CN113074376B - 一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理系统和方法。本发明将旋风燃烧技术与O2/CO2燃烧技术相结合，利用旋风炉燃烧强度高的特点熔融处理气化飞灰，再将燃烧后的熔融渣进行两级冷却，得到的冷却渣可以用来制备陶瓷等产品。并且，为了保证燃烧强度，采取半焦与气化飞灰掺混，利用预热后的纯氧一次风进行送粉，以此达到强化燃烧的目的。燃烧过程中采取上下两股二次风进行分级配风，最终在锅炉中形成高温预燃区、主燃区和燃尽区，不仅强化了燃烧过程，也降低了锅炉的NOx排放。燃烧后的烟气，经过冷凝和除尘后，可以收集到高浓度的CO2，为锅炉O2/CO2燃烧提供CO2。本发明不仅处理了固体废弃物气化飞灰，也进一步实现了低阶煤的高效清洁利用。
Description
技术领域
本发明属于电站煤粉炉发电技术领域，特别涉及一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理系统和方法。
背景技术
随着我国低阶煤分级转化产业的不断发展，气化飞灰的产量也在逐年上升。但是气化飞灰本身挥发分含量极低，并且灰分含量较高，属于一种工业生产中常见的固体废弃物。但是气化飞灰具有一定的热值，如果直接进行填埋处理，那么这部分能源就得不到有效地利用。旋风燃烧锅炉是一种燃烧强度很高的锅炉，并且燃料在旋风炉中燃烧后灰渣将以熔融的形式排出，而气化飞灰的熔渣又具有很高的利用价值，可以用来制备陶瓷等产品。O2/CO2燃烧技术可以减少锅炉NOx排放，并且对燃烧后的烟气进一步处理可以得到高浓度的CO2，可以减少工业生产过程中的碳排放。将气化飞灰在旋风炉中进行O2/CO2燃烧，不仅可以利用气化飞灰的热值和其燃烧后的产物，也可以提高工业生产的效率，进一步实现低阶煤的梯级利用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理系统和方法。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理系统，包括深冷空分设备、上二次风喷口、下二次风喷口、燃尽风喷口、一级熔渣冷却装置、二级熔渣冷却装置、冷凝器、水箱、烟气除尘器、CO2贮存装置和锅炉本体，以及在锅炉本体沿烟气流程布置的锅炉高温预燃区、主燃区和燃尽区；其中，
在旋风炉中进行O2/CO2燃烧，这样在尾部烟气处收集高浓度的CO2；利用深冷空分设备制备氧气和氮气，制备出的氮气一部分作为化工产品进行收集，另一部分则用于冷却熔渣；将尾部烟气通入冷凝器中，利用液氧气化的冷能冷凝收集烟气中的水分于水箱中，再将烟气在烟气除尘器中进行除尘处理，最终得到高浓度的CO2储存于CO2贮存装置，用于锅炉O2/CO2燃烧利用；利用预热后的纯氧助燃半焦和气化飞灰，再通过上二次风喷口通入富氧二次风，在锅炉中形成高温预燃区；贫氧二次风和富氧燃尽风分别通过下二次风喷口和燃尽风喷口喷入锅炉，在锅炉中形成了主燃区和燃尽区；燃烧后的熔渣在一级熔渣冷却装置和二级熔渣冷却装置中分别利用尾部烟气和氮气进行冷却，并且利用带出的热量对富氧一次风和气化飞灰进行预热；冷却后的熔渣用于制备陶瓷等产品。
本发明进一步的改进在于，在旋风炉中进行O2/CO2燃烧，锅炉出口烟气的水分利用液氧气化的冷能在冷凝器中冷凝并收集于水箱中。
本发明进一步的改进在于，该系统还包括一次风预热器和空气预热器，冷凝器出口处得到的纯氧先经过空气预热器预热，然后再经过一次风预热器由携带熔渣热量的氮气进行二次预热，最终纯氧作为一次风携带兰炭和气化飞灰进入锅炉。
本发明进一步的改进在于，该系统还包括气化飞灰预热器，燃烧后的熔渣首先在具有链条的一级熔渣冷却装置中由部分尾部烟气进行冷却，冷却至500～600℃，升温后的烟气送入空气预热器前的炉膛强化后续的换热过程；接下来熔渣进入二级熔渣冷却装置由深冷空分装置制备的氮气进行冷却至室温，产生的冷却渣用于后续制备陶瓷等产品；升温后的氮气先在气化飞灰预热器中预热气化飞灰，再在一次风预热器中预热纯氧一次风，最终排空处理。
