CN116123558A - 一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统及其操作方法，包括设置于气化细渣输料装置尾端的分选机，所述分选机的提质气化细渣出料口设置有干燥筒，所述干燥筒的气化细渣出料口设置有磨煤机，所述磨煤机的出料端设置有物料混合器，所述物料混合器进料端还设置有破碎机，所述物料混合器的出料端通过燃烧器连通至直燃锅炉，正对于所述燃烧器设置有一次风管路，所述直燃锅炉的高温烟气出口连通至所述干燥筒。本发明通过气化细渣的提质、高挥发分物料的掺混、物料和配风的充分预热及燃烧器的合理设计，实现高水分、低挥发分气化细渣规模化直燃的稳定着火和充分燃尽。

Description

一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及气化细渣规模化直燃技术领域，特别是一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统及其操作方法。

背景技术

现代煤化工煤炭清洁高效利用过程中产生的气化细渣堆存量日趋庞大，已经成为继煤矸石之后的第二位大宗煤基固体废弃物，其规模化消纳已成为现阶段煤炭和化工行业亟待解决的共性问题。煤气化工艺产生的气化细渣因烧失量大，不符合建筑掺混原料国家标准和行业标准，难以直接用于建筑、道路工程，缺乏有效的规模化消纳方式；气化细渣的大量产生造成严重资源浪费，占用大量土地资源、扬尘造成大气污染且长时间堆置或填埋后渗滤液还会造成土壤和水体污染。

现有工艺提出通过浮选脱碳方式得到碳粉可直接用于燃烧设备的燃料，相比于直接掺烧的方式提高了掺烧比例对掺烧起到了优化作用，得到的灰粉可以用于建材、道路桥梁工程，实现了煤基低挥发分低热值燃料的分级高值化利用；但对于不同的煤种煤基低挥发分低热值燃料的特性亦会发生变化，合适的浮选方案是制约高效浮选的技术难题，浮选过程中的设备、浮选药剂、人工成本等方面的高额耗资也使得浮选脱碳难以实现煤种煤基低挥发分低热值燃料的规模化消纳；现有工艺提出的用于土壤性质调整、合成及制备高附加值的复合材料等利用方式多处于试验阶段，虽然具有较好的技术前景，但生产技术相对复杂、缺乏实际工程经验、工业化生产过程中投资风险高，投入工业生产应用还需结合生产实际情况进一步优化设计，以期实现煤基低挥发分低热值燃料规模化高值化利用。

采用合理有效方式规模化消纳气化细渣，减轻其对环境影响的同时回收利用其中的能量，保障煤炭和化工行业可持续发展，是实现社会效益、环境效益和经济效益共赢的技术突破。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统及其操作方法，通过气化细渣的提质、高挥发分物料的掺混、物料和配风的充分预热及燃烧器的合理设计，实现气化细渣规模化直燃消纳。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统及其操作方法，包括设置于气化细渣输料装置尾端的分选机，所述分选机的提质气化细渣出料口设置有干燥筒，所述干燥筒的气化细渣出料口设置有磨煤机，所述磨煤机的出料端设置有物料混合器，所述物料混合器进料端还设置有破碎机，所述物料混合器的出料端通过燃烧器连通至直燃锅炉，正对于所述燃烧器设置有一次风管路；

