CN103216823B

CN103216823B - 洗煤泥复合循环流化床优化洁净燃烧工艺及系统

Info

Publication number: CN103216823B
Application number: CN201310139584.6A
Authority: CN
Inventors: 姜秀民; 刘建国; 刘加勋; 韩向新
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103216823A

Abstract

一种节能减排技术领域的洗煤泥复合循环流化床优化洁净燃烧工艺及系统，以双螺旋给料器及双缸洗煤泥柱塞泵作为洗煤泥连续稳定供料源进行燃烧，并将燃烧后被热烟气带出的媒体物料和洗煤泥颗粒团分离捕捉并通过回输通道返回燃烧室作为循环燃料进行二次燃烧。本发明采用复合循环流化床燃烧技术对煤炭洗选过程中产生的废弃物洗煤泥进行资源化洁净利用，减少环境污染及能量损失，有效解决洗煤泥的回收利用问题，开拓能高效益、大批量处理洗煤泥的新途径。

Description

洗煤泥复合循环流化床优化洁净燃烧工艺及系统

技术领域

本发明涉及的是一种节能减排技术领域的方法及装置，具体是一种洗煤泥复合循环流化床优化洁净燃烧工艺及系统。

背景技术

洗煤泥是煤炭洗选过程的废弃物，是煤炭洗选工业的副产品，其数量占洗选煤炭总量的5%～8%。洗煤泥的特点是：1)含水量高。一般为30%，即使经过加压过滤，含水量也在20%左右；2)含灰量大。收到基灰分一般为20%～30%干基灰分30%～70%)；3)热值较低。收到基低位发热量一般为14653.8kJ/kg～16726.4kJ/kg；4)挥发分较低，通常为25%左右；5)粒度很细。最大粒径一般不超过0.5mm。

由于洗煤泥颗粒细小、水分含量高、粘性大、不易运输，在堆积状态下，形态极不稳定，遇水即流失，风干即飞扬，造成的危害比同是洗选废弃物的煤研石要大的多，目前尚无批量处理的有效途径。长期以来由于缺乏有效的技术，煤泥大多作为废弃物，造成极大的环境污染及能量损失。为解决洗煤泥的回收利用问题，一些单位曾采取过措施，效果均不理想，有的是一次投资太大，一般的企业承担不起，再就是节能不节钱不受用户欢迎。从而造成了洗煤车间外排煤泥既需要征地堆放，又需花运输费用，并且还污染环境等问题。要从根本上解决洗煤泥的出路问题，必须开拓能高效益、大批量处理洗煤泥的新途径。将洗煤泥通过管道输送系统运到工业锅炉或电厂锅炉，作为锅炉燃料用于供热和发电无疑是最具吸引力的途径之一。

经过对现有技术的检索发现，陈荣根、王玉强在《循环流化床锅炉洗煤泥输送系统概述》（锅炉技术，第3卷第16期20年105月）中公开了一种300MW循环流化床锅炉洗煤泥输送系统，但技术公开的洗煤泥输送系统中没有洗煤泥混合设备，缺失振筛及搅拌过程，导致洗煤泥中可能存在的石块等杂质无法有效去除，影响后期洗煤泥的燃烧利用。此外，该技术核心描述了洗煤泥输送系统，采用的是常规循环流化床锅炉。常规循环流化床锅炉采用外循环回料方式，工艺复杂，操作困难，占用空间大，成本增高。其次，常规循环流化床锅炉无增强内循环构件，无法增加燃料的燃烧效率。第三，常规循环流化床锅炉无法满足低热值、高水分燃料洗煤泥的燃烧需求，可能造成燃烧效率低，锅炉负荷无法满足等问题。

