CN114046525A

CN114046525A - 掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法及装置

Info

Publication number: CN114046525A
Application number: CN202111301185.6A
Authority: CN
Inventors: 杨建伟; 江军; 贺力海; 孙瑞; 何光; 栾会东; 刘红卫; 马部雄; 白松青; 董亚波; 吴杰
Original assignee: Xinjiang Zhongtai Chemical Co Ltd; Xinjiang Zhongtai Mining and Metallurgy Co Ltd
Current assignee: Xinjiang Zhongtai Chemical Co Ltd; Xinjiang Zhongtai Mining and Metallurgy Co Ltd
Priority date: 2021-11-04
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2022-02-15

Abstract

本发明涉及煤燃烧技术技术领域，是一种掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法及装置，前者按照下述方法进行：准东混煤燃烧产生的灰渣经分级筛分出粒径在60μm以下的细灰渣与粒径在1mm以上的粗灰渣，并分别储存在相应的储存罐中；收集除尘灰和烘干灰储分别存在相应的储存罐中；其次根据入炉准东混煤煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和调配调质灰渣，调质灰渣与准东混煤进行掺烧。本发明的技术方案提供了一种通过掺烧灰渣且通过的除尘灰、烘干灰对灰渣进行调质，来缓解新疆准东混煤结渣的方法及装置。有效解决了准东煤灰中由于碱及碱土金属含量高而导致的受热面结焦结渣问题，该方法简单易操作，适合大小型锅炉掺烧锅炉的改造。

Description

掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法及装置

技术领域

本发明涉及煤燃烧技术技术领域，是一种掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法及装置。

背景技术

新疆准东煤储量巨大，预测储量可达3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田，且该煤种的反应性好，燃点低、燃尽率高、是优良的动力用煤。但准东煤灰分中钠、钾等碱土金属含量较高，远高于其他地区的动力用煤，燃烧中易造成严重的受热面结焦结渣问题。虽然现有技术中存在添加剂可以缓解准东煤结焦问题，但往往需要的添加比例高，成本较高，企业难以承受，故亟需寻找廉价、效果佳的添加剂解决问题。

随着国家对生态文明建设的重视，燃煤发电产生的固废资源化利用重视程度日益升级，2019年电力、热力生产和工业生产灰渣1.7亿吨，产量十分可观，但是大部分灰渣还未进行综合有效的开发利用。目前对灰渣常用的处理方式是填埋，但是这种处理方式将占用大量土地资源，且扬尘和溶出的金属离子可能造成环境污染；近年来也有灰渣运往建材厂生产水泥或治砖的资源化手段，但是新疆地域辽阔位置偏远，运输成本高，一部分灰渣只能卖给周边企业，剩下的只能进行填埋处理。如何处理大量燃煤电厂产生的灰渣已成为一个亟待解决的问题。

近十年来，中国电石工业产能急剧扩张，世界90%以上的电石产能聚集在中国，通常一个电石生产企业每天生产的各类废渣粉尘量可达几十吨之多，包括从收尘点通过布袋除尘技术收集到的大量石灰粉末（除尘灰）以及炭材入炉前烘干环节中产生的大量粉尘（烘干灰），电石生产固废处理问题不容忽视。

发明内容

本发明提供了一种掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有准东煤灰中由于碱及碱土金属含量高而导致的受热面结焦结渣的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法，按下述方法进行：

第一步，准东混煤燃烧产生的灰渣经灰渣分级筛分器将干灰渣存储罐中的灰渣筛分出粒径在60μm以下的细灰渣与粒径在1mm以上的粗灰渣，并分别储存在相应的储存罐中；对电石生产过程中产生的除尘灰进行收集并储存在相应的储存罐中；收集烘干灰储存在相应的储存罐中；

第二步，对入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量进行测定，并根据其煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量调配调质灰渣，调质灰渣为除尘灰、烘干灰、细灰渣和粗灰渣中的一种或多种；

第三步，燃煤锅炉采用四角切圆燃烧方式，沿炉膛纵向由下至上分布设置有大于或等于5层的煤粉燃烧器喷口；调质灰渣经气力输送装置喷入中下层的燃烧器喷口。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述第二步中，当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量低于或等于25%时，调质灰渣为除尘灰，除尘灰添加量为入炉煤料质量的2.5%至3.5%；当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量高于或等于45%时，调质灰渣为粗灰渣，粗灰渣添加量为入炉煤料质量的2.5至3.5%；当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量在25%至45%之间时，调质灰渣为细灰渣、除尘灰和烘干灰的混合物，其中除尘灰的添加量为入炉煤料质量的2.5%至5%，烘干灰的添加量为入炉煤料质量的2.5%至7.5%，细灰渣添加量为入炉煤料质量的2.5%至3.5%。

