CN115585462A - 一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统和方法，该工艺主要步骤为：由燃煤锅炉引出高温烟气进入固废热解炉对可燃固废进行部分热解，产生的热解气体从不同高度和周向位置分级注入燃煤锅炉，固体半焦产物经分选后储存于料仓中。热解后半焦与煤按照比例混合经燃料制备系统破碎后送入锅炉进行燃烧。根据燃煤锅炉不同运行负荷，可调节高温烟气的抽取量和半焦掺烧比例，进而辅助燃煤锅炉调峰。本发明利用燃煤锅炉烟气部分热解可燃固废，可显著增强可燃固废的可磨系数，并将低温、低热值烟气注入炉内焚烧，不仅可实现可燃固废难于破碎和稳定加料的难题，还可以通过调节高温烟气的抽取量以及低热值热解气注入锅炉实现辅助燃煤锅炉调峰。

Description

一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统和方法
技术领域
本发明涉及煤耦合固废掺烧技术领域，特别涉及一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统和方法。
背景技术
我国固体废弃物产生量大，并具有产生强度大、资源化利用难度大、协同处理比例低等特点。《固体废物污染防治法》的推行加强了固体废弃物和垃圾管理，积极推进固体废物“减量化、资源化、无害化”处置，已成为亟待解决的科技问题。焚烧技术因具有节约土地、处理量大、可实现热量利用等优势已逐渐成为国内外可燃固废的主要处理方式。然而可燃固废具有挥发分含量高、能量密度低、韧性强、流动性差等特点，导致其破碎难度大且给料困难，会带来燃烧效率低、燃烧和污染物排放波动大等问题，为其焚烧处置带来了很大的难度。
实现可燃固废清洁高效燃烧是可燃固废处理亟待解决的难题。通过燃煤锅炉烟道高温烟气对可燃固废进行热解处理，这将显著提高热解后固体半焦的可磨系数，降低固废破碎的难度。产生的热解气体从锅炉不同位置注入燃煤锅炉内以营造局部还原性气氛，还原NO x ，部分未燃烧的可燃气体进一步在燃煤锅炉进行清洁高效燃烧。热解半焦与煤进行混合后进入燃料制备系统破碎，随后送入燃煤锅炉燃烧。利用这一工艺方法不仅可以解决可燃固废燃烧处置过程中难于破碎、给料不稳定、燃烧效率和燃烧稳定性低等问题，还可以实现可燃固废替代燃煤实现资源化利用。此外，通过高温烟气抽气量的调整和低热值热解气分级注入炉膛可以辅助燃煤锅炉的负荷调节。
发明内容
发明目的：针对可燃固废焚烧处置过程中破碎和均匀给料困难、燃烧不稳定及燃烧效率低的问题，本发明提出一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统和方法，通过抽取燃煤锅炉烟道高温烟气来部分热解可燃固废，生成热解气体和热解半焦，热解后半焦可磨系数显著增加，可以解决固废燃烧难以稳定给料和稳定燃烧的难题。同时热解产生的低热值热解气可从不同位置注入锅炉进行焚烧，注气点附近还可营造局部还原性气氛，降低NO x 的生成。此外，当燃煤锅炉需要低负荷运行时，则将增大高温烟气的抽取量用于可燃固废的部分热解，并将水分含量较高、温度和热值较低的气体热解产物注入燃煤锅炉中进行燃烧，而固体半焦则存储在半焦仓中，减少半焦掺烧量，从而降低锅炉出力。而当燃煤锅炉需要高负荷运行时，可减少甚至停止高温烟气的抽取，相应减少或停止固废的热解，并增加半焦的掺烧量，保证锅炉出力，实现辅助燃煤锅炉调峰的功能。此工艺不仅可以实现可燃固废清洁处理和资源化利用（部分替代燃煤），还可以实现燃煤锅炉的辅助调峰。
