本發(fā)明屬于含碳材料焙燒技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于含碳材料循環(huán)焙燒裝置及其焙燒方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的焙燒技術(shù)目的是物料(如礦石)加熱而不使熔化，以改變其化學(xué)組成或物理性質(zhì)。

含碳材料在焙燒過(guò)程中由于各種因素會(huì)發(fā)生不完全焙燒，導(dǎo)致在焙燒產(chǎn)物中尚殘存有可燃物質(zhì)。發(fā)生不完全焙燒時(shí)，由于未能將含碳材料中的碳完全去除，不僅造成了材料品質(zhì)降低，而且造成燃料的浪費(fèi)，同時(shí)由于現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步焙燒產(chǎn)物可被應(yīng)用于材料工程領(lǐng)域。例如稻殼灰的利用，稻殼中的灰份主要由無(wú)定形的二氧化硅組成，通過(guò)低溫焙燒去除碳，可以獲得高品質(zhì)白炭黑，是價(jià)格昂貴的納米級(jí)材料，用途廣泛。但是如果采用高溫燃燒方式進(jìn)行稻殼的焙燒，會(huì)將稻殼中的無(wú)定形二氧化硅熔化，不能作為納米級(jí)材料利用。且現(xiàn)有的焙燒裝置，如單純循環(huán)流化床低溫焙燒只能將含碳材料中的碳含量焙燒至5-10％，難以滿(mǎn)足材料工程領(lǐng)域應(yīng)用的要求?，F(xiàn)在有常用做法是采用電爐、坩堝、回轉(zhuǎn)窯等高能耗設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間緩慢焙燒將灰分中的殘?zhí)窟M(jìn)一步反應(yīng)。

專(zhuān)利zl200410041935.0(循環(huán)流化床礦物還原焙燒裝置及還原焙燒方法)提供的該裝置由焙燒爐懸浮段、焙燒爐過(guò)渡段、焙燒爐流化段、換熱裝置、布風(fēng)板及底部風(fēng)箱所組成焙燒爐，以焙燒爐為中心，在焙燒爐流化段的下部?jī)蓚?cè)分別連接有礦物調(diào)速螺旋和煤調(diào)速螺旋，在焙燒爐流化段的底部設(shè)有布風(fēng)板，在布風(fēng)板的下面設(shè)有風(fēng)箱，在焙燒爐流化段的中部設(shè)有床內(nèi)水-氣換熱裝置，在焙燒爐流化段的上部連接有熟料儲(chǔ)罐和返料管等，該方式具體是為了無(wú)機(jī)礦物質(zhì)的焙燒，提高該礦物質(zhì)品質(zhì)的目的，其技術(shù)中無(wú)法對(duì)灰粉中的可燃物的含量進(jìn)一步降低。

因此，本發(fā)明提供一種高效能、規(guī)?；\(yùn)行的焙燒的裝置及焙燒方法，來(lái)減少灰粉中的可燃物質(zhì)含量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于含碳材料循環(huán)焙燒裝置及其焙燒方法，通過(guò)大粒度的低碳材料通過(guò)在系統(tǒng)內(nèi)多次的循環(huán)，直至變成小粒度的微粉后分離出系統(tǒng)。通過(guò)增加含碳材料在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的次數(shù)，延長(zhǎng)氧原子在原料中滲透、反應(yīng)的焙燒時(shí)間，提高了焙燒效率，解決了現(xiàn)有焙燒中資源浪費(fèi)，灰粉中的可燃物質(zhì)含量高的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括：

一種用于含碳材料循環(huán)焙燒裝置，包括循環(huán)流化床焙燒爐、細(xì)粉焙燒爐、換熱器、細(xì)粉分離器和微粉分離器，所述循環(huán)流化床焙燒爐包括提升管、旋風(fēng)分離器、返料器；所述循環(huán)流化床焙燒爐的旋風(fēng)分離器的出口與細(xì)粉焙燒爐連通，所述細(xì)粉焙燒爐的出口與微粉分離器連接；

其中，所述提升管上設(shè)置有原料加料口、床料加料口、循環(huán)物料加料口；

其中，所述細(xì)粉焙燒爐的進(jìn)口與循環(huán)物料加料口相連通。

進(jìn)一步地，所述換熱器的一側(cè)與細(xì)粉焙燒爐連接；所述換熱器的另一側(cè)細(xì)粉分離器連接。

進(jìn)一步地，所述提升管的下部還設(shè)有返料器的入口；所述提升管密相區(qū)設(shè)有不含灰輔助燃料加入口，所述提升管底部與鼓風(fēng)機(jī)相連。

