技术领域
[0001] 本
发明属于含碳材料焙烧技术领域，特别是涉及一种用于含碳材料循环焙烧装置及其焙烧方法。
背景技术
[0002] 现有的焙烧技术目的是物料(如
矿石)加热而不使
熔化，以改变其化学组成或物理性质。
[0003] 含碳材料在焙烧过程中由于各种因素会发生不完全焙烧，导致在焙烧产物中尚残存有可燃物质。发生不完全焙烧时，由于未能将含碳材料中的碳完全去除，不仅造成了材料品质降低，而且造成
燃料的浪费，同时由于
现有技术的进步焙烧产物可被应用于材料工程领域。例如稻壳灰的利用，稻壳中的灰份主要由无定形的
二氧化
硅组成，通过低温焙烧去除碳，可以获得高品质白
炭黑，是价格昂贵的
纳米级材料，用途广泛。但是如果采用高温燃烧方式进行稻壳的焙烧，会将稻壳中的无定形
二氧化硅熔化，不能作为纳米级材料利用。且现有的焙烧装置，如单纯循环
流化床低温焙烧只能将含碳材料中的碳含量焙烧至5-10％，难以满足材料工程领域应用的要求。现在有常用做法是采用电炉、
坩埚、
回转窑等高能耗设备经过长时间缓慢焙烧将灰分中的残炭进一步反应。
[0004]
专利ZL200410041935.0(循环流化床矿物还原焙烧装置及还原焙烧方法)提供的该装置由焙烧炉悬浮段、焙烧炉过渡段、焙烧炉流化段、换热装置、布
风板及底部风箱所组成焙烧炉，以焙烧炉为中心，在焙烧炉流化段的下部两侧分别连接有矿物调速螺旋和
煤调速螺旋，在焙烧炉流化段的底部设有布风板，在布风板的下面设有风箱，在焙烧炉流化段的中部设有床内
水-气换热装置，在焙烧炉流化段的上部连接有熟料储罐和返料管等，该方式具体是为了无机矿物质的焙烧，提高该矿物质品质的目的，其技术中无法对灰粉中的可燃物的含量进一步降低。
[0005] 因此，本发明提供一种高效能、规模化运行的焙烧的装置及焙烧方法，来减少灰粉中的可燃物质含量。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种用于含碳材料循环焙烧装置及其焙烧方法，通过大粒度的低碳材料通过在系统内多次的循环，直至变成小粒度的微粉后分离出系统。通过增加含碳材料在系统内循环的次数，延长氧
原子在原料中渗透、反应的焙烧时间，提高了焙烧效率，解决了现有焙烧中资源浪费，灰粉中的可燃物质含量高的问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的，包括：
[0008] 一种用于含碳材料循环焙烧装置，包括循环流化床焙烧炉、细粉焙烧炉、换热器、细粉分离器和微粉分离器，所述循环流化床焙烧炉包括提升管、旋风分离器、返料器；所述循环流化床焙烧炉的旋风分离器的出口与细粉焙烧炉连通，所述细粉焙烧炉的出口与微粉分离器连接；
[0009] 其中，所述提升管上设置有原料加料口、床料加料口、循环物料加料口；
[0010] 其中，所述细粉焙烧炉的进口与循环物料加料口相连通。
[0011] 进一步地，所述换热器的一侧与细粉焙烧炉连接；所述换热器的另一侧与细粉分离器连接。
[0012] 进一步地，所述提升管的下部还设有返料器的入口；所述提升管密相区设有不含灰辅助燃料加入口，所述提升管底部与鼓风机相连。
[0013] 进一步地，所述循环流化床焙烧炉的加料口下部固定有布风装置。
[0014] 进一步地，所述细粉焙烧炉采用绝热形式，所述细粉焙烧炉设置有控制
温度的辅助焙烧器。
[0015] 一种用于含碳材料循环焙烧装置的焙烧方法，包括如下步骤：
[0016] 步骤一，含碳材料通过原料加料口、床料通过床料加料口分别加入循环流化床焙烧炉中，不含灰辅助燃料通过辅助燃料加料口进入密相区，鼓风机将空气送入，含碳材料与空气发生焙烧后变成粉状低碳材料，被烟气携带进入旋风分离器；
[0017] 步骤二，低碳材料粗粉在旋风分离器被收集进入返料器，细粉和微粉被烟气携带进入细粉焙烧炉，返料器内的低碳材料粗粉被送回提升管继续焙烧；
[0018] 步骤三，旋风分离器上部逸出的低碳材料细粉和微粉与过量的空气在细粉焙烧炉内继续焙烧，并通过辅助焙烧器控制温度；
[0019] 焙烧完成后的低碳材料细粉和微粉及烟气经过换热器降温；
[0020] 通过细粉分离器分离、收集低碳材料细粉，并将低碳材料细粉输送至循环物料加料口，加入循环流化床焙烧炉内继续焙烧，低碳材料微粉经微粉分离器分离、收集，将烟气排放。
[0021] 进一步地，所述含碳材料粒径≤20cm。
[0022] 进一步地，所述循环流化床焙烧炉加入的床料为耐磨粗床料颗粒，包括