所述直燃锅炉的高温烟气出口连通至所述干燥筒，所述干燥筒的烟气出口依次串接连通有空气预热器、省煤器。

进一步地，所述空气预热器进风端设置有送风机，所述空气预热器通过所述一次风管路以及二次风管路连通至所述燃烧器。

进一步地，所述省煤器串接于锅炉给水管路内，所述锅炉给水管路连接至所述直燃锅炉。

进一步地，所述锅炉给水管路穿过于冷渣机，所述冷渣机连通于所述直燃锅炉底部高温灰渣出口。

进一步地，所述省煤器的高温烟气出口通过引风机连通至烟囱。

进一步地，所述直燃锅炉侧壁布置有多级所述燃烧器。

进一步地，所述直燃锅炉内设置有水冷壁，所述水冷壁连接设置有蒸汽管路。

进一步地，所述分选机为螺旋分选装置；所述干燥筒为水平布置直接接触式干燥机。

进一步地，所述的空气预热器为薄壁管束构成的管式换热器；所述的省煤器为蛇形盘管式换热器；所述的冷渣机为间壁式换热器。

进一步地，首先通过所述干燥筒对来自分选机的提质气化细渣进行充分干燥，干燥后气化细渣进入磨煤机磨细，并与破碎机充分破碎的生物质燃料在物料混合器中充分混合，混合后的物料被来自一次风管路的高温一次风携带，经由燃烧器在直燃锅炉中实现稳定着火和充分燃尽；

燃烧产生烟气与水冷壁换热产生的蒸汽通过蒸汽管路输出用于供热及发电；

燃烧产生的高温烟气则输送至烘干筒用于干燥提质气化细渣，进一步较高温烟气依次通过空气预热器和省煤器预热配风和给水，余热烟气经过多级利用后通过管路由烟囱排出；

燃烧产生的高温灰渣通过冷渣机进一步预热给水实现灰渣能量回收。

有益效果：本发明的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统及其操作方法，至少包括以下优点：

(1)通过气化细渣提质得到高含碳精煤，高含碳精煤与高挥发分生物质充分掺混，携带掺混料的一次风、补充氧气的二次风进行充分预热等一系列促进燃烧的条件优选匹配，实现了高水分、低挥发分气化细渣规模化直燃的稳定着火和充分燃尽，解决了现有技术难以规模化稳定处理大宗气化细渣的技术难题。

(2)分选提质得到的高含碳精煤用于燃烧，低含碳底渣用于建材原料，实现了气化细渣分级分质的资源化高效利用；气化细渣与生物质的耦合利用优化气化细渣燃烧状况，同时实现了固体废弃物生物质的规模化消纳，真正达到了“以废治废”的目的。

(3)高温烟气产生高参数蒸汽用于供热和发电利用后，经物料烘干、空气预热、给水预热实现能量梯级回收，冷渣机二次预热给水实现灰渣热量回收利用，梯级的能量利用系统大幅度提高了系统整体能量利用效率。

(4)直燃锅炉侧壁布置多级配风，实现物料热量的逐级释放，避免了局部高温、控制了NOx生成量，节约了脱硝设备投入成本；从出口烟气管路引入的再循环烟气可以有效地调整燃烧炉内温度场和氧浓度场，对燃烧炉内燃料连续稳定充分燃烧起到了进一步调控的作用，进一步实现了低NOx清洁燃烧。

附图说明

附图1为本方案的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统及其操作方法，包括设置于气化细渣输料装置101尾端的分选机102，所述分选机102的提质气化细渣出料口设置有干燥筒103，所述干燥筒103的气化细渣出料口设置有磨煤机104，所述磨煤机104的出料端设置有物料混合器107，所述物料混合器107进料端还设置有破碎机106，所述破碎机106设置于生物质输料装置105尾端，所述物料混合器107的出料端通过燃烧器304连通至直燃锅炉201，正对于所述燃烧器304设置有一次风管路302；

所述直燃锅炉201的高温烟气出口连通至所述干燥筒103，所述干燥筒103的烟气出口依次串接连通有空气预热器202、省煤器203，所述省煤器203的高温烟气出口通过引风机204连通至烟囱205。

所述空气预热器202进风端设置有送风机301，所述空气预热器202通过所述一次风管路302以及二次风管路303连通至所述燃烧器304。

所述省煤器203串接于锅炉给水管路401内，所述锅炉给水管路401连接至所述直燃锅炉201；所述锅炉给水管路401穿过于冷渣机108，所述冷渣机108连通于所述直燃锅炉201底部高温灰渣出口。

