循环流化床中含钒石煤料球的焙烧特性试验研究

1、第29卷第10期动力工程V0129 No102009年10月Journal of Power EngineeringOct2009文章绩号：10006761(2009)10090405 孛墨分樊孽：零Q135。1 文激蘸滚羁：A 攀耩努类号：470。10循环流化床中含钒石煤料球的焙烧特性试验研究周宛谕，藐委侩，王勤辉，徐耀斌(浙江太学能源清洁和厢国家重点实验塞，杭州310027)摘要：为避免传统提钒工艺所存在的问题，采用循环流化床钙法焙烧工艺，以添加钙基原料的石 j曩耪臻砖焙烧嚣舞，在热输入功枣为l MW的缓囊：流纯瘩燃烧试验台上进行了含钒石煤焙烧耪眭 试验，霹究了燃烧稳定注、燃烧效率、污染耪

2、撵葳跨栏、燃烧薏炭渣祷眭和炭渣瓴浸盎特往。结暴衰 明：在以烟煤为助燃燃料的条件下，石煤料球可以在1 MW循环流化床试验台上稳定焙烧运行，展 燃烧效率较高；料球中的锅蕊添加荆有较好的脱硫作用，但对于离硫石煤，要达到国家污染物排放 标准，必须采取尾部烟气脱硫措施；焙烧产物以飞灰为主，飞灰中V205浸出率接近70，表明循环 流纯廉对菇澡中的甑矿物具蠢是蟹的焙烧氧钱镑臻。 关键谲：疆环流托廉；含钒菇渫耨臻；钙基漆加裁；氧谨焙浇Calcination Characteristjcs of Vanadiumcontaining Stone Coal Ball in Circulating Fluidize

3、d BedZHOU Wanyu，SHI Zheng-lun，WANG Qinhui，XU Yaobin(State Key Lab of Clean Energy Utilization，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)Abstract：To avoid the existing problems in the conventional vanadium extraction processes，the calcium modified roasting process in circulating fluidized bed was use

4、d。Using calciumbased material as additive and stone coal ball as roasting material，calcination characteristic8 of vanadiumcontaining stone COal was investigated on a circulating fluidized bed combustion test rig with thermal input power of 1 MWThe study included combustion stability，combustion effic

5、iency，pollutant emission characteristics，slag property after combustion as well as leaching characteristics of vanadiumResults show that the stone coalball can keep stable roasting operation in i鹾W circulating fluidized bed test rig with high combustionefficiency when bituminous coal is used as comb

6、ustion-supporting fuelThe calciumbased additives have good desulphurization effect But for the stone coal with high sulfur content，installation of flue gas desulfurization(FGD)must be adopted to meet the national emission standardThe main roasting product is fly ash，and V2 05 lcaching rate of fly as

7、h is close to 70，which indicate that the vanadium minerai in stone coal has good effect on roasting oxidation。Key words：circulating fluidized bed；vanadiumcontaining stone coal ballcalcium-based additives oxidizing calcination蚕潆孛的貔主要赋毒手糕主矿程云母矿孛，遥过奁懑氧诧焙浇莓将萁转纯淹溶态霾蹬“。麸蠢收稿日期：2009*0212惨订日期：2009-0511作者简介：周

8、宛谕(1986一)，女，宁夏银川人，硕士研究生，主礤从事资源综合利用方酾的研究 施硪伦(联系人)，男，研究员 (Tel)057187952041；E-mail：szlcmeezjueducn万方数据第10期 周宛谕，等：循环流化床中舍钒石煤料球的焙烧特性试验研究905煤中提钒的传统工艺为平窑钠法焙烧2，即用食盐、粒通过布置在炉膛出口的分离器捕获后，重新被送 纯碱添加剂在平窑上氧化焙烧石煤，使石煤中的含 回到炉内循环焙烧，不仅可提高燃烧效率，还能延长 钒矿物转变为可溶性的钒酸盐平窑焙烧的优点是 细颗粒的氧化焙烧时间，提高钒的转化率； 设备简单、建厂时间短、成本低、见效快，其缺点包(3)不会产生H