上述细灰渣或/和粗灰渣的含水量小于或等于5%。

上述除尘灰为电石生产中电石炉烟气颗粒物过滤后得到的除尘灰，烘干灰为炭材烘干工艺中的剩余产物。

上述燃烧器喷口为五层或六层，由下至上第一层为备用燃烧器喷口，调质灰渣从由下至上第二层的第二燃烧器喷口或由下至上第三层的第三燃烧器喷口喷入炉膛，保证一定的停留时间，使灰渣与煤料充分反应。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：该实施掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法的装置，包括燃煤锅炉、捞渣机、渣仓、灰渣烘干器、干灰渣储存罐，灰渣分级筛分器、细灰渣储存罐、粗灰渣储存罐、储料仓、除尘灰储存罐、烘干灰储存罐、渣样抓取机、气力输送装置；燃煤锅炉采用四角切圆燃烧方式，沿炉膛纵向由下至上分布设置有五层或六层燃烧器喷口，下数第一层为备用燃烧器喷口，下数第二层为第二燃烧器喷口，下数第三层为第三燃烧器喷口；燃煤锅炉下方灰渣出口对应设置有捞渣机，捞渣机设置有抓手，抓手能够伸入渣仓中，渣仓侧面设置有渣样抓取机，渣样抓取机设置有能够伸入渣仓和灰渣烘干器的抓手；灰渣烘干器出料端与干灰渣储存罐进料端之间固定连通有灰渣输送管路，干灰渣储存罐出料端与灰渣分级筛分器进料端之间固定连通有第一输送管路，灰渣分级筛分器设置有细灰渣出料口和粗灰渣出料口，细灰渣出料口与细灰渣储存罐之间固定连通有第二输送管路，粗灰渣出料口与粗灰渣储存罐之间固定连通有第三输送管路，细灰渣储存罐出料端与储料仓的第一进料端之间固定连接有第一传送带，粗灰渣储存罐出料端与储料仓的第一进料端之间固定连接有第二传送带，除尘灰储存罐出料端与储料仓的第二进料端之间固定连接有第三传送带，烘干灰储存罐出料端与储料仓的第二进料端之间固定连接有第四传送带，储料仓上方设置有气力输送装置，储料仓下方出料端与第二燃烧器喷口之间固定连通有第一气力输送管路，储料仓下方出料端与第三燃烧器喷口之间固定连通有第二气力输送管路。

上述气力输送装置为至少一台送风机。

上述储料仓内顶部设有机械搅拌器。

本发明的技术方案之一提供了一种通过掺烧灰渣且通过电石生产中产生的除尘灰、烘干灰对灰渣进行调质，来缓解新疆准东混煤结渣的方法。有效解决了准东煤灰中由于碱及碱土金属含量高而导致的受热面结焦结渣问题，该方法简单易操作，适合大小型锅炉掺烧锅炉的改造。本发明的技术方案之二实施掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法的装置，结构紧凑合理使用方便，具有安全、省力、简便、高效的特点。

附图说明

附图1为本发明实施例的工艺流程示意图。

附图中的编码分别为：：1为燃煤锅炉，2为捞渣机，3为渣仓，4为干灰渣储存罐，5为灰渣分级筛分器，6为细灰渣储存罐，7为粗灰渣储存罐，8为储料仓，9为除尘灰储存罐，10为烘干灰储存罐，11为送风机，12为机械搅拌器，13为第一输送管路，14为第二输送管路，15为第三输送管路，16为第一传送带，17为第二传送带，18为第三传送带，19为第四传送带，20为第一气力输送管路，21为第二气力输送管路，22为备用燃烧器喷口，23为第二燃烧器喷口，24为第三燃烧器喷口，25为渣样抓取机，26为灰渣烘干器，27为灰渣输送管路。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数。

本发明中，如无特别说明，使用的设备、装置均为本领域现有公知公用的设备、装置。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法，按下述步骤进行：

