CN113819469A - 一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统和方法，该系统包括锅炉、空气预热器、送风机、一次风机、烟气净化装置、磨煤机、分离器、燃烧系统、煤仓、输煤皮带、螺旋式搅拌器以及混合器进料口；该方法能够在不设置中间油泥焚烧装置的条件下，通过对油泥进行一定的预处理后，直接与原煤进行混合，通过锅炉已有的制粉系统进行粉碎和输运进入锅炉的炉膛进行焚烧，然后通过锅炉已有的烟气净化装置进行净化，实现油泥的利用和无害化处理。

Description

一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统和方法
技术领域
本发明属于燃煤锅炉技术领域，具体涉及一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统和方法。
背景技术
油泥是石油和生物质油等在开采、运输和利用过程中，产生的主要固体废弃物之一。由于油污泥是一种结构稳定、难以处理的危险废弃物，因此无法与传统垃圾一样使用简单的填埋法进行处理。现有的油污泥处理技术主要包括：焚烧法、离心分离法、溶剂萃取和生物法等，其中焚烧法是处理成本最低，应用最广的一种方式。传统的油污泥焚烧处理，主要是通过单独建立专用的焚烧炉来进行焚烧，一方面存在随着环保法规的日益严格，焚烧炉建设审批难度日益增大、建设成本与日俱增，且油污泥燃烧后的热量回收效率低、运行成本高等问题，另一方面焚烧过程温度相对较低，炉膛出口烟气中后产生的烟气中可能存在二噁英等有机污染物，且排放烟气中存在的灰尘、NOx与SOx含量一般都远高于当前环保要求的超低排放标准，会对周边环境造成较大污染。
全国不同区域都分布有数量巨大的煤粉电站锅炉，采用煤粉电站锅炉处理油泥是一种处理成本低、综合效益高的方案。采用这种方案处理油泥，一方面可以省去焚烧炉建设成本高的问题，另一方面煤粉电站锅炉具有燃烧温度高、燃烧效率和热效率高的特点，可以大幅提高油泥的热利用效率，且电站锅炉都已经有建成的烟气超低排放环保设施，可以实现排放烟气中的灰尘、NOx与SOx超低排放的问题。但油泥具有和原煤差异极大的理化性质，油泥的输运和燃烧的控制在现有煤粉电站锅炉系统里如何嵌入，形成一套能够解决在电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统和方法，特别是不设让现有锅炉系统能够满足油泥的焚烧需要也是亟需研究的一个重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统和方法，能够在不设置中间油泥焚烧装置的条件下，通过对油泥进行一定的预处理后，直接与原煤进行混合，通过锅炉已有的制粉系统进行粉碎和输运进入锅炉的炉膛进行焚烧，然后通过锅炉已有的烟气净化装置进行净化，实现油泥的利用和无害化处理。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的方法，包括如下步骤：
步骤1，根据油泥特性分析，配置油泥调质剂，利用配置的调质剂对挥发性强且含水量较高的有油泥进行改性；
步骤2，将油泥和配置好的调质剂分别送入搅拌器，在搅拌器内充分搅拌均匀，利用调质剂对油泥进行改性，降低油泥的液态流动的物理性能和挥发性，使其与原煤具有类似的固体属性；
步骤3，将调质后的油泥送入原煤输送皮带，按设定的比例与原煤在输煤皮带上进行掺混，掺混的质量占比通过掺配适烧试验得到的最佳配比决定；
