阅读说明：本技术 一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统和方法 (Boiler system and method for reducing contamination and coking of high-sodium coal and removing heavy metal ) 是由 张永生 郭磊 王家伟 汪涛 潘伟平 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及燃煤发电技术领域,尤其涉及一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统和方法。该锅炉系统包括：锅炉,内部设置有喷射管道；除尘器,与所述锅炉连通；研磨机,一端与所述除尘器连通,另一端与所述喷射管道连通,所述研磨机被配置为将从所述除尘器中获取的飞灰进行研磨。本发明提供的锅炉系统通过将从除尘器中获取的飞灰进行研磨后,增加了飞灰的比表面积,产生了富含氧化铝和氧化硅的新鲜表面,研磨后的飞灰喷射到锅炉中后,促进氧化铝和氧化硅与高钠煤燃烧产生的含钠化合物反应生成硅铝酸钠等稳定物质；同时新鲜表面具有较高的表面能,能够进一步吸附烟气中的重金属,从而降低了烟气中含钠化合物和重金属的含量。(The invention relates to the technical field of coal-fired power generation, in particular to a boiler system and a method for reducing contamination and coking of high-sodium coal and removing heavy metals. The boiler system includes: a boiler, inside which an injection pipeline is arranged; a dust collector communicated with the boiler; a grinder having one end communicating with the dust collector and the other end communicating with the injection duct, the grinder being configured to grind the fly ash taken from the dust collector. According to the boiler system, after the fly ash obtained from the dust remover is ground, the specific surface area of the fly ash is increased, a fresh surface rich in alumina and silica is generated, and after the ground fly ash is sprayed into a boiler, the alumina and the silica are promoted to react with sodium-containing compounds generated by combustion of high-sodium coal to generate stable substances such as sodium aluminosilicate and the like; meanwhile, the fresh surface has higher surface energy, and can further adsorb heavy metal in the flue gas, thereby reducing the content of sodium compounds and heavy metal in the flue gas.)

一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统和方法

技术领域

本发明涉及燃煤发电的技术领域，尤其涉及一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统和方法。

背景技术

高钠煤是指煤中碱金属化合物成分较高的一类特殊煤炭，各类碱金属化合物中，一般以钠基化合物居多，故称之为“高钠煤”。目前，我国高钠煤主要集中于新疆准噶尔盆地东部的准东煤田，这些高钠煤在实际应用过程中会发生严重粘污结焦，成为困扰电厂安全运行的主要问题，严重制约了高钠煤的燃用。高钠煤沾污结焦的主要原因是其在燃烧过程中，烟气中的含钠化合物熔点较低(硅铝酸钠除外)，在锅炉正常燃烧温度下会发生气化，气化的含钠化合物降温凝结是引发沾污结焦的主要原因。

现有控制高钠煤粘污结焦的技术中，例如一种利用飞灰循环缓解锅炉结渣的方法(CN102759117A)的专利公开了根据检测燃煤飞灰的不同SiO₂/Al₂O₃的比值来决定是否在原料燃煤中掺入飞灰。该方法提供了将飞灰掺入煤粉中燃烧的思路，但燃煤燃烧后形成的飞灰为封闭的球状体，其比表面积很小，导致飞灰和钠的反应较难发生。

再例如一种锅炉自产粉煤灰脱钠后作为添加剂缓解高钠煤结渣的方法(CN105154168A)公开了采用水或溶液多级洗涤粉煤灰，溶解并脱除其中可溶钠组分，进而将脱钠粉煤灰与原煤按混合煤样中Na₂O质量百分比小于2％且混合灰样软化温度大于1250℃为标准，确定添加比例，送入炉膛参与燃烧。该方法虽然能以较高效率脱除高钠煤中的钠元素，但其操作复杂，系统繁琐，初期投入及运行成本较大。

另外在煤炭燃烧过程中，烟气中也会产生汞(Hg)、砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等重金属污染物，因此降低烟气中的重金属也是十分必要的。

综上所述，目前亟待需要一种用于燃烧高钠煤的锅炉系统及其工作方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统和方法，以降低烟气中含钠化合物和重金属的含量。

本发明的第一方面提供了一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统，包括：

锅炉，内部设置有喷射管道，所述锅炉被配置为提供高钠煤燃烧的场所并输出燃烧产生的烟气；

除尘器，与所述锅炉连通，所述除尘器被配置为收集所述烟气中的飞灰；

研磨机，一端与所述除尘器连通，另一端与所述喷射管道连通，所述研磨机被配置为将从所述除尘器中获取的飞灰进行研磨，并将研磨后的飞灰由所述喷射管道喷射到所述锅炉中。

可选地，还包括设置于所述锅炉和所述除尘器之间的空气预热器，所述空气预热器与所述研磨机之间设置有进气管路和引风机；

空气由所述进气管路进入，经所述空气预热器加热后，由所述引风机带动进入到所述研磨机中。

可选地，所述研磨机和所述除尘器之间设置有灰斗和物料输送器，从所述除尘器中获取的飞灰依次经所述灰斗和所述物料输送器送入到所述研磨机中。

可选地，获取的所述飞灰为所述除尘器的一电场中的飞灰。

可选地，所述研磨机内设置有卤素添加剂。

可选地，还包括：

第一水洗设备，被配置为将粉碎后的高钠煤进行水洗；

第一干燥设备，与所述第一水洗设备连接，所述第一干燥设备被配置为将水洗后的所述高钠煤进行干燥；

废水处理设备，与所述第一水洗设备连接，所述废水处理设备被配置为处理经由所述第一水洗设备排出的第一高钠水。

可选地，还包括：

第二水洗设备，被配置为将从所述除尘器中获取的飞灰进行水洗；

第二干燥设备，与所述第二水洗设备连接，所述第二干燥设备被配置为将水洗后的所述飞灰进行干燥；

所述废水处理设备还与所述第二水洗设备连接，所述废水处理设备被配置为处理经由所述第二水洗设备排出的第二高钠水。

本发明的第二方面还提供了一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的方法，采用上述降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统，该方法包括以下步骤：

