一种石灰-电石联合生产系统和方法
阅读说明：本技术 一种石灰-电石联合生产系统和方法 (Lime-calcium carbide combined production system and method ) 是由 贾鹏 于 2021-02-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种石灰-电石联合生产系统和方法,装置包括气化加热炉、石灰回转窑、电石回转窑和CO-2回收装置。气化加热炉为回转窑结构,包括燃料喷嘴、循环气体出口、灰渣出口和引射器。气化加热炉的循环气体出口一路连接到石灰回转窑,一路连接到电石回转窑。生产过程包括石灰回转窑的石灰尾气预热石灰石原料后一路到CO-2回收装置回收纯净CO-2,另一路到循环泵入口。电石回转窑的电石尾气经引射器进入气化加热炉作气体然料。本发明通过气化加热炉、电石回转窑和石灰回转窑相结合生产电石和石灰,气化加热炉煤气化得到的高温热载气向电石回转窑和石灰回转窑供热,提高了燃煤热能利用率,减少了燃煤消耗量。(The invention relates to a lime-calcium carbide combined production system and method, and the device comprises a gasification heating furnace, a lime rotary kiln, a calcium carbide rotary kiln and CO 2 And (5) a recovery device. The gasification heating furnace is of a rotary kiln structure and comprises a fuel nozzle, a circulating gas outlet, an ash outlet and an ejector. One path of a circulating gas outlet of the gasification heating furnace is connected to the lime rotary kiln, and the other path of the circulating gas outlet is connected to the calcium carbide rotary kiln. The production process comprises that lime tail gas of the lime rotary kiln preheats the raw material of the limestone and then leads the limestone to CO 2 The recovery device recovers pure CO 2 And the other path is connected to the inlet of the circulating pump. The tail gas of the calcium carbide rotary kiln enters a gasification heating furnace through an ejector to be used as a gas fuel. The invention produces calcium carbide and lime by combining a gasification heating furnace, a calcium carbide rotary kiln and a lime rotary kiln, and high-temperature hot carrier gas obtained by coal gasification of the gasification heating furnaceHeat is supplied to the calcium carbide rotary kiln and the lime rotary kiln, the utilization rate of heat energy of fire coal is improved, and the consumption of the fire coal is reduced.)