技术方案：为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统和方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：燃烧空气由送风机送入燃煤锅炉中组织燃烧，煤与可燃固废热解半焦按比例在混合装置混合，随后经燃料制备系统破碎后被送入燃煤锅炉中进行燃烧；
步骤二：步骤一燃烧产生的烟气被从烟道不同位置（包括过热器、再热器以及省煤器等）被循环风机抽取至可燃固废热解炉作为反应气体；当燃煤锅炉处于高负荷运行时，可减少或甚至关闭高温烟气的抽取，并增加半焦的掺烧量，保证锅炉出力；而当燃煤锅炉低负荷运行时，则将增大高温烟气的抽取量，相应带来更多低热值热解气注入燃煤锅炉内，降低锅炉运行温度，同时减少固废半焦的掺烧量，降低锅炉热输入；通过半焦掺烧量、烟气抽取点和抽取量的调节来辅助实现锅炉的调峰；
步骤三：可燃固废通过固废热解炉进料口进入，步骤二中引入的烟气由固废热解炉底部注入，进行固废燃料部分热解反应，产生可燃气体进入固废热解炉的出口烟道；
步骤四：步骤三中产生的水分含量较高、温度和可燃气体含量较低的具有还原性的气体热解产物从燃煤锅炉的不同位置注入，创造局部还原性区域并将NO x 还原成N2，然后未反应的还原性气体被氧气氧化；
步骤五：步骤三中热解产生的固体半焦产物从固废热解炉底部排出，并进入分选装置进行杂质分离，随后热解半焦进入半焦仓储存，半焦与煤按比例混合后经破碎装置破碎后被送入燃煤锅炉燃烧；
步骤六：在步骤二中未被抽取至可燃固废热解炉的剩余烟气经过换热器、脱硝系统、除尘系统、脱硫系统后从烟囱排出。
所述固废热解炉反应气氛由燃煤锅炉烟道不同位置（包括不同过热器、再热器以及省煤器）引出，引出烟气温度范围为250-800 ℃，具体的烟气引出位置根据锅炉设计参数和实际运行情况而定。
固废热解炉出口烟道与燃煤锅炉的炉膛相连，热解所产生的可燃气体（包括一氧化碳、甲烷、二氧化碳、水、焦油、有机酸、芳烃以及其它烯烃类化合物气体）沿燃煤锅炉不同高度和周向注入燃煤锅炉炉膛中。
所述可燃固废包括农林固废、污泥、生活垃圾、废旧纺织品、废皮革制品、废布料、废木制品、废纸、废橡胶制品、废塑料制品、废复合包装、植物残渣、动物残渣、禽畜粪肥、谷物和食品加工废料、中药渣、酒糟等中的任意一种或多种物质。
所述分选装置利用筛分、重力分选、磁力分选、电力分选和风选等将可燃固废热解半焦和杂质组分（包含的铁丝、石块和玻璃等不可燃杂质）分离。
所述混合装置中固废热解半焦的比例可在0~100%之间变化。
所述烟气脱硝系统利用的脱硝工艺包括较为成熟的选择性非催化还原工艺、选择性催化还原工艺及其联用工艺，也包括新兴的等离子体脱硝技术、臭氧氧化脱硝技术和固态高分子脱硝技术；所述脱硫系统另湿法、干法或半干法烟气脱硫工艺；所述除尘系统利用重力沉降除尘、旋风除尘、静电除尘、布袋除尘及其联用。
本发明还提供了一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统，该系统包括燃煤锅炉系统、可燃固废热解炉系统以及将前述两个系统耦合的辅助系统，其中：燃煤锅炉系统包括煤仓、燃料制备系统、燃煤锅炉、换热器、烟气净化装置、渣仓、送风机等；可燃固废热解炉系统包括固废料仓、固废热解炉、分选装置、半焦仓、杂质仓；辅助系统包括循环风机、燃料混合装置、燃料制备装置以及连接管道。