步骤4，掺混好的油泥和原煤送入现有制粉系统进行粉末化，然后通过送粉系统送入煤粉电站锅炉炉膛进行高温焚烧，焚烧过程是煤粉和油泥粉末的混合掺烧过程温度控制在1300～1600℃范围，以保证对油泥内的有害物质进行无害化处理，对混合掺烧过程的控制结合整个锅炉燃烧优化控制进行调节；
步骤5，原煤和油泥在在锅炉内燃烧产生的粉尘、NOx和SOx污染物，通过锅炉尾部烟道布置的脱硝、除尘和脱硫装置进行净化。
本发明进一步的改进在于，步骤1中，调质剂的配方是根据油泥的水分、挥发分具体指标，采用生石灰、粉煤灰和高岭土按质量百分数进行配置，配置的比例以生石灰为主，占50～60％，粉煤灰占20～40％，高岭土等其他矿物占比10～20％，各组分的最终占比由油泥的组分特点决定，通过前期不同组分占比的配方对油泥改性作用的热重分析实验效果对比确定。
本发明进一步的改进在于，步骤2中，利用调质剂对油泥进行改性，加入根据有利的物理化学特性指标，定制的调制剂，对油泥流动性特性和易挥发的特性进行改良，具体包括加入调制剂后，由含水率较高不宜存储的泥浆状态转为含水率20％以下的类似煤炭的固态，从而易于存储和运输，另一方面那些易挥发的易燃组分也被调制剂中多孔的调制剂所吸附，挥发性能大为降低，调制剂的质量占比为20～30％。
本发明进一步的改进在于，步骤3中，按设定的比例将调质后的油泥与原煤在输煤皮带上进行掺混，且输煤皮带上可掺混的油泥质量占比不超过20％。
一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统，包括锅炉、空气预热器、送风机、一次风机、烟气净化装置、磨煤机、分离器、燃烧系统、煤仓、输煤皮带、螺旋式搅拌器以及混合器进料口；
其中，锅炉内燃料燃烧产生的热量经过换热面换热后，通过空预器对送风机和一次风机送来的二次风和一次风进行加热，经过加热的二次风通过锅炉燃烧系统的组织，为炉内燃料的燃烧补充氧量；一次风机送来的高压头热一次风通过管路送入磨煤机，对磨煤机中的原煤和油泥混合物进行干燥和输送；
油泥和调质剂，分别加入螺旋式搅拌器入口的混合器进料口中，然后油泥和调质剂在螺旋式搅拌器中进行搅拌并混合均匀并调质好后，调质好的油泥输送到输煤皮带上进行掺混；煤和油泥的混合物通过输煤皮带送入煤仓，煤仓中的原煤和煤泥的混合物通过落煤管输送到磨煤机中，经过碾磨和干燥后，在一次风的携带下进入煤粉分离器，煤粉分离器将粒径合格煤粉和油泥粉末，通过送粉管道输送到燃烧系统，在燃烧系统的组织下送入锅炉内进行燃烧；燃烧产生的粉尘、NOx和SOx污染物，通过布置在尾部烟道上的烟气净化装置中包含的除尘、脱硝和脱硫装置进行空气污染物的净化。
本发明进一步的改进在于，空气污染物净化后的烟气通过烟囱排出。
本发明进一步的改进在于，一次风量的大小根据制粉系统的实际需要通过一次风调整门进行调节。
本发明进一步的改进在于，二次风量的大小根据锅炉燃烧的实际需要通过二次风调整门口进行调节。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供一种基于煤粉电站锅炉的直接燃烧油泥的系统和方法，基于当前国内分布广泛的煤粉电站锅炉已有的制粉系统、燃烧系统和尾部烟道烟气净化的环保设备，将油泥通过调质剂改性后，在输煤皮带上将油泥与原煤进行混合，然后送入煤仓，再通过磨煤机磨制成粉后送入锅炉炉膛进行燃烧。炉膛内油泥和煤粉的燃烧过程中，同步完成油泥热量的利用和对有害物质的高温无害化处理，并将燃烧产生的大气污染物利用尾部烟道的烟气净化装置进行净化处理，达到超低排放的环保标准。其具有如下优点，
第一：系统简单，建设成本低，不需要新建油泥专用的焚烧炉和对应的烟气环保设备，节省大量的基建设备和运维费用；