9、CI和Clz等有毒气体，同时由 括：热能利用率低、石煤耗量大、资源浪费严重；于料球中含有钙基添加剂，可兼具脱硫效果；平窑占地面积大；焙烧方式为自然通风层燃，(4)通过在循环流化床焙烧炉中合理布置受热 每平方米窑底面积年产焙烧量只有1-22 t，不适 面，有效利用了焙烧过程中释放的热量，产生蒸汽用 合大规模生产；焙烧脱碳不彻底，钒转化率低；于供热或发电 劳动强度大，作业环境差3。51焙烧过程中会产生笔者在热输入功率为1 MW的循环流化床燃 大量HCI、C1：等有毒气体，严重污染环境卟因此， 烧试验台上进行了循环流化床钙法焙烧工艺的中试 此工艺属于我国强制淘汰工艺7_8试验，目的在于考查该工艺的可

10、行性，并获得合理可基于循环流化床燃烧技术具有燃料适应性强、 行的焙烧条件，为下一步工业设计提供参考依据燃烧效率高、脱硫效率高、氮氧化物排放少、负荷调1试验装置及方法节范围大、调节速度快以及易于实现灰渣综合利用等优点9，本文提出了一种新型的循环流化床钙法图2为1 Mw循环流化床燃烧试验系统该系 焙烧提钒工艺，它不仅可以很好地避免平窑钠化焙 统主要由炉膛、旋风分离器、固体颗粒返料机构、尾 烧工艺存在的问题，而且可以利用石煤资源的热量 部受热面、烟风系统、点火器和给料机构等组成燃 产汽以发电供热，从而实现含钒石煤的高效益、低污烧炉为方形结构，净高为112 m，稀相区炉膛截面 染综合利用该工艺采用以钙

11、基原料为添加剂的石为310 1Tim310 mm 煤料球为焙烧原料，在循环流化床焙烧炉中进行氧化焙烧，使所含钒转化为易溶的含钙钒化合物，焙烧 后的产物用于后续含钒化合物的浸出焙烧过程中 释放的热量可以通过布置在焙烧炉中的各受热面被 水或蒸汽吸收，从而产生蒸汽用于供热或电力生产 石煤循环流化床钙法焙烧提钒的工艺流程见图1 该工艺的技术经济指标，如钒的回收率、产品质量、 投资、成本、收益等，与工艺的各环节有关，特别是灰 渣的钒浸出工艺条件至关重要，而料球的循环流化 床焙烧特性是该工艺的先决条件限于篇幅，本文只 讨论含钒石煤料球的循环流化床焙烧特性钙基添加荆 汽+电、热石囱图2循环流化床试验系统图F

12、ig2 Sketch of the circulating fluidized bed experimental system系统启动后，当燃烧炉床温稳定在900时，将图l 石煤循环流化床钙法培烧提钒工艺框图所制备的含钒石煤料球颗粒送入循环流化床焙烧炉Fig1 Process sketch of the calcium-modified calcination forvanadium extraction from stone coal in circulating fluidized内，与送入的空气以流态化方式进行燃烧，使矿中的bed 钒氧化并生成钒酸钙在循环流化床焙烧过程中，部该焙烧工艺具

13、有如下特点： 分料球颗粒会发生破碎或磨损，从而产生细颗粒这 (1)采用钙基添加剂，避免了钠化焙烧过程中 部分细颗粒与料球中所含的细颗粒被烟气携带出焙 所产生的严重污染和对金属部件的腐蚀；烧炉炉膛后，被布置在炉膛出口的分离装置分离，并 (2)鉴于循环流化床燃烧技术的特点，含钒料 重新送回到炉膛内焙烧，从而保证细颗粒同样具有 球在焙烧过程中燃烧稳定、燃烧效率高、气固混合剧足够的焙烧停留时间从分离器出来的高温烟气，经 烈且氧化充分均匀；同时，在焙烧过程中产生的细颗过热器、蒸汽发生器冷却和布袋除尘器除尘后由烟万方数据动力工程第29襁蠡蘩出。2试验物料峦罗麓蒙特烟气羲藏连续滚溯系统在线分辑黧气成分，烟气