中国专利文献号CN1563793，公开日2005-01-12，公开了一种以水煤浆为燃料的循环流化床油田注汽锅炉，该技术用螺杆泵以0.2～0.4MPa压力从锅炉上部高位供燃料;采用单汽包,自然循环方式的热工设计获得17.5～21MPa高压蒸汽;用石英砂和石灰石粉粒为流化介质,以6～8低倍率循环;配入相应量石灰石和控制在850°～950℃下洁净燃烧;本发明锅炉采用了水冷炉壁,在不同区位上实施敷耐高温、耐磨蚀的耐火浇注料和在管壁上喷涂镍铬耐高温、耐磨合金;采用由锅炉前墙水冷壁向后弯曲制成管式锅炉顶,螺旋助片管结构省煤器,以及敷设了耐磨材料的旋风分离器;在水冷壁中使用了内螺纹管,在高温高压区段选用耐高温合金钢材料;以焊接框架结构组成了支撑构架;在重要的接合部位安装软性三向膨胀节;并在炉膛出口处和点火燃烧风箱设置防爆装置。首先，该技术是针对优质燃料水煤浆的燃烧技术，燃料适应性差，无法满足低热值、高水分及高灰分燃料洗煤泥的燃烧需求。其次，采用外循环回料方式，工艺复杂，操作困难，占用空间大，成本增高。第三，该技术炉内结构简单，无增强内循环构件，无法增加燃料的燃烧效率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种洗煤泥复合循环流化床优化洁净燃烧工艺及系统，采用复合循环流化床燃烧技术对煤炭洗选过程中产生的废弃物洗煤泥进行资源化洁净利用，减少环境污染及能量损失，有效解决洗煤泥的回收利用问题，开拓能高效益、大批量处理洗煤泥的新途径。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种洗煤泥复合循环流化床优化洁净燃烧工艺，以双螺旋给料器及双缸洗煤泥柱塞泵作为洗煤泥连续稳定供料源进行燃烧，并将燃烧后被热烟气带出的媒体物料和洗煤泥颗粒团分离捕捉并通过回输通道返回燃烧室作为循环燃料进行二次燃烧。

所述的洗煤泥连续稳定供料源是指：通过抓铲挖土机将膏状煤泥从煤泥储存池送入煤泥给料仓中，煤泥经初步搅拌后通过双螺旋给料器给入刮板输送机，经输送机提升后落入混料器中，煤泥在混料器中经过振筛及搅拌，混合均匀后送入双缸煤泥柱塞泵。

所述的燃烧是指：首先将石英砂与石灰石作为媒体物料添加入循环流化床内，静止料层的厚度为250mm～500mm，用外热源将混合物料加热；然后调节送风量使媒体物料处于流化状态，将洗煤泥从燃烧室顶部或侧墙给入，进行流化燃烧，流化床运行温度为850～1050℃。

所述的媒体物料由石灰石与石英砂混合构成，其中钙硫的摩尔比为1～4；石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO₂反应进一步生成CaSO₄，抑制了SO₂的排放，而燃烧装置的运行温度是CaO脱硫的最佳运行温度，可有效减少SO₂的排放。

所述的媒体物料的颗粒粒度与级配为：0.71mm～1mm的质量份额为5%～10%，lmm～2mm的质量份额为10%～20%，2mm～3mm的质量份额为50%～60%，3mm～4mm的质量份额为10%～20%，4mm～5mm的质量份额为5%～10%。采用上述配比的媒体物料可以显著减少污染物排放。