燃煤锅炉（1）的烟气出口与包含换热器（2）的烟道相连，烟道通过装有气体流量控制阀和循环风机（6）的管道与固废热解炉（7）的炉底相连；固废热解炉（7）与固废料仓（8）和分选装置（9）相连；分选装置（9）分别与半焦仓（10）和杂质仓（11）相连；煤仓（3）和半焦仓（10）分别与混合装置（4）相连；混合装置与燃料制备系统（5）相连；燃料制备系统（5）、渣仓（12）和送风机（13）分别与燃煤锅炉（1）的进料口、排渣口以及风室相连；烟道还经脱硝系统（14）、烟气除尘系统（15）以及脱硫系统（16）与烟囱（17）相连。
所述燃煤锅炉包括循环流化床锅炉和煤粉炉，反应压力为常压，反应气氛为空气，循环流化床锅炉燃烧温度为700-950 ℃，煤粉炉燃烧温度为1000-1500 ℃。
所述固废热解炉包括炉排炉，循环流化床锅炉和鼓泡流化床锅炉，其中炉排炉可为链条炉排、滚筒炉排、往复炉排或振动炉排。反应压力为常压，反应温度为250-800 ℃，反应气氛为燃煤锅炉出口烟气。
所述固废热解炉反应气氛由燃煤锅炉烟道不同位置（包括不同过热器、再热器以及省煤器）引出，具体烟气引出位置根据锅炉设计参数和实际运行情况而定。
固废热解炉出口烟道与燃煤锅炉的炉膛相连，热解所产生的可燃气体（包括一氧化碳、甲烷、二氧化碳、水、焦油、有机酸、芳烃以及其它烯烃类化合物气体）沿燃煤锅炉不同高度和周向注入燃煤锅炉炉膛中燃烧。
有益效果：本发明的利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统和方法，可获得以下有益效果：（1）利用燃煤锅炉出口高温烟气将韧性较高、能量密度低、难以破碎的可燃固废进行部分热解，生成可燃气体、可磨系数和能量密度较高的热解半焦，降低固废破碎的难度，实现其稳定给料和燃烧；（2）热解产生的高水分含量、低热值热解气可从不同位置注入锅炉进行焚烧，注气点附近还可营造局部还原性气氛，降低NO x 的生成，实现固废的清洁高效燃烧；（3）通过调整高温烟气抽气量、可燃固废的热解量以及半焦掺烧量可以辅助燃煤锅炉调峰；（4）不仅可以实现可燃固废清洁处理，还可以实现可燃固废资源化利用，部分替代燃煤减少煤炭使用量。
附图说明
图1为本发明的一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统示意图。
图中：1、燃煤锅炉；2、换热器；3、煤仓；4、混合装置；5、燃料制备系统；6、循环风机；7、固废热解炉；8、固废料仓；9、分选装置；10、半焦仓；11、杂质仓；12、渣仓；13、送风机；14、脱硝系统；15、除尘系统；16、脱硫系统；17、烟囱。
具体实施方式
如图1所示，当燃料进入燃煤锅炉（1）进行燃烧所产生的高温烟气流经换热器（2）时，部分高温烟气被循环风机（6）引入到固废热解炉（7）用于热解来自固废料仓（8）的可燃固废，其余烟气依次经过脱硝系统（14）、除尘系统（15）以及脱硫系统（16）后经过烟囱（17）排出。燃煤锅炉（1）燃烧所需的风由送风机（13）提供，产生的炉渣排入渣仓（12）。
固废热解炉（7）产生的气体产物直接进入燃煤锅炉（1）进行燃烧，所产生的固体产物经分选装置（9）分选后，固废半焦进入半焦仓（10），杂质进入杂质仓（11）；半焦仓（10）内的固废半焦可在混合装置（4）中与燃煤按比例混合，混合物经燃料制备系统（5）破碎后进入燃煤锅炉（1）进行燃烧。