技术领域
本发明属于能源和矿物加工领域，涉及一种石灰-电石联合生产系统和方法。
背景技术
电石生产能耗高，传统的电石生产方法是电热法，即依靠电加热的方法从电石原料获得电石产品。电石生产的能源消耗成本占总生产成本的比重较大，属于高能耗产业。因电是二次能源（火力发电的热能利用率约为30%～40%），电热法生产电石会导致电石的生产成本居高不下，使工业电石在市场上缺乏竞争力。煤气化电石生产以煤炭或焦炭不完全燃烧（高温气化）提供热量，去除了发电效率的限制，为提高一次能源的利用率提供了理论上的可能性。
燃烧产生的大量二氧化碳在高温下的电石生产环境中会消耗电石原料中的碳素（CO2+C=2CO）。因为电石反应系统中的其它氧化剂可能消耗可作为还原剂的碳素或电石，所以电石的生成反应必须在还原性气氛中进行。用煤炭或焦炭的不完全燃烧可产生高纯度的一氧化碳气体，并提供电石生产所需要的热量。由热化学可知，CO的标准生成焓不足CO2的30%，提供同样热量，不完全燃烧通常消耗更多碳质原料（焦炭或煤炭）。
电石尾气的出口温度设为1500℃时，用CO2和纯氧的混合物作为煤炭的高温气化剂时，燃料煤的消耗量是作为电石原料煤的5.8倍。上述工况下，煤气化电石生产所消耗的煤炭绝大部分用作了燃料，且燃料实际用于电石生产的比例很低。这是因为经电石单元后气化煤气存在于高温尾气中的CO，并离开电石生产系统，燃煤的能量主要以电石尾气显热和燃烧热的形式排出了电石生产系统。为保证一定的电石产量只有加大煤炭气化量，这就势必造成燃煤消耗量非常高。因此，如何提高煤气化电石生产的燃料利用率，减少燃料消耗，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种石灰-电石联合生产系统，通过气化加热炉得到高温CO2向电石生产设备和石灰回转窑直接供热，利用尾气循环来控制煤气化的温度，提高燃煤热能利用率，减少燃煤消耗量。本发明的另一目的是提供一种石灰-电石联合生产方法。
本发明的技术方案是：
一种石灰-电石联合生产系统，包括石灰回转窑、电石回转窑、石灰石料仓、电石原料仓和CO2回收装置。石灰回转窑设有循环气体入口、石灰尾气出口、石灰石原料入口和石灰产品出口，石灰石料仓连接到石灰石原料入口，石灰石料仓设有烟气入口和烟气出口。电石回转窑设有循环气体入口、电石尾气出口、电石原料入口和电石产品出口，电石原料仓连接到电石原料入口。系统设有气化加热炉，气化加热炉为回转窑结构，包括燃料喷嘴、循环气体出口、灰渣出口和引射器。引射器设有引射气进口、尾气引射入口和喷射口，喷射口连接到气化加热炉。电石产品出口通过电石余热回收器连接到运输车，石灰产品出口通过石灰余热回收器连接到石灰仓，石灰仓设有石灰冷却气入口，灰渣出口通过灰渣余热回收器连接到灰渣池。运输车设有运输车保护气入口，灰渣池设有灰渣池保护气入口。电石回转窑的电石尾气出口连接到尾气引射入口，石灰尾气出口连接到烟气入口，烟气出口分为两路，一路连接到CO2回收装置，一路连接到循环泵入口。循环泵出口分为五路，第一路连接到气封室，第二路连接到引射气进口，第三路连接到灰渣池保护气入口，第四路连接到运输车保护气入口，第五路连接到石灰冷却气入口。气化加热炉的循环气体出口分为两路，一路通过高温热载气循环管路连接到电石回转窑的循环气体入口，一路通过高温热载气输送管路连接到石灰回转窑的循环气体入口。