第二：油泥的预处理过程简单，只需要加入针对有利特性设计好的调质剂，在搅拌器中搅拌混合完成预处理即可；
第三：油泥的粉碎、输送和燃烧，都可以利用现有制粉系统完成，系统新增设备少；
第四：油泥利用热效率高，锅炉内的温度高，燃烧组织先进，燃烧效率可以达到98％以上，还可以用热电联产，系统热效率比专用的油泥焚烧炉高出许多；
第五：锅炉焚烧温度高，锅炉内的温度通常可以高达1600℃，油泥内的有毒有害物质可以彻底无害化处理；
第六：烟气排放控制环保标准高，电厂的烟气净化设备先进，油泥焚烧产生的NOx、粉尘和SOx等污染物可以通过电厂已有的环保设备进行处理，达到超低排放的标准，满足环保法规的相关要求。
附图说明
图1为一种利用煤粉电站锅炉焚烧油泥的方法流程图。
图2为一种利用煤粉电站锅炉焚烧油泥的系统结构框图。
图3为某油井副产品示意图。
图4为某油井副产品调质后外形示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明充分利用当前煤基电站煤粉锅炉的系统和设备特点，通过将调质剂加入油泥，对油泥进行改性，降低油泥流动性和易挥发性能，改性过程主要在螺旋搅拌器中进行，调质改性好的油泥送上原煤输送皮带，送入煤仓，再经过制粉磨制，然后通过燃烧系统的组织在炉膛内燃烧，烟气通过锅炉系统的环保装置进行净化，达到超低排放的排放标准。本发明在系统构成简单，不需要新建油泥焚烧炉及油泥前处理设备和烟气净化设备，节省了大量的建设费用和设备运行维护费用。同时，由于煤粉电站锅炉具有容量大、燃烧温度高、锅炉燃烧和热效率高、锅炉烟气净化设备对烟气净化性能好等优点，可以将油泥进行较为彻底的无害化处理，且可以充分利用油泥的热资源，充分发挥油泥和燃煤混烧过程中对油泥的无害化处置和协同发电的综合效应。本发明一方面可以降低油泥焚烧处置的成本，另一方面也可以实现提升煤粉电站锅炉油泥焚烧和协同发电综合效益，增强发电企业的综合竞争力。
实例：
如图3所示的某采油井副产品油泥，其组成为油分60％，水分为8％，固体可燃物为7％，其他灰分等不可燃物质的占比约为25％，热值高达33MJ/kg。由于该油泥含油量高，具有热值较高的特点，但由于其含油分子量大，整体上油的黏度大，输运较为困难且有较大安全风险。另一方面水分和不可燃物质中还含有一定的有毒有害物质，需要经过高温进行无害化处理。采用本发明的方法可以采用下述步骤进焚烧，实现油泥热值的综合利用和对有害物质的无害化处理。
首先，如上文所述，对油泥的主要理化指标进行分析，确定可以通过该油泥可以本方面的方法，送入电厂的高温燃烧的煤粉锅炉进行综合利用和无害化处理；
接下来，根据该油泥其组成为油分60％，水分为8％的特点等主要指标，通过热重分析实验对比大量挥发分析出的温度控制在300℃左右，确定调制剂的组分约为生石灰45％，粉煤灰为40％，高岭土为15％，调制剂与油泥质量占比为1:2。调质后的油泥的水分约为3％，油泥中的约为35％，灰分等不可燃矿物的质量占比提升至47％，热值为约20MJ/kg，调质后的油泥外形示意图如图4所示，显示改性后的油泥外观的物理属性、热值也与一般原煤接近，适合电厂输煤系统进行输运和燃用。
进一步的，在实验室研究工作确定调制剂的配方和调制剂和油泥质量配比的基础上，通过专用的槽罐车等，将油泥运输至某电厂的油泥和煤的混合器进料口，并控制油泥和调制剂按2:1送入，然后油泥和调制剂的混合物在螺旋式搅拌器内进一步混合和输送，实现油泥的调质过程。
进一步的，通过螺旋搅拌器的转动速度可以控制，通过螺旋搅拌器输送至输煤皮带上的调质油泥的质量，控制油泥与输煤替代上的输煤的质量比约为1:9之内，通过输煤皮带将原煤和调质改性的油泥送入原煤仓实现混合，再通过在磨煤机的制粉过程中将原煤有改性油泥实现二次混合。