所述的燃烧释放的热量以水作为工质，将水加热成过热蒸汽作为外供热源送入汽轮机作功发电。

所述的二次燃烧得到的底灰和飞灰含碳量小于2%，直接收集并制成建材原料。

技术效果

与现有技术相比，本发明优点体现在：

1)实现了洗煤泥的低温燃烧，解决了洗煤泥燃烧带来的易于结焦、运行不稳定、安全性差的问题，同时抑制了热力型NOx的生成与排放；

2)采用梯台型结构配以不均等配风技术，实现了着火燃烧后的洗煤泥颗粒团的循环燃烧，具有高的燃烧效率；

3)利用石灰石与石英砂构成的媒体物料，辅之于低温燃烧技术实现了洗煤泥燃烧过程中直接脱硫、脱硫系统简单、成本低；

4)采用分离燃尽回输装置提高了石灰石的利用率，减少了媒体物料的补充量，提高了燃烧效率；

5)采用以双螺旋给料器及双缸洗煤泥柱塞泵为核心的洗煤泥输送系统，可保证根据锅炉运行要求进行连续稳定地给料，系统安全简便、成本低、可靠性高、维修方便；

6)负荷调节特性好，可在100%～40%额定负荷范围内稳定运行，洗煤泥品质适应性好；

7)不需要对洗煤泥进行前期处理，运行成本低；

8)实现了煤炭洗选工业的废弃物洗煤泥的资源化高效洁净利用。

本发明实现了高效、清洁、合理地利用煤炭洗选工业的废弃物洗煤泥资源，有效解决洗煤泥的回收利用问题。

附图说明

图1洗煤泥复合循环流化床高效洁净燃烧系统；

图中：1煤泥储存池、2抓铲挖土机、3煤泥给料仓、4双螺旋给料器、5刮板输送机、6混料器、7双缸煤泥柱塞泵、8复合循环流化床、9床料给料器、10鼓风机、11惯性分离器、12除尘器、13引风机、14烟囱、15灰渣仓、16建材厂、17梯台型结构、18分离燃尽回输装置。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例燃烧系统包括：复合循环流化床8、由煤泥储存池1、煤泥给料仓3、双螺旋给料器4、刮板输送机5、混料器6和双缸煤泥柱塞泵7组成的洗煤泥供料源、由依次连接的鼓风机10、惯性分离器11、除尘器12和灰渣仓15组成的二次燃烧环路，其中：洗煤泥供料源的输出端与复合循环流化床8的输入端相连，复合循环流化床8的输出端分别与二次燃烧环路中的惯性分离器11以及灰渣仓15相连，复合循环流化床8的回收端与二次燃烧环路中的惯性分离器11以及鼓风机10相连，惯性分离器11的下部落灰口与灰渣仓15相连。

复合循环流化床8燃烧排出的所有烟气经惯性分离器11入口进入分离器，进行惯性分离，较大的固体颗粒被分离下来，落入灰渣仓15中，分离后的气体经惯性分离器出口流出，进行分离器12进行进一步气固分离，将大部分固体颗粒分离出来，落入灰渣仓，洁净烟气经风机排入烟囱。

所述的煤泥给料仓3通过抓铲挖土机2从煤泥储存池1获得燃烧原料。

所述的复合循环流化床8的密相区出口位置设有床料给料器9，随着系统的连续运行，复合循环流化床8中的部分床料颗粒被烟气带出，被惯性分离器11以及除尘器12分离出系统，导致床料减少，床层高度降低。因此，运行一段时间后，需通过床料给料器9向系统内补充床料，保持床层高度稳定。

所述的复合循环流化床8的下部风室出口设置有梯台型结构的布风板构件17，配以不均等配风技术，实现了洗煤泥颗粒团在密相区的床内循环，延长了煤泥颗粒团在密相区的停留时间，强化了煤泥颗粒团的燃烧过程。

所述的复合循环流化床8的燃烧室上部出口处设有分离燃尽回输装置18，洗煤泥在流化燃烧过程中由于爆裂与磨损形成的细小颗粒与颗粒团被热烟气带入上部稀相区进行燃烧，被热烟气带出的媒体物料和较大的洗煤泥颗粒团被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，既减少了媒体物料的损失，又实现了颗粒团的空间循环燃烧，密相区床内循环与稀相区空间循环构成的复合循环燃烧技术使得煤泥颗粒团获得高的燃烧效率。

本实施例燃烧工艺包括以下具体过程：通过抓铲挖土机2将膏状煤泥从煤泥储存池1送入煤泥给料仓3中，煤泥经初步搅拌后通过双螺旋给料器4给入刮板输送机5，经输送机提升后落入混料器中6。煤泥在混料器中经过振筛及搅拌，混合均匀后送入双缸洗煤泥柱塞泵7。煤泥经过柱塞泵加压经密闭管道从炉膛的上部泵入复合循环流化床中8进行燃烧。采用石英砂与石灰石作为复合循环流化床的媒体物料，洗煤泥在炽热的流化床料的加热下迅速完成水分蒸发、挥发分析出、着火与燃烧，燃烧装置采用梯台型结构17配以不均等配风技术，实现了洗煤泥颗粒团在密相区的床内循环，延长了煤泥颗粒团在密相区的停留时间，强化了煤泥颗粒团的燃烧过程。洗煤泥在流化燃烧过程中由于爆裂与磨损形成的细小颗粒与颗粒团被热烟气带入上部稀相区进行燃烧，在燃烧室上部出口处设有分离燃尽回输装置18，被热烟气带出的媒体物料和较大的洗煤泥颗粒团被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，既减少了媒体物料的损失，又实现了颗粒团的空间循环燃烧，密相区床内循环与稀相区空间循环构成的复合循环燃烧技术使得泥煤颗粒团获得高的燃烧效率。流化床运行温度控制在850～1050℃，有效的控制了热力型NOx的形成和避免炉内结焦。此外，由于媒体物料由石英砂与石灰石构成，石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO₂反应进一步生成CaSO₄，抑制了SO₂的排放，而燃烧装置的运行温度是CaO脱硫的最佳运行温度，可有效减少SO₂的排放。本发明彻底的解决了洗煤泥燃烧不稳定、燃烧效率低等问题，为高水分、高灰分、低热值的洗煤泥的高效清洁能源利用提供了一项先进的处理工艺。当媒体物料不足时，通过床料给料器9进行补料。流化床燃烧所产生的热量传给布置在受热面的工质，加热后的工质作为热源向外提供热量或为汽轮机提供动力源产生动能推动发电机发电。通过鼓风机10为梯台型结构不均等配风燃烧装置提供流化风。煤泥颗粒团在复合循环流化床燃烧过程中产生的烟气经惯性分离器11将部分大颗粒飞灰脱除，然后经除尘器12进行除尘净化，净化后的烟气经引风机13送入烟囱14排入大气。经两级除尘器除下的飞灰送入灰渣仓15进行储存，之后送入建材厂16作为建材原料，可生产建筑砌块、水泥、陶粒或白炭黑和微晶玻璃等高附加值产品，从而实现洗煤泥的科学综合优化利用。