当锅炉需要降负荷时，可以增加循环风机（6）的出力，增加引入到固废热解炉（7）中的高温烟气量，而热解更多来自固废料仓（8）的可燃固废。固废半焦存储于半焦仓（10）中，可根据需求调节固废半焦进入混合装置（4）的量，而低温热解气重新注入燃煤锅炉（1）中，这将可以降低燃煤锅炉炉膛温度，从而降低锅炉负荷。因此，在锅炉需要降低负荷时，提高循环风机（6）的出力，增加固废热解处理量和低温烟气量，从而快速降低炉膛温度，实现辅助锅炉降负荷；而在锅炉需要提高负荷时，降低循环风机（6）的出力甚至关停循环风机，从而减少甚至停止固废热解处理量，增加固废半焦的掺烧量，快速提高炉膛温度，实现辅助锅炉升负荷。
以典型的300 MWe亚临界循环流化床燃煤锅炉为例，燃煤锅炉以热值为15.52 MJ/kg的褐煤作为燃料，满负荷运行时，炉膛平均温度约为900oC，满负荷时烟气量约为1.2×106Nm3/h，烟气中水蒸气浓度约为10%。若采用次燃煤锅炉处理农林固废（秸秆），秸秆热值为12.47 MJ/kg，水分含量为30%，在经过250 oC热解后的半焦具有与燃煤相似的可磨系数，半焦产率和热值分别约为52.5%和20.65 MJ/kg，每1kg秸秆气体热解产物中可燃组分热值约为1.63 MJ；
当锅炉满负荷运行时，若循环风机从烟道处抽取1.20×105 Nm3/h（占总烟气量的10%）的700oC高温烟气进入热解炉对秸秆进行热解，并生成250oC的半焦和热解气，则每小时可以处理83.74 t秸秆，获得43.96 t热值为20.65 MJ/kg的半焦和产生约1.63×105 Nm3/h的250oC热解烟气。固体半焦产物从热解炉底部排出，并进入分选装置进行杂质分离，随后热解半焦进入半焦仓，最终与煤进行混合后掺烧，气体热解产物沿燃煤锅炉不同高度和周向注入燃煤锅炉炉膛中进行燃烧和混合，气体热解产物中包含的CO等还原性气体还有利于炉内NOx的还原。燃烧后的烟气经过换热器、脱硝系统、除尘系统、脱硫系统后从烟囱排出。若所有热解半焦全部入炉进行燃烧，则可以实现约28%的燃煤替代。
热解炉将产生约1.63×105 Nm3/h的250oC热解烟气，其水蒸气含量约为18.82%，其中可燃气体热值约为1.36×104 MJ，当气体热解产物注入燃煤锅炉后，锅炉烟气总量将从1.2×106 Nm3/h提高到1.24×106 Nm3/h，烟气中水蒸气浓度从约10%增加到约11.16%，而炉膛平均温度将从900oC降低至约868oC，从而实现锅炉负荷的下降。此外，在运行过程中若需要提高负荷，则可以减少循环烟气量和减少固废处理量，并增加固废半焦添加量，从而快速提高炉膛温度来辅助实现。
因此，本工艺不仅可以实现可燃固废清洁处理，还可以实现可燃固废资源化利用，部分替代燃煤以减少煤炭使用量，通过调整高温烟气的抽气温度、抽气量以及固废的热解处理量等还可以辅助燃煤锅炉负荷调节。

Claims (10)

1.一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：空气被送入燃煤锅炉中组织燃烧，煤与可燃固废热解半焦按比例在混合装置混合，混合物被燃料制备系统破碎后送入燃煤锅炉中进行燃烧；
步骤二：步骤一燃烧产生的烟气从烟道的不同位置被循环风机抽取至可燃固废热解炉作为反应气体；其中，当燃煤锅炉处于高负荷运行时，减少或甚至关闭高温烟气的抽取，并增加半焦的掺烧量，保证锅炉出力；而当燃煤锅炉低负荷运行时，则增大烟气的抽取量，使得更多低热值热解气被注入到燃煤锅炉内，从而降低锅炉运行温度，同时减少半焦的掺烧量，降低锅炉热输入；通过半焦掺烧量、烟气抽取点和抽取量的调节来辅助实现锅炉的调峰；并且，其中烟气从固废热解炉底部进入；
步骤三：可燃固废通过固废热解炉的进料口被加入到固废热解炉中，进行热解反应，产生的可燃气体进入固废热解炉的出口烟道；