第一步，准东混煤燃烧产生的灰渣经灰渣分级筛分器5将干灰渣存储罐4中的灰渣筛分出粒径在60μm以下的细灰渣与粒径在1mm以上的粗灰渣，并分别储存在相应的储存罐中；对电石生产过程中产生的除尘灰进行收集并储存在相应的储存罐中；收集烘干灰储存在相应的储存罐中；

第三步，燃煤锅炉1采用四角切圆燃烧方式，沿炉膛纵向由下至上分布设置有大于或等于5层的煤粉燃烧器喷口，调质灰渣经气力输送装置喷入中下层的燃烧器喷口。

实施例2：

作为上述实施例的优化，第二步中，当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量低于或等于25%时，调质灰渣为除尘灰，除尘灰添加量为入炉煤料质量的2.5%至3.5%；当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量高于或等于45%时，调质灰渣为粗灰渣，粗灰渣添加量为入炉煤料质量的2.5至3.5%；当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量在25%至45%之间时，调质灰渣为细灰渣、除尘灰和烘干灰的混合物，其中除尘灰的添加量为入炉煤料质量的2.5%至5%，烘干灰的添加量为入炉煤料质量的2.5%至7.5%，细灰渣添加量为入炉煤料质量的2.5%至3.5%。

实施例3：

作为上述实施例的优化，上述细灰渣或/和粗灰渣的含水量小于或等于5%。

经过实践验证与分析，控制灰渣中的含水量控制≤5%，灰渣不易团聚，不会造成细渣粘附在粗颗粒上导致筛分效果较差，且经实践与分析，灰渣中含水量≤5%时对锅炉燃烧效率与工作效率影响较小，不会造成炉膛燃烧时煤粉着火性能与燃烧性能变差。

实施例4：

作为上述实施例的优化，除尘灰为电石生产中电石炉烟气颗粒物过滤后得到的除尘灰，烘干灰为炭材烘干工艺中的剩余产物烘干灰。

实施例5：

作为上述实施例的优化，燃烧器喷口为五层或六层，由下至上第一层为备用燃烧器喷口22，调质灰渣从由下至上第二层的第二燃烧器喷口23或由下至上第三层的第三燃烧器喷口24喷入炉膛，保证一定的停留时间，使灰渣与煤料充分反应。

经实验验证与分析，将调质灰渣送入燃煤锅炉1与准东混煤进行掺烧，调节混煤煤灰的Ca/Si比，能够避免低温共融反应，结渣现象得以极大地缓解，灰熔融温度有所提升，灰渣松散呈颗粒状，沾污状况大大改善，改善了锅炉运行工况。

实施例6：

如图1所示，该实施掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法的装置，包括燃煤锅炉1、捞渣机2、渣仓3、灰渣烘干器26、干灰渣储存罐4，灰渣分级筛分器5、细灰渣储存罐6、粗灰渣储存罐7、储料仓8、除尘灰储存罐9、烘干灰储存罐10、渣样抓取机25、气力输送装置；燃煤锅炉1采用四角切圆燃烧方式，沿炉膛纵向由下至上分布设置有五层或六层燃烧器喷口，下数第一层为备用燃烧器喷口22，下数第二层为第二燃烧器喷口23，下数第三层为第三燃烧器喷口24；燃煤锅炉1下方灰渣出口对应设置有捞渣机2，捞渣机2设置有抓手，抓手能够伸入渣仓3中，渣仓3侧面设置有渣样抓取机25，渣样抓取机25设置有能够伸入渣仓和灰渣烘干器26的抓手；灰渣烘干器26出料端与干灰渣储存罐4进料端之间固定连通有灰渣输送管路27，干灰渣储存罐4出料端与灰渣分级筛分器5进料端之间固定连通有第一输送管路13，灰渣分级筛分器5设置有细灰渣出料口和粗灰渣出料口，细灰渣出料口与细灰渣储存罐6之间固定连通有第二输送管路14，粗灰渣出料口与粗灰渣储存罐7之间固定连通有第三输送管路15，细灰渣储存罐6出料端与储料仓8的第一进料端之间固定连接有第一传送带16；粗灰渣储存罐7出料端与储料仓8的第一进料端之间固定连接有第二传送带17，除尘灰储存罐9出料端储料仓8的第二进料端之间固定连接有第三传送带18，烘干灰储存罐10出料端与储料仓8的第二进料端之间固定连接有第四传送带19，储料仓8上方设置有气力输送装置，储料仓8下方出料端与第二燃烧器喷口23之间固定连通有第一气力输送管路20，储料仓8下方出料端与第三燃烧器喷口24之间固定连通有第二气力输送管路21。

