温冷却的步骤；

e、冷却的粉煤灰进行超细粉磨的步骤。

所述a步骤具体为：

对燃料进行粗碎：燃料进入倾斜式自动分料装置，筛上物经颚式破碎机进入皮带机，筛下物经振动给料机进入皮带机；

上述进行的粗碎，保证给料粒度≤300mm，省去装载机辅助清篦子，并且大小块分别进行走料，小块直接进入皮带机，大块进入新增破碎设备；使用改进型鄂式破碎机，保证大直径物料直接破至300mm以下，适应二级粗破机的要求，并且适应于高硬度物料，耐磨性强，备件更换周期长。

对燃料进行二级破碎：燃料进入圆振筛分机，筛上物经手捡皮带机进入二级破碎机；

上述的二次破碎，对粒度0～300mm煤料，进行筛分保证粒度≤50mm的不会发生过破，进行人工手捡矸避免大量大块纯矸石进入破碎系统，增加能耗，损坏设备。

上述的二级破碎机；为一种齿辊的破碎机，其齿辊为耐磨材质制成的，其结构为双键槽，齿帽与齿套结合一体的多级串接套装式破碎主轮的齿辊破碎机，提高了传动力强度，避免在高硬度难破碎情况下产生无法正常操作，该破碎机的破碎强度高，处理能力大，使用寿命长，检修费用低，避免了物料破碎中出现超粒和过粉碎现象明显减少，提高了工作效率。

对燃料进行细碎：上述圆振筛分机筛下物经细碎机a进入集运皮带机，上述燃料经中碎机后的燃料分别再经细碎机b和滚筒筛分机后的筛下物进入集运皮带机。

上述工艺根据燃料特性和锅炉需求进行破碎性能试验，保证燃料破碎曲线符合锅炉要求。利用该工艺避免了出现易破碎的燃料出现过破碎而煤矸石等坚硬的物料出现粒度不合格的现象。同时还经过破碎，除去了没有热值的纯矸石，减少了其对循环硫化床的磨损，增加了运行的稳定性。

所述对筛分破碎后的燃料进行混配的步骤具体为：

第一次混配：将筛分破碎后的燃料与其他燃料或助燃剂加入伞形混配塔的落料塔内进行混合，所述落料塔为圆柱形，其四周在不同高度交错开有落煤口；

第二次混配：上述伞形混配塔的落料塔位于封闭式储煤仓的中间，落料塔内的混合燃料经落煤口溢流进入封闭式储煤仓，完成混合；

第三次混配：上述封闭式储煤仓的下端有出煤口，所述封闭式储煤仓的下部设置有振动给煤机，燃料依次经出煤口落入振动给煤机的混配煤皮带完成再次混合；

第四次混配：燃料在混配煤皮带上进入锅炉前有不同出口的燃料或固硫剂再次混合一同进入锅炉。

上述四次混配过程具体为：所述伞形混料储煤系统的落料塔为圆柱形、其四周不同高度交错开有落煤口，两种不同燃料在其中进行一次混合后，靠溢流沿着塔体四周伞形方向进入封闭式储煤仓形成锥形煤堆，在该过程中燃料进行二次混合，在重力和惯性的作用下使不同粒度的燃料形成一定分布比例；封闭式新型伞形混料储煤仓的地面有两排出煤口，每排出煤口下有十个可调振动给煤机，给煤机的电机配有变频调速器，振动给煤机下配置混煤皮带，随着混煤皮带的移动，振动给料机将垂直方向的燃料第三次混合并落在皮带上，在混煤皮带上不同出口的燃料一层一层在进入炉前给煤装置时和固硫剂混合一同进入炉内，完成第四次混合。

所述对混配的燃料进行智能控制的步骤具体为：

对封闭式储煤仓及其他储煤仓进行各燃料及混配情况进行实时监测：根据预定煤品比例计算每种煤品的预设给料量，按照计算的预设给料量，通过调整所述多个给料机的单位时间出料量来控制该储煤仓内不同煤质的出料，以得到混配比例为预定煤品比例的混配煤，当测得的物料量大于所述预设给料量时，控制振动给煤机的出料量减小；当测得的物料量小于所述预设给料量时，控制振动给煤机的出料量增大；

