專利名稱：用循環(huán)式流化床鍋爐生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的方法
概括地說，本發(fā)明涉及一種利用循環(huán)式流化床鍋爐(CFB)的副產(chǎn)物生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的方法，更具體地說，本發(fā)明涉及CFB鍋爐的操作，在其中通過調(diào)整鍋爐灰渣的組成，使其和卜特蘭水泥熔渣相一致，以生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣。
循環(huán)式流化床鍋爐被廣泛用于生產(chǎn)供給渦輪式發(fā)電機的水蒸汽。CFB鍋爐的一個顯著特點是可以使用含硫量高的固體燃料，如煤、石油焦炭。
為了履行環(huán)保規(guī)程，從燃燒含硫量高的固體燃料的循環(huán)式流化床鍋爐排出的煙道氣在放散到大氣之前需先脫硫。在CFB鍋爐中，固體燃料與一定量的石灰石混合加入，燃料中的硫烯燒所產(chǎn)生的SO2與石灰石反應，從而引起了以下脫硫反應(1)通常，由于碳酸鈣的轉(zhuǎn)化率低，需要向鍋爐中加入過量的石灰石以除去環(huán)保規(guī)程要求數(shù)量的硫。按照以下反應式，過量的碳酸鈣在鍋爐中反應生成氧化鈣和二氧化碳(2)CFB鍋爐中排出的固體主要由含有硫酸鈣和氧化鈣的灰渣組成，硫酸鈣和氧化鈣來自于固體燃料的燃燒反應和脫硫反應。CFB灰渣由于氧化鈣含量高而不能代替石膏(CaSO4)用在水泥工業(yè)中，此外，CFB灰渣由于CaSO4含量高而不能用作生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的原料。因而在大多數(shù)情況下，排出的灰渣被局限于專門設(shè)計用來堆放的路面填充物?；以鼞玫木窒扌栽黾恿税l(fā)電廠運作的額外費用。在有些情況下，一部分灰渣被用作土壤穩(wěn)定劑。
美國專利5662051采用如下方式處理CFB鍋爐中含硫燃料燃燒的殘渣，將燃料研磨至小于100μm，將石灰石研磨至100-150μm之間(最大的不超過1mm)，混合物燃燒后，收集殘渣使其經(jīng)受熱處理以獲得CaO和SO2，將SO2送入硫酸生產(chǎn)裝置，用水使固體物質(zhì)驟冷并將其粉碎，使固體物質(zhì)的比表面積復原，其中一部分以含水懸浮液的形式重新注入CFB鍋爐，剩余部分被送至水泥廠。這種方法用石灰石作為脫硫劑，缺點是反應中放出CO2。該方法需要大量的石灰石，通常超過化學計量確定的使固體燃料脫硫的量，因而產(chǎn)生了過量的CO2。所需石灰石的量也超過了實際發(fā)明中的量。所有這些缺點增加了生產(chǎn)成本和對環(huán)境的影響。
美國專利4997486公開了生產(chǎn)含硫酸鈣的二次原料的技術(shù)，包含一種廢烴以及與粉狀石灰石或含碳酸鈣飄塵結(jié)合的廢硫酸或酸性廢硫酸衍生物之一。該產(chǎn)品被用來生產(chǎn)卜蘭特水泥熔渣，或者作為熔爐中的燃料或作為脫硫反應添加劑。這種產(chǎn)品具有一般的性質(zhì)，并且作為既定事實，其組成并非最適合于生產(chǎn)卜蘭特水泥熔渣。
根據(jù)前面的敘述，本發(fā)明的主要目的是提供一種采用循環(huán)式流化床鍋爐(CFB)生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的方法，該鍋爐使用含硫量高的燃料如石油焦炭，該方法使用了一種為排出能夠用于生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的排出物而選擇并制備的試劑使燃料脫硫。
本發(fā)明的另一個目的是提供提高CFB鍋爐熱效率的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供降低CFB鍋爐操作過程中CO2放出量的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種富含SO2的氣體作為生產(chǎn)硫、硫酸或硫衍生物的原料。