本发明进一步的改进在于，该系统还包括燃烧器，兰炭和气化飞灰分别由燃烧器的内通道和外通道送入炉膛，使得两种燃料都得以充分燃烧；富氧二次风和贫氧二次风分别由上二次风喷口和下二次风喷口送入炉膛，富氧燃尽风则由燃尽风喷口送入炉膛，在锅炉中形成高温预燃区、主燃区和燃尽区。
本发明进一步的改进在于，该系统还包括一次风机，用于将纯氧送入燃烧器。
本发明进一步的改进在于，该系统还包括兰炭磨煤机，用于对兰炭进行磨粉处理。
本发明进一步的改进在于，该系统还包括氧气风机和CO2风机，用于将纯氧和CO2按比例混合形成贫氧二次风和富氧二次风。
一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理方法，包括：
通过深冷空分设备、锅炉本体耦合，生产电能和陶瓷产品；
利用旋风燃烧和O2/CO2燃烧的结合，不仅将固体废弃物气化飞灰进行熔融处理，还通过冷凝器和烟气除尘器处理得到高浓度的CO2；
通过调整配风方式，在锅炉中形成高温预燃区、主燃区和燃尽区，强化燃烧的同时降低锅炉出口处NOx排放；
利用尾部烟气和氮气对熔渣进行两级冷却，再将带出的热量进行预热一次风等操作，在冷却熔渣的同时，提高了工业生产的效率；
纯氧一次风进行了两级预热，气化飞灰进行了一级预热，由此有利于强化气化飞灰的燃烧。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理系统和方法，将旋风燃烧技术与O2/CO2燃烧技术相结合，利用旋风炉燃烧强度高的特点熔融处理气化飞灰，再将燃烧后的熔融渣进行两级冷却，得到的冷却渣可以用来制备陶瓷等产品。并且，为了保证燃烧强度，采取半焦与气化飞灰掺混，利用预热后的纯氧一次风进行送粉，以此达到强化燃烧的目的。燃烧过程中采取上下两股二次风进行分级配风，最终在锅炉中形成高温预燃区、主燃区和燃尽区，不仅强化了燃烧过程，也降低了锅炉的NOx排放。燃烧后的烟气，经过冷凝和除尘后，可以收集到高浓度的CO2，为锅炉O2/CO2燃烧提供CO2。此外，利用深冷空分设备制氧，并且与锅炉进行耦合，将热量高效梯级利用，不仅可以提高工业生产的效率，还可以获得电能和陶瓷等产品。本发明不仅处理了固体废弃物气化飞灰，也进一步实现了低阶煤的高效清洁利用。
附图说明
图1是本发明一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理系统示意图。
附图标记说明：
1为深冷空分设备、2为兰炭磨煤机、3为气化飞灰预热器、4为一次风预热器、5为一次风机、6为燃烧器、7为上二次风喷口、8为下二次风喷口、9为燃尽风喷口、10为空气预热器、11为一级熔渣冷却装置、12为二级熔渣冷却装置、13为冷凝器、14为水箱、15为烟气除尘器、16为CO2贮存装置、17为氧气风机、18为CO2风机、19为锅炉本体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，一种气化飞灰低NOx燃烧熔融处理系统，包括深冷空分设备1、兰炭磨煤机2、气化飞灰预热器3、一次风预热器4、一次风机5、燃烧器6、上二次风喷口7、下二次风喷口8、燃尽风喷口9、空气预热器10、一级熔渣冷却装置11、二级熔渣冷却装置12、冷凝器13、水箱14、烟气除尘器15、CO2贮存装置16、氧气风机17、CO2风机18和锅炉本体 19，以及沿烟气流程布置的锅炉高温预燃区、主燃区和燃尽区；其中，