使用时，捞渣机2将冷却下来的灰渣由燃煤锅炉1下方灰渣出口输送至渣仓3，渣样抓取机25从渣仓3中抓取灰渣，抓取的灰渣经自然晾干或烘干后储存在干灰渣储存罐4中，灰渣分级筛分器5将灰渣存储罐中的灰渣进行分级筛分并储存在相应的储存罐中，传送带将所需粒径的灰渣输送进储料仓8，电石生产中的除尘灰、烘干灰分别储存在除尘灰储存罐9、烘干灰储存罐10中，传送带将除尘灰或烘干灰输送储料仓8并在储料仓8中与灰渣进行充分混合，气力输送装置将充分混合后的调质灰渣由燃烧口喷射进入炉膛。

实施例7：

作为上述实施例的优化，气力输送装置为至少一台送风机11。

根据需要，该实施掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法的装置的各管路和传送带上均固定安装有能使其正常运行的阀门。

实施例8：

作为上述实施例的优化，储料仓8内顶部设有机械搅拌器12。

机械搅拌器12可保证除尘灰、烘干灰、细灰渣和粗灰渣混合均匀，防止出现由于各组分密度差异，出现送料不均的现象；储料仓8底部为出料口，通过气力输送管道将调质灰渣输送至燃烧器喷口。

实施例9：准东混煤掺烧实验

某准东入炉煤煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量百分数约为35%，采用除尘灰、烘干灰和细炉渣的混合物形成调质灰渣，具体组成为除尘灰添加比例为5%，烘干灰添加比例为2.5%，细炉渣添加比例为2.5%。添加该调质灰渣可改善混煤结渣情况，渣样呈颗粒状且易于刮除，软化温度增幅约100℃。经进一步实验验证与分析，将调质灰渣送入炉膛与准东混煤进行掺烧，调节混煤煤灰的Ca/Si比，能够避免低温共融反应，结渣现象得以极大地缓解，灰熔融温度有所提升，灰渣松散呈颗粒状，沾污状况大大改善，改善了锅炉运行工况。

准东准东混煤500℃低温灰中Na₂O含量测定：

经测定，准东混煤500℃低温灰中Na₂O含量在3%至7%之间。当煤种Na低温灰中Na₂O含量在此范围内，作为调质灰渣的原料，利用其调质后的调质灰渣对准东混煤进行掺烧缓解结焦的效果较好。

除尘灰和烘干灰成分分析：

对除尘灰和烘干灰成分进行测定，结果见表1，其中除尘灰为电石生产中电石炉烟气颗粒物过滤后得到的除尘灰，其CaO质量分数≥50%。烘干灰为炭材烘干工艺中的剩余产物烘干灰，烘干灰中CaO质量分数≤20%。二者在与粗细灰渣混合进行调质后改善炉内结渣情况较好。

粗细灰渣成分分析：

经实验分析，灰渣通过筛分分级后分离出粒径在60μm以下的细灰渣和粒径在1mm以上的粗灰渣，二者成分与其他粒径颗粒有较大差异。其中细灰渣中CaO质量分数≥23%，SiO₂质量分数≤38%。粗灰渣中CaO质量分数≤15%，SiO₂质量分数≥45%。

表2为某准东混煤粗细灰渣的成分，其中可以看出粗灰渣与细灰渣成分出现明显不同，粗灰渣硅铝含量较高，细灰渣CaO含量明显高于其他粒径灰渣。因此粗细灰渣经筛分后可作为调质灰渣的原料，较好地缓解混煤结焦的问题。

本发明的技术方案之一提供了一种通过掺烧灰渣且通过电石生产中产生的除尘灰、烘干灰对灰渣进行调质，来缓解新疆准东混煤结渣的系统及方法。有效解决了准东煤灰中由于碱及碱土金属含量高而导致的受热面结焦结渣问题，该方法简单易操作，适合大小型锅炉掺烧锅炉的改造。首先灰渣不仅得到了回收利用，且其中可燃物含量大大减少，通过资源化利用灰渣和电石生产中的除尘灰和烘干灰，变废为宝，实现了固废处理的无害化、减量化、资源化，响应了国家号召。其次节省企业添加剂和处理灰渣、除尘灰和烘干灰的费用，且避免了环境污染，环保效益显著。再次有效解决了燃用高碱金属含量煤种锅炉结焦问题，且运行成本较低，有利于准东高碱煤种的开发利用，缓解我国资源紧张的局面。