具体的，电石回转窑设有窑头罩，窑头罩与窑体之间设有气封室，窑头罩设有循环气体入口和电石产品出口，循环气体入口位于气封室中部，电石产品出口位于气封室的下部。密封为包括但不限于刀口动密封，可以采用包括但不限于多重的迷宫密封。
具体的，燃料喷嘴为同轴套筒式结构，燃料喷嘴的中心为煤粉通道，煤粉通道的周围为氧气通道。气封室可以一重或多重密封，可以是静密封或动密封，可以是迷宫的机械密封和气封的组合形式，可以使用包括但不限于二氧化碳、氮气、惰性气体或它们的混合物进行气帘密封，保证回转窑内的气体不进入大气，大气不进入回转窑内。
具体的，石灰回转窑替换为石灰竖窑或间壁回转窑，石灰竖窑为梁式窑、套筒窑、双膛窑或环形对烧窑。
具体的，石灰石料仓中的石灰石原料被石灰回转窑排出的石灰尾气预热后由石灰石原料入口进入石灰回转窑，电石原料仓的焦炭和石灰经电石原料入口进入电石回转窑。干燥后的煤粉、纯氧经由燃料喷嘴喷入气化加热炉，在气化加热炉内煤粉、纯氧和电石尾气完全燃烧生成基本为CO2的高温气体，也允许含有一定比例的CO，同时还允许含有包括但不限于一定量的H2O、CH4和H2，高温气体从循环气体出口排出，一路经高温热载气循环管路和循环气体入口进入电石回转窑加热电石原料生产电石，另一路经高温热载气输送管路和循环气体入口进入石灰回转窑用显热加热煅烧石灰石生产石灰。石灰回转窑煅烧后的石灰尾气预热石灰石原料后分为两路，一路到CO2回收装置净化回收纯净CO2，脱除水分经净化后制成食品级或工业级 CO2产品，另一路到循环泵入口。循环泵出口的CO2分为五部分，第一部分到气封室作密封气体，气封室中的CO2可防止空气进入回转窑，同时防止回转窑内的气体外泄，第二部分到引射气进口作为引射器的工作气体，第三部分到灰渣池保护气入口为灰渣池提供保护性气氛，防止大气进入气化加热炉，第四部分到运输车保护气入口为运输车提供保护性气氛，防止大气进入电石回转窑，第五部分到石灰冷却气入口作为成品石灰的冷却气。电石回转窑的电石尾气经电石尾气出口和引射器的尾气引射入口进入气化加热炉作气体然料。
具体的，煤粉和焦炭可以被其它含碳物质所替代，在气化的同时进行气体循环的方法可以使含碳物质的消耗量显著降低。
具体的，气化加热炉灰渣出口排出的高温灰渣通过灰渣余热回收器回收余热后进入灰渣池回收利用。石灰回转窑生产的石灰经石灰余热回收器回收热量后进入石灰仓。电石回转窑生产的液态电石经电石产品出口进入电石余热回收器回收余热后落入运输车。灰渣池和运输车均采用二氧化碳保护性气氛。
具体的，气化加热炉的循环气体出口的高温气体温度为800℃～3000℃。电石尾气出口的电石尾气温度为100℃～2000℃。
具体的，电石回转窑可以应用于任何还原冶炼、高温煅烧、锅炉蒸汽发电和其它工艺。电石回转窑可以被各种立式加热炉窑所代替，这种立式加热炉窑包括但不限于是还原冶炼的，或可以高温煅烧的，或可以发电的。煤粉和焦炭可以被其它含碳物质所替代，煤粉载体可以是包括但不限于二氧化碳、水蒸汽、水、氮气、氦气、氩气、其它惰性气体或它们的混合物。引射器可以被其它的只要能达到引射目的的动力装置所替代。引射器和燃料喷嘴尽量靠近，以便于煤粉、氧气和可燃性气体充分混合接触，增加可燃性气体的反应效率。原料和从尾气中回收的原料由载气输送，经电石原料入口喷到回转窑或各种立式加热炉窑内，这个过程可以采用任何使尾气少携带原料粉出回转窑或各种立式加热炉窑的方法和装置，以减少尾气所携带的原料粉。包括但不限于采用原料由二氧化碳和其它稳定气体输送，经电石原料入口侧向喷到回转窑或各种立式加热炉窑高温熔融的物料内壁上，使原料粉粘结在高温熔融物料上，减少尾气所携带的原料粉的方法。
具体的，根据工艺情况，在气化加热炉的循环气体出口也可以保留除CO2和H2O以外的一部分可燃气体，如果是这样的话，从高温热载气输送管路去石灰窑的气体需要在石灰窑中增加氧气进行补燃，而这些气体到电石回转窑的循环气体入口时既可以补燃也可以不补燃，直接进入电石回转窑。