14、中粉尘浓度由自动烟尘测试仪采集测试验用石煤的v20。含蹩为1184，高于掇钒 量，整个系统的所有压力、流量和温度信号由计算机工业对石煤资源V。0。含量(低于08)的通常要 采集并进行自动控制 求1为实现钒转化、脱硫和防爆的三重效果，将石 嬉烧詹匏纛渣秘毒袋豫尘器中收集裂的飞灰煲|l潆耪碎瘥缫，势掺A适量的钙簇添魏裁，熏戒球设备 作为屠续镳掇驳工艺的琢瓣。 裁成o8 mm的耱球，其球裰藏围满足循嚣淀他床依据不问含钒可燃矿物质所含钒化合物的赋存 对焙烧的翳求 形式、矿物组成以及添加剂特性等因素对焙烧过程 石煤料球的元素分析和正业分析见表1由凌1 的影响特性，通过在循环流化床焙烧炉炉膛内布鬣 可知，

15、料球的热值仅4 930 kJkg，这在实际翳环流 逶当粒受热瑟，调节撵琢流化臻遨每参鼗，热送人空恁臻镊炉中是霉疆稳定燃烧鹃，餐考虑到遗验装置 气量、辩琏热入潼等，控剜漉纯藤鳇渚浇温度。通避 热容量小，散热损失大，敢在试验中掺入少量爝煤劲 调节流化床运行床料高度等控制料球颗粒在焙烧炉 燃。石煤料球的含硫量相对较商，接近2，在循环 中的平均停瞬时间，通过调节避人焙烧炉的空气墩 流化床焙烧发电时，仅利用炉内料球中的钙基添加 和料球量等控制焙烧炉出口烟气中的氧气含量剂脱硫还不能达到排敖要求，必须采用适当的尾部耀气脱碗捺藏衰1石煤糕球的工韭分耩和元素努耩lab1 Proximate and ultima

16、te analysis of stone coal ball3结果与分析31燃烧稳定性 在流诧露焙烧过程孛，搴萼球鬏粒蠹鹃可燃物壤与氧气避褥燃浇敷热反应，弱时辩球颗粒所含辩低 价钒在与氧气充分接触的条件下被转化为易溶性的 高价钒，如钒酸钙(xCaOyV206)、硅钒酸钙等一 般，过低的焙烧温度不能保证低价钒的转化，而过商 戆湿度剥很容翳夔料球在焙烧过程中发生烧缭瑷整3嚣震港妒艨囊璇懿分毒象，影响后续黪烧钒的澄出。为了减少辩团磨耗，聚Fig。3 Temperature distfibutioa along the furnace hdght用了较低的流化风速试验工况的主要运行参数觅表2，炉膛温度

17、随床高和时间的变化(即燃烧稳定 性)分别示予脯3和图4袭2蘧验工凌的逶经参数pTab。2 Operational paramelers under test condition越蟒运行参数 数值稳定避行时问h 85密相区平均温度 9125嚣摇区乎麓涎震c 919。5露藏炉膣掰载量 8匿4炉膛温度随时问的变化曲线料球给入逋帛(kgh“)84O Fig4 Furnace temperature Vatime密相区流化瀵腱(ms一1)36由图3和图4可以看出，憋个试验过程循环回万方数据第lO期 周宛谕，等：循环流化床中舍钒石煤料球的焙烧特性试验研究 907路通畅，沿炉高从密相区至炉膛出口温度分布均匀

18、， 准(450 mgm3)，能满足国家排放要求，这也显示了 没有发生分层现象；在85 h运行中，密相区和稀相 循环流化床低温燃烧的独特优点考虑到助燃烟煤 区床温波动很小，工况稳定，燃烧状况良好 的含氮量比石煤高以及没有二次风，所以工程中在32燃烧效率全烧石煤料球及送入一定比例二次风的情况下，氮 燃料燃烧效率是决定锅炉效率的重要因素，通 氧化物排放浓度还会有所降低过对燃烧工况的底渣和飞灰进行取样、计量及含碳表4烟气成分测量平均值 量分析、烟气成分分析，可以获得燃烧效率表3给Tab4 Measured meanof components in flue gas 出了料球颗粒燃烧效率的计算结果由表3

