CN103361144B - 用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法 - Google Patents

Abstract

用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法，将含有机物的污泥或废弃物，在原煤堆棚至煤磨机进料口空间区段，配入块粒状或散粒状燃煤中，与粒状燃煤一起粉磨，制成含有易燃有机物污泥或废弃物的煤粉；所述含有机物的污泥或废弃物的配入量为块粒状或散粒状燃煤重量的1～30%。本发明将污泥和废弃物作为改善煤粉燃烧性能的生产性资源，便于量大面广的水泥厂、水电厂煤磨利用各地的污泥和废弃物，改善无烟煤劣质煤煤粉的燃烧性能，同时，污泥和废弃物这些庞大的可再生能源，亦同步得以充分利用；无二次污染，无额外的利废环保成本。

Description

用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法

技术领域

本发明涉及一种改善煤粉燃烧性能的方法，尤其是涉及一种用含有机物的污泥或废弃物改善入窑炉煤粉燃烧性能的方法。

背景技术

煤是植物败亡后经生化反应及高温高压地质环境下的物理化学反应生成的化石燃料，即煤是复杂的有机高分子聚合物，因成煤植物、成矿条件、煤化程度不同，煤中的可燃组分C、H、O、N元素成份含量差异很大。一般情况下，煤中H、O、N含量高时，煤的挥发分高，其可燃性好，着火温度低，燃尽时间短，即燃烧性能好；煤中H、O、N元素含量越低，煤的挥发分越低，其可燃性越差，着火温度越高，燃尽时间越长，即燃烧性能越差。所以，工业用煤通常分为烟煤（挥发分＞20%）、半烟煤（挥发分10～20%）、无烟煤（挥发分＜10%）、褐煤（又称草煤或泥煤，化学结合水即内水含量高），其中烟煤磨制的煤粉静态着火温度一般为400～500℃，无烟煤磨制的煤粉静态着火温度一般为600～700℃，在气流中着火温度还要高出150～200℃。煤粉的燃烧实质是一个强氧化过程，大致可分为受热释放挥发分、气相挥发分的着火和燃烧、固定碳素残留物的着火和燃烧三个阶段。当煤粉的挥发分降低时，煤粉的着火和燃烧困难，煤粉的燃烧性能差，在窑炉中燃尽率低，导致机械不完全燃烧热损失和化学不完全燃烧热损失增加。同时，由于挥发分含量降低，煤粒的碾压塑性一般会下降，当挥发分低至10%以下的无烟煤时，脆性的煤粒已呈现出典型的脊性物料特征，乃至用立磨煤机粉磨无烟煤时不得不喷水加湿或釆用配煤。

为改善窑炉煤粉的燃烧性能和提高燃尽率，国内外采取的技术措施大致可分为六类：一、改正燃烧器、燃烧炉构造及工艺参数，为煤粉燃烧创造条件，开发应用成果卓著，但已显示出局限性；二、在入窑炉的煤粉中喷柴油喷煤气之类助燃；三、在产能允许的条件下以高电耗把煤粉磨得超细；四、采用配煤措施，即搭配高挥发分燃烧性能好的优质烟煤；五、釆取高投资高运行费用地增氧措施；六、采取昂贵的触媒催化燃烧。

另一方面，随着经济的发展，大量产生的含有机质污泥及废弃物已成为各国难以应对的环境污染难题。如市镇污水处理厂污泥（其干基有机物含量大多高达80%），目前除用于填埋、堆肥、制陶粒外，世界最先进的技术处理方法，一是设置污泥专用烘干设备，利用火电厂或水泥厂余热先将脱水污泥进行烘干，然后再处理，如中国专利申请201110003094.4号公开了一种用水泥生产废气烘干和处置污泥系统，其是利用余热先烘干再处理，由于污泥存在絮凝状的保水结构，使得干燥极为困难，烘干效率很低；二是将污泥初步脱水后直接加在水泥窑篦冷机、窑尾烟室、分解炉、预燃炉及窑炉连接管道内，由于污泥水分对窑炉系统影响极大而实际上难以稳定应用。又如大量产生的有机废弃物绝大部分作为垃圾悄然抛弃于河、沟、湖、海、坑洞或填埋，其中利用价值最高的生活厨余物、工业油酯废料，其资源化过程实际污染大、能耗高，且资源化后的产品实际上大多又进入人们的餐饮或工业油酯品中，造成大量可见或隐藏的危害。

