一种煤气化细渣全组分利用的装置及方法与流程

本发明属于废弃物处理环保，具体涉及一种煤气化细渣全组分利用的装置及方法。

背景技术：

1、煤炭在燃烧的过程中会产生二氧化硫和氮氧化物，造成严重的环境污染。基于以上现状，目前主要的发力点在于推进清洁、高效利用煤炭，减少二氧化碳排放量。为了从源头上减少燃煤造成的日益严重的大气污染，几十年来，世界各国都在竭尽全力的发展洁净煤技术。而在这些技术当中，煤气化技术被称为领先的、有效的、经济的、环保的用煤技术。

2、煤气化作为现代煤化工的基础，能够产生氢气和一氧化碳气体，与此同时具有效率高、低硫化物和氮氧化物排放、灵活性高等优点。煤气化是现代煤化工产业的龙头技术，在全球能源结构转型的大背景下，煤气化技术前景日益光明，仅在中国，以煤气化为核心的煤炭清洁高效利用技术发展快速，煤制合成气产能日益提升。气流床气化技术煤种适应性广、反应效率高、单炉处理能力大，因此，能够在工业生产过程中应用广泛。然而，由于气流床气化的工艺原理的限制，导致煤气化过程会产生大量的副产物气化渣，特别是通过粗合成气携带出并经过初步洗涤净化、絮凝沉淀和压滤得到的含水煤气化细渣，含有20%~40%残碳成分，这严重制约了其资源化利用与处理过程，全国气化细渣产量预计超过4000万吨（干基）。煤气化细渣作为高含碳量的工业固体废弃物，目前主要通过大量填埋和堆存处理，占用大量土地的同时也带来系列生态环保问题，因此，如何减少废渣带来的污染，从而实现科学的、有效的处置、变废为宝，成为煤气化产业能够可持续、低污染、高效率发展需要挑战的重要方向。

3、因为煤气化细渣成分复杂，具有高含水，含碳，含硅铝等特性，目前无法直接利用。现有的技术通过浮选提碳成本高，无法适用于企业生产；而且煤气化细渣中含有的碳活性较低，直接燃烧无法持续稳定燃烧。现有技术存在利用煤气化细渣生产岩棉的技术，但对煤气化细渣要求较高并且生产副产物较多，而且也难以实现较高的废弃物利用率，有大量废弃物在利用过程中又转化为其他污染物，导致污染严重；因此难以在满足环保需求的前提下实现煤气化细渣的高值化利用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种煤气化细渣全组分利用的装置及方法，用于解决现有技术对煤气化细渣再利用存在成本高、稳定性差、难以在满足环保需求的前提下实现煤气化细渣的高利用率和高值化再利用的技术问题。

2、所述的一种煤气化细渣全组分利用的装置，包括煤气化渣料供应模块、一级焚烧炉、二级熔融炉、旋风分离器、进气模块、烟气处理模块和微晶玻璃成型模块，所述煤气化渣料供应模块连接到所述一级焚烧炉下部的进料口给料，所述一级焚烧炉顶部的出料口连接到所述旋风分离器的入料口，所述旋风分离器的烟气出口连接到所述二级熔融炉的进料口，所述旋风分离器的大颗粒出口连接到所述一级焚烧炉下部的循环入料口，所述进气模块分别连接到所述一级焚烧炉下部的进气口和所述二级熔融炉的进料口进行供气，所述一级焚烧炉和所述二级熔融炉均设有熔渣出口，所述熔渣出口将反应后的熔渣输送到所述微晶玻璃成型模块，所述二级熔融炉的烟气出口连接到所述烟气处理模块。

3、优选的，所述二级熔融炉包括采用耐火材料制造的炉体，所述炉体内被上下分隔为灰渣熔融区和灰渣收集区，所述灰渣熔融区和所述灰渣收集区之间通过灰渣通道连通，所述炉体顶部设有朝灰渣熔融区喷火的烧嘴口，所述灰渣熔融区的熔融区底部为漏斗状；所述熔融区底部由外至内设有若干层凹槽结构，在熔融区底部形成碳热反应区，所述灰渣收集区底部设有熔渣出口而上部设有出气口。

4、优选的，所述微晶玻璃成型模块包括熔渣收集装置、微晶玻璃成型装置和天然气给气装置，所述一级焚烧炉和所述二级熔融炉二者的熔渣出口均连通所述熔渣收集装置，所述熔渣收集装置连接所述微晶玻璃成型装置，所述天然气给气装置用于向所述微晶玻璃成型装置输送天然气。