进一步的，通过锅炉原有输粉和燃烧系统将油泥和煤的混合物送入锅炉进行燃烧，电站煤粉锅炉炉内温度通常高达1300～1600℃，油泥等颗粒物在炉内高温焚烧时间约为2～3秒，油泥燃烧过程中容易产生的二噁英等有机污染物和重金属在锅炉的长时间高温条件下焚烧后产生粉尘和烟气，烟气可以通过锅炉尾部的环保岛脱硝、除尘和脱硫进行净化处理，排放达到当前火力发电厂超低排放的标准。
整个油泥在电厂锅炉燃烧的过程中，使用的油泥和调制剂的上料系统，可以使用常规的抓斗机和提升机等成熟产品，新增本发明混合器、螺旋搅拌器等相关设备，就可以将改性后的调质油泥与原煤进行掺混，通过锅炉现有制粉、燃烧和尾气净化装置实现热量的综合利用的和污染物的超低排放，系统简单、建设成本低，还具有高效低污染的优点。
如图2所示，本发明提供的一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统，包括：锅炉1、空气预热器2、送风机3、一次风机4、烟气净化装置5、烟囱6、二次风调整门口7、一次风调整门8、磨煤机9、分离器10、燃烧系统11、煤仓12、输煤皮带13、螺旋式搅拌器14以及混合器进料口15。其中，锅炉1内燃料燃烧产生的热量经过换热面换热后，通过空预器2对送风机3和一次风机4送来的二次风和一次风进行加热，经过加热的二次风通过锅炉燃烧系统11的组织，为炉内燃料的燃烧补充氧量，其二次风量的大小可以根据锅炉燃烧的实际需要通过7进行调节；一次风机4送来的高压头热一次风通过管路送入磨煤机9，对磨煤机中的原煤和油泥混合物进行干燥和输送，其一次风量的大小可以根据制粉系统的实际需要通过一次风调整门8进行调节。
油泥和调质剂，分别加入螺旋式搅拌器14入口的混合器进料口15中，然后油泥和调质剂在螺旋式搅拌器14中进行搅拌并混合均匀并调质好后，调质好的油泥输送到输煤皮带13上进行掺混；煤和油泥的混合物通过输煤皮带13送入煤仓12，煤仓12中的原煤和煤泥的混合物通过落煤管输送到磨煤机9中，经过碾磨和干燥后，在一次风的携带下进入煤粉分离器10，煤粉分离器10将粒径合格煤粉和油泥粉末，通过送粉管道输送到燃烧系统11中，在燃烧系统11的组织下送入锅炉1内进行燃烧；燃烧产生的粉尘、NOx和SOx等污染物，通过布置在尾部烟道上的烟气净化装置5中包含的除尘、脱硝和脱硫装置进行空气污染物的净化。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，根据油泥特性分析，配置油泥调质剂，利用配置的调质剂对挥发性强且含水量较高的有油泥进行改性；
步骤2，将油泥和配置好的调质剂分别送入搅拌器，在搅拌器内充分搅拌均匀，利用调质剂对油泥进行改性，降低油泥的液态流动的物理性能和挥发性，使其与原煤具有类似的固体属性；
步骤3，将调质后的油泥送入原煤输送皮带，按设定的比例与原煤在输煤皮带上进行掺混，掺混的质量占比通过掺配适烧试验得到的最佳配比决定；
步骤4，掺混好的油泥和原煤送入现有制粉系统进行粉末化，然后通过送粉系统送入煤粉电站锅炉炉膛进行高温焚烧，焚烧过程是煤粉和油泥粉末的混合掺烧过程温度控制在1300～1600℃范围，以保证对油泥内的有害物质进行无害化处理，对混合掺烧过程的控制结合整个锅炉燃烧优化控制进行调节；
步骤5，原煤和油泥在在锅炉内燃烧产生的粉尘、NOx和SOx污染物，通过锅炉尾部烟道布置的脱硝、除尘和脱硫装置进行净化。