進(jìn)一步地，所述循環(huán)流化床焙燒爐的加料口下部固定有布風(fēng)裝置。

進(jìn)一步地，所述細(xì)粉焙燒爐采用絕熱形式，所述細(xì)粉焙燒爐設(shè)置有控制溫度的輔助焙燒器。

一種用于含碳材料循環(huán)焙燒裝置的焙燒方法，包括如下步驟：

步驟一，含碳材料通過(guò)原料加料口、床料通過(guò)床料加料口分別加入循環(huán)流化床焙燒爐中，不含灰輔助燃料通過(guò)輔助燃料加料口進(jìn)入密相區(qū)，鼓風(fēng)機(jī)將空氣送入，含碳材料空與氣發(fā)生焙燒后變成粉狀低碳材料，被煙氣攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器；

步驟二，低碳材料粗粉在旋風(fēng)分離器被收集進(jìn)入返料器，細(xì)粉和微粉被煙氣攜帶進(jìn)入細(xì)粉焙燒爐，返料器內(nèi)的低碳材料粗粉被送回提升管繼續(xù)焙燒；

步驟三，旋風(fēng)分離器上部逸出的低碳材料細(xì)粉和微粉與過(guò)量的空氣在細(xì)粉焙燒爐內(nèi)繼續(xù)焙燒，并通過(guò)輔助焙燒器控制溫度；

焙燒完成后的低碳材料細(xì)粉和微粉及煙氣經(jīng)過(guò)換熱器降溫；

通過(guò)細(xì)粉分離器分離、收集低碳材料細(xì)粉，并將低碳材料細(xì)粉輸送至循環(huán)物料加料口，加入循環(huán)流化床焙燒爐內(nèi)繼續(xù)焙燒，低碳材料微粉經(jīng)微粉分離器分離、收集，將煙氣排放。

進(jìn)一步地，所述含碳材料粒徑≤20cm。

進(jìn)一步地，所述循環(huán)流化床焙燒爐加入的床料為耐磨粗床料顆粒，包括石英砂、河沙和/或氧化鋁球，粒徑為0.5～5mm。

進(jìn)一步地，所述循環(huán)流化床焙燒爐中空氣過(guò)量系數(shù)為0.9～3，焙燒溫度＞450℃。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明采用的循環(huán)流化床焙燒裝置，設(shè)備運(yùn)行可靠，易于控制，操作環(huán)境大為改觀、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化連續(xù)化生產(chǎn)，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

2、本發(fā)明采用的循環(huán)流化床焙燒裝置，通過(guò)循環(huán)物料的添加，提高了含碳材料的焙燒效率，提高了能源利用效率。

3、本發(fā)明采用的循環(huán)流化床焙燒裝置及焙燒工藝，降低了低碳材料中的碳含量，碳含量＜1％，使其可以進(jìn)一步利用于材料工程。

4、本發(fā)明采用的循環(huán)流化床焙燒裝置及焙燒工藝，相比于傳統(tǒng)的材料處理方法，能夠利用低碳材料本身的熱值，大大降低了能耗。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的一種用于含碳材料循環(huán)焙燒裝置及其焙燒方法的示意圖；

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1-循環(huán)流化床焙燒爐；101-提升管；102-旋風(fēng)分離器；103-輔助燃料加入口；104-原料加料口；105-床料加料口；106-布風(fēng)裝置；107-循環(huán)物料加料口；108-鼓風(fēng)機(jī)；109-返料器；2-細(xì)粉焙燒爐；201-輔助焙燒器；3-換熱器；4-細(xì)粉分離器；5-微粉分離器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