19、可见，焙烟气成分 排放浓度 烧试验具有较高的燃烧效率(9401)，充分显示了 NO(ragm一3)35683 利用循环流化床燃烧技术焙烧含钒石煤料球的独特CO(mgm一3) 6663优点COz121l表3料球颗粒燃烧效率计算结果02889Tab3 Calculation result of combustion efficiency forSOz(ragm一3)2 90580particle of ball material参数 数值 表5给出了脱硫效率的计算结果由表5可知， 入炉石煤料球量(kgh-1) 姐8 料球中加入添加剂后，脱硫效率可达61试验结 人炉助燃烟煤量(kgh-1) ” 果表

20、明：在钙法焙烧工艺中，如果要兼顾脱硫，料球燃料低位发热值(kJkg“)黜中的添加剂量将是一个很重要的参数为了满足日显热(1【J-kg-1)拈汕益严格的SO：排放要求，同时考虑后续钒酸浸工燃料输入热量(kJkg1) 艺，可以采取焙烧炉炉内脱硫和尾部半干法脱硫相未燃烧碳(kgkg_1) 仉m结合的方法来抑制S02的排放，以达到国家排放未燃烧碳损失的热量(kJkg“)m堋要求未燃烧碳损失 量 裹5脱硫效率计算结果 未燃烧CO体积(m3kg1)2 跏枷Tab5 Calculation result of desulfurization efficiency未燃烧气体损失热量(kJkg-1) 邑娜项目

21、数值 未燃烧气体损失 乱m燃料收到基碳G，蹦 伸 燃烧效率呱燃料收到基氢H。，M燃料收到基氧0。，33污染物排放特性燃料收到基氨N。，“盯含钒石煤在采用钙法焙烧过程中，由于石煤中燃料收到基硫sIf 邸含有较高的可燃硫及少量的有机氮，所以燃烧过程燃料收到基水分M。”会产生S0：和氮氧化物钙法焙烧所制料球中的钙理论空气量(m3kg_1)基添加剂主要是作为钒转化的反应物，但同时也会过量空气系数似吸收SO：生成CaSO。由于过多加人添加剂会影响干烟气中s02体积份额加料球热值，同时也会影响后续酸浸的成本等，所以料干烟气中S02计算排放浓度(ragm_3)2 饥球颗粒所加入的添加剂量应主要考虑钒转化的需

22、S02排放浓度测试值(mgm_3)2锄求每千克混合燃料实铡S02排放量l(mgkg“)坨 鼠表4给出了烟气成分测量平均值由表4可知，每千克混合燃料理论SOz捧放量(ragkg_1)二二计算脱硫效率 翟篡篡竺巍瓮搿NO浓度为35683 mgm3，与通常燃煤循环流化床氮氧化物排放浓度相比偏高，其主要原因是焙烧试 验中为了保证密相区的氧化焙烧，采用的过量空气34燃烧后灰渣特性 系数口较大，从而导致更多的燃料氮转化为Nq所收集的灰渣份额、含碳量及V：O。含量分析 根据国家污染物排放标准火电厂大气污染物排放数据见表6根据表6中数据计算后可知，焙烧后灰 标准(GB 13223-2003)，按口=14折算焙

23、烧过程中渣(包括飞灰和底渣)中Vzos的含量为138，与 的烟气NO。浓度为442 mgm3，仍低于国家排放标石煤原样中的1184相比提高了232其中万方数据908动力工程第29器70熬灰渣羧飞灰形式捧出，鬻必骞30左右壤6705渣，表鞠飞获鬏粒鼢焙烧效果憝循筇流佬床锈浚戆烧工艺的关键罨詈分析飞灰份额大的原因是：料球在焙烧过獠中铂50被迅速加热，部分料球颗粒由于水分快速析出而出孰瑰破碎等瑰象。每个耨球颓粒以黻|雯绽孩摸式避怨 燃麓，静颥粒禚燃烧过程串存在一层灰渣层，在内部薹25燃料核燃烧的同时，外部的灰屎由于颗粒间的剧烈碰撞发生磨损，外层的灰层不断被磨耗，从而产生大量的细颗粒圈5硫艘浓崖对底蒲