2.根据权利要求1所述的一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的方法，其特征在于，步骤1中，调质剂的配方是根据油泥的水分、挥发分具体指标，采用生石灰、粉煤灰和高岭土按质量百分数进行配置，配置的比例以生石灰为主，占50～60％，粉煤灰占20～40％，高岭土等其他矿物占比10～20％，各组分的最终占比由油泥的组分特点决定，通过前期不同组分占比的配方对油泥改性作用的热重分析实验效果对比确定。
3.根据权利要求1所述的一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的方法，其特征在于，步骤2中，利用调质剂对油泥进行改性，加入根据有利的物理化学特性指标，定制的调制剂，对油泥流动性特性和易挥发的特性进行改良，具体包括加入调制剂后，由含水率较高不宜存储的泥浆状态转为含水率20％以下的类似煤炭的固态，从而易于存储和运输，另一方面那些易挥发的易燃组分也被调制剂中多孔的调制剂所吸附，挥发性能大为降低，调制剂的质量占比为20～30％。
4.根据权利要求1所述的一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的方法，其特征在于，步骤3中，按设定的比例将调质后的油泥与原煤在输煤皮带上进行掺混，且输煤皮带上可掺混的油泥质量占比不超过20％。
5.一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统，其特征在于，包括锅炉(1)、空气预热器(2)、送风机(3)、一次风机(4)、烟气净化装置(5)、磨煤机(9)、分离器(10)、燃烧系统(11)、煤仓(12)、输煤皮带(13)、螺旋式搅拌器(14)以及混合器进料口(15)；
其中，锅炉(1)内燃料燃烧产生的热量经过换热面换热后，通过空预器(2)对送风机(3)和一次风机(4)送来的二次风和一次风进行加热，经过加热的二次风通过锅炉燃烧系统(11)的组织，为炉内燃料的燃烧补充氧量；一次风机(4)送来的高压头热一次风通过管路送入磨煤机(9)，对磨煤机(9)中的原煤和油泥混合物进行干燥和输送；
油泥和调质剂，分别加入螺旋式搅拌器(14)入口的混合器进料口(15)中，然后油泥和调质剂在螺旋式搅拌器(14)中进行搅拌并混合均匀并调质好后，调质好的油泥输送到输煤皮带(13)上进行掺混；煤和油泥的混合物通过输煤皮带(13)送入煤仓(12)，煤仓(12)中的原煤和煤泥的混合物通过落煤管输送到磨煤机(9)中，经过碾磨和干燥后，在一次风的携带下进入煤粉分离器(10)，煤粉分离器(10)将粒径合格煤粉和油泥粉末，通过送粉管道输送到燃烧系统(11)中，在燃烧系统(11)的组织下送入锅炉(1)内进行燃烧；燃烧产生的粉尘、NOx和SOx污染物，通过布置在尾部烟道上的烟气净化装置(5)中包含的除尘、脱硝和脱硫装置进行空气污染物的净化。
6.根据权利要求5所述的一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统，其特征在于，空气污染物净化后的烟气通过烟囱(6)排出。
7.根据权利要求5所述的一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统，其特征在于，一次风量的大小根据制粉系统的实际需要通过一次风调整门(8)进行调节。
8.根据权利要求5所述的一种利用电站煤粉锅炉焚烧油泥的系统，其特征在于，二次风量的大小根据锅炉燃烧的实际需要通过二次风调整门口(7)进行调节。
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