在旋风炉中进行O2/CO2燃烧，这样可以在尾部烟气处收集高浓度的CO2；利用深冷空分设备1制备氧气和氮气，制备出的氮气一部分作为化工产品进行收集，另一部分则用于冷却熔渣；将尾部烟气通入冷凝器13中，利用液氧气化的冷能冷凝收集烟气中的水分于水箱14 中，再将烟气在烟气除尘器15中进行除尘处理，最终得到高浓度的CO2储存于CO2贮存装置16；利用预热后的纯氧助燃半焦和气化飞灰，再通过上二次风喷口7通入富氧二次风，在锅炉中形成高温预燃区；贫氧二次风和富氧燃尽风分别通过下二次风喷口8和燃尽风喷口9 喷入锅炉，在锅炉中形成了主燃区和燃尽区，既可以强化燃料燃烧，也可以降低NOx排放；燃烧后的熔渣在一级熔渣冷却装置11和二级熔渣冷却装置12中分别利用尾部烟气和氮气进行冷却，并且利用带出的热量对富氧一次风和气化飞灰进行预热；冷却后的熔渣可以制备陶瓷等产品，得到进一步利用；将深冷空分设备1、锅炉本体19耦合成为一个工业系统，既可以处理固体废弃物气化飞灰，也可以生产电能、陶瓷等产品，并且通过调整旋风炉的燃烧器和配风，达到了高效低NOx燃烧的目的。
优选地，在旋风炉中进行O2/CO2燃烧，锅炉出口烟气的水分利用液氧气化的冷能在冷凝器13中冷凝并收集于水箱14中，烟气再经过烟气除尘器15进行处理，最终得到高浓度的 CO2贮存于CO2贮存装置16，用于锅炉O2/CO2燃烧利用。
优选地，冷凝器13出口处得到的纯氧先经过空气预热器10预热，然后再经过一次风预热器4由携带熔渣热量的氮气进行二次预热，最终纯氧作为一次风携带兰炭和气化飞灰进入锅炉。
优选地，兰炭和气化飞灰分别由燃烧器6的内通道和外通道送入炉膛，使得两种燃料都得以充分燃烧；富氧二次风和贫氧二次风分别由上二次风喷口7和下二次风喷口8送入炉膛，富氧燃尽风则由燃尽风喷口9送入炉膛，在锅炉中形成高温预燃区、主燃区和燃尽区，不仅可以强化燃料的燃烧，还可以降低锅炉出口处NOx排放，以便实现固体废弃物气化飞灰的高效清洁利用。
优选地，燃烧后的熔渣首先在具有链条的一级熔渣冷却装置11中由部分尾部烟气进行冷却，冷却至500～600℃，升温后的烟气送入空气预热器10前的炉膛强化后续的换热过程；接下来熔渣进入二级熔渣冷却装置12由深冷空分装置1制备的氮气进行冷却至室温，产生的冷却渣用于后续制备陶瓷等产品；升温后的氮气先在气化飞灰预热器3中预热气化飞灰，再在一次风预热器4中预热纯氧一次风，最终排空处理。
优选地，将深冷空分设备1、锅炉本体19耦合成为一个工业系统，既可以处理固体废弃物气化飞灰，也可以生产电能、陶瓷等产品，并且工业系统的生产效率得到了提高，进一步实现了低阶煤的梯级利用和固废处理。
参见图1，本发明提供的一种系统的气化飞灰低NOx燃烧熔融处理方法，包括：
形成了一套工业系统，通过深冷空分设备1、锅炉本体19耦合，可以生产电能和陶瓷等产品；
利用旋风燃烧和O2/CO2燃烧的结合，不仅可以将固体废弃物气化飞灰进行熔融处理，还可以通过冷凝器13和烟气除尘器15处理得到高浓度的CO2；
通过调整配风方式，在锅炉中形成高温预燃区、主燃区和燃尽区，强化燃烧的同时也可以降低锅炉出口处NOx排放；
利用尾部烟气和氮气对熔渣进行两级冷却，再将带出的热量进行预热一次风等操作，在冷却熔渣的同时，提高了工业生产的效率；
纯氧一次风进行了两级预热，气化飞灰进行了一级预热，由此有利于强化气化飞灰的燃烧。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种气化飞灰低NO x 燃烧熔融处理系统，其特征在于，包括深冷空分设备（1）、上二次风喷口（7）、下二次风喷口（8）、燃尽风喷口（9）、一级熔渣冷却装置（11）、二级熔渣冷却装置（12）、冷凝器（13）、水箱（14）、烟气除尘器（15）、CO2贮存装置（16）和锅炉本体（19），以及在锅炉本体（19）沿烟气流程布置的锅炉高温预燃区、主燃区和燃尽区；其中，
上二次风喷口（7）和下二次风喷口（8）分别布置在锅炉本体（19）的高温预燃区和主燃区，燃尽风喷口（9）则是布置在锅炉本体（19）的燃尽区；一级熔渣冷却装置（11）和二级熔渣冷却装置（12）布置在锅炉本体（19）主燃区的下部，组成两级熔渣冷却系统；冷凝器（13）、水箱（14）、烟气除尘器（15）和CO2贮存装置（16）布置在锅炉本体（19）的尾部烟道后，对尾部产生的烟气进行后续的处理；深冷空分设备（1）同样布置在锅炉本体（19）的尾部烟道后，用来制备纯氧气和纯氮气；
