本发明属于燃料技术领域，具体涉及一种低热值超细煤灰的综合利用系统及方法。
背景技术：
煤干馏和煤的热解是煤化工的重要过程之一，是指煤在隔绝空气条件下加热，随着温度的升高，煤中有机物逐渐分解，生成焦炭(或半焦)、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程；按加热终温的不同，可分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中温干馏；500～600℃为低温干馏。其中，煤气的生产往往采取高温干馏方式，煤炭在高温缺氧状态下，转化为煤气。
在此过程中，煤炭经高温缺氧燃烧产生大量的低热值超细煤灰，该低热值超细煤灰属于煤化工(煤的气化)生产过程中的副产品，其热值低、粒度细(普遍小于等于50μm)、比重轻。而大量的超细煤灰如果不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系则会造成河流淤塞，而其中含有的有毒化学物则可能对人体和生物造成危害。因此，超细煤灰的的处理和利用问题引起人们的广泛关注。然而，迄今为止尚未有行之有效的方法能够充分利用超细煤灰。
技术实现要素：
针对上述现有技术的不足，发明人经过长期的技术与实践探索，提供一种低热值超细煤灰的综合利用系统及方法，该方法能够以超细煤灰为原料进行二次燃烧，充分释放超细煤灰潜在热量，同时，燃烧后的超细煤灰还可作为水泥优质原料，制备生产高标号水泥，从而真正实现超细煤灰的综合利用。
具体的，本发明涉及以下技术方案：
本发明的一个方面，公开了一种低热值超细煤灰的综合利用系统，包括依次连接的燃烧室，余热锅炉与除尘器；其中，所述燃烧室对低热值超细煤灰进行充分燃烧，燃烧产生的高温烟气与超细煤灰残渣进入余热锅炉进行热量回收；所述除尘器对经热量回收后的超细煤灰残渣进行收集处理；
优选的，所述燃烧室包括燃烧室下部与燃烧室上部，所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比为1:1.5-5(优选为1:2.5)；
所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比为1:1.5-3(优选为1:2)。
一种低热值超细煤灰的综合利用方法，包括：
(1)向燃烧室下部加入引火材料进行点火燃烧，形成高温火焰区，控制温度为700～980℃时，输入低热值超细煤灰；
(2)燃烧室下部引火材料燃烧产生的火焰和高温烟气引燃低热值超细煤灰，并带动燃烧的低热值细灰进入所述燃烧室上部；所述燃烧室上部容积扩大，即形成高温烟气绝热扩张区；
(3)所述低热值超细煤灰在燃烧室上部持续充分燃烧并螺旋上升，同时释放自身的热量，以保证高温区的热负荷持续稳定；控制低热值超细煤灰在燃烧室上部停留时间为5～6s。
优选的，所述超细煤灰粒度小于等于2mm，进一步优选的，所述超细煤灰粒度小于等于50μm，其含碳低位发热值为1500-2200kcal/kg(干基)，其含水量小于等于1％；
优选的，所述引火材料包括但不限于煤、天然气、焦炉气、生物质材料；进一步优选的，所述引火材料为煤；煤炭燃烧性质稳定，方便添加，有利于温度控制；
优选的，所述煤与超细煤灰质量比为1:0.5-5；进一步优选的，煤与超细煤灰的质量比为1:2；发明人发现，在此质量比条件下，超细煤灰能够维持稳定燃烧，超细煤灰燃烧后的残碳含量低；
优选的，所述输入低热值超细煤灰具体方法为使用自然空气或者富氧空气将超细煤灰喷入燃烧室内；
优选的，所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比为1:1.5-5(优选为1:2.5)；
优选的，所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比为1:1.5-3(优选为1:2)；
