CN112923353A - 一种气化飞灰利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气化飞灰利用系统及方法，包括由磨煤机、液体粘结剂桶、煤粉‑飞灰混合仓、型煤成型装置等构成的飞灰制备型煤系统，与由一次风室、循环烟气室、层燃炉、气固分离器、脱硫装置等构成的型煤燃烧系统。本发明通过将低挥发分含量的细粒型气化飞灰与煤粉混合制备成多孔球状型煤，再将型煤在层燃炉中进行燃烧利用，将锅炉部分尾部热烟气用于干燥型煤，部分用作循环烟气以降低燃烧过程中NOx的生成，充分利用了烟气余热，减少了能源浪费。本发明将型煤燃烧后的固体飞灰返回型煤制备装置重新制备型煤并进行二次燃烧，且结合空气分级燃烧技术在在炉膛上部设置局部燃尽风，提高了型煤的燃烧效率并降低了环境污染。

Description

一种气化飞灰利用系统及方法
技术领域
本发明属于煤炭梯级转化及高效清洁燃烧领域，特别涉及一种气化飞灰利用系统及方法，适用于对煤气化过程中产生的飞灰进行回收利用。
背景技术
富煤、贫油、少气是我国能源的结构特征，煤炭占我国一次能源消费的70％左右。我国煤炭资源总量虽然丰富，但优质煤比例不高，低阶煤占煤炭总储量的55％以上。由于品位较差，直接利用效率不高、环境污染严重，故通常是将低阶煤转化后利用。煤气化是煤炭清洁高效利用的一种重要方式，但气化后所得的副产品飞灰中残炭质量可达自身量的20％，为获取其中的能源，一般将这部分气化飞灰进行燃烧。然而飞灰具有高灰分、低挥发分、低硫含量、低热值和粒度细的特点，采用传统的技术和装备燃烧此类燃料时，飞灰着火燃尽困难、NOx排放高，且可能存在强化燃烧、结渣防治与低NOx燃烧控制手段相冲突的问题。如何解决气化飞灰难以利用的问题，已成为制约我国煤炭清洁高效梯级利用产业化应用的关键技术瓶颈，并亟待解决。因此，提出一种高效低NOx燃烧气化飞灰的方法具有广泛的现实意义，且对我国煤炭利用技术的发展将起到巨大的推动作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气化飞灰利用系统及方法。具体是将气化飞灰和煤粉混合制成多孔型煤，再将型煤在工业层燃炉中燃烧利用。利用锅炉部分尾部热烟气干燥型煤，节省了外部热源，将部分尾部烟气送入循环风室，降低了燃烧气氛的局部氧浓度，减少了NOx的生成，将部分尾部烟气作为二次风喷入炉膛，增加气流扰动，增强燃烧和换热，增设局部燃尽风，结合空气分级燃烧技术，提高型煤的燃烧效率，并进一步降低了NOx的生成。将型煤燃烧后的飞灰返回型煤制备装置重新制备型煤，进而进行二次燃烧，提高燃尽率。本发明在充分利用了煤炭资源的同时，降低了锅炉NOx的生成。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种气化飞灰利用系统，包括飞灰制备型煤系统和型煤在层燃炉中的燃烧系统；其中，
飞灰制备型煤系统包括煤仓、磨煤机、气化飞灰仓、液体粘结剂桶、煤粉-飞灰混合仓、搅拌器和型煤成型装置；
型煤在层燃炉中的燃烧系统包括型煤斗、一次风室、送风机、循环烟气室、第一循环风机、炉排、二次风喷嘴、第二循环风机、燃尽风喷嘴、燃尽风管道、省煤器、气固分离器、除尘器、脱硫装置、烟囱、蒸汽出口和热水出口；