研究表明，这些污泥及废弃物含有大量的可燃物，其C、H、O、N元素成分含量高，着火温度低，大多着火温度仅300～500℃，且其干基热值大多波动在2800Kcal/kg～4500Kcal/kg，少数热值高达7000Kcal/kg，其干基物的燃烧性能大多优于褐煤，是一种有利用价值的可再生能源。但是，目前还未找到一种有效的低成本、简单易行的利用方法，而关于主动利用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的研究或应用也未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种低投资、低成本、简单易行的用污泥和废弃物改善煤粉燃烧性能的方法。

本发明解决其技术问题所釆用的技术方案是：一种用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法是，将含有机物的污泥或废弃物，在原煤堆棚至煤磨机进料口空间区段，配入块粒状或散粒状燃煤中，与粒状燃煤一起粉磨，制成含有易燃有机物污泥或废弃物的煤粉；所述含有机物的污泥或废弃物的配入量为块粒状或散粒状燃煤重量的1～30%。

进一步，所述含有机物的污泥或废弃物的配入量为块粒状或散粒状燃煤重量的5～20%。

进一步，煤粉细度控制80μm筛余≤18%。

进一步，所述含有机物的污泥为水分含量≤99wt%，干基有机物含量≥40wt%的污泥，如巿政污水处理厂污泥、石化污泥印染厂有机污泥等；所述含有机物的废弃物可为生活厨余物、工业油酯废料、农林医药加工废弃物，如木薯渣、糖厂滤渣废液、榨油滤渣、药渣、瓜壳谷屑及植物碎渣、沼气腐渣及禽畜粪等。

进一步，所述含有机物的污泥为水分含量≤90wt%，干基有机物含量≥40wt%的污泥。

进一步，所述污泥或废弃物在原煤堆棚至煤磨机进料口空间区段配入，是指采用通用的设备或装置（如计量∕喂料装置、铲车、取料布料机、布料车、泥浆泵、泵车等）运用常规方式，在原煤堆棚至煤磨机进料口空间区段一个或多个位置，把污泥或废弃物按拟定比例加入块粒状或散粒状燃煤中，或采用泥浆泵把含水污泥或打碎的浆料状废弃物直接喷入带碾压机构、锤击式机构或风扇磨机构的煤磨机中。

进一步，所述煤磨机为利用热风供热磨制煤粉的煤磨机，如水泥企业粉磨煤粉的煤立磨或风扫磨，火电企业粉磨煤粉用的钢球滚筒煤磨机、滚球式或碗式或平盘式或滚轮式中速煤磨机、锤击式或竖井式或风扇磨类高速煤磨机。

本发明的技术原理：

1、利用工业用燃煤是脆性料且有吸附作用的复杂的高分子聚合物，与污泥及废弃物中的有机物的相似相融特性，经反复剧烈辗压撞击或研磨形成相对均匀的微粒，并吸附低分子量物质如异味分子；

2、利用煤磨内的强烈地反复挤压摩擦作用，借煤粒彻底破坏污泥或废弃物中的絮凝状保水结构，释放出自由水，以使分散于煤粒中的污泥或废弃物，在煤磨内较高温度的热风下易于干燥，并达到灭菌消毒效果；对于煤立磨加入的污泥或废弃物，同时起到调整煤立磨内煤料综合水分和煤料塑性的作用，以节约工业用水；

3、利用与燃煤微粒结合在一起及相对均匀分布于煤微粒中的可燃性好、低着火温度的污泥或废弃物中的有机物，降低煤粉的着火温度，并提供热量供煤中的碳素升温，以改善煤粉可燃烧性，提高燃尽率，并同时使煤粒吸附的异味燃尽，污泥或废弃物中的重金属等固熔于煤粉燃烧后的灰渣中；