本發(fā)明的另一個目的是提供卜特蘭水泥類材料的原料。
本發(fā)明提供了一種選擇和制備下述原料的方法，該原料被用作能夠均衡卜特蘭水泥熔渣組成的脫硫劑。使用石灰石作為脫硫劑材料的傳統(tǒng)CFB鍋爐存在一些缺點，如產(chǎn)生過量的CO2，以及由于操作方面的額外費用而使產(chǎn)物的應用受到局限。在本發(fā)明方法中，不同于現(xiàn)行方法，脫硫劑包含一種以適當比例混合的石灰、粘土與鐵礦石的混合物，該比例能使所得的灰渣在熱處理后用于生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣。本發(fā)明中煙道氣的脫硫是按照以下反應式通過石灰中存在的氧化鈣進行的(3)為了達到要求的脫硫度，需要向反應中加入過量的石灰。由于石灰過量，因此灰渣中含有未反應的石灰和反應中生成的硫酸鈣。對于給定的脫硫度，石灰的需要量總是低于石灰石的量，原因是來自石灰石的碳酸鈣中存在二氧化碳成分。當使用石灰時，這種量的降低能允許增加其他惰性化合物以調(diào)整脫硫劑的組成，同時能保持CFB鍋爐的總效率。
卜特蘭水泥的組成必須遵循某些要求值，這些值用以下指數(shù)中包含的卜特蘭水泥成分氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵來定義 被視為卜特蘭型的水泥，其LSF指數(shù)必須在0.75-0.90之間，MS指數(shù)必須在2.5-3.5之間。
通過確定燃料灰渣的化學組成，確定了作為脫硫劑的混合物中所含石灰、粘土和鐵礦石的量。
CFB鍋爐的燃燒過程產(chǎn)生的灰渣包括氧化鈣、硫酸鈣以及少量其他物質(zhì)如SiO2、Al2O3和Fe2O3的混合物。采用從燃燒室中放出的熱氣體將該灰渣在一個獨立容器中加熱至高達1200℃-1300℃，從而該灰渣按照以下反應式分解成氧化鈣、二氧化硫和氧氣(6)在溫度高達1200℃-1300℃的加熱過程中，除了硫酸鈣的分解反應外，還形成了以下的卜蘭特水泥熔渣的礦物質(zhì)相硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)和鋁鐵酸四鈣(4CaO·Al2O3Fe2O3)。
加熱過程后，灰渣被送至直接(direct)空氣熱交換器，然后轉(zhuǎn)化成卜蘭特水泥。
由預熱灰渣排出的二氧化硫隨燃燒氣一起被除去，并通過化學方法分離，隨后轉(zhuǎn)用于生產(chǎn)硫、硫酸和硫衍生物。
根據(jù)本文的詳細說明和附圖的教導，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當已經(jīng)清楚本發(fā)明的新特點及優(yōu)點，但應當了解到本發(fā)明可以以不同的方式來體現(xiàn)，并且本文所述的實施方式只是為了說明的目的而列出，但本發(fā)明的范圍并不局限于此。其中

圖1是燃用高硫燃料(如石油焦)的CFB鍋爐的流程圖，該鍋爐通過高壓水蒸氣發(fā)電。
圖2是本發(fā)明方法的簡化流程圖。
圖3是本發(fā)明第二個實施方案。
參照圖1，數(shù)字10代表貯藏磨成粉狀的石油焦炭的進料斗，石油焦炭通過管15進入CFB鍋爐13的燃燒室12。磨成粉狀的石灰石貯藏在進料斗14中，它和磨成粉狀的焦炭一起通過管17送入CFB鍋爐。在CFB鍋爐的燃燒段12，磨成粉狀的石油焦炭借助管16吹入的熱空氣燃燒，燃燒反應產(chǎn)生使盤管18內(nèi)生成蒸汽所需的熱量。石油焦炭中所含的硫在燃燒中放出的SO2在石灰石中碳酸鈣的作用下幾乎被全部脫除(脫除率達90-95％)，反應如上文所述反應式1。焦炭燃燒中生成的附加數(shù)量的CO2由上文的脫硫反應(1)放出。燃燒氣通過CFB鍋爐13的燃燒室12到達旋風分離器20，最大的固體顆粒在此被脫除并通過“J”形閥22和管24循環(huán)至鍋爐13的燃燒段12。來自燃燒氣的顯熱通過使該氣體流經(jīng)將水預加熱的盤管26，隨后流經(jīng)將空氣預加熱的盤管28而被回收。在盤管26預熱的水被送至盤管1 8并在這里產(chǎn)生水蒸氣。在盤管28預熱的空氣通過管16送入燃燒室12。旋風分離器20出口處的燃燒氣仍含有大量細小被稱為飛灰的固體，飛灰通過盤管26和28后被集塵器30收集，然后通過管42送入飛灰漏斗32貯藏，然后通過管46排出作密封處理。集塵器30出口處的氣體通過風扇34產(chǎn)生氣流，然后作為廢氣送至煙囪36。從鍋爐中排放的廢氣基本上不含固體和硫，滿足了環(huán)保上的規(guī)定。CFB鍋爐13產(chǎn)生的一部分灰渣通過位于燃燒室12底部的管道38脫除，這種灰渣稱作底灰。底灰被送到貯料斗40之后通過管44作后續(xù)密封處理。