搅拌器设置在煤粉-飞灰混合仓内，煤仓通过输送管道与磨煤机的上入口相连，磨煤机的出口与煤粉-飞灰混合仓的入口相连，同时，气化飞灰仓、液体粘结剂桶的出口分别与煤粉-飞灰混合仓的入口相连，煤粉-飞灰混合仓的出口与型煤成型装置的入口相连，型煤成型装置的出口与型煤斗的入口相连，型煤斗的出口与层燃炉的炉排相连；送风机的入口与空气相连，出口与一次风室的入口相连，第一循环风机的入口与烟气管道相连，出口与循环烟气室的入口相连，第二循环风机的入口与烟气管道相连，出口与二次风喷嘴相连，燃尽风管道的入口与空气相连，出口与燃尽风喷嘴相连；蒸汽出口、热水出口均与锅筒相连；省煤器设置在尾部烟道，尾部烟道的出口与气固分离器的入口相连，气固分离器的气体出口与除尘器的入口相连，气固分离器的固体出口与型煤斗的入口相连，除尘器的出口与脱硫装置的入口相连，除尘器的出口与烟囱、第一循环风机和第二循环风机的入口相连。
本发明进一步的改进在于，煤粉和飞灰混合制成的型煤呈多孔球形，孔为径向分布的锥形孔。
本发明进一步的改进在于，来自除尘器后的部分热烟气被送入型煤成型装置，用于干燥型煤，节省外部热源提供的热量。
本发明进一步的改进在于，层燃炉包含两个风室，一个为一次风室，室内布置通过送风机送入的空气，一个为循环烟气室，室内布置来自除尘器后的烟气；空气供给炉排前段的型煤燃料，促进型煤的脱挥发分和燃烧，烟气供给炉排后段的焦炭，降低了燃烧气氛的氧浓度，降低NOx的生成。
本发明进一步的改进在于，二次风喷嘴设置在炉膛喉口处，来自除尘器后的部分烟气通过二次风喷嘴喷入炉膛，强化换热。
本发明进一步的改进在于，烟气经气固分离器后，固体部分通过飞灰输送管道进入煤粉-飞灰混合仓，进而在型煤成型装置中进行二次成型，重新参加燃烧，进一步降低飞灰含碳率，提高燃料的燃烧效率。
本发明进一步的改进在于，空气经燃尽风管道进入燃尽风喷嘴，进而喷入炉膛。
一种气化飞灰利用方法，该方法基于所述的一种气化飞灰利用系统，包括如下步骤：
1)煤仓中的煤进入磨煤机进行磨制成粉，煤粉、飞灰和液体粘结剂在煤粉-飞灰混合仓中进行充分混合，并在搅拌器的作用下搅拌均匀，进而在型煤成型装置中干燥成型，干燥热源为型煤燃烧后的热烟气，热烟气取自除尘器后、脱硫装置前的烟气管道；
2)飞灰与煤粉制得的型煤从型煤成型装置的出口进入型煤斗中，从型煤斗落到炉排，空气通过送风机进入一次风室，一次风通过炉排和型煤进入炉膛，型煤在链条移动的过程中接触空气进行脱挥发分和燃烧，来自除尘器后、脱硫装置前的烟气进入循环烟气室，烟气通过炉排进入炉膛，降低了局部氧浓度，未燃尽的型煤在缺氧性气氛下燃烧，显著降低了NOx的生成；
3)部分来自除尘器后、脱硫装置前的烟气经二次风喷嘴在炉膛喉口处喷入炉膛，增加了燃烧气氛的混合，强化了燃烧，二次风量约为总风量的5％；
4)空气经燃尽风管道进入燃尽风喷嘴，进而喷入炉膛，结合炉膛空气分级和燃烧后期局部补氧，挺高了型煤的燃尽率，进一步降低NOx的生成；
5)完全燃烧后的烟气依次经过锅筒、省煤器，进入气固分离器，固体通过飞灰输送管道进入煤粉-飞灰混合仓，进而在型煤成型装置中进行二次成型，重新参加燃烧，进一步降低飞灰含碳率，提高燃料的燃烧效率；气固分离器中分离出来的气体进入除尘器，经除尘后的烟气有四种使用路径：部分通过第一循环风机进入循环风室，从而进入炉膛，为降低燃烧气氛的局部氧浓度，从而降低NOx的生成，部分进入型煤成型装置进行干燥型煤，节约了外部热源的热量，部分通过第二循环风机进入二次风喷嘴喷入炉膛，造成扰动，强化了炉内燃烧，剩余部分进入脱硫装置，脱硫处理后经烟囱排入大气；
