專利名稱：一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰再處理技術(shù)，特別是還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中的三氧化二鐵使之由紅色變?yōu)榛液谏募夹g(shù)。
背景技術(shù)：
燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰因燃燒溫度為800-1000°C而具有較高的化學(xué)活性，是水泥生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)混合材料和用于混凝土的優(yōu)質(zhì)磨細(xì)礦渣。但是相當(dāng)一部分煤種之灰分中含有較多的氧化鐵，燃燒產(chǎn)生的飛灰在離開燃燒室時(shí)被充分氧化為三氧化二鐵，呈紅色。由于紅色的灰與常規(guī)水泥的灰褐色差異大而被建材行業(yè)拒絕使用，只能棄置；隨著燃煤循環(huán)流化床鍋爐容量越來(lái)越大，灰場(chǎng)矛盾越來(lái)越突出。為了將積攢下來(lái)的飛灰進(jìn)行處理，僅運(yùn)輸費(fèi)用每噸飛灰就需要4一 15元人民幣，對(duì)于一個(gè)中等規(guī)模的電廠來(lái)說(shuō)，每年的飛灰產(chǎn)量都有千萬(wàn)噸的量級(jí)，這筆額外的支出更已經(jīng)成為了各大電廠的沉重負(fù)擔(dān)。如何將飛灰進(jìn)行處理，被建材行業(yè)充分利用，是亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，將飛灰中的三氧化二鐵還原為四氧化三鐵使飛灰呈灰黑色，以解決因飛灰中三氧化二鐵含量過(guò)高而呈紅色導(dǎo)致無(wú)法被建材行業(yè)利用的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，其特征在于該方法包括如下步驟:I)顆粒熱載體在燃燒室中被加熱至600 1000°C，然后與來(lái)自灰場(chǎng)的含有三氧化二鐵的飛灰一起送入流化床反應(yīng)器；所述流化床反應(yīng)器內(nèi)部分為混合反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)分離區(qū)兩部分，其中反應(yīng)分離區(qū)的斷面呈上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu)；2)將還原性氣體從流化床底部布風(fēng)裝置供入作為流化氣體，顆粒熱載體與飛灰在混合反應(yīng)區(qū)充分混合并進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度為450 500°C ；3)顆粒熱載體和飛灰顆粒經(jīng)過(guò)混合反應(yīng)區(qū)后進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)分離區(qū)，反應(yīng)溫度為溫度450 500°C ；4)流化氣體在流化床床層內(nèi)與飛灰中的三氧化二鐵反應(yīng)后，生成的氣體攜帶部分細(xì)顆粒離開流化床床層進(jìn)入旋風(fēng)分離器，由旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的細(xì)顆粒將返回流化床床層，從旋風(fēng)分離器流出的氣體進(jìn)入燃燒室將未反應(yīng)的還原劑燃盡；5)顆粒熱載體和完成還原反應(yīng)的飛灰經(jīng)過(guò)反應(yīng)分離區(qū)實(shí)現(xiàn)顆粒分層，粗的顆粒熱載體分布于床層下部形成粗顆粒層，細(xì)的飛灰顆粒在粗顆粒層上部形成細(xì)顆粒層，當(dāng)飛灰中的三氧化二鐵全部轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵之后，從設(shè)置于細(xì)顆粒層處的溢流口流出，熱載體顆粒由排料口排出，送至燃燒室中加熱，循環(huán)利用。上述技術(shù)方案中，在混合反應(yīng)區(qū)中控制物料的靜止料層厚度為I 2m，標(biāo)態(tài)空塔氣速為0.2 0.4m/s，平均停留時(shí)間為5 10分鐘；在反應(yīng)分離區(qū)中控制靜止料層厚度為I 2m，底部標(biāo)態(tài)空塔氣速為0.1 0.15m/s，物料的平均停留時(shí)間為3 6分鐘；所述的流化氣體采用空氣煤氣、水煤氣或兩者的混合氣體；所述的溢流口的底部位于粗細(xì)顆粒的分界面處；所述的顆粒熱載體的平均粒徑為200-1000 μ。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果:①采用流化床反應(yīng)器對(duì)循環(huán)流化床飛灰中的三氧化二鐵進(jìn)行還原，解決了飛灰因呈紅色而不被建材行業(yè)所利用的問(wèn)題，從而解決了電廠面臨的灰場(chǎng)矛盾及額外支出采用較大顆粒作熱載體可改善單純由飛灰構(gòu)成的流化床因物料粒徑過(guò)細(xì)，流化質(zhì)量不佳，不能保證氣固良好接觸，影響反應(yīng)的問(wèn)題，使流化質(zhì)量有很大改善，同時(shí)采用較大顆粒作熱載體可以較容易地在反應(yīng)完成后將熱載體與飛灰良好分離，熱載體顆粒被送回加熱裝置再行加熱，循環(huán)使用。③采用流化床反應(yīng)器可以使飛灰在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間大大延長(zhǎng)，使反應(yīng)更為徹底。