所述直燃锅炉201内设置有水冷壁，所述水冷壁连接设置有蒸汽管路402。

基于上述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，具体实施流程如下：首先通过所述干燥筒103对来自分选机102的提质气化细渣进行充分干燥，干燥后气化细渣进入磨煤机104磨细，并与破碎机106充分破碎的生物质燃料在物料混合器107中充分混合，混合后的物料被来自一次风管路302的高温一次风携带，经由燃烧器304在直燃锅炉201中实现稳定着火和充分燃尽；

燃烧产生烟气与水冷壁换热产生的蒸汽通过蒸汽管路402输出用于供热及发电；

燃烧产生的高温烟气则输送至烘干筒103用于干燥提质气化细渣，进一步较高温烟气依次通过空气预热器202和省煤器203预热配风和给水，余热烟气经过多级利用后通过管路由烟囱205排出；

燃烧产生的高温灰渣通过冷渣机108进一步预热给水实现灰渣能量回收。

作为一种优选实施例：

所述的分选机102为螺旋分选装置，可以对气化细渣进行提质，将气化细渣分选出精煤和底渣；其中，高含碳的精煤送入炉膛燃烧，避免了大量灰入炉对锅炉运行稳定性的不良影响，促进了气化细渣规模化直燃的稳定着火和充分燃尽；而低含碳底渣则回收作为建材原料，进一步实现了气化细渣的分级分质规模化处置。

所述的干燥筒103为水平布置直接接触式干燥机，在其中直燃锅炉201产生的高温烟气与来自分选机102的精煤提质高含碳气化细渣充分接触、干燥，物料输送与烟气流动呈逆向方向；内筒内壁面加装螺旋翅片，实现物料输送和强化传热；最终筒出口物料含水量低于10％，为物料提供了优良的着火温度基础。

所述的磨煤机104为球磨机，对来自干燥筒103的干燥后精煤进行磨细，磨细后的精煤粒径<100μm，磨细后的精煤进入物料混合器107。

所述的物料混合器107为储仓式螺旋搅拌装置，其中破碎后的精煤和生物质以1:1的质量比混合，均匀混合后的混合物料在物料混合器107下部仓储存备用。

所述的空气预热器202为薄壁管束构成的管式换热器，高温烟气通过空气预热器202对来自外界的室温配风进行充分预热，预热后的配风通过一次风管路302和二次风管路303的阀门控制后分别作为一次风和二次风进入炉膛，促进了气化细渣规模化直燃的稳定着火和充分燃尽。

所述的省煤器203为蛇形盘管式换热器，经空气预热器202利用后的较高温烟气在省煤器203进一步余热利用加热锅炉给水，实现了烟气中热量的高效梯级利用。

所述的冷渣机108为间壁式换热器，高温灰渣通过管壁将热量传递至锅炉给水，对锅炉给水进行二次预热，实现灰渣热量回收利用。

所述的直燃锅炉201侧壁布置多级燃烧器304及多级配风，混合物料由一次风携带依次穿过多级燃烧器304，并在每级燃烧器处对应设置一处二次风管路303，实现物料热量的逐级释放，且保证每级均充分燃烧，避免了局部高温、控制了NOx生成量，节约了脱硝设备投入成本；所述二次风管路303的出风口斜朝向于一次风与物料混合输送管端口设置，可在由一次风携带物料吹进燃烧器的同时，通过二次风的高压气流吹散进入的高速物料流，使得混合物料进入燃烧器后快速散开，同时由二次风提供足够的供氧量，有效保证混合物料的燃烧充分，提高燃烧效率，避免由于高速风携带物料进入，快速堆积，使得氧气无法与物料充分接触，导致的燃烧不充分现象发生。

