[发明专利]一种直接利用煤粉煅烧氧化铝熟料的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于煤粉高效燃烧和低品位资源高效低能耗利用范围技术范围，特别涉及煤粉制备、煤粉高效燃烧、气力输送、粉煤灰高温分离、氧化铝熟料煅烧的装置及其方法，特别是一种直接利用煤粉煅烧氧化铝熟料的装置及其方法。

背景技术

随着火电厂的超常规快速发展，每年电站锅炉燃烧煤量达12-14亿吨，每年排出的粉煤灰量达2-4亿吨，尤其特殊的是在宁夏、内蒙、山西、陕西等主要产煤区每年生产大量的高铝煤，其中氧化铝含量高于30％的粉煤灰量至少几千万吨，辽阔的鄂尔多斯盆地附近地域所产煤碳在电厂燃烧完后，其粉煤灰中氧化铝含量高达50％，从粉煤灰中提取氧化铝成了电力、有色、建材等行业相关企业关注的热点，这是一块巨大的铝资源，如何能高效回收高铝粉煤灰中铝资源，将对中国的铝资源长期可持续发展具有重要意义。

但目前国内外在粉煤灰中提取氧化铝的方法都停留在炉外粉煤灰的重新再利用，即采用碱法、酸法和热法三大类。这三种方法共同的特点是超高能耗和易造成二次环境污染，酸法在工业上存在腐蚀设备，酸不易回收等致命缺点，最常用的碱法中须重新将粉煤灰烧结，温度超过1200℃，能耗非常高，碱法中，由于粉煤灰中富含氧化硅，拜尔法生产工艺不能适应，所以普遍采用碱石灰烧结法和石灰烧结法工艺。在碱石灰烧结工艺中，由于碳酸钠循环使用的需要，只能采用设备庞大的湿法烧结工艺。在烧结过程中，原料中水分蒸发后原料中各成分之间才发生固相反应，从而形成熟料。由于固相反应温度高，烧结温度超过1300℃，所以碱石灰烧结法能耗高，成本也高，产生的赤泥量大，赤泥的利用率低，造成环境负担。回收成本太大，这是造成高铝粉煤灰基本全部污染排放，无法回收的主要原因，给国家造成了巨大浪费。以上所有粉煤灰中提取氧化铝技术都是炉外技术。

如果能将氧化铝熟料的煅烧控制在煤粉炉内进行，利用煤粉炉内温度在1200℃～1600℃，煤粉在燃烧时的工况与碱法中粉煤灰烧结温度工况十分相似，在高铝煤锅炉燃烧产生热能进行发电的同时，加入相应量的钙基矿化物辅料，实现煤粉炉内氧化铝熟料的煅烧，使得电厂电除尘器收集的粉煤灰中含有大量的氧化铝熟料，然后利用低浓度碳酸钠溶液对煅烧熟料进行浸取处理，利用石灰加入法进行脱硅处理，利用碳化法获得氢氧化铝，并对碳酸钠进行回收再利用，氢氧化铝煅烧为氧化铝。氧化铝溶出后的硅钙渣可用作建筑材料。这样就省去了现在的重新煅烧过程，将会大大减少粉煤灰中提取氧化铝的能耗，从而实现对当今大量浪费的高铝粉煤灰的回收，为国家宝贵资源的再利用开辟一条新路。

从材料化学热力学的角度出发，要实现煤粉炉内氧化铝熟料煅烧是完全可行的。因为煤粉炉燃烧温度最高可到1600℃，可以满足很多无机材料合成时对温度的要求，然而在材料合成的动力学方面，煤粉燃烧后产生的灰质物在炉内处于悬浮态，且停留时间仅3～6秒，能否满足材料合成的需要，是否需要特殊的催化作用，这不仅牵涉到材料学科，也牵涉到热能动力工程、流体力学、燃烧学、传热学等其他学科密切相关的交叉学科问题。本发明的装置正是在研究了煤粉炉内煅烧氧化铝熟料的化学反应动力学机理后设计开发的。

煤粉锅炉是广泛使用的生产热力的设备，它产生的高温高压蒸汽可用于发电或用作其它动力。其中的关键设备是煤粉锅炉。煤粉经喷嘴喷入炉膛内，呈高度分散的悬浮状态，在炉膛燃烧区与1300℃～1600℃的高温气流相遇后，急剧升温并燃烧放热；煤粉燃烧放热将化学能转变为热能，通过辐射和对流传热使锅炉给水变成高温高压蒸汽，直接用于推动汽轮机，带动发电机发电。煤粉燃烧后形成的粉煤灰随烟气流离开炉膛，进入烟道，在其中与供汽、锅炉供水、供风等设施进行间接热交换，均匀而迅速地冷却，然后进入电除尘器，粉煤灰即被收集下来。这种煤粉锅炉的运行带来两个较严重的问题，一是副产的大量的粉煤灰将对土地和水源等产生较严重的污染问题。二是烟气中的二氧化硫和少量的粉煤灰也给大气带来环境污染问题。氧化铝熟料悬浮态煅烧技术属于国际空白，经文献检索，尚未发现有和本发明相同或相似的文献和专利，检索到的一些与本发明相关的文献，主要是研究Al₂O₃、SiO₂、CaO这三种成分在形成粉煤灰特性上的差别，还有就是一些在炉外对高铝粉煤灰煅烧在提取的研究。到目前为止，还没有发现有关在煤粉炉内进行燃烧的同时进行氧化铝煅烧研究的任何报道。

以下是申请人检索到的与本发明相关的参考文献：