含碳材料的工業(yè)分析主要由灰分、水分、揮發(fā)分、固定碳組成，完全焙燒是將水分、揮發(fā)分析出，固定碳完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳，只殘留灰分的過(guò)程。而由于各方面原因，完全焙燒通常無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而焙燒產(chǎn)物中除灰分外還殘留有可燃組分如：揮發(fā)分、固定碳。本發(fā)明采用循環(huán)流化床焙燒爐，為固體、氣體的焙燒提供了一個(gè)穩(wěn)定反應(yīng)的溫度場(chǎng)。含碳材料通過(guò)在循環(huán)流化床焙燒爐、細(xì)粉焙燒爐中進(jìn)行焙燒；通過(guò)旋風(fēng)分離器、細(xì)粉分離器捕集較大粒徑的低碳材料，使其重新返回循環(huán)流化床焙燒爐、細(xì)粉焙燒爐再次進(jìn)行焙燒。大粒度的低碳材料通過(guò)在系統(tǒng)內(nèi)多次的循環(huán)，直至變成小粒度的微粉后分離出系統(tǒng)。通過(guò)增加含碳材料在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的次數(shù)，延長(zhǎng)氧原子在原料中滲透、反應(yīng)的焙燒時(shí)間，提高了焙燒效率；同時(shí)由于微粉粒徑小、比表面積大，氧原子容易滲透與碳原子反應(yīng)，所以分離出微粉中的碳原子基本已經(jīng)完全與氧原子發(fā)生了反應(yīng)，含碳量極低。包括以下設(shè)備：

細(xì)粉焙燒爐：將所處理的固體破碎、研磨成細(xì)粉，增加固體與氣體的接觸面積，縮短顆粒內(nèi)部的傳遞和反應(yīng)距離。自下而上流經(jīng)這些粉料的氣體，在達(dá)到一定速度時(shí)，會(huì)將固體顆粒懸浮起來(lái)，使之不斷運(yùn)動(dòng)，猶如流體，故稱(chēng)流態(tài)化。此項(xiàng)技術(shù)已廣泛用于化工、冶金等領(lǐng)域。

細(xì)粉分離器：工作原理是利用重力分離，離心分離，使不同顆粒的煤粉分離。含塵氣流由分離器入口切向引入分離器內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，固體粒子靠離心力甩向外筒壁并向下運(yùn)動(dòng)，由下部排塵口排出，凈化后的氣流由頂部排氣口排出。

微粉分離器：專(zhuān)利03812421.1(用于分級(jí)固體顆粒物料的立式微粉分離器)提供了一種基于顆粒所具有的不同物理性質(zhì)根據(jù)顆粒大小進(jìn)行顆粒分離的功能設(shè)備。

提升管：在流化催化裂化裝置中，借助氣體介質(zhì)(空氣、蒸汽或油氣)的提升力將催化劑提升至高處所用的管子，由下而上依次為預(yù)提升段、進(jìn)料段和裂化反應(yīng)區(qū)，出口一般設(shè)置快速分離裝置。

返料器：是將鍋爐分離器分離下來(lái)的高溫固體物料穩(wěn)定的送回壓力較高的燃燒室內(nèi)，并且保證氣體反竄進(jìn)入分離器的量為最小。分類(lèi)有：機(jī)械閥和非機(jī)械閥兩種。

布風(fēng)裝置：流化床布風(fēng)裝置主要有布風(fēng)板、風(fēng)室、冷渣管組成；布風(fēng)裝置的主要作用包括支撐床料和使空氣均勻的分布在整個(gè)爐膛的橫截面上，并提供足夠的動(dòng)壓頭，使床料均勻地流化，避免死區(qū)出現(xiàn)；把那些基本燒透，流化性差，又在布風(fēng)板上沉積傾向的大顆粒及時(shí)排除，避免流化不良。75t/h循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火方式是床下熱煙氣點(diǎn)火，這就要求布風(fēng)系統(tǒng)能耐800℃左右的溫度，因此其布風(fēng)裝置為水冷布風(fēng)裝置。包括：風(fēng)帽型水冷布風(fēng)板和水冷等壓風(fēng)室。

請(qǐng)參閱圖1所示，一種用于含碳材料循環(huán)焙燒裝置，包括循環(huán)流化床焙燒爐1、細(xì)粉焙燒爐2、換熱器3、細(xì)粉分離器4和微粉分離器5，所述循環(huán)流化床焙燒爐1包括提升管101、旋風(fēng)分離器102、返料器109；所述循環(huán)流化床焙燒爐1的旋風(fēng)分離器102的出口與細(xì)粉焙燒爐2連通，所述細(xì)粉焙燒爐2的出口與微粉分離器5連接。

其中，所述提升管101上設(shè)置有原料加料口104、床料加料口105、循環(huán)物料加料口107。

其中，所述細(xì)粉焙燒爐2的進(jìn)口與循環(huán)物料加料口107相連通。

其中，換熱器3的一側(cè)與細(xì)粉焙燒爐2連接；所述換熱器3的另一側(cè)細(xì)粉分離器4連接。

其中，提升管101的下部還設(shè)有返料器109的入口；所述提升管101密相區(qū)設(shè)有不含灰輔助燃料加入口，所述提升管101底部與鼓風(fēng)機(jī)108相連；目的在于：控制焙燒溫度。