石英砂、
河沙和/或氧化
铝球，粒径为0.5～5mm。
[0023] 进一步地，所述循环流化床焙烧炉中空气过量系数为0.9～3，焙烧温度＞450℃。
[0024] 本发明具有以下有益效果：
[0025] 1、本发明采用的循环流化床焙烧装置，设备运行可靠，易于控制，操作环境大为改观、便于实现机械化连续化生产，减轻了工人劳动强度，提高劳动生产率。
[0026] 2、本发明采用的循环流化床焙烧装置，通过循环物料的添加，提高了含碳材料的焙烧效率，提高了
能源利用效率。
[0027] 3、本发明采用的循环流化床焙烧装置及焙烧工艺，降低了低碳材料中的碳含量，碳含量＜1％，使其可以进一步利用于材料工程。
[0028] 4、本发明采用的循环流化床焙烧装置及焙烧工艺，相比于传统的材料处理方法，能够利用低碳材料本身的热值，大大降低了能耗。
[0029] 当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0030] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1为本发明的一种用于含碳材料循环焙烧装置及其焙烧方法的示意图；
[0032] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0033] 1-循环流化床焙烧炉；101-提升管；102-旋风分离器；103-辅助燃料加入口；104-原料加料口；105-床料加料口；106-布风装置；107-循环物料加料口；108-鼓风机；109-返料器；2-细粉焙烧炉；201-辅助焙烧器；3-换热器；4-细粉分离器；5-微粉分离器。
具体实施方式
[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 含碳材料的工业分析主要由灰分、水分、挥发分、固定碳组成，完全焙烧是将水分、挥发分析出，固定碳完全转化为二氧化碳，只残留灰分的过程。而由于各方面原因，完全焙烧通常无法实现，而焙烧产物中除灰分外还残留有可燃组分如：挥发分、固定碳。本发明采用循环流化床焙烧炉，为固体、气体的焙烧提供了一个稳定反应的温度场。含碳材料通过在循环流化床焙烧炉、细粉焙烧炉中进行焙烧；通过旋风分离器、细粉分离器捕集较大粒径的低碳材料，使其重新返回循环流化床焙烧炉、细粉焙烧炉再次进行焙烧。大粒度的低碳材料通过在系统内多次的循环，直至变成小粒度的微粉后分离出系统。通过增加含碳材料在系统内循环的次数，延长氧原子在原料中渗透、反应的焙烧时间，提高了焙烧效率；同时由于微粉粒径小、
比表面积大，氧原子容易渗透与碳原子反应，所以分离出微粉中的碳原子基本已经完全与氧原子发生了反应，含碳量极低。包括以下设备：
[0036] 细粉焙烧炉：将所处理的固体
破碎、
研磨成细粉，增加固体与气体的
接触面积，缩短颗粒内部的传递和反应距离。
自下而上流经这些粉料的气体，在达到一定速度时，会将固体颗粒悬浮起来，使之不断运动，犹如
流体，故称流态化。此项技术已广泛用于化工、
冶金等领域。
[0037] 细粉分离器：工作原理是利用
重力分离，离心分离，使不同颗粒的
煤粉分离。含尘气流由分离器入口切向引入分离器内作旋转运动，固体粒子靠
离心力甩向外筒壁并向下运动，由下部排尘口排出，
净化后的气流由顶部排气口排出。
[0038] 微粉分离器：专利03812421.1(用于分级固体颗粒物料的立式微粉分离器)提供了一种基于颗粒所具有的不同物理性质根据颗粒大小进行颗粒分离的功能设备。
[0039] 提升管：在流化催化裂化装置中，借助气体介质(空气、
蒸汽或油气)的提升力将催化剂提升至高处所用的管子，由下而上依次为预提升段、进料段和裂化反应区，出口一般设置快速分离装置。
[0040] 返料器：是将
锅炉分离器分离下来的高温固体物料稳定的送回压力较高的
燃烧室内，并且保证气体反窜进入分离器的量为最小。分类有：机械
阀和非机械阀两种。
[0041] 布风装置：流化床布风装置主要有布风板、风室、冷渣管组成；布风装置的主要作用包括
支撑床料和使空气均匀的分布在整个
炉膛的横截面上，并提供足够的动压头，使床料均匀地流化，避免死区出现；把那些基本烧透，流化性差，又在布风板上沉积倾向的大颗粒及时排除，避免流化不良。75t/h循环流化床锅炉点火方式是床下热烟气点火，这就要求布风系统能耐800℃左右的温度，因此其布风装置为水冷布风装置。包括：风帽型水冷布风板和水冷等压风室。