4、利用工业窑炉用脆性燃煤的物料脊性和吸附性特征，以及煤磨机一般适应煤料含水4～15%，且煤磨机最高可适用15%～25%物料水分的特点，控制冷风入磨量和∕或适当加大入磨余热热风量，化解有机质污泥废弃物所带来的水分对煤磨机产能的影响。

本发明的有益效果：

1、利用煤尤其是无烟煤劣质煤的特性和煤磨机粉磨煤粉的特点，以资源化方式利用含有机质的污泥和废弃物，方法简单而实用，并达到对污泥废弃物的彻底灭菌消毒；

2、利废投资小，处理量大，一个年耗煤1000万吨级的火电厂一年可利用100余万吨污泥废弃物；

3、不再必要增加专门的污泥废弃物烘干装置，亦无需增加额外的燃煤和运行成本，因为火电厂或水泥厂等煤磨机利用的是相对富余的废气余热；

4、污泥废弃物中的可燃有机物能源得以充分利用，当前火电及水泥业利用的量大面广的无烟煤劣质煤的偏差的燃烧性能，因煤粉中低燃点有机物的引入其燃烧性能得以有效改善，既利用了污泥废弃物中干基可燃有机物的能源，又可提高煤粉燃尽率和窑炉产能，具有显著的经济性；

5、将污泥和废弃物作为改善煤粉燃烧性能的生产性资源，便于量大面广的水泥厂、水电厂煤磨利用各地的污泥和废弃物，改善无烟煤劣质煤煤粉的燃烧性能，同时，污泥和废弃物这些庞大的可再生能源，亦同步得以充分利用；

6、无二次污染，无额外的利废环保成本。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

在试验室模拟回转窑气流中着火燃烧状况，即将煤粉以悬浮状喷入电炉中，试验测得各类煤粉着火温度如下：挥发分为49.1%的褐煤着火温度560℃；挥发分为39.4%、30.2%、20.6%的烟煤着火温度分别为650℃、750℃、830℃；挥发分为15.1%的半烟煤着火温度890℃；挥发分为4.5%的无烟煤着火温度970℃；干基污水处理厂污泥粉（干基有机物含量73.9%）的着火温度510℃；挥发分4.5%的无烟煤配煤重量30%（含水率56%的污水处理厂压滤脱水）的污泥，磨制的含污泥煤粉样着火温度810℃；挥发分4.5%的无烟煤配煤重量7%（含水率67%）的印染厂有机污泥后，磨制的含污泥煤粉样着火温度860℃；挥发分4.5%的无烟煤配煤重量1.0%的废机油后，磨制煤粉样着火温度890℃；挥发分4.5%的无烟煤配煤重量6%的榨茶油滤渣后，磨制煤粉样着火温度870℃；挥发分4.5%的无烟煤配煤重量6%的湿牛粪后，磨制煤粉样着火温度890℃。试验室的试验结果说明，污泥和废弃物配入无烟煤中制成的煤粉，燃烧性能得以显著改善，表现出较理想的效果。

    实施例1

某2500t∕d干法水泥厂煤磨为立磨，原使用烟煤，煤立磨产量45t∕h，煤粉细度控制80μm筛余2～3%。当地煤源为挥发分平均6.9%、热值平均5600Kcal∕Kg的无烟煤，为降低燃煤采购成本，在购置了一根“专门烧无烟煤的燃烧器”后，改外地购烟煤为使用当地无烟煤，煤立磨粉磨无烟煤时振动大，且经常跳停。不得已在入煤立磨皮带上对煤料淋水，煤磨产量降至40t∕h、煤粉细度80μm筛余3%时振动较小基本稳定，煤磨产量降至36t∕h、煤粉细度80μm筛余降至2%以下时煤立磨振幅降至0.8mm以下安全状况。入窑煤粉热值平均5560Kcal∕Kg，釆用无烟煤特制燃烧器烧无烟煤后，窑内火焰温度偏低、飞砂大，窑尾烟室结皮严重，窑后段结皮长圈，窑尾出现倒料，熟料包心料还原料多。熟料折算热耗820Kcal∕kg。