所述的燃烧器304为带有预燃室的浓相送粉燃烧器，促进了气化细渣规模化直燃的稳定着火，并在主燃区前段形成还原性气氛以降低NOx生成量。

由于受天气环境影响，提质后的气化细渣含水量高低不同，为保证干燥处理后精煤含水量低于10％，需通过调节干燥筒内高温烟气供应量来实现，同时为了保证锅炉的蒸汽输出能量恒定，则需要通过调节燃料进料量和供氧量来实现；故适配于本发明的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统设置有自动调节控制系统，实现能量利用率最优化。

为保证锅炉能够持续供应高温蒸汽，在系统3处设置存储，包括精煤干燥处理后存储、生物质废料储量存储以及精煤细磨与生物质废料破碎混合后存储，可保证在进行混合之前有足够的精煤和生物质废料取用，以供进行称量配比；以及保证有足够的混合燃料供调节调用；

为实现上述能量利用率最优化，自动调节控制系统包括在干燥筒进料前设置的湿度传感器，用于监测精煤湿度RH；设置于直燃锅炉连接至干燥筒管道的输气调节阀，用于调节干燥筒内高温烟气供应量V；设置于物料混合器下部仓出料口的调节阀，用于控制混合燃料添加量N；分别设置于一次风管路以及二次风管路的两个风速调节泵，分别用于控制一次风风速v1以及二次风风速v2，分别用于调节加料量和供氧量；

按照单位时间混合物料燃烧总热量去向分析：Q总＝Q干+Q蒸+Q余；

其中，Q总＝c(N*v1*v2)Δt；N＝nM；M＝m1+m2；

Q干＝qV；

故，c[n(m1+m2)*v1*v2]Δt＝qV+Q蒸+Q余；

式中，Q总表示单位时间混合物料燃烧总热量；M表示系统正常运行下仅供锅炉恒定输出蒸气所需热量单位时间内混合燃料的添加质量；n则表示物料混合器下部仓出料口调节阀出料量的相对调节倍数；m1、m2则分别表示精煤与生物质废料的配比质量，按最优配比：m1:m2＝1:1；Q干表示用于干燥筒干燥热量；q表示单位体积高温烟气所含热量；Q蒸表示锅炉供应蒸气所含热量；Q余则表示其余挥发及再回收余热；由于本系统的梯级余热回收，挥发的热量可忽略不计，故通过在配风、供水以及排烟三处管路处分别设置温度感应器来检测Q余的变化与去向。

经过常期工作调试发现，为保证精煤干燥含水量低于10％，精煤湿度RH与干燥筒内高温烟气供应量V之间存在一定范围的正比例关系，随着RH的升高，高温烟气供应量V也需成比例增加，同时为保证高温蒸气供应能量恒定，燃烧产生的总热量也需同步增高；故本方案的自动调节控制系统，首先根据湿度传感器采集的精煤湿度RH，对直燃锅炉连接至干燥筒管道的输气调节阀控制调节，并同时实时反馈高温烟气供应量V，系统再根据反馈的V计算出Q干，根据各温度感应器温度检测反馈信号计算出Q余，根据蒸气管路处温度传感器监测的温度反馈信号计算出的Q蒸，按照上述计算公式自动计算出n、v1、v2，并分别向物料混合器下部仓出料口的调节阀以及一次风管路与二次风管路的两个风速调节泵下达控制信号，实现对混合燃料进料量以及供氧量的动态调节控制，保证锅炉高温蒸气的持续供应稳定，实现气化细渣规模化消纳后能量利用率最大化。