高温烟气将锅筒中的工质水加热至蒸汽或热水，通过蒸汽出口用作进行供热，或者通过热水出口进行供热或作为生活用水。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明所述的一种气化飞灰利用系统和方法，将低挥发分含量的细粒型气化飞灰与煤粉混合，并在粘结剂的作用下制备成多孔球状型煤，再将型煤在层燃炉中进行燃烧利用，利用锅炉部分尾部热烟气干燥型煤，一是节省了外部热源能量，二是降低了排烟热损失，提高了锅炉效率。锅炉省煤器后增设气固分离器，将型煤燃烧后分离得到的固体飞灰返回型煤制备装置重新制备型煤，进而进行二次燃烧，提高燃尽率。
将传统层燃炉的一次风室改造成一次风室和循环烟气室，分别进空气和锅炉尾部烟气，炉排上的新鲜型煤首先接触空气，在空气助燃剂的作用下着火和燃烧，未燃尽的焦炭接触循环烟气，在局部缺氧气氛下燃烧，可降低NOx的生成。结合空气分级燃烧技术，在喉口处设置二次风增加气流扰动，强化燃烧和换热，并在炉膛上部设置局部燃尽风，提高型煤的燃烧效率，并进一步降低了NOx的生成。
综上所述，本发明通过将细粒级的气化飞灰和煤粉混合制备多孔型煤并在层燃锅炉中燃烧，充分利用了飞灰中的残炭，并解决了气化副产品的堆积带来的资源浪费、土地占用、粉尘污染等诸多问题。实现了能量的梯级利用，减少了环境污染，且不受地区和环境限制，系统经济环保，便于管理。本发明充分利用了飞灰中的残炭，并解决了煤气化副产品的堆积带来的资源浪费、土地占用、粉尘污染、NOx排放等诸多问题，实现了能量的梯级利用。本发明只需对现有层燃炉进行简单改造，经济环保，适应范围广，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
附图标记说明：
1为煤仓，2为磨煤机，3为气化飞灰仓，4为液体粘结剂桶，5为煤粉-飞灰混合仓，6为搅拌器，7为型煤成型装置，8为型煤斗，9为一次风室，10为循环烟气室，11为炉排，12为型煤，13为二次风喷嘴，14为燃尽风喷嘴，15为燃尽风管，16为烟道，17为省煤器，18为气固分离器，19为除尘器，20为脱硫装置，21为烟囱，22为送风机，23为第一循环风机，24为第二循环风机，25为飞灰输送管道，26为蒸汽出口，27为热水出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详细说明
如图1所示，本发明提供的一种气化飞灰利用系统，包括飞灰制备型煤系统和型煤在层燃炉中的燃烧系统。
所述的飞灰制备型煤系统包括煤仓1、磨煤机2、气化飞灰仓3、液体粘结剂桶4、煤粉-飞灰混合仓5、搅拌器6、型煤成型装置7和煤粉、飞灰、粘结剂的输送管道。
所述的型煤在层燃炉中的燃烧系统包括型煤斗8、一次风室9、送风机22、循环烟气室10、第一循环风机23、炉排11、型煤12、二次风喷嘴13、第二循环风机24、燃尽风喷嘴14、送风机15、烟道16、省煤器17、气固分离器18、除尘器19、脱硫装置20、烟囱21、飞灰输送管道25、蒸汽出口26、热水出口27和各连接管道。
所述的搅拌器6设置在煤粉-飞灰混合仓5内，所述的煤仓1通过输送管道与磨煤机2的上入口相连，所述的磨煤机2的出口与煤粉-飞灰混合仓5的入口相连，同时，所述的气化飞灰仓3、液体粘结剂桶4的出口分别与煤粉-飞灰混合仓5的入口相连，所述的煤粉-飞灰混合仓5的出口与型煤成型装置7的入口相连，所述的型煤成型装置7的出口与型煤斗8的入口相连，所述的型煤斗8的出口与层燃炉的炉排11相连；所述的送风机22的入口与空气相连，所述的送风机22的出口与一次风室9的入口相连，所述的第一循环风机23的入口与烟气管道相连，所述的第一循环风机23的出口与循环烟气室10的入口相连，所述的第二循