试验采用市污水处理厂污泥，取样污泥检测平均含水率85.6%，干基污泥有机物含量75%，干基污泥热值3207Kcal∕Kg。用罐车将含水污泥运进厂泵入污泥罐内，停止在喂料皮带上淋水，按散粒状无烟煤重量的12%，用污泥泵管道分流分别从入磨喂料皮带上和煤立磨进料口分格轮下两个位置，各一半量连续加入，含污泥的煤粉细度控制80μm筛余2%以下时，煤磨产量逐步稳定至45t∕h，入窑含污泥煤粉热值平均5530Kcal∕Kg，用此含污泥煤粉时，窑头亮，窑内飞砂小，烟室结皮小，窑内结的圈慢慢脱掉，包心料还原料基本消失。熟料折算热耗降至781Kcal∕Kg。说明配入煤重量12%的含水率85.6%的污泥后，煤粉燃烧性能明显改善，燃尽率提高，节约原煤达5%。

实施例2

某1500t∕d干法水泥厂煤磨为风扫磨，使用无烟煤和烟煤按2:1配煤，在煤堆棚用铲车计量搭配并铲匀布煤堆，风扫磨产量16t∕h，煤粉细度80μm筛余1～3%，入窑煤粉挥发分平均14.5%、热值平均5100Kcal∕Kg。窑内火焰温度偏低、飞砂大，窑尾烟室结皮严重，窑后段结皮长圈，窑尾经常倒料，熟料包心料还原料较多。熟料折算热耗830Kcal∕kg。

试验采用市污水处理厂露天堆存的陈化污泥，取样污泥检测平均含水率43.7%，干基污泥有机物含量67.3%，干基污泥热值3215Kcal∕Kg。用汽车将污泥运进厂煤堆棚内，用铲车计量搭配煤和污泥后铲匀，按散粒状煤重量的10%配入，均化布好煤堆后的含污泥煤连续送入风扫磨内粉磨，含污泥的煤粉细度控制在80μm筛余2%时，煤磨产量稳定在16t∕h，入窑煤粉热值平均5095Kcal∕Kg，用此含污泥煤粉时，窑内飞砂明显降低，烟室结皮小，窑内结的圈慢慢脱掉，解决了窑尾倒料问题，包心料还原料基本消失。熟料折算热耗降至792Kcal∕Kg，实物煤耗节省6%。说明配入散煤重量10%的陈化污泥后，煤粉燃烧性能明显改善，燃尽率提高，有显著节煤效果。

实施例3

某6万千瓦火电车间，采用钢球滚筒磨煤机，使用配煤，单台煤磨机产量48t∕h，煤粉细度R₉₀筛余12%。入锅炉煤粉挥发分平均7.9%、热值平均4450Kcal∕Kg，因煤质差，炉内易熄火，需经常性喷柴油助燃。原炉渣烧失量6～15%（烧失量≈焦炭含量），粉煤灰烧失量9～17%，每度电耗煤约0.47kg。

试验采用市污水处理厂消化污泥，取样污泥检测平均含水率83.6%，干基污泥有机物含量72%，干基污泥热值3307Kcal∕Kg。用罐车将含水污泥运进火电车间，泵入污泥罐内，按散粒状煤重量的13%，用污泥泵从煤磨喂料机煤粒落料口位置连续喷入含水污泥，入磨热风量调大2%，经粉磨后含污泥的煤粉细度控制在R₉₀筛余12%，煤磨产量仍稳定在48t∕h。入炉煤粉热值平均4450 Kcal∕Kg，用此含污泥煤粉时，未喷柴油助燃，炉内火焰稳定，炉渣烧失量降至3～6%，粉煤灰烧失量降至3～5%，每度电耗煤降至0.43Kg。说明配入煤重量13%的污泥后，煤粉燃烧性能明显改善，燃尽率明显提高，试验阶段每度电节约原煤达10.8%。

实施例4

某火电厂，采用进口923号浅碗式磨煤机，使用配煤，单台煤磨机产量60t∕h，煤粉细度R₉₀筛余10%。入锅炉煤粉挥发分平均8%、热值平均4350Kcal∕Kg，因煤质差，炉内易熄火，经常需喷柴油助燃。原炉渣烧失量5～7%，粉煤灰烧失量3～9%，每度电耗煤约0.45kg。