由于燃烧上上部容积扩大，从而扩大了燃烧热烟气的热容积，热空气气流需要填充上部空间，从而使得超细煤灰上升速度减缓，延长超细煤灰在燃烧室的停留时间，使得超细煤灰燃烧更为充分；
优选的，所述低热值超细煤灰的综合利用方法，还包括：
燃尽的超细煤灰伴随高温烟气进入余热锅炉进行热量回收，产生压力温度不同等级的蒸汽，如高温高压蒸汽、次高温次高压蒸汽、中温中压蒸汽和低压蒸汽，进而实现发电或蒸汽的综合利用；经过热量回收后，不仅降低了烟气的处理温度，还能够对烟气中热量进行回收利用；
更进一步的，所述燃尽的超细煤灰伴随高温烟气进入余热锅炉回收热量后再进入除尘器除尘；收集到的超细煤灰残渣可作为高标号水泥原料；剩余烟气经脱硫、脱硝后达标排放。
优选的，本发明提供了一种低热值超细煤灰的综合利用方法，包括：
(1)向燃烧室下部加入煤炭进行点火燃烧，控制温度为700～980℃时，使用自然空气将低热值超细煤灰喷入燃烧室下部；所述煤炭与低热值超细煤灰的质量比为1:2；
(2)燃烧室下部引火材料燃烧产生的火焰和高温烟气引燃低热值超细煤灰，并带动燃烧的低热值细灰进入该燃烧室上部；所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比1:2.5；所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比1:2；
(3)所述低热值超细煤灰在燃烧室上部持续充分燃烧并螺旋上升，同时释放自身的热量，以保证高温区的热负荷持续稳定；控制低热值超细煤灰在燃烧室上部停留时间为5～6s；
(4)燃尽的超细煤灰伴随高温烟气进入余热锅炉进行热量回收，而后再进入除尘器除尘，将收集到的超细煤灰作为高标号水泥原料；剩余烟气经脱硫、脱硝后达标排放。
本发明原理：由于低热值超细煤灰热值低、粒度细(普遍小于等于50μm)、比重轻，且在高温(1300℃)环境中缺氧燃烧过一次，挥发份几乎为零，再次燃烧难度大，若配煤加入现有锅炉炉膛内燃烧，瞬间随烟气带走，燃烧率达不到50％；而单独空气燃烧因热值太低根本无法进行。基于此，本发明以煤等引燃材料的空气沸腾燃烧为点火源来点燃并燃烧超细煤灰；超细煤灰持续燃烧并伴随高温烟气进入燃烧室上部，燃烧室上部扩大容积，从而减缓超细煤灰上升速度，同时，发明人发现，超细煤灰在650～750℃下燃烧5～6s即可达到充分燃烧(温度过低导致燃烧时间延迟，温度过高则导致超细粉煤灰表面迅速炭化释放热量加快上升速度反而不利于完全燃尽)，发明人通过控制燃烧室上部与下部容积比例，以及超细煤灰与煤的质量比，一方面，提高了着火热温度，使得超细煤灰点燃燃烧，同时，由于燃烧室上部横向长度与纵向长度均大于燃烧室下部，当高温烟气进入上部时，需要填充燃烧室上部空间，从而扰动高温烟气流向，一方面延缓了挟带其中正在燃烧的超细煤灰的上升速度，从而延长了超细煤灰的燃烧时间，使得燃烧更为充分；另外一方面，对高温烟气的扰动有利于增加高温烟气对超细煤灰颗粒的冲刷力度，从而进一步提高超细煤灰的燃尽率。而后燃尽的超细煤灰伴随高温烟气进入余热锅炉进行热量回收，而后超细煤灰随烟气降温至150℃以下进入除尘器除尘，收集到的超细煤灰残渣可作为高标号水泥原料；剩余烟气经脱硫、脱硝后达标排放，从而真正实现超细煤灰的综合利用。
本发明的有益效果：本发明创造性的克服了超细煤灰不易进行二次燃烧之问题，通过采用引燃材料的空气沸腾燃烧为点火源点燃并燃烧超细煤灰，并通过对燃烧室及各燃烧参数的控制，使得超细煤灰得以充分燃烧，实现了超细煤灰的二次利用；同时，超细煤灰残渣又可作为高标号水泥的优质原料，避免超细煤灰残渣乱堆乱放，污染空气和水源，对环境产生危害。
本发明工艺简单，合理可行，原料廉价易得，对设备要求不高，无需大型昂贵之设备，易于进行大规模的工业生产，极具商业推广之价值。
附图说明