具体的，电石回转窑、石灰回转窑和气化加热炉允许只含有耐材的结构，也允许在内圈外的耐材上挂上不同于耐材的窑皮。电石回转窑和气化加热炉系统也可以用于其它的还原冶炼。
具体的，回转窑所有的产品物料的排出口和渣的排出口都采用二氧化碳密封，防止回转窑和大气串气。电石锅采用双层的二氧化碳保护装置防止与电石回转窑内的气氛串气。电石回转窑和气化加热炉的任何位置允许设有等离子加热的辅助加热装置。电石原料也可以做成包括但不限于球等形状，进入电石回转窑。气化加热炉的灰渣出口也允许设在循环气体出口侧。气化加热炉具有比石灰回转窑和电石回转窑更高压力等级的压力。气化加热炉、电石回转窑、石灰回转窑和窑头罩均由耐材、保温材料和钢壳组成。所有带温设备和管道，都具有内保温或外保温或内外保温的耐材结构或水冷壁结构。当电石回转窑不生产且引射器不运行时，气化加热炉的循环气体出口排出的高温热载气自动进入石灰回转窑。
本发明石灰-电石联合生产系统通过气化加热炉、电石回转窑和石灰回转窑相结合生产电石和石灰，气化加热炉煤气化得到的高温热载气向电石回转窑和石灰回转窑直接供热，利用尾气循环来控制煤气化的温度，提高了燃煤热能利用率，减少了燃煤消耗量。本发明通过调节氧/碳比调节气化加热炉出口煤气中一氧化碳的浓度，较低温的电石尾气循环到气化加热炉后可以降低碳素在纯氧中的理论燃烧温度，直到气化加热炉出口煤气温度达到规定值2200℃～ 2300℃。利用引射器引射电石尾气，在气化的同时进行气体循环的方法可以使含碳物质的消耗量显著降低，同时可以利用尾气中的二氧化碳和水蒸气降低氧气的使用量，实现了二氧化碳的零排放，同时降低了成本，实现了绿色环保的生产方法，同时还副产二氧化碳。
附图说明
图1为本发明石灰-电石联合生产系统的示意图；
图2为本发明回转窑出料及密封的示意图；
图3为本发明燃料喷嘴的结构示意图。
其中：1—气化加热炉、2—石灰回转窑、3—石灰尾气出口、4—循环气体出口、5—尾气引射入口、6—燃料喷嘴、7—运输车、8—电石原料入口、9—循环气体入口、10—石灰产品出口、11—高温热载气循环管路、12—电石余热回收器、13—氧气通道、14—煤粉通道、15—高温热载气输送管路、16—CO2回收装置、17—电石回转窑、18—电石产品出口、19—电石原料仓、20—灰渣出口、21—引射气进口、22—引射器、23—循环泵、24—灰渣余热回收器、25—灰渣池、26—石灰石料仓、27—石灰余热回收器、28—石灰仓、29—石灰石原料入口、30—气封室、31—窑头罩、32—电石尾气出口、33—灰渣池保护气入口、34—运输车保护气入口、35—石灰冷却气入口、36—烟气入口、37—烟气出口。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
本发明石灰-电石联合生产系统如图1所示，包括石灰回转窑2、电石回转窑17、气化加热炉1、石灰石料仓26、电石原料仓19和CO2回收装置16。石灰回转窑2设有循环气体入口9、石灰尾气出口3、石灰石原料入口29和石灰产品出口10，石灰石料仓26连接到石灰石原料入口29，石灰石料仓26设有烟气入口36和烟气出口37。电石回转窑17设有循环气体入口9、电石尾气出口32、电石原料入口8和电石产品出口18，电石原料仓19连接到电石原料入口8。气化加热炉1为回转窑结构，包括燃料喷嘴6、循环气体出口4、灰渣出口20和引射器22，气化加热炉的灰渣出口也允许设在循环气体出口侧。引射器22设有引射气进口21、尾气引射入口5和喷射口，喷射口连接到气化加热炉1，电石回转窑17的电石尾气出口32连接到尾气引射入口5。电石产品出口18通过电石余热回收器12连接到运输车7，石灰产品出口10通过石灰余热回收器27连接到石灰仓28，石灰仓28设有石灰冷却气入口35，灰渣出口20通过灰渣余热回收器24连接到渣池25。