试验采用市污水处理厂消化污泥，取样污泥检测平均含水率84.6%，干基污泥有机物含量76%，干基污泥热值3110Kcal∕Kg。用罐车将含水污泥运进火电厂，泵入污泥罐内，按散粒状煤重量的10%，用污泥泵从煤磨机中心的落煤管顺落煤方向连续喷入含水污泥，入磨热风量调大2%，经粉磨后含污泥的煤粉细度控制在R₉₀筛余10%，煤磨产量仍稳定在60t∕h。入炉含污泥煤粉热值平均4350 Kcal∕Kg，用此含污泥煤粉时，未喷柴油助燃，炉内火焰稳定，炉渣烧失量降至2～5%，粉煤灰烧失量降至1～3%，每度电耗煤降至0.43Kg。说明配入煤重量10%的污泥后，煤粉燃烧性能明显改善，燃尽率提高，单位发电量节约原煤4.4%。

实施例5

某火电厂，采用S型风扇磨煤机，使用配煤，煤粉细度R₉₀筛余15%。入锅炉煤粉挥发分平均17%、热值平均4150Kcal∕Kg，因煤质差，炉内易熄火，需经常喷柴油助燃。原炉渣烧失量7~10%，粉煤灰烧失量7~12%，每度电耗煤约0.45kg。

试验采用菜市场有机废弃物，取样废弃物打碎检测平均含水率57.6%，干基热值4586Kcal∕Kg。用汽车将菜市场废弃物运进火电厂原煤堆棚，用铲车配料均化布堆，按散粒状煤重量的15%配入，混合煤料经喂料机一起连续喂入风扇磨，热风量加大3%，经粉磨后含污泥的煤粉细度控制不变，煤磨产量相当。入炉煤粉热值平均4180 Kcal∕Kg，用此含废弃物煤粉时，未喷柴油助燃，炉内火焰稳定，炉渣烧失量降至1～3%，粉煤灰烧失量降至1～2%，每度电耗煤降至0.42Kg。说明配入煤重量15%的废弃物后，煤粉燃烧性能明显改善，燃尽率提高，单位发电量节约原煤6.7%。

Claims (6)

1.一种用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法，其特征在于：将含有机物的污泥或废弃物，在原煤堆棚至煤磨机进料口空间区段，配入块粒状或散粒状燃煤中，与粒状燃煤一起粉磨，制成含有易燃有机物污泥或废弃物的煤粉；所述含有机物的污泥或废弃物的配入量为块粒状或散粒状燃煤重量的1～30%；

所述含有机物的污泥为水分含量≤99wt%、干基有机物含量≥40wt%的污泥；所述含有机物的废弃物为生活厨余物、工业油酯废料或农林医药加工废弃物；

所述燃煤为无烟煤劣质煤。

2.根据权利要求1所述的用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法，其特征在于：所述含有机物的污泥或废弃物的配入量为块粒状或散粒状燃煤重量的5～20%。

3.根据权利要求1或2所述的用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法，其特征在于：煤粉细度控制80μm筛余≤18%。

4.根据权利要求1或2所述的用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法，其特征在于：所述含有机物的污泥为水分含量≤90wt%，干基有机物含量≥40wt%的污泥。

5.根据权利要求1或2所述的用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法，其特征在于：所述污泥或废弃物在原煤堆棚至煤磨机进料口空间区段配入，是指采用通用的设备或装置运用常规方式，在原煤堆棚至煤磨机进料口空间区段一个或多个位置，把污泥或废弃物按拟定比例加入块粒状或散粒状燃煤中，或采用泥浆泵把含水污泥或打碎的浆料状废弃物直接喷入带碾压机构、锤击式机构或风扇磨机构的煤磨机中。

6.根据权利要求1或2所述的用污泥或废弃物改善煤粉燃烧性能的方法，其特征在于：所述煤磨机为利用热风供热磨制煤粉的煤磨机。