[0042] 请参阅图1所示，一种用于含碳材料循环焙烧装置，包括循环流化床焙烧炉1、细粉焙烧炉2、换热器3、细粉分离器4和微粉分离器5，所述循环流化床焙烧炉1包括提升管101、旋风分离器102、返料器109；所述循环流化床焙烧炉1的旋风分离器102的出口与细粉焙烧炉2连通，所述细粉焙烧炉2的出口与微粉分离器5连接。
[0043] 其中，所述提升管101上设置有原料加料口104、床料加料口105、循环物料加料口107。
[0044] 其中，所述细粉焙烧炉2的进口与循环物料加料口107相连通。
[0045] 其中，换热器3的一侧与细粉焙烧炉2连接；所述换热器3的另一侧与细粉分离器4连接。
[0046] 其中，提升管101的下部还设有返料器109的入口；所述提升管101密相区设有不含灰辅助燃料加入口，所述提升管101底部与鼓风机108相连；目的在于：控制焙烧温度。
[0047] 其中，循环流化床焙烧炉1的加料口下部固定有布风装置106，目的在于：均匀温度场。
[0048] 其中，细粉焙烧炉2采用绝热形式，所述细粉焙烧炉2设置有控制温度的辅助焙烧器201，目的在于：降低
散热损失，控制细粉焙烧炉温度。
[0049] 一种用于含碳材料循环焙烧装置的焙烧方法，包括如下步骤：
[0050] 步骤一，含碳材料通过原料加料口104、床料通过床料加料口105分别加入循环流化床焙烧炉1中，不含灰辅助燃料通过辅助燃料加料口进入密相区，鼓风机108将空气送入，含碳材料与空气发生焙烧后变成粉状低碳材料，被烟气携带进入旋风分离器102；
[0051] 步骤二，低碳材料粗粉在旋风分离器102被收集进入返料器109，细粉和微粉被烟气携带进入细粉焙烧炉2，返料器109内的低碳材料粗粉被送回提升管继续焙烧101；
[0052] 步骤三，旋风分离器102上部逸出的低碳材料细粉和微粉与过量的空气在细粉焙烧炉内继续焙烧，并通过辅助焙烧器201控制温度；
[0053] 焙烧完成后的低碳材料细粉和微粉及烟气经过换热器3降温；
[0054] 通过细粉分离器4分离、收集低碳材料细粉，并将低碳材料细粉输送至循环物料加料口107，加入循环流化床焙烧炉1内继续焙烧，低碳材料微粉经微粉分离器5分离、收集，将烟气排放。
[0055] 其中，含碳材料粒径≤20cm。
[0056] 其中，循环流化床焙烧炉1加入的床料为耐磨粗床料颗粒，包括石英砂、河沙和/或氧化铝球，粒径为0.5～5mm。
[0057] 其中，循环流化床焙烧炉1中空气过量系数为0.9～3，焙烧温度＞450℃。
[0058] 实施例1
[0059] 原料
块煤，粒径20cm；床料采用氧化铝球，粒径5mm；分别加入循环流化床焙烧炉，循环流化床焙烧炉无辅助燃料加入，
过量空气系数3，焙烧温度1500℃，辅助焙烧器关闭，细粉焙烧炉温度1400℃。换热后的烟气及细粉、微粉温度140℃，细粉分离器分离出的细粉被返送回循环流化床焙烧炉中，微粉分离器分离收集的微粉碳含量约0.6％。
[0060] 实施例2
[0061] 原料稻壳，粒径0.7cm，床料河沙，粒径2mm，加入循环流化床焙烧炉，循环流化床焙烧炉无辅助燃料加入，过量空气系数0.9，焙烧温度450℃。
液化石油气辅助焙烧器开启，细粉焙烧炉温度460℃。换热后的烟气及细粉、微粉温度120℃，细粉分离器分离出的细粉被返送回循环流化床焙烧炉中，微粉分离器分离收集的微粉碳含量约0.4％。
[0062] 实施例3
[0063] 原料
粉煤灰，粒径0.2cm，床料石英砂，粒径0.5mm，加入循环流化床焙烧炉，循环流化床焙烧炉加入辅助燃料
天然气，过量空气系数1.1，焙烧温度850℃，天然气辅助焙烧器开启，细粉焙烧炉温度830℃。换热后的烟气及细粉、微粉温度150℃，细粉分离器分离出的细粉被返送回循环流化床焙烧炉中，微粉分离器分离收集的微粉碳含量约0.2％。
[0064] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0065] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的
修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受
权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