图1为本发明低热值超细煤灰的综合利用方法示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，迄今尚无对超细煤灰综合利用的有效方法；
有鉴于此，本发明的一种具体实施方式中，公开了一种低热值超细煤灰的综合利用系统，包括依次连接的燃烧室，余热锅炉与除尘器；其中，所述燃烧室对低热值超细煤灰进行充分燃烧，燃烧产生的高温烟气与超细煤灰残渣进入余热锅炉进行热量回收；所述除尘器对经热量回收后的超细煤灰残渣进行收集处理；
其中，所述燃烧室包括燃烧室下部与燃烧室上部，所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比为1:1.5-5(优选为1:2.5)；
所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比为1:1.5-3(优选为1:2)。
本发明的又一具体实施方式中，公开了一种低热值超细煤灰的综合利用方法，包括：
(1)向燃烧室下部加入引火材料进行点火燃烧，控制温度为700～980℃时，输入低热值超细煤灰；
(2)燃烧室下部引火材料燃烧产生的火焰和高温烟气引燃低热值超细煤灰，并带动燃烧的低热值细灰进入所述燃烧室上部；所述燃烧室上部容积扩大；
(3)所述低热值超细煤灰在燃烧室上部持续充分燃烧并螺旋上升，同时释放自身的热量，以保证高温区的热负荷持续稳定；控制低热值超细煤灰在燃烧室上部停留时间为5～6s。
优选的，所述超细煤灰粒度小于等于2mm，进一步优选的，所述超细煤灰粒度小于等于50μm，其含碳低位发热值为1500-2200kcal/kg(干基)，其含水量小于等于1％；
所述引火材料包括但不限于煤、天然气、焦炉气、生物质材料；进一步优选的，所述引火材料为煤；煤炭燃烧性质稳定，方便添加，有利于温度控制；
所述煤与超细煤灰质量比为1:0.5-5；进一步优选的，煤与超细煤灰的质量比为1:2；发明人发现，在此质量比条件下，超细煤灰能够维持稳定燃烧，超细煤灰燃烧后的残碳含量低；
所述输入低热值超细煤灰具体方法为使用自然空气或者富氧空气将超细煤灰喷入燃烧室内；
所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比为1:1.5-5(优选为1:2.5)；
所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比为1:1.5-3(优选为1:2)；
由于燃烧上上部容积扩大，从而扩大了燃烧热烟气的热容积，热空气气流需要填充上部空间，从而使得超细煤灰上升速度减缓，延长超细煤灰在燃烧室的停留时间，使得超细煤灰燃烧更为充分；
本发明的又一具体实施方式中，公开了所述低热值超细煤灰的综合利用方法，还包括：
燃尽的超细煤灰伴随高温烟气进入余热锅炉进行热量回收；产生压力温度不同等级的蒸汽，如高温高压蒸汽、次高温次高压蒸汽、中温中压蒸汽和低压蒸汽，从而用于发电或蒸汽的综合利用；经过热量回收后，不仅降低了烟气的处理温度，还能够对烟气中热量进行回收利用；
所述燃尽的超细煤灰伴随高温烟气进入余热锅炉进行热量回收后再进入除尘器除尘；收集到的超细煤灰残渣可作为高标号水泥原料；剩余烟气经脱硫、脱硝后达标排放。
本发明的又一具体实施方式中，公开了一种低热值超细煤灰的综合利用方法，包括：
(1)向燃烧室下部加入煤炭进行点火燃烧，控制温度为700～980℃时，使用自然空气将低热值超细煤灰喷入燃烧室下部；所述煤炭与低热值超细煤灰的质量比为1:2；
(2)燃烧室下部引火材料燃烧产生的火焰和高温烟气引燃低热值超细煤灰，并带动燃烧的低热值细灰进入该燃烧室上部；所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比1:2.5；所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比1:2；