对混配煤皮带上的燃料进行煤质检测：对混配煤皮带上的燃料进行实时监测，判断燃料热值是否达标、硫含量的高低及燃料粒径大小，利用反馈调节机制来调节振动给煤机运行情况。

上述的智能控制具体为：根据混煤皮带上在线监测情况，储煤仓中燃料的分布情况，通过调整振动给煤机的转速来实现对燃料量及不同质煤配比的控制，同时还具有煤质检测功能，通过检判断配煤质量是否达标，利用反馈调节机制来调节给煤机运行情况，实现煤质达标要求，并避免混合过程产生大量扬尘。

所述c步骤中的燃烧设备为循环硫化床，燃烧温度为750℃~880℃,最优为810℃~880℃。

上述的循环流化床燃烧时，可根据煤矸石的成分来实现不同用途，煤矸石中包括含碳有机质和无机矿物，所述含碳有机质进行燃烧产生的热量可以用来进行发电，无机矿物被含碳有机质燃烧产生的热量进行活化，活化后可以根据产物的类型实现不同用途。

所述d步骤中冷却采用风水滚筒冷渣、风水联合冷渣的一种或两种，温度控制在750℃~100℃，出口温度为100℃。

所述e步骤中超细粉磨采用球磨、空气气流磨或电厂过热蒸汽气流磨。

上述的粉磨粒径根据原料中铝含量、用途调整在相应的粒径10μm，范围比表面积10000的产品，氧化铝含量≥30%化学利用，提取氧化铝，氧化硅，氧化铝含量≤30%建材化利用。

所述对筛分破碎后的燃料进行混配的步骤之前还有加入助燃剂的步骤。

所述加入助燃剂的步骤包括将助燃剂进行筛分和破碎。

所述将助燃剂进行筛分和破碎的步骤具体为：将助燃剂加入倾斜式自动分料装置，筛上物经粗碎机进入细碎机，筛下物直接进入细碎机，经细碎机出来的助燃剂进入滚筒筛分机，滚筒筛分机的筛上物经皮带机外排，筛下物经皮带机进入伞形混配塔。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：

本发明使用了四级筛分与三级破碎机制，在煤料处理之前利用了倾斜式自动分料装置，筛分出大量不需要颚式破碎的煤料，煤料粉磨过程中也使用了筛分与破碎结合使用，使燃煤的输送能保障匀速连续供给，不仅可使破碎机的能耗降低70％，而且还彻底消除了燃煤输送过程中的堵煤故障，也根除了影响发电机组连续安全运行的一大潜在隐患；本发明实现低投资，减少过破碎，减少投资耗能和检修成本；本发明在落煤塔下部开设了多个落煤口，通过对落煤口下的进料机进行控制可实现配煤。

上述的配煤及多渠道输送装置还具有以下优点：

采用斗轮式堆取料机来进行堆煤和配煤，保证了配煤的品质、减轻了工人的劳动强度，改善了工人的工作环境；实现了燃煤的多渠道输送，使输煤系统配置更加灵活、方便，从而提高了锅炉燃煤供应的保障性，解决了现有技术中由于任何一条皮带停运，都会使锅炉的供煤紧张，影响锅炉正常生产的技术问题。

通过上述技术方案，采用筒仓进行大规模的储煤，代替了现有技术采用斗轮式取料机或斗轮式堆取料机来配煤的方式，通过将多个出料口设置在筒仓下方的皮带机的传送方向排列，并使劣质煤和助燃剂均匀混合，由控制单元控制每个出料口处的给料机的出料量，来高效、精确、自动化地进行配煤。根据优选实施方式，在采用皮带秤的情况下，可以结合皮带秤的反馈信息，实时监控给料机的给料量，从而能够更好地进行混配煤控制，且运行效率高、投资成本低和节能效果好。