其中，循環(huán)流化床焙燒爐1的加料口下部固定有布風(fēng)裝置106，目的在于：均勻溫度場(chǎng)。

其中，細(xì)粉焙燒爐2采用絕熱形式，所述細(xì)粉焙燒爐2設(shè)置有控制溫度的輔助焙燒器201，目的在于：降低散熱損失，控制細(xì)粉焙燒爐溫度。

一種用于含碳材料循環(huán)焙燒裝置的焙燒方法，包括如下步驟：

步驟一，含碳材料通過(guò)原料加料口104、床料通過(guò)床料加料口105分別加入循環(huán)流化床焙燒爐1中，不含灰輔助燃料通過(guò)輔助燃料加料口進(jìn)入密相區(qū)，鼓風(fēng)機(jī)108將空氣送入，含碳材料空與氣發(fā)生焙燒后變成粉狀低碳材料，被煙氣攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器102；

步驟二，低碳材料粗粉在旋風(fēng)分離器102被收集進(jìn)入返料器109，細(xì)粉和微粉被煙氣攜帶進(jìn)入細(xì)粉焙燒爐2，返料器109內(nèi)的低碳材料粗粉被送回提升管繼續(xù)焙燒101；

步驟三，旋風(fēng)分離器102上部逸出的低碳材料細(xì)粉和微粉與過(guò)量的空氣在細(xì)粉焙燒爐內(nèi)繼續(xù)焙燒，并通過(guò)輔助焙燒器201控制溫度；

焙燒完成后的低碳材料細(xì)粉和微粉及煙氣經(jīng)過(guò)換熱器3降溫；

通過(guò)細(xì)粉分離器4分離、收集低碳材料細(xì)粉，并將低碳材料細(xì)粉輸送至循環(huán)物料加料口107，加入循環(huán)流化床焙燒爐1內(nèi)繼續(xù)焙燒，低碳材料微粉經(jīng)微粉分離器5分離、收集，將煙氣排放。

其中，含碳材料粒徑≤20cm。

其中，循環(huán)流化床焙燒爐1加入的床料為耐磨粗床料顆粒，包括石英砂、河沙和/或氧化鋁球，粒徑為0.5～5mm。

其中，循環(huán)流化床焙燒爐1中空氣過(guò)量系數(shù)為0.9～3，焙燒溫度＞450℃。

實(shí)施例1

原料塊煤，粒徑20cm；床料采用氧化鋁球，粒徑5mm；分別加入循環(huán)流化床焙燒爐，循環(huán)流化床焙燒爐無(wú)輔助燃料加入，過(guò)量空氣系數(shù)3，焙燒溫度1500℃，輔助焙燒器關(guān)閉，細(xì)粉焙燒爐溫度1400℃。換熱后的煙氣及細(xì)粉、微粉溫度140℃，細(xì)粉分離器分離出的細(xì)粉被返送回循環(huán)流化床焙燒爐中，微粉分離器分離收集的微粉碳含量約0.6％。

實(shí)施例2

原料稻殼，粒徑0.7cm，床料河沙，粒徑2mm，加入循環(huán)流化床焙燒爐，循環(huán)流化床焙燒爐無(wú)輔助燃料加入，過(guò)量空氣系數(shù)0.9，焙燒溫度450℃。液化石油氣輔助焙燒器開(kāi)啟，細(xì)粉焙燒爐溫度460℃。換熱后的煙氣及細(xì)粉、微粉溫度120℃，細(xì)粉分離器分離出的細(xì)粉被返送回循環(huán)流化床焙燒爐中，微粉分離器分離收集的微粉碳含量約0.4％。

實(shí)施例3

原料粉煤灰，粒徑0.2cm，床料石英砂，粒徑0.5mm，加入循環(huán)流化床焙燒爐，循環(huán)流化床焙燒爐加入輔助燃料天然氣，過(guò)量空氣系數(shù)1.1，焙燒溫度850℃，天然氣輔助焙燒器開(kāi)啟，細(xì)粉焙燒爐溫度830℃。換熱后的煙氣及細(xì)粉、微粉溫度150℃，細(xì)粉分離器分離出的細(xì)粉被返送回循環(huán)流化床焙燒爐中，微粉分離器分離收集的微粉碳含量約0.2％。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上公開(kāi)的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書(shū)選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書(shū)及其全部范圍和等效物的限制。