本发明的技术方案之二实施掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法的装置，结构紧凑合理使用方便，具有安全、省力、简便、高效的特点。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims

1.一种掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法，其特征在于按下述步骤进行：

第二步，对入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃含量进行测定，并根据其煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和调配调质灰渣，调质灰渣为除尘灰、烘干灰、细灰渣和粗灰渣中的一种或多种；

第三步，燃煤锅炉采用四角切圆燃烧方式，沿炉膛纵向由下至上分布设置有大于或等于5层的煤粉燃烧器喷口，调质灰渣经气力输送装置喷入中下层的燃烧器喷口。

2.根据权利要求1所述的掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法，其特征在于第二步中，当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量低于或等于25%时，调质灰渣为除尘灰，除尘灰添加量为入炉煤料质量的2.5%至3.5%；当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量高于或等于45%时，调质灰渣为粗灰渣，粗灰渣添加量为入炉煤料质量的2.5至3.5%；当入炉准东混煤815℃煤灰中SiO₂和Al₂O₃质量之和的含量在25%至45%之间时，调质灰渣为细灰渣、除尘灰和烘干灰的混合物，其中除尘灰的添加量为入炉煤料质量的2.5%至5%，烘干灰的添加量为入炉煤料质量的2.5%至7.5%，细灰渣添加量为入炉煤料质量的2.5%至3.5%。

3.根据权利要求1或2所述的掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法，其特征在于细灰渣或/和粗灰渣的含水量小于或等于5%。

4.根据权利要求1或2或3所述的掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法，其特征在于除尘灰为电石生产中电石炉烟气颗粒物过滤后得到的除尘灰，烘干灰为炭材烘干工艺中的剩余产物。

5.根据权利要求1至4任一项所述的掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法，其特征在于燃烧器喷口为五层或六层，由下至上第一层为备用燃烧器喷口，调质灰渣从由下至上第二层的第二燃烧器喷口或由下至上第三层的第三燃烧器喷口喷入炉膛，保证一定的停留时间，使灰渣与煤料充分反应。

6.一种实施根据权利要求1至5任意一项所述的掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法的装置，其特征在于包括燃煤锅炉、捞渣机、渣仓、灰渣烘干器、干灰渣储存罐，灰渣分级筛分器、细灰渣储存罐、粗灰渣储存罐、储料仓、除尘灰储存罐、烘干灰储存罐、渣样抓取机、气力输送装置；燃煤锅炉采用四角切圆燃烧方式，沿炉膛纵向由下至上分布设置有五层或六层燃烧器喷口，下数第一层为备用燃烧器喷口，下数第二层为第二燃烧器喷口，下数第三层为第三燃烧器喷口；燃煤锅炉下方灰渣出口对应设置有捞渣机，捞渣机设置有抓手，抓手能够伸入渣仓中，渣仓侧面设置有渣样抓取机，渣样抓取机设置有能够伸入渣仓和灰渣烘干器的抓手；灰渣烘干器出料端与干灰渣储存罐进料端之间固定连通有灰渣输送管路，干灰渣储存罐出料端与灰渣分级筛分器进料端之间固定连通有第一输送管路，灰渣分级筛分器设置有细灰渣出料口和粗灰渣出料口，细灰渣出料口与细灰渣储存罐之间固定连通有第二输送管路，粗灰渣出料口与粗灰渣储存罐之间固定连通有第三输送管路，细灰渣储存罐出料端与储料仓的第一进料端之间固定连接有第一传送带，粗灰渣储存罐出料端与储料仓的第一进料端之间固定连接有第二传送带，除尘灰储存罐出料端与储料仓的第二进料端之间固定连接有第三传送带，烘干灰储存罐出料端与储料仓的第二进料端之间固定连接有第四传送带，储料仓上方设置有气力输送装置，储料仓下方出料端与第二燃烧器喷口之间固定连通有第一气力输送管路，储料仓下方出料端与第三燃烧器喷口之间固定连通有第二气力输送管路。

7.根据权利要求6所述的掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法的装置，其特征在于气力输送装置为至少一台送风机。

8.根据权利要求6或7所述的掺烧灰渣缓解准东混煤结渣的方法的装置，其特征在于储料仓内顶部设有机械搅拌器。