步骤四：步骤三中产生的具有还原性的气体热解产物被注入燃煤锅炉，创造局部还原性区域并将燃煤锅炉中的NO x 还原成N2，然后未反应的还原性气体被氧气氧化；
步骤五：步骤三中热解产生的固体半焦产物从固废热解炉排出，进入分选装置以分离杂质，随后进入储存装置储存，储存的半焦可与煤按比例混合，混合物随后被破碎并送入燃煤锅炉进行燃烧；
步骤六：在步骤二中未被抽取至可燃固废热解炉的剩余烟气经过换热器、脱硝系统、除尘系统、脱硫系统后从烟囱排出。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于：步骤二中被抽取至可燃固废热解炉的烟气的温度范围为250-800 ℃，烟气的引出位置由引出烟气温度而定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：可燃固废热解炉的出口烟道与燃煤锅炉的炉膛相连，热解所产生的气体沿燃煤锅炉不同高度和周向位置注入燃煤锅炉炉膛中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述可燃固废包括农林固废、污泥、生活垃圾、废旧纺织品、废皮革制品、废布料、废木制品、废纸、废橡胶制品、废塑料制品、废复合包装、植物残渣、动物残渣、禽畜粪肥、谷物和食品加工废料、中药渣、酒糟等的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混合装置中可燃固废热解半焦的混合比例可在0~100%之间变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分选装置利用筛分、重力分选、磁力分选、电力分选和风选等将可燃固废热解半焦和杂质组分分离。
7.一种利用燃煤锅炉处理可燃固废的系统，该系统包括燃煤锅炉系统、可燃固废热解炉系统以及用于将燃煤锅炉系统和可燃固废热解炉系统耦合的辅助系统；燃煤锅炉系统包括煤仓、燃料制备系统、燃煤锅炉、换热器、烟气净化装置、渣仓、送风机等；可燃固废热解炉系统包括固废料仓、固废热解炉、分选装置、半焦仓、杂质仓；辅助系统包括循环风机、燃料混合装置、燃料制备装置以及连接管道，其中，
燃煤锅炉（1）的烟气出口与包含换热器（2）的烟道相连，烟道通过装有气体流量控制阀以及循环风机（6）的管道与固废热解炉（7）相连；固废热解炉（7）与固废料仓（8）和分选装置（9）相连；分选装置（9）分别与半焦仓（10）和杂质仓（11）相连；煤仓（3）和半焦仓（10）分别与混合装置（4）相连；混合装置与燃料制备系统（5）相连；燃料制备系统（5）、渣仓（12）和送风机（13）分别与燃煤锅炉（1）的进料口、排渣口以及风室相连；烟道还经过脱硝系统（14）、烟气除尘系统（15）以及脱硫系统（16）等与烟囱（17）相连。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述燃煤锅炉包括循环流化床锅炉和煤粉炉。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述固废热解炉包括炉排炉，固定床锅炉、循环流化床锅炉和鼓泡流化床锅炉，其中炉排炉可为链条炉排、滚筒炉排、往复炉排或振动炉排。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：当锅炉需要降负荷时，增加循环风机（6）的出力；而在锅炉需要提高负荷时，降低循环风机（6）的出力甚至关停循环风机。
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