运输车7设有运输车保护气入口34，灰渣池25设有灰渣池保护气入口33。石灰尾气出口3连接到烟气入口36，烟气出口37出口分为两路，一路连接到CO2回收装置16，一路连接到循环泵23入口。循环泵23出口分为五路，第一路连接到气封室30，第二路连接到引射气进口21，第三路连接到灰渣池保护气入口33，第四路连接到运输车保护气入口34，第五路连接到石灰冷却气入口35。气化加热炉1的循环气体出口4分为两路，一路通过高温热载气循环管路11连接到电石回转窑17的循环气体入口9，一路通过高温热载气输送管路15连接到石灰回转窑2的循环气体入口9。如图2所示，电石回转窑17设有窑头罩31，窑头罩与窑体之间设有气封室30，窑头罩设有循环气体入口9和电石产品出口18，循环气体入口9位于气封室30的中部，电石产品出口18位于气封室30的下部，循环泵23出口的一路连接到气封室30。石灰回转窑和气化加热炉的密封结构与电石回转窑相同。如图3所示，燃料喷嘴6为同轴套筒式结构，燃料喷嘴的中心为煤粉通道14，煤粉通道的周围为氧气通道13。气封室30可以一重或多重密封，可以是静密封或动密封，可以是迷宫的机械密封和气封的组合形式，可以使用包括但不限于二氧化碳、氮气、惰性气体或它们的混合物进行气帘密封，保证回转窑内的气体不进入大气，大气不进入回转窑内。在本实施例中，电石回转窑、石灰回转窑和气化加热炉的密封结构采用迷宫的机械密封和气封的组合形式。
回转窑所有的产品物料的排出口和渣的排出口都采用二氧化碳密封，防止回转窑和大气串气。电石锅采用双层的二氧化碳保护装置防止与电石回转窑内的气氛串气。电石回转窑和气化加热炉的任何位置允许设有等离子加热的辅助加热装置。
电石回转窑17、石灰回转窑2和气化加热炉1允许只含有耐材的结构，也允许在内圈外的耐材上挂上不同于耐材的窑皮。电石回转窑和气化加热炉系统也可以用于其它的还原冶炼。
本发明石灰-电石联合生产系统的运行过程为：石灰石料仓26中的石灰石原料被石灰回转窑2排出的石灰尾气预热后由石灰石原料入口29进入石灰回转窑2，电石原料仓19的焦炭和石灰经电石原料入口8进入电石回转窑17。干燥后的煤粉、纯氧经由燃料喷嘴6喷入气化加热炉1，煤粉、纯氧和电石尾气在气化加热炉1内完全燃烧生成基本为CO2的高温气体，也允许含有一定比例的CO，同时还允许含有包括但不限于一定量的H2O、CH4和H2，并成为高温热载气。高温热载气从循环气体出口4排出，一路经高温热载气循环管路11和循环气体入口9进入电石回转窑17加热电石原料生产电石，电石回转窑17的物料加热到2000℃生成电石和尾气，液态的电石经电石产品出口18到运输车7上的电石锅中，液态电石温度为2000℃。另一路经高温热载气输送管路15进入石灰回转窑2用显热加热煅烧石灰石生产石灰。气化加热炉1的循环气体出口4的高温热载气的温度控制为2300℃。石灰回转窑煅烧后的石灰尾气通过换热盘管36预热石灰石原料后分为两路，一路到CO2回收装置16净化回收纯净CO2，脱除水分经净化后制成食品级或工业级CO2产品，另一路到循环泵23入口。循环泵23出口的CO2分为五部分，第一部分到气封室30作密封气体，气封室30中的CO2可防止空气进入回转窑，同时防止回转窑内的气体外泄，第二部分到引射气进口21作为引射器的工作气体，第三部分到灰渣池保护气入口33为灰渣池25提供保护性气氛，防止大气进入气化加热炉，第四部分到运输车保护气入口34为运输车7提供保护性气氛，防止大气进入电石回转窑，第五部分到石灰冷却气入口35作为成品石灰的冷却气，石灰产品用二氧化碳冷却。电石回转窑17的电石尾气经电石尾气出口32和引射器22的尾气引射入口5进入气化加热炉1作气体然料，在气化加热炉内电石尾气与纯氧燃烧生成基本为CO2的高温气体，也允许含有一定比例的CO，同时还允许含有包括但不限于一定量的H2O、CH4和H2，保证合理的循环气量。煤粉和焦炭可以被其它含碳物质所替代，在气化的同时进行气体循环的方法可以使含碳物质的消耗量显著降低。从气化加热炉1排出的高温灰渣进入灰渣余热回收器24，回收余热后的灰渣进入灰渣池25，并回收利用。石灰回转窑2生产的石灰经石灰余热回收器27回收热量后进入石灰仓28。电石回转窑17生产的液态电石经电石产品出口18进入电石余热回收器12回收余热后落入运输车7，用小车运出系统。