环风机24的入口与烟气管道相连，所述的第二循环风机24的出口与二次风喷嘴13相连，所述的燃尽风管道15的入口与空气相连，所述的燃尽风管道15的出口与燃尽风喷嘴14相连；所述的蒸汽出口26、热水出口27均与锅筒相连；所述的省煤器17设置在尾部烟道，尾部烟道的出口与气固分离器18的入口相连，所述的气固分离器18的气体出口与除尘器19的入口相连，所述的气固分离器18的固体出口与型煤斗8的入口相连，所述的除尘器19的出口与脱硫装置20的入口相连，所述的除尘器19的出口与烟囱21、所述的第一循环风机23和第二循环风机24的入口相连。
进一步的，煤粉和飞灰混合制成的型煤12呈多孔球形，孔为径向分布的锥形孔。
进一步的，来自除尘器19后的部分热烟气被送入型煤成型装置7，用于干燥型煤，节省了外部热源提供的热量，且降低了排烟热损失，节约能源。
进一步的，层燃炉包含两个风室，一个为一次风室9，室内布置通过送风机22送入的空气，一个为循环烟气室10，室内布置来自除尘器19后的烟气。空气供给炉排前段的型煤燃料，可促进型煤的脱挥发分和燃烧，烟气供给炉排后段的焦炭，降低了燃烧气氛的局部氧浓度，可降低NOx的生成。
进一步的，二次风喷嘴设置在炉膛喉口处，来自除尘器19后的部分烟气通过二次风喷嘴喷入炉膛，强化换热。
进一步的，烟气经气固分离器后，固体部分通过飞灰输送管道25进入煤粉-飞灰混合仓6，进而在型煤成型装置7中进行二次成型，重新参加燃烧，进一步降低飞灰含碳率，提高燃料的燃烧效率。
进一步的，空气经燃尽风管道15进入燃尽风喷嘴14，进而喷入炉膛。
本发明提供的一种气化飞灰利用系统及方法，包括如下步骤：
1)煤仓1中的煤进入磨煤机2进行磨制成粉，煤粉、飞灰和液体粘结剂在煤粉-飞灰混合仓5中进行充分混合，并在搅拌器6的作用下搅拌均匀，进而在型煤成型装置7中干燥成型，干燥热源为型煤燃烧后的热烟气，热烟气取自除尘器后、脱硫装置前的烟气管道。
2)飞灰与煤粉制得的型煤从型煤成型装置7的出口进入型煤斗8中，从型煤斗落到炉排11，空气通过送风机22进入一次风室9，一次风通过炉排11和型煤12进入炉膛，型煤在链条移动的过程中接触空气进行脱挥发分和燃烧，来自除尘器后、脱硫装置前的烟气进入循环烟气室10，烟气通过炉排11进入炉膛，降低了局部氧浓度，未燃尽的型煤在缺氧性气氛下燃烧，显著降低了NOx的生成。
3)部分来自除尘器后、脱硫装置前的烟气经二次风喷嘴13在炉膛喉口处喷入炉膛，增加了燃烧气氛的混合，强化了燃烧，二次风量约为总风量的5％。
4)空气经燃尽风管道15进入燃尽风喷嘴14，进而喷入炉膛，结合炉膛空气分级和燃烧后期局部补氧，挺高了型煤的燃尽率，进一步降低了NOx的生成。
5)完全燃烧后的烟气依次经过锅筒、省煤器17，进入气固分离器18，固体通过飞灰输送管道25进入煤粉-飞灰混合仓6，进而在型煤成型装置7中进行二次成型，重新参加燃烧，进一步降低飞灰含碳率，提高燃料的燃烧效率。气固分离器18中分离出来的气体进入除尘器19，经除尘后的烟气有四种使用路径：部分通过第一循环风机23进入循环风室10，从而进入炉膛，为降低燃烧气氛的局部氧浓度，从而降低NOx的生成，部分进入型煤成型装置7进行干燥型煤，节约了外部热源的热量，部分通过第二循环风机24进入二次风喷嘴喷入炉膛，造成扰动，强化了炉内燃烧，剩余部分进入脱硫装置20，脱硫处理后经烟囱排入大气。
高温烟气将锅筒中的工质水加热至蒸汽或热水，通过蒸汽出口26用作进行供热，或者通过热水出口27进行供热或作为生活用水。