粉煤灰经过气流磨粉碎后，其中位径可达10μm以下，且粒度分布范围窄。通过气流磨的超细粉碎，粗大多空的玻璃体破碎，其玻璃颗粒的粘结被解除，使珠形微粒增多，改善了表面特性，提高了固硫灰的颗粒效应和微集料效应。

经过超细粉碎，破坏了粗大玻璃体尤其是多孔和颗粒的粘连，破坏了玻璃体表面坚固的保护膜，使内部可溶SiO2、Al2O3溶出，比表面积增大，反应接触面增加，活性分子增加，提高了粉煤灰的化学特性。

本发明的创新点：将细碎机串联布置，可使用两台小出力细碎机共同工作，满足大出力系统输送来燃料的燃料制备处理；通过四级筛分和三级破碎解决燃料的过破碎和粒径超标问题；通过两台滚筒筛并列布置，减少设备投资节约场空间。本发明可适合破碎各种煤料，适用性非常强大；燃煤的输送能保障匀速连续供给，彻底消除了燃煤输送过程中的堵煤故障，也根除了影响发电机组连续安全运行的一大潜在隐患；通过落煤塔下部多个配料口进行燃料混配。煤矸石循环流化床控温燃烧、控温冷却与粉煤灰超细化相耦合技术，实现了煤矸石热活化与机械力活化，使煤矸石提取聚合氯化铝工艺中铝的提取率大于92%，通过燃烧系统控制优化，使煤矸石稳定进料、稳定燃烧；燃烧温度稳定在810~880℃，综合脱硫率达到95%以上，煤矸石入炉量占入炉总燃料量85%以上。超细粉煤灰添加到60%以上，节约占地，减少投资。

附图说明

下面通过附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

下面实施例为本发明的一个具体实施例，并不限制本发明所保护的范围。

如图1所示，煤场旁设置有倾斜式自动给料装置，其包括：倾斜式混矸自动分料煤篦1台颚式破碎；2台振动式给料机，1台除尘器。进行粗碎，保证给料粒度≤300mm，节省输送混配能量。

设置1台劣质燃料皮带输送机（处理量Q=700t/h，粒度0～300mm），1台除铁器（处对应磁感应强度≥ 150mT），设置1台圆振分级筛（筛孔50mm，流量Q=700t/h, 入料粒度0～300mm），1台分级筛除尘器，设置2台块煤带式输送机（手选带）（流量Q=150t/h，速度V=0.34m/s）设置1台中碎机（齿辊破碎机，入料粒度≤300mm 允许少量粒度500mm，排料粒度≤50mm，处理量Q=250t/h）齿辊式二级破碎机第二层设置2台细碎机（型号：可逆锤式细碎机1820，入料粒度≤50mm，排料粒度≤10mm  处理量400t/h，电动机N=710kW/6000V）设置1台集运皮带机（Q=700t/h，粒度0～10mm）；1台滚筒式筛分机；2台皮带机除尘器；1台外排皮带机。

破碎间外设置有倾斜式自动给料装置来接受运输的劣质燃料，倾斜式自动给料装置上有铁篦子，它倾斜下滑的来料进行了初级筛分，筛下物颗粒粒度≤300mm，经溜槽到达下层设置的所述的2台振动给料机，筛上物通过溜槽进入颚式破碎机进行破碎。经过振动给料机及颚式破碎机的燃料粒度基本小于300mm，最大不超过500mm，筛分及被破碎的燃料在破碎间皮带机的作用下运输至破碎间。在运输皮带前段设置有除尘装置进行除尘。