通过上述实施方案，本发明通过气化细渣提质得到高含碳精煤，高含碳精煤与高挥发分生物质充分掺混，携带掺混料的一次风、补充氧气的二次风进行充分预热等一系列促进燃烧的条件优选匹配，实现了高水分、低挥发分气化细渣规模化直燃的稳定着火和充分燃尽；分选提质得到的高含碳精煤用于燃烧，低含碳底渣用于建材原料，实现了气化细渣分级分质的资源化高效利用；气化细渣与生物质的耦合利用优化气化细渣燃烧状况，同时实现了固体废弃物生物质的规模化消纳；高温烟气产生高参数蒸汽用于供热和发电利用后，经物料烘干、空气预热、给水预热实现能量梯级回收，冷渣机二次预热给水实现灰渣热量回收利用，梯级的能量利用系统大幅度提高了系统整体能量利用效率。直燃锅炉侧壁布置多级配风，实现物料热量的逐级释放，避免了局部高温、控制了NOx生成量，节约了脱硝设备投入成本；从出口烟气管路引入的再循环烟气可以有效地调整燃烧炉内温度场和氧浓度场，对燃烧炉内燃料连续稳定充分燃烧起到了进一步调控的作用，进一步实现了低NOx清洁燃烧。

以上描述仅为本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明上述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也同样视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：包括设置于气化细渣输料装置(101)尾端的分选机(102)，所述分选机(102)的提质气化细渣出料口设置有干燥筒(103)，所述干燥筒(103)的气化细渣出料口设置有磨煤机(104)，所述磨煤机(104)的出料端设置有物料混合器(107)，所述物料混合器(107)进料端还设置有破碎机(106)，所述物料混合器(107)的出料端通过燃烧器(304)连通至直燃锅炉(201)，正对于所述燃烧器(304)设置有一次风管路(302)；

所述直燃锅炉(201)的高温烟气出口连通至所述干燥筒(103)，所述干燥筒(103)的烟气出口依次串接连通有空气预热器(202)、省煤器(203)。

2.根据权利要求1所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：所述空气预热器(202)进风端设置有送风机(301)，所述空气预热器(202)通过所述一次风管路(302)以及二次风管路(303)连通至所述燃烧器(304)。

3.根据权利要求2所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：所述省煤器(203)串接于锅炉给水管路(401)内，所述锅炉给水管路(401)连接至所述直燃锅炉(201)。

4.根据权利要求3所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：所述锅炉给水管路(401)穿过于冷渣机(108)，所述冷渣机(108)连通于所述直燃锅炉(201)底部高温灰渣出口。

5.根据权利要求4所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：所述省煤器(203)的高温烟气出口通过引风机(204)连通至烟囱(205)。

6.根据权利要求5所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：所述直燃锅炉(201)侧壁布置有多级所述燃烧器(304)。

7.根据权利要求6所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：所述直燃锅炉(201)内设置有水冷壁，所述水冷壁连接设置有蒸汽管路(402)。

8.根据权利要求7所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：所述分选机(102)为螺旋分选装置；所述干燥筒(103)为水平布置直接接触式干燥机。

9.根据权利要求8所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统，其特征在于：所述的空气预热器(202)为薄壁管束构成的管式换热器；所述的省煤器(203)为蛇形盘管式换热器；所述的冷渣机(108)为间壁式换热器。

10.根据权利要求1-9任意项所述的一种提质气化细渣煤粉炉直燃利用系统的操作方法，其特征在于：首先通过所述干燥筒(103)对来自分选机(102)的提质气化细渣进行充分干燥，干燥后气化细渣进入磨煤机(104)磨细，并与破碎机(106)充分破碎的生物质燃料在物料混合器(107)中充分混合，混合后的物料被来自一次风管路(302)的高温一次风携带，经由燃烧器(304)在直燃锅炉(201)中实现稳定着火和充分燃尽；

燃烧产生烟气与水冷壁换热产生的蒸汽通过蒸汽管路(402)输出用于供热及发电；

燃烧产生的高温烟气则输送至烘干筒(103)用于干燥提质气化细渣，进一步较高温烟气依次通过空气预热器(202)和省煤器(203)预热配风和给水，余热烟气经过多级利用后通过管路由烟囱(205)排出；

燃烧产生的高温灰渣则通过冷渣机(108)进一步预热给水实现灰渣能量回收。

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