概括来说，本发明通过将低挥发分含量的细粒型气化飞灰与煤粉混合制备成多孔球状型煤，再将型煤在层燃炉中进行燃烧利用，利用锅炉部分尾部热烟气干燥型煤，节省了外部热量的同时降低了排烟热损失，提高了锅炉效率；将型煤燃烧后的固体飞灰返回型煤制备装置重新制备型煤并进行二次燃烧，提高了燃尽率。将传统层燃炉的一次风室改造成一次风室和循环烟气室，炉排上的新鲜型煤首先接触空气，在空气助燃剂的作用下着火和燃烧，未燃尽的焦炭接触循环烟气，在局部缺氧气氛下燃烧，可降低NOx的生成。结合空气分级燃烧技术，在喉口处设置二次风增加气流扰动，强化燃烧和换热，并在炉膛上部设置局部燃尽风，提高型煤的燃烧效率，并进一步降低了NOx的生成。该系统充分利用了飞灰中的残炭，并解决了煤气化副产品的堆积带来的资源浪费、土地占用、粉尘污染等诸多问题。实现了能量的梯级利用，减少了环境污染，且不受地区和环境限制，系统经济环保，便于管理。
应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，还应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域的技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，然而，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种气化飞灰利用系统，其特征在于，包括飞灰制备型煤系统和型煤在层燃炉中的燃烧系统；其中，
飞灰制备型煤系统包括煤仓(1)、磨煤机(2)、气化飞灰仓(3)、液体粘结剂桶(4)、煤粉-飞灰混合仓(5)、搅拌器(6)和型煤成型装置(7)；
型煤在层燃炉中的燃烧系统包括型煤斗(8)、一次风室(9)、送风机(22)、循环烟气室(10)、第一循环风机(23)、炉排(11)、二次风喷嘴(13)、第二循环风机(24)、燃尽风喷嘴(14)、燃尽风管道(15)、省煤器(17)、气固分离器(18)、除尘器(19)、脱硫装置(20)、烟囱(21)、蒸汽出口(26)和热水出口(27)；
搅拌器(6)设置在煤粉-飞灰混合仓(5)内，煤仓(1)通过输送管道与磨煤机(2)的上入口相连，磨煤机(2)的出口与煤粉-飞灰混合仓(5)的入口相连，同时，气化飞灰仓(3)、液体粘结剂桶(4)的出口分别与煤粉-飞灰混合仓(5)的入口相连，煤粉-飞灰混合仓(5)的出口与型煤成型装置(7)的入口相连，型煤成型装置(7)的出口与型煤斗(8)的入口相连，型煤斗(8)的出口与层燃炉的炉排(11)相连；送风机(22)的入口与空气相连，出口与一次风室(9)的入口相连，第一循环风机(23)的入口与烟气管道相连，出口与循环烟气室(10)的入口相连，第二循环风机(24)的入口与烟气管道相连，出口与二次风喷嘴(13)相连，燃尽风管道(15)的入口与空气相连，出口与燃尽风喷嘴(14)相连；蒸汽出口(26)、热水出口(27)均与锅筒相连；省煤器(17)设置在尾部烟道，尾部烟道的出口与气固分离器(18)的入口相连，气固分离器(18)的气体出口与除尘器(19)的入口相连，气固分离器(18)的固体出口与型煤斗(8)的入口相连，除尘器(19)的出口与脱硫装置(20)的入口相连，除尘器(19)的出口与烟囱(21)、第一循环风机(23)和第二循环风机(24)的入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种气化飞灰利用系统，其特征在于，煤粉和飞灰混合制成的型煤(12)呈多孔球形，孔为径向分布的锥形孔。