在最上层皮带机机头的上方400mm处安装有除铁器，粒度小于300mm的燃料经过除铁器除铁后落入机头溜槽到达下一层圆振筛进行第二次筛分。筛上物料（粒度50~300mm）经过筛前溜槽到达下层的块煤带式输送机（手选带），筛下物（粒度≤50mm）经过筛下漏斗到达第三细碎机a。块煤带式输送机（手选带）来料分别配备两个工人对皮带上的大块矸石进行第三次筛选，将大块矸石仍入手选矸石溜槽，而通过人工选择的来料（粒度≤300mm）在皮带机作用下输送至机头溜槽，通过机头溜槽到达第二中碎机。经过中碎机的燃料（粒度≤50mm）通过破碎机排料溜槽2台细碎机a，b分别进行细碎，细碎粒度可达到10mm以下。细碎机a，b排料分别经过溜槽到达有集运皮带机以及滚筒式筛分机，经过细碎机a的料直接通过溜槽到达集运皮带，而经过细碎机b的碎料则要通过溜槽到达滚筒式筛分机对不可细碎的石块进行第四次筛分，石块（粒度10mm~300mm）经过外排皮带机外排出去，而粒度10mm以下的来料经过溜槽到达集运皮带。集运皮带机将所有燃料运输至落煤塔。

二级破碎机，对原二级破碎机的轴进行了改造，由原来易损的单键槽改成了双键槽，提高了传动力强度，避免在高硬度难破碎情况下产生操作，满足使用要求。将原二级粗碎机的齿套和齿板进行了全面改造，取消了原来的齿套，取消了原来的板形齿，更改为齿帽型与齿套结合一体的多级串接套装式破碎主轮，并在材质上进行了试验，最终达到不改变原有设备尺寸和外壳的情况下，正常使用并提高使用寿命的效果。

系统的筛前溜槽、筛下漏及细碎机排料溜槽均为金属结构，并设有内衬耐磨钢板。

混配过程中，新型伞形混料储煤系统的落煤筒，其位于所述封闭式储煤仓中央，煤料从所述落煤塔流出，呈堆状存于所述封闭式储煤仓。它接受来自四筛三破系统的劣质煤生产线来料，也可以同时接受助燃燃料。所述封闭式储煤仓经多级混料，不同煤品的煤料在储煤仓地面分布不同，它们从对应的所述落煤口落下进入所述电机振动给煤机，进而落入运输皮带到达CFB锅炉。

智能控制系统中，配煤控制系统控制单元控制所述电机振动给煤机。首先，根据预定煤品比例计算每种煤品的预设给料量，按照计算的预设给料量，通过调整所述多个给料机的单位时间出料量来控制该储煤仓内不同煤质的出料，以得到混配比例为预定煤品比例的混配煤。所述控制单元当确定由所述皮带秤测得的物料量大于所述预设给料量时，控制使得所述皮带秤所对应的电机振动给煤机的出料量减小；当确定由所述皮带秤测得的物料量小于所述预设给料量时，控制使得所述皮带秤所对应的给料机的出料量增大。同时，所述配煤系统装备有煤质检测功能，实时监控给料机的给料量，通过检判断配煤热值是否达标，利用反馈调节机制来调节电机振动给煤机运行情况，从而能够更好地进行混配煤控制，实现煤质达标要求。

上述混配原料在循环硫化床燃烧，控制加料供风，使燃烧温度在750℃~880℃，优选810℃~880℃，上述的循环流化床燃烧时，可根据煤矸石的成分来实现不同用途，煤矸石中包括含碳有机质和无机矿物，所述含碳有机质进行燃烧产生的热量可以用来进行发电，无机矿物被含碳有机质燃烧产生的热量进行活化，活化后可以根据产物的类型实现不同用途。

所述d步骤中冷却采用风水滚筒冷渣、风水联合冷渣的一种或两种，温度控制在750℃~100℃，出口温度为100℃。出料经电厂过热蒸汽气流磨粉磨，调整在相应的粒径10μm，范围比表面积10000的产品，原料氧化铝含量≥30%，提取氯化铝其收率可达92%，氧化铝含量≤30%建材化利用，超细粉煤灰在水泥、涂料等添加量达60%以上。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。