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中:1_物料入口 ；2_流化床反應(yīng)器；3-底部布風(fēng)裝置；4-溢流口 ；5_排料口 ；6-旋風(fēng)分離器；7_燃燒室；8_灰場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的機(jī)理和工作過(guò)程做進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1是為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖，包括流化床反應(yīng)器2、燃燒室7和旋風(fēng)分離器6 ;所述的流化床反應(yīng)器包括物料入口 1、底部布風(fēng)裝置3、溢流口 4、排料口 5。其中溢流口4位于流化床反應(yīng)器前段，在流化床反應(yīng)器下部設(shè)有底部布風(fēng)裝置3，在流化床反應(yīng)器后段設(shè)有溢流口 4，在反應(yīng)器后段下部設(shè)有排料口 5 ;流化床反應(yīng)器上部設(shè)有旋風(fēng)分離器6 ;流化床反應(yīng)器內(nèi)部由混合反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)分離區(qū)組成，流化床反應(yīng)器前段為混合反應(yīng)區(qū)，混合反應(yīng)區(qū)的斷面為長(zhǎng)方形，流化床反應(yīng)器后段為反應(yīng)分離區(qū)，反應(yīng)分離區(qū)的斷面為上寬下窄的梯形；旋風(fēng)分離器的氣體出口及排料口分別與燃燒室7相連接，而燃燒室7又與流化床反應(yīng)器的物料入口 I相連接。本發(fā)明所述方法包括如下步驟:I)顆粒熱載體在燃燒室7中被加熱至600 1000°C，然后與來(lái)自灰場(chǎng)8的含有三氧化二鐵的飛灰一起送入流化床反應(yīng)器；所述流化床反應(yīng)器內(nèi)部分為混合反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)分離區(qū)兩部分，其中反應(yīng)分離區(qū)的斷面呈上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu)；2)將還原性氣體從流化床底部布風(fēng)裝置3供入作為流化氣體，顆粒熱載體與飛灰在混合反應(yīng)區(qū)充分混合并進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度為450 500°C ；3)顆粒熱載體和飛灰顆粒經(jīng)過(guò)混合反應(yīng)區(qū)后進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)分離區(qū)，反應(yīng)溫度為溫度450 500°C ；4)流化氣體在流化床床層內(nèi)與飛灰中的三氧化二鐵反應(yīng)后，生成的氣體攜帶部分細(xì)顆粒離開流化床床層進(jìn)入旋風(fēng)分離器6，由旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的細(xì)顆粒將返回流化床床層，從旋風(fēng)分離器流出的氣體進(jìn)入燃燒室7將未反應(yīng)的還原劑燃盡；5)顆粒熱載體和完成還原反應(yīng)的飛灰經(jīng)過(guò)反應(yīng)分離區(qū)實(shí)現(xiàn)顆粒分層，粗的顆粒熱載體分布于床層下部形成粗顆粒層，細(xì)的飛灰顆粒在粗顆粒層上部形成細(xì)顆粒層，當(dāng)飛灰中的三氧化二鐵全部轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵之后，從設(shè)置于細(xì)顆粒層處的溢流口 4流出，熱載體顆粒由排料口 5排出，送至燃燒室7中加熱，循環(huán)利用。在運(yùn)行過(guò)程中，粒徑為200-1000μ的顆粒熱載體首先在燃燒室7中被加熱至600-1000°C后，與來(lái)自灰場(chǎng)8的待還原飛灰混合并由物料入口 I送入流化床反應(yīng)器2中；采取空氣煤氣、水煤氣或兩者的混合氣體作為流化床中的流化氣體及還原劑，(空氣煤氣的主要成分為CO，水煤氣的主要成分為CO和H2),將流化氣體從流化床底部布風(fēng)裝置供入，顆粒熱載體與飛灰顆粒在混合反應(yīng)區(qū)中充分混合并進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理由下述兩個(gè)反應(yīng)式表不:3Fe203+C0 — 2Fe304+C023Fe203+H2 — 2Fe304+H20在混合反應(yīng)區(qū)中，控制物料的靜止料層厚度為I 2m，標(biāo)態(tài)空塔氣速為0.2
0.4m/s,反應(yīng)溫度為450 500°C，平均停留時(shí)間為5 10分鐘；顆粒熱載體和飛灰經(jīng)過(guò)混合反應(yīng)區(qū)后進(jìn)入流化床反應(yīng)器2的反應(yīng)分離區(qū)，在該反應(yīng)區(qū)，控制靜止料層厚度為I 2m，底部標(biāo)態(tài)空塔氣速為0.1 0.15m/s，反應(yīng)溫度為溫度450 500°C，物料的平均停留時(shí)間為3 6分鐘；在反應(yīng)分離區(qū)，由于流化床斷面為上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在不同流化床床層高度上的流化風(fēng)速不同，使得由于顆粒粒徑不同所受氣相曳力大小不同而逐漸分層，粒徑較大的熱載體顆粒逐漸聚集在床層下部而粒徑較小的飛灰顆粒逐漸聚集在床層上部；在流化床反應(yīng)器2內(nèi)，流化氣體中的CO、H2 (或兩者同時(shí)存在)將飛灰中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵，之后生成的氣體攜帶部分細(xì)顆粒離開床層進(jìn)入旋風(fēng)分離器6，由旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的細(xì)顆粒將返回流化床床層，繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，從旋風(fēng)分離器流出的氣體進(jìn)入燃燒室7將未反應(yīng)的還原劑CO和H2燃盡；在流化床反應(yīng)器的末端，當(dāng)飛灰中的三氧化二鐵全部轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵之后，飛灰從設(shè)置于細(xì)顆粒層高度處的溢流口 4流出，溢流口底部最好位于粗細(xì)顆粒的分界面處；熱載體顆粒由反應(yīng)器末端底部的排料口 5排出，并被送至燃燒室7中加熱，循環(huán)利用。