从电石尾气出口32排出的电石尾气的主要成分为CO2、CO、H2和H2O，气化加热炉1的循环气体出口4排出的气体为基本为CO2的高温气体，也允许含有一定比例的CO，同时还允许含有包括但不限于一定量的H2O、CH4和H2，且温度可以根据回转窑设计参数调整。根据工艺情况，在气化加热炉1的循环气体出口4也可以保留除CO2和H2O以外的一部分可燃气体，如果是这样的话，从高温热载气输送管路去石灰回转窑2的气体需要在石灰回转窑2中增加氧气进行补燃，而这些气体到电石回转窑17的循环气体入口时既可以补燃也可以不补燃，直接进入电石回转窑17。
如图2所示，以电石回转窑17为例说明回转窑出料及密封的运行过程。电石回转窑17做回转运动时，回转窑的窑头罩31固定。从电石回转窑流出的液态电石先流入窑头罩内，并从其下部流到运输车的电石锅中。转动的回转窑和固定的窑头罩保持一定间隙，保证回转窑停产时不会有冷凝的固态电石将回转窑筒体和固定的窑头罩粘结在一起，不影响回转窑下次的开车运行。气封室的结构采用迷宫的机械密封和气封的组合形式，其作用是阻止大气空气进入回转窑内，且可以减少密封气体的消耗量。
如图3所示，燃料喷嘴6为同轴套筒式结构，燃料喷嘴的中心为煤粉通道14，煤粉通道的周围为氧气通道13。由二氧化碳输送的煤粉及氧气进入燃料喷嘴6可实现煤粉和氧气从喷嘴的单独通道中喷入气化加热炉，气固物料通道同轴分布，既可保证物料输送的安全性，又可保证物料喷入气化加热炉后借助喷射动能充分混合，为煤粉和氧气燃烧创造必要条件。电石原料粉由二氧化碳输送，经电石原料入口8侧向喷到电石回转窑高温熔融的物料内壁上，使原料粉粘结在高温熔融物料上，减少尾气携带原料粉。电石原料也可以做成包括但不限于球等形状，进入电石回转窑。
本发明石灰-电石联合生产系统，采用电石回转窑尾气循环和纯氧燃烧生成基本为CO2的高温气体，燃煤量和耗氧量大幅降低，生产的电石纯度较高。因经气化加热炉后燃煤的灰分大部分可被除去以及电石原料中部分灰分也可被电石回转窑气体携带而除去，因而电石的纯度可提高。如果向电石熔融物中加入适量的铁粉，将电石液灰渣中的硅元素和铁元素以硅铁的形式除去，硅铁法可去除电石原料煤和石灰的部分渣量，也可提高电石纯度。
引射器可以被其它的只要能达到引射目的的动力器所替代。引射器和燃料喷嘴尽量靠近，以便于煤粉、氧气和可燃性气体充分混合接触，增加可燃性气体的反应效率。电石原料由载气输送，包括但不限于采用电石原料由二氧化碳和其它稳定气体输送，经喷嘴侧向喷到电石回转窑高温熔融的物料内壁上，使原料粉粘结在高温熔融物料上，减少尾气所携带的原料粉的方法。
电石在进入运输车前先进入电石余热回收器12，使余热回收的能源进入图1的系统，用于电石和石灰生产的能源；石灰回转窑生产的石灰在进入石灰仓28前先进入石灰余热回收器27，使余热回收的能源也进入图1的系统，用于电石和石灰生产的能源。电石回转窑17的电石尾气出口32和石灰回转窑2的石灰尾气出口3距离气化加热炉1尽量近利于系统的安全运行。
气化加热炉1具有比石灰回转窑2和电石回转窑17更高压力等级的压力。气化加热炉、电石回转窑、石灰回转窑和窑头罩均由耐材、保温材料和钢壳组成。所有带温设备和管道，都具有内保温或外保温或内外保温的耐材结构或水冷壁结构。
当电石回转窑不生产且引射器不运行时，气化加热炉的循环气体出口排出的高温热载气自动进入石灰回转窑。
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