24、和飞灰中VeOs浸出率的影响衰6毅瀣份额、含碳量及U貔含量分赣Fig。5 Efeet of sulfuric acid concentration on leachingTab6 Analysis of slag proportion，carbon content andrateVz05 from bottom slag and fly ashV2魄content率达到61左右；当硫酸浓成为125时，底滤中 项目 数值V。0。浸出率达到67；但进 步提高硫酸浓度，底 人炉臆潦量kg 4 S 8 O渣中v2 05浸出率升高并不明最与底渣相比，淼硫 收集嶷瀵想豢kg 89 。 9 巷 酸浓度为10

25、酵，飞获孛Vz0。浸出率与巯酸浓凌 褒溅静额3 l力12。5时蔗渣中0。溪滋率接透。蠢馥，麸这 底渣毒锻量 O 24个试验结聚稽，飞灰中的钒比底渣中的钒更容耪漫 底渣中v20s含量 4 5出，这与飞放颗粒细、比表面秘大、容易焙烧氧化有加人总料皴量kg 1H 关系加入慧煅煤蟹艇 l!“涟 ， ，钒是囊侩元素，石煤中黯貔多泼低徐(三终翻爨飞获静菝嚣S 9徐铙)形式斌存于镜矿物孛，三徐镜不溶于永、酸稻除尘灰禽碳量 3 4 2碱，四价钒熊溶于酸，五价钒嬲溶于水和酸循环流飞灰中uos吉量淼髓篡羔醅慧1 3 5化床焙烧的目的是使石煤中的低价钒化合物在高温氧化气氛条件下氧化为高价钒，从而用酸浸出到溶 对从布

26、袋除尘器中收集到的飞灰进行粒度分滚孛，再瓣禽钒溶滚进行后续分离提取工艺，缮裂辑，结栗显示除垒器飞灰襄粒较绥，体积手均蕴径袋v2晓产品，瓣戴氧纯焙浇燕整个提镊工艺最关键有27弘m，比裘丽积为087 m2g，这一方面表明试 的环节，它对钒的总回收率越决定性作用从圈5还验时分离器具有较高的分离效察，另一方面也表明可以看出，循环流化床焙烧可使石煤中的低价钒有焙烧过程中磨损下来的颗粒主翳是成球所用原料的效氧化为高价钒，但氧化焙烧述与颗粒在炉内的停细颗粒蟹对闼有关，延长颞越在炉艨鹣箨警时阕有裁予载获爨烧效攀惫爱来看，藏褥审瓣缨鬏靛毫基本诧反应。由予试验台炉膛高度容限，远未达到蜜际德燃烧，焙烧詹滕渣含碳量仅

27、为024，燃烧效率高这环流化床锅炉的炉膛高度，颗粒在炉内的停留时间9401相对较短，因此可以预见，这种石煤料球在实际循环35灰渣的钒浸出特性流化床锅炉中焙烧时，氧化效聚更好，能使灰渣的钒钒转化率是循环流化床钙浚嬷烧效果的直接体浸塞率迸一步提裹凌+将试验毅察愆底渣纛飞灰分麓蕉浓凌秀s多、lO、125和15的硫酸溶液浸出，在液固比为4结论2、浸出温度为90的条件下，加热100 min后静(1)猩以烟煤为助燃燃料的条件下，掺加添加置，过滤上清液，分析溶液中Vzos的含量，通过计剂的石煤料球可以在循环流化床上实现稳定焙烧运算可得Vzos没出率底渣和飞灰在不同浓度硫酸行。培烧温魔控潮在910友褰嚣孪，燃

28、烧效率可敬遮溶渡孛秘浸臻试验结采冕垂5舞4，将烙烧氧量控裁在8左右霹疆蒹鼷锅炉由图5可以看出，当采取升潞措施时，随着硫酸 热效率和钒的氧化焙烧两方丽的要求浓度的提高，底渣和飞灰中V。O。的浸出率都呈上(2)钙法焙烧所生成的烟气中Nq浓度比常升趋势当硫酸浓度为10时，底渣中v20。浸出 (下转第925页)万方数据第10期 枣少捧，等：复合角艨气腱冷却叶片的瓶檄模拟925 Filra-cooling from holes with compound angle胡糸褰灭，译餐缝，嚣薅，等。跨跨赫缘气骥冷聱毂攀戆orientations&rt 2-results downstream of a sin

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