Claims

1.一种实现洗煤泥复合循环流化床优化洁净燃烧工艺的系统，其特征在于，所述洁净燃烧工艺以双螺旋给料器及双缸洗煤泥柱塞泵作为洗煤泥连续稳定供料源进行燃烧，并将燃烧后被热烟气带出的媒体物料和洗煤泥颗粒团经分离燃尽回输装置分离捕捉并通过回输通道返回燃烧室，结合梯台型结构的布风板构件及不均等配风技术对循环燃料进行二次燃烧；

所述的洗煤泥连续稳定供料源是指：通过抓铲挖土机将膏状煤泥从煤泥储存池送入煤泥给料仓中，煤泥经初步搅拌后通过双螺旋给料器给入刮板输送机，经输送机提升后落入混料器中，煤泥在混料器中经过振筛及搅拌，混合均匀后送入双缸煤泥柱塞泵；

所述的燃烧是指：首先将石英砂与石灰石作为媒体物料添加入循环流化床内，静止料层的厚度为250mm～500mm，用外热源将混合物料加热；然后调节送风量使媒体物料处于流化状态，将洗煤泥从燃烧室顶部或侧墙给入，进行流化燃烧，流化床运行温度为850～1050℃；

所述的媒体物料由石灰石与石英砂混合构成，其中钙硫的摩尔比为1～4；石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO₂反应进一步生成CaSO₄，抑制了SO₂的排放；

所述的媒体物料的颗粒粒度与级配为：0.71mm～1mm的质量份额为5％～10％，lmm～2mm的质量份额为10％～20％，2mm～3mm的质量份额为50％～60％，3mm～4mm的质量份额为10％～20％，4mm～5mm的质量份额为5％～10％；采用上述配比的媒体物料可以显著减少污染物排放；

所述的二次燃烧得到的底灰和飞灰含碳量小于2％，直接收集并制成建材原料；

所述系统包括：复合循环流化床、由煤泥储存池、煤泥给料仓、双螺旋给料器、刮板输送机、混料器和双缸煤泥柱塞泵组成的洗煤泥供料源、由依次连接的鼓风机、惯性分离器、除尘器和灰渣仓组成的二次燃烧环路，其中：洗煤泥供料源的输出端与复合循环流化床的输入端相连，复合循环流化床的输出端分别与二次燃烧环路中的惯性分离器以及灰渣仓相连，复合循环流化床的回收端与二次燃烧环路中的惯性分离器以及鼓风机相连，惯性分离器的下部落灰口与灰渣仓相连；

所述的复合循环流化床的密相区出口位置设有床料给料器；

所述的复合循环流化床的下部风室出口设置有梯台型结构的布风板构件，配以不均等配风技术，实现了洗煤泥颗粒团在密相区的床内循环，延长了煤泥颗粒团在密相区的停留时间，强化了煤泥颗粒团的燃烧过程；

所述的复合循环流化床的燃烧室上部出口处设有分离燃尽回输装置，洗煤泥在流化燃烧过程中由于爆裂与磨损形成的细小颗粒与颗粒团被热烟气带入上部稀相区进行燃烧，被热烟气带出的媒体物料和较大的洗煤泥颗粒团被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，既减少了媒体物料的损失，又实现了颗粒团的空间循环燃烧，密相区床内循环与稀相区空间循环构成的复合循环燃烧技术使得煤泥颗粒团获得高的燃烧效率。