5、优选的，所述煤气化渣料供应模块包括粗渣脱水装置、细渣脱水装置、原料混合仓和原料给料仓，所述粗渣脱水装置和所述细渣脱水装置的出料口均连接到所述原料混合仓的进料口，所述原料混合仓的出口连接到所述原料给料仓的入口；所述原料给料仓通过螺旋绞龙连接所述一级焚烧炉下部的进料口给料。

6、优选的，所述进气模块包括引风机和空气预热装置，所述引风机通过管路连接到所述空气预热装置的进气管路部分，所述二级熔融炉的烟气出口连接到所述空气预热装置的烟气管路部分，所述进气管路部分的出口通过管路分别连通所述一级焚烧炉下部的进气口和所述二级熔融炉的进料口，所述烟气管理部分的出口连接到所述烟气处理模块。

7、优选的，所述烟气处理模块包括脱硝装置、除尘装置、脱硫装置和烟囱，通过管路依次连接所述脱硝装置、所述除尘装置、所述脱硫装置和所述烟囱。

8、本发明还提供了一种煤气化细渣全组分利用的方法，应用如上所述的煤气化细渣全组分利用的装置，包括下列步骤。

9、一、制备原料。

10、二、通过循环流化床技术对煤气化混合渣进行一级循环焚烧。

11、三、通过二级熔融炉对分离后的物料进行高温熔融处理。

12、四、收集一级焚烧炉和二级熔融炉排出的熔渣并进行微晶玻璃成型。

13、优选的，所述步骤二中，煤气化混合渣从一级焚烧炉的底部给料，引风机给入流化风，流化风经过空气预热器预热从而升温至600℃，流化风通过底部进入使原料在炉中进行流化反应，经过焚烧预热后的煤气化混合渣随流化风从一级焚烧炉顶部排入所述旋风分离器，经所述旋风分离器分离后的大颗粒物料从所述旋风分离器的底部返回一级焚烧炉继续反应，另一部分从顶部分离出来的高温烟气进入二级熔融炉；一级焚烧炉和旋风分离器两个装置内的温度被控制在950℃。

14、优选的，所述步骤三中，将之前处理得到的高温烟气从二级熔融炉的顶部喷入，引风机给入的风经过空气预热器预热升温到600℃，再被从二级熔融炉顶部的进料口与高温烟气、细颗粒灰和残炭一并被喷入炉体中；将炉体内的温度维持在1400-1600℃，在炉体内将灰分完全熔融，生成液态熔渣，挂壁后沿炉壁流下；通过具有凹槽结构的熔融区底部的液态熔渣发生碳热反应，实现残炭的完全反应。

15、优选的，所述步骤四中，溢流出的液态熔渣进入熔渣收集装置，在熔渣收集区域向液态熔渣添加改性剂和晶种，经熔渣收集装置暂存后就将液态熔渣直接送入微晶玻璃成型装置生产高附值的微晶玻璃，若出现工况波动时可加入天然气辅助供热。

16、本发明具有以下优点：

17、1）本发明在一级焚烧炉中实现活性较高的碳的燃烧，对灰分和活性较低的碳进行预热，后进入二级熔融炉，将灰分熔融成液态熔渣，实现矿物质晶相改变。同时，二级熔融炉内通过碳热反应能够将活性较低的残炭进一步转化，从而实现对残炭的充分处理。熔融的液态熔渣可成为微晶玻璃的原料，生产高价值的微晶玻璃产品。微晶玻璃是具有精细微结构的多晶材料，由玻璃的受控结晶（失透）制成，能用于生产玻璃陶瓷。这样煤气化混合渣成分能进一步提高利用效率，近零固体废物排放解决了现有技术存在的问题。

18、2）相比现有技术中浮选法等成本较高的处理方法，本方法利用煤气化混合渣自身成分的特性，通过一级焚烧和二级熔融方式进行处理和利用，令原料中各组分互补，既实现煤气化细渣全组分利用，又能以较小的处理成本实现。

19、3）本方法在处理中，一级燃烧主要是对活性较高的残炭先进行燃烧，并同时对活性较低的残炭进行预热，结合循环流化床技术能保证焚烧反应的稳定性。而难以稳定燃烧的低活性残炭则与较细的飞灰一同在分离后输送到二级熔融炉。在熔融炉中则在通过烧嘴口喷入燃料燃烧加热的过程中，主要利用高温下的碳热反应实现对残炭的处理，处理比较充分，并且产物便于后续进行微晶玻璃的制备。

20、4）二级熔融炉将煤气化细渣中碳组分完全反应，生成的液态熔渣直接进入熔渣收集装置，无需降温冷却，不造成热量损失，在添加结晶晶种后通入微晶玻璃成型装置，生产高附加值微晶玻璃，不会产生有害固废，避免处理中再次产生污染。