在锅炉本体（19）中进行O2/CO2燃烧，这样在尾部烟气处可收集到高浓度的CO2；利用深冷空分设备（1）制备纯氧气和纯氮气，制备出的氮气一部分作为化工产品进行收集，另一部分则用于冷却熔渣；部分尾部烟气由锅炉本体（19）出口处进入一级熔渣冷却装置（11），对熔渣进行冷却，携带热量的烟气回到空气预热器（10）之前，混合锅炉燃烧产生的烟气在空气预热器（10）中对纯氧进行一级预热；将部分尾部烟气由锅炉本体（19）的空气预热器（10）后的尾部烟道通入冷凝器（13）中，利用液氧气化的冷能冷凝收集烟气中的水分于水箱（14）中，再将这部分烟气由冷凝器（13）出口通入烟气除尘器（15）中进行除尘处理，最终得到高浓度的CO2储存于CO2贮存装置（16），用于锅炉O2/CO2燃烧利用；由深冷空分设备（1）制备的纯氧按顺序经过锅炉本体（19）尾部的空气预热器（10）和一次风预热器（4），并且完成两级预热，预热后的纯氧不仅用来助燃半焦和气化飞灰，还通过上二次风喷口（7）通入富氧二次风，在锅炉中形成高温预燃区；贫氧二次风和富氧燃尽风分别通过下二次风喷口（8）和燃尽风喷口（9）喷入锅炉，在锅炉中形成了主燃区和燃尽区；燃烧后的熔渣按顺序在一级熔渣冷却装置（11）和二级熔渣冷却装置（12）中分别利用部分尾部烟气和纯氮气进行冷却，并且利用氮气带出的热量对富氧一次风和气化飞灰进行预热，最终氮气进行排空处理；冷却后的熔渣用于制备陶瓷；
在旋风炉中进行O2/CO2燃烧，锅炉出口烟气的水分利用液氧气化的冷能在冷凝器（13）中冷凝并收集于水箱（14）中；
该系统还包括一次风预热器（4）和空气预热器（10），冷凝器（13）出口处得到的纯氧先经过空气预热器（10）预热，然后再经过一次风预热器（4）由携带熔渣热量的氮气进行二次预热，最终纯氧作为一次风携带兰炭和气化飞灰进入锅炉；
该系统还包括气化飞灰预热器（3），燃烧后的熔渣首先在具有链条的一级熔渣冷却装置（11）中由部分尾部烟气进行冷却，冷却至500~600 ℃，升温后的烟气送入空气预热器（10）前的炉膛强化后续的换热过程；接下来熔渣进入二级熔渣冷却装置（12）由深冷空分设备 （1）制备的氮气进行冷却至室温，产生的冷却渣用于后续制备陶瓷产品；升温后的氮气先在气化飞灰预热器（3）中预热气化飞灰，再在一次风预热器（4）中预热纯氧一次风，最终排空处理；
该系统还包括一次风机（5），用于将纯氧送入燃烧器（6）；
该系统还包括兰炭磨煤机（2），位于燃烧器（6）的前端，用于对兰炭进行磨粉处理；
该系统还包括氧气风机（17）和CO2风机（18），用于将经过二次预热的纯氧和CO2按比例混合形成贫氧二次风和富氧二次风；
该系统还包括燃烧器（6），兰炭和气化飞灰分别由燃烧器（6）的内通道和外通道送入炉膛，使得两种燃料都得以充分燃烧；富氧二次风和贫氧二次风分别由上二次风喷口（7）和下二次风喷口（8）送入炉膛，富氧燃尽风则由燃尽风喷口（9）送入炉膛，在锅炉中形成高温预燃区、主燃区和燃尽区。
2.一种如权利要求1所述系统的气化飞灰低NO x 燃烧熔融处理方法，其特征在于，包括：
通过深冷空分设备（1）、锅炉本体（19）耦合，生产电能和陶瓷产品；
利用旋风燃烧和O2/CO2燃烧的结合，不仅将固体废弃物气化飞灰进行熔融处理，还通过冷凝器（13）和烟气除尘器（15）处理得到高浓度的CO2；
通过调整配风方式，在锅炉中形成高温预燃区、主燃区和燃尽区，强化燃烧的同时降低锅炉出口处NO x 排放；
利用尾部烟气和氮气对熔渣进行两级冷却，再将带出的热量进行预热一次风操作，在冷却熔渣的同时，提高了工业生产的效率；
纯氧一次风进行了两级预热，气化飞灰进行了一级预热，由此有利于强化气化飞灰的燃烧。
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