參照圖2，進料斗14被分別裝有石灰、粘土和鐵礦石的進料斗14a、14b和14c代替，石灰、粘土和鐵礦石分別通過管道17、19和21送至燃燒室12。燃燒氣的脫硫是通過石灰中所含氧化鈣按照上文中反應式3完成的。這種反應的一個優(yōu)點是焦炭燃燒反應不會放出附加的二氧化碳，底灰和飛灰的硫含量約為60％，分別通過管38和42收集混合，然后通過管43送往流化床反應器44的上部，在流化床反應器44中飛灰和來自于燃燒室46的氣體相接觸，通過管48向燃燒室46送入燃料，通過管50向燃燒室46送入預熱的空氣。從燃燒室46排出的溫度在1200℃-1300℃之間的氣體被送至流化床反應器44的下部。在反應器44中硫酸鈣的熱分解反應按前述反應式6進行，同時卜特蘭水泥熔渣礦物相的形成也出現(xiàn)在這個階段。來自反應器44的固體顆粒從反應器44的底部排出并通過管45送往流化床冷卻器52，在這里固體顆粒和由管54導入的冷空氣相接觸。從冷卻器52排出的熱空氣通過管50送至燃燒室48。溫度在200℃以下和硫含量低于3％的灰渣從冷卻室52通過管53排出。由于制備了用作脫硫劑的混合物，使灰渣組成和熔渣組成相同，可直接用于卜特蘭水泥的生產(chǎn)。從反應器44排出的氣體通過管56被除去并到達分離過程58，在這里SO2和其他的燃燒氣相分離。燃燒氣通過管64排到大氣中。SO2通過管60送至化工裝置62進行處理以生產(chǎn)元素硫或硫酸。
參照圖3，來自進料斗14b的粘土和來自進料斗14c的鐵礦石分別通過管19和21直接送至反應器44，然后通過管39到管43，同樣以這種方式分別通過管15和17將石油焦炭和石灰送到CFB鍋爐13中。
通過下面操作CFB鍋爐的實施例，本發(fā)明的優(yōu)點可以被更好地理解，其一是使用石灰石作為CFB鍋爐的脫硫劑，另一是使用石灰、粘土和鐵礦石的混合物作為脫硫劑。
表Ⅰ和表Ⅱ表示在兩個實施例中使用的CFB和石油焦炭的特征
表ⅠCFB特征
表Ⅱ石油焦炭的特征
表Ⅲ列出了在實施例1中使用石灰石作為脫硫劑時其化學組成和數(shù)量(ton/hr)，以及在實施例2中使用石灰、粘土和鐵礦石的混合物作為脫硫劑時其化學組成和數(shù)量(ton/hr)。
表Ⅲ脫硫劑 表Ⅳ列出了兩個實施例中所產(chǎn)生灰渣的化學組成和數(shù)量(ton/hr)，對于實施例2，所列出的組成是冷卻器52的出口處的灰渣組成表Ⅳ灰渣組成
表V列出了在實施例1和2的條件下操作的CFB鍋爐產(chǎn)生的燃燒氣的氣體組成和數(shù)量(NCMH)。
表Ⅴ燃燒氣組成
從表Ⅱ中可以清楚地看出，實施例2需要的脫硫劑用量少于實施例l需要的脫硫劑用量。
從表Ⅳ可看出，實施例2中冷卻器52處出口的灰渣組成和卜特蘭水泥熔渣的組成相一致。
從表Ⅴ的數(shù)據(jù)可看出，當采用本發(fā)明的方法時，CFB鍋爐的CO2排放量至少降低了5％。
權(quán)利要求
1.一種利用燃用高硫燃料的CFB鍋爐的副產(chǎn)品生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的方法，包括從石灰、粘土和鐵礦石以及他們的混合物中選擇一種作為固體脫硫劑；收集鍋爐排出的灰渣；通過把灰渣加熱至1200℃-1300℃以脫除灰渣中吸附的硫；冷卻灰渣并將該冷卻的灰渣用于生產(chǎn)卜特蘭水泥。
2.如權(quán)利要求1所說的方法，其中所說的脫硫劑混合物應滿足LSF指數(shù)在0.75-0.90之間。
3.如權(quán)利要求1所說的方法，其中所說的脫硫劑混合物應滿足MS指數(shù)在2.5-3.5之間。
4.如權(quán)利要求1所說的方法，其中所說的冷卻灰渣含有少于5％的CaSO4。