3.根据权利要求1所述的一种气化飞灰利用系统，其特征在于，来自除尘器(19)后的部分热烟气被送入型煤成型装置(7)，用于干燥型煤，节省外部热源提供的热量。
4.根据权利要求1所述的一种气化飞灰利用系统，其特征在于，层燃炉包含两个风室，一个为一次风室(9)，室内布置通过送风机(22)送入的空气，一个为循环烟气室(10)，室内布置来自除尘器(19)后的烟气；空气供给炉排前段的型煤燃料，促进型煤的脱挥发分和燃烧，烟气供给炉排后段的焦炭，降低了燃烧气氛的氧浓度，降低NOx的生成。
5.根据权利要求1所述的一种气化飞灰利用系统，其特征在于，二次风喷嘴设置在炉膛喉口处，来自除尘器(19)后的部分烟气通过二次风喷嘴喷入炉膛，强化换热。
6.根据权利要求1所述的一种气化飞灰利用系统，其特征在于，烟气经气固分离器后，固体部分通过飞灰输送管道(25)进入煤粉-飞灰混合仓(6)，进而在型煤成型装置(7)中进行二次成型，重新参加燃烧，进一步降低飞灰含碳率，提高燃料的燃烧效率。
7.根据权利要求1所述的一种气化飞灰利用系统，其特征在于，空气经燃尽风管道(15)进入燃尽风喷嘴(14)，进而喷入炉膛。
8.一种气化飞灰利用方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至7中任一项所述的一种气化飞灰利用系统，包括如下步骤：
1)煤仓(1)中的煤进入磨煤机(2)进行磨制成粉，煤粉、飞灰和液体粘结剂在煤粉-飞灰混合仓(5)中进行充分混合，并在搅拌器(6)的作用下搅拌均匀，进而在型煤成型装置(7)中干燥成型，干燥热源为型煤燃烧后的热烟气，热烟气取自除尘器后、脱硫装置前的烟气管道；
2)飞灰与煤粉制得的型煤从型煤成型装置(7)的出口进入型煤斗(8)中，从型煤斗落到炉排(11)，空气通过送风机(22)进入一次风室(9)，一次风通过炉排(11)和型煤(12)进入炉膛，型煤在链条移动的过程中接触空气进行脱挥发分和燃烧，来自除尘器后、脱硫装置前的烟气进入循环烟气室(10)，烟气通过炉排(11)进入炉膛，降低了局部氧浓度，未燃尽的型煤在缺氧性气氛下燃烧，显著降低了NOx的生成；
3)部分来自除尘器后、脱硫装置前的烟气经二次风喷嘴(13)在炉膛喉口处喷入炉膛，增加了燃烧气氛的混合，强化了燃烧，二次风量约为总风量的5％；
4)空气经燃尽风管道(15)进入燃尽风喷嘴(14)，进而喷入炉膛，结合炉膛空气分级和燃烧后期局部补氧，挺高了型煤的燃尽率，进一步降低NOx的生成；
5)完全燃烧后的烟气依次经过锅筒、省煤器(17)，进入气固分离器(18)，固体通过飞灰输送管道(25)进入煤粉-飞灰混合仓(6)，进而在型煤成型装置(7)中进行二次成型，重新参加燃烧，进一步降低飞灰含碳率，提高燃料的燃烧效率；气固分离器(18)中分离出来的气体进入除尘器(19)，经除尘后的烟气有四种使用路径：部分通过第一循环风机(23)进入循环风室(10)，从而进入炉膛，为降低燃烧气氛的局部氧浓度，从而降低NOx的生成，部分进入型煤成型装置(7)进行干燥型煤，节约了外部热源的热量，部分通过第二循环风机(24)进入二次风喷嘴喷入炉膛，造成扰动，强化了炉内燃烧，剩余部分进入脱硫装置(20)，脱硫处理后经烟囱排入大气；
高温烟气将锅筒中的工质水加热至蒸汽或热水，通过蒸汽出口(26)用作进行供热，或者通过热水出口(27)进行供热或作为生活用水。
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