(3)所述低热值超细煤灰在燃烧室上部持续充分燃烧并螺旋上升，同时释放自身的热量，以保证高温区的热负荷持续稳定；控制低热值超细煤灰在燃烧室上部停留时间为5～6s；
(4)燃尽的超细煤灰伴随高温烟气进入余热锅炉进行热量回收，而后再进入回收器除尘，将收集到的超细煤灰作为高标号水泥原料；剩余烟气经脱硫、脱硝后达标排放。
以下实施例进一步解释了本发明低热值超细煤灰的综合利用方法，但并不限制本发明的范围。其中，实施例与对比例中采用的超细煤灰粒度小于等于50μm，含碳低位发热值为1500-2200kcal/kg(干基)，含水量小于等于1％。
实施例1
在燃烧室下部利用少量煤进行燃烧形成一个绝热的炉膛高温火焰区作引燃源，控制温度为700℃，低热值超细煤灰用自然空气直接喷到高温火焰区内(650℃)，随即燃烧室上部扩大容积，让其超细煤灰在高温烟气绝热扩张区内停留5-6s，让其得到充分燃烧，同时释放自身的热量，保证高温区的热负荷持续稳定。
随后高温烟气进入余热锅炉进行热量回收，燃烧充分的超细煤灰随烟气降到150℃以下后进入布袋除尘，回收超细煤灰送入水泥厂做成高标号的水泥，烟气脱硫、脱硝后达标排放。
其中，煤炭与低热值超细煤灰的质量比为1:2；
所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比1:2.5；所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比1:2。
实施例2
在燃烧室下部利用少量煤进行燃烧形成一个绝热的炉膛高温火焰区作引燃源，控制温度为800℃，低热值超细煤灰用富氧空气直接喷到高温火焰区内(700℃)，随即燃烧室上部扩大容积，让其超细煤灰在高温烟气绝热扩张区内停留5-6s，让其得到充分燃烧，同时释放自身的热量，保证高温区的热负荷持续稳定。
随后高温烟气进入余热锅炉进行热量回收，燃烧充分的超细煤灰随烟气降到150℃以下后进入布袋除尘，回收超细煤灰送入水泥厂做成高标号的水泥，烟气脱硫、脱硝后达标排放。
其中，煤炭与低热值超细煤灰的质量比为1:1；
所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比1:3；所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比1:2。
实施例3
在燃烧室下部利用少量煤进行燃烧形成一个绝热的炉膛高温火焰区作引燃源，控制温度为980℃；低热值超细煤灰用自然空气直接喷到炉膛高温火焰区内(750℃)，随即燃烧室上部扩大容积，让其超细煤灰在高温烟气绝热扩张区内停留5s，让其得到充分燃烧，同时释放自身的热量，保证高温区的热负荷持续稳定。
随后高温烟气进入余热锅炉进行热量回收，燃烧充分的超细煤灰随烟气降到150℃以下后进入布袋除尘，回收超细煤灰送入水泥厂做成高标号的水泥，烟气脱硫、脱硝后达标排放。
其中，煤炭与低热值超细煤灰的质量比为1:5；
所述燃烧室下部与燃烧室上部的纵向长度比1:1.5；所述燃烧室下部与燃烧室上部的横向长度比1:3。
对比例1
方法同实施例1，区别之处在于将引燃源温度控制为600℃。
对比例2
方法同实施例1，区别之处在于煤炭与低热值超细煤灰质量比为1:8。
对比例3
方法同实施例1，区别之处在于燃烧室下部与燃烧室上部纵向长度比和横向长度比均为1:1。
下表即为实施例与对比例的超细煤灰燃尽率，由表可以看出，实施例1超细煤灰燃尽率最高，达到95.23％，同实施例1相比，对比例1-3燃尽率分别降低了32.35％、28.12％和46.51％，具有显著性差异。
各实施例与对比例超细煤灰燃尽率(ω/％)
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。