5.如權(quán)利要求1所說的方法，其中從鍋爐中排出的灰渣在流化床加熱器中加熱。
6.如權(quán)利要求5所說的方法，其中在所說的流化床加熱器中形成硅酸三鈣相、硅酸二鈣相、鋁酸三鈣相和鋁鐵酸四鈣相。
7.如權(quán)利要求1所說的方法，其中在流化床冷卻器中熱的灰渣用空氣冷卻。
8.如權(quán)利要求7所說的方法，其中所說的冷卻灰渣直接用于生產(chǎn)卜特蘭水泥。
9.如權(quán)利要求5所說的方法，其中向所說的流化床加熱器中輸送來自燃燒室的熱氣。
10.如權(quán)利要求5所說的方法，其中對從所說的流化床加熱器排出的廢氣進行處理以生產(chǎn)硫、硫酸和硫的衍生物。
11.如權(quán)利要求1所說的方法，其中所說的脫硫劑提高了CFB鍋爐的整體效率。
12.如權(quán)利要求1所說的方法，其中所說的脫硫劑降低了從CFB鍋爐操作中排出的CO2量。
13.如權(quán)利要求1所說的方法，其中所說的脫硫劑排出的富SO2氣體被用于生產(chǎn)硫、硫酸和硫的衍生物。
14.一種燃用高硫燃料的CFB鍋爐的操作方法，包括從石灰、粘土、鐵礦石及他們的混合物中選擇一種作為固體脫硫劑；制備這種脫硫劑使排出的固體可用于生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣；其中所說的脫硫劑提高了CFB鍋爐操作的整體效率。
15.如權(quán)利要求1所說的方法，其中所說的脫硫劑混合物和高硫燃料一起送至CFB鍋爐。
16.如權(quán)利要求1所說的方法，其中石灰和高硫燃料被送至CFB鍋爐，粘土和鐵礦石在加熱步驟之前與排出的灰渣相混合。
17.如權(quán)利要求1所說的方法，其中所說的高硫燃料是石油焦炭。
18.一種用燃用高硫燃料的CFB鍋爐產(chǎn)生的副產(chǎn)物生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的方法，包括從石灰、粘土、鐵礦石及他們的混合物中選擇一種作為固體脫硫劑，所說的脫硫劑滿足LSF指數(shù)在0.75-0.90之間，MS指數(shù)在2.5-3.5之間，收集鍋爐中排出的灰渣，通過在流化床加熱器中將灰渣加熱至1200℃-1300℃以脫除灰渣所吸附的硫，在流化床冷卻器中用空氣冷卻灰渣，用冷卻的灰渣生產(chǎn)卜特蘭水泥。
19.如權(quán)利要求18所說的方法，其中所說的冷卻的灰渣含有低于5％的CaSO4。
20.如權(quán)利要求18所說的方法，其中硅酸三鈣相、硅酸二鈣相、鋁酸三鈣相和鋁鐵酸四鈣相在所說的流化床加熱器中形成。
21.如權(quán)利要求18所說的方法，其中所說的冷卻的灰渣直接用于生產(chǎn)卜特蘭水泥。
22.如權(quán)利要求18所說的方法，其中向所說的流化床加熱器中輸入來自燃燒室的熱氣。
23.如權(quán)利要求18所說方法，其中對從所說的流化床加熱器排出的廢氣進行處理以生產(chǎn)硫、硫酸和硫的衍生物。
24.如權(quán)利要求18所說的方法，其中所說的脫硫劑提高了CFB鍋爐的整體效率。
25.如權(quán)利要求18所說的方法，其中所說的脫硫劑降低了CFB鍋爐操作中排出的CO2。
26.如權(quán)利要求18所說的方法，其中所說的脫硫劑排出的富SO2氣體可用于生產(chǎn)硫、硫酸和硫衍生物。
27.如權(quán)利要求18所說的方法，其中所說的高硫燃料是石油焦炭。
全文摘要
使用燃用高硫燃料(如石油焦炭)的CFB鍋爐產(chǎn)生的副產(chǎn)物生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的方法,選擇并制備一種試劑脫除燃料中的硫,使排出的固體滿足生產(chǎn)卜特蘭水泥熔渣的需要,所說的脫硫劑提供了可提高CFB鍋爐的熱效率的方法,降低了CFB鍋爐操作中CO
文檔編號C04B7/28GK1285330SQ0012682
公開日2001年2月28日 申請日期2000年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月19日
發(fā)明者E·R·馬蒂內(nèi)茲－維拉 申請人:塞梅克斯中心股份有限公司