權(quán)利要求
1.一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 1)顆粒熱載體在燃燒室(7)中被加熱至600 1000°C，然后與來(lái)自灰場(chǎng)(8)的含有三氧化二鐵的飛灰一起送入流化床反應(yīng)器；所述流化床反應(yīng)器內(nèi)部分為混合反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)分離區(qū)兩部分，其中反應(yīng)分離區(qū)的斷面呈上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu)； 2)將還原性氣體從流化床底部布風(fēng)裝置(3)供入作為流化氣體，顆粒熱載體與飛灰在混合反應(yīng)區(qū)充分混合并進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度為450 500°C ； 3)顆粒熱載體和飛灰顆粒經(jīng)過(guò)混合反應(yīng)區(qū)后進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)分離區(qū)，反應(yīng)溫度為溫度 450 500 0C ； 4)流化氣體在流化床床層內(nèi)與飛灰中的三氧化二鐵反應(yīng)后，生成的氣體攜帶部分細(xì)顆粒離開流化床床層進(jìn)入旋風(fēng)分離器(6)，由旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的細(xì)顆粒將返回流化床床層，從旋風(fēng)分離器流出的氣體進(jìn)入燃燒室(7)將未反應(yīng)的還原劑燃盡； 5)顆粒熱載體和完成還原反應(yīng)的飛灰經(jīng)過(guò)反應(yīng)分離區(qū)實(shí)現(xiàn)顆粒分層，粗的顆粒熱載體分布于床層下部形成粗顆粒層，細(xì)的飛灰顆粒在粗顆粒層上部形成細(xì)顆粒層，當(dāng)飛灰中的三氧化二鐵全部轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵之后，從設(shè)置于細(xì)顆粒層處的溢流口(4)流出，熱載體顆粒由排料口( 5 )排出，送至燃燒室(7 )中加熱，循環(huán)利用。
2.如權(quán)利要求1所述的一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，其特征在于:在混合反應(yīng)區(qū)中控制物料的靜止料層厚度為I 2m，標(biāo)態(tài)空塔氣速為0.2 0.4m/s，物料的平均停留時(shí)間為5 10分鐘。
3.如權(quán)利要求1所述的一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，其特征在于:在反應(yīng)分離區(qū)中控制物料的靜止料層厚度為I 2m，底部標(biāo)態(tài)空塔氣速為0.1 0.15m/s，，物料的平均停留時(shí)間為3 6分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，其特征在于:所述的溢流口(4)的底部位于粗細(xì)顆粒的分界面處。
5.如權(quán)利要求1所述的一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，其特征在于:所述的顆粒熱載體的平均粒徑為200-1000 μ。
6.如權(quán)利要求1 5任一權(quán)利要求所述的一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，其特征在于:所述的流化氣體采用空氣煤氣、水煤氣或兩者的混合氣體。
全文摘要
一種還原燃煤循環(huán)流化床鍋爐飛灰中三氧化二鐵的方法，屬于鍋爐飛灰處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用流化床反應(yīng)器對(duì)循環(huán)流化床飛灰中的三氧化二鐵進(jìn)行還原，采取空氣煤氣、水煤氣或兩者的混合氣體作為流化床中的流化氣體及還原劑，合理控制流化床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度、床層厚度、氣速及物料在床內(nèi)的停留時(shí)間，將呈紅色的飛灰還原為灰黑色的四氧化三鐵。本發(fā)明一方面解決了飛灰因呈紅色而不被建材行業(yè)所利用的問(wèn)題，同時(shí)也解決了電廠面臨的灰場(chǎng)矛盾及額外支出，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值。
文檔編號(hào)B09B3/00GK103111456SQ20131003868
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者楊海瑞, 張 誠(chéng), 晁俊楠, 汪佩寧, 胡康濤, 劉志 申請(qǐng)人:清華大學(xué)