获取除尘器中的部分飞灰；

将所述飞灰进行研磨后，喷射到锅炉中。

可选地，步骤所述将所述飞灰进行研磨后，喷射到锅炉中包括：

将经过空气预热器加热后的空气与经过研磨后的所述飞灰混合后，共同喷射到所述锅炉中。

可选地，步骤所述将所述飞灰进行研磨后，喷射到锅炉中还包括：

将卤素添加剂与所述飞灰共同进行混合研磨后，共同喷射到所述锅炉中。

有益效果：

本发明提供的锅炉系统通过将从除尘器中获取的飞灰进行研磨后，增加了飞灰的比表面积，产生了富含氧化铝和氧化硅的新鲜表面，研磨后的飞灰喷射到锅炉中后，促进氧化铝和氧化硅与高钠煤燃烧产生的含钠化合物反应生成硅铝酸钠等稳定物质，从而减少气相钠的比例、增加灰分中钠的比例，减轻高钠煤在燃烧时导致锅炉换热面严重粘污结焦；同时新鲜表面具有较高的表面能，能够进一步吸附烟气中的重金属，从而降低了烟气中含钠化合物和重金属的含量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1为本发明实施例提供的锅炉系统的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的高钠煤和飞灰预处理的原理示意图。

附图标记：

1-锅炉；

11-喷射管道；

12-燃烧器；

2-除尘器；

21-一电场；

22-灰斗；

23-物料输送器；

3-研磨机；

4-空气预热器；

41-进气管路；

42-引风机；

51-第一水洗设备；

52-第一干燥设备；

53-废水处理设备；

61-第二水洗设备；

62-第二干燥设备；

7-脱硫塔；

8-烟囱。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1所示，其为本发明实施例提供的一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统的原理示意图。所述锅炉系统至少包括锅炉1、除尘器2和研磨机3，其中：

锅炉1的内部设置有喷射管道11，锅炉1被配置为提供高钠煤燃烧的场所并输出燃烧产生的烟气；除尘器2与锅炉1连通，除尘器2被配置为收集烟气中的飞灰；研磨机3的一端与除尘器2连通，另一端与喷射管道11连通，研磨机3被配置为将从除尘器2中获取的飞灰进行研磨，并将研磨后的飞灰由喷射管道11喷射到锅炉1中。本发明第一方面提供的用于燃烧高钠煤的锅炉系统通过将从除尘器2中获取的飞灰进行研磨后，增加了飞灰的比表面积，产生了富含氧化铝和氧化硅的新鲜表面，研磨后的飞灰喷射到锅炉1中后，促进氧化铝和氧化硅与高钠煤燃烧产生的含钠化合物反应生成硅铝酸钠等稳定物质，从而减少气相钠的比例、增加灰分中钠的比例，减轻高钠煤在燃烧时导致锅炉换热面严重粘污结焦；同时新鲜表面具有较高的表面能，能够进一步吸附烟气中的重金属，从而降低了烟气中含钠化合物和重金属的含量。

可以理解的是，研磨机3可以是任一种类型的研磨机，例如卧式研磨机、立式研磨机、空气研磨机等等，只要保证能够将飞灰的粒径研磨变小即可，如此飞灰的比表面积也增大，产生了富含氧化铝和氧化硅的新鲜表面，可以同时与烟气中的含钠化合物和重金属进行反应和吸附，从而降低含钠化合物和重金属的含量。

在研磨机3工作的过程中，研磨时间的长短是影响飞灰脱除效果好坏的一个因素，研磨时间过短和过长均不能达到飞灰的最佳脱除效果。优选地，研磨时间可以是10min-30min，如此既可以不浪费太多的电能(由于研磨机3是由电能驱动)，又可以保证飞灰较为优良的脱除效果。其中，研磨时间为飞灰处于工作中的研磨机3的内部的时间，因此，可以是将每一批次的飞灰送入研磨机3进行研磨，也可以是连续不断的飞灰送入研磨机3进行研磨，当为后者的工作方式时，需保证飞灰自进入研磨机3到离开研磨机3的时间差为10min-30min。

另外，喷射管道11从锅炉1的炉壁向炉内***，喷射管道11包括多个均匀布置的喷嘴，且多个喷嘴的喷射范围能够大于炉膛的横截面积，以以提高喷射的飞灰和含钠化合物的接触几率。锅炉1中还设置有燃烧器12，喷射管道11可以是位于燃烧器12的上方，且二者之间的纵向距离不能太近或太远，这是因为太近或太远均无法充分保证高钠煤和喷射的飞灰充分的接触。

进一步地，上述锅炉系统还包括设置于锅炉1和除尘器2之间的空气预热器4，空气预热器4与研磨机3之间设置有进气管路41和引风机42，空气由进气管路41进入，经空气预热器4加热后，由引风机42带动进入到研磨机3中。本实施例中，采用高温空气为载体输送研磨后的飞灰，起到了使研磨后的飞灰进入炉膛时具有一定的温度(通常为50-80℃)，如此能够降低飞灰和高钠煤混合的温差，进而保证飞灰和高钠煤的混合均匀以及燃烧的热能损失。

进一步地，研磨机3和除尘器2之间设置有灰斗22和物料输送器23，从除尘器2中获取的飞灰依次经灰斗22和物料输送器23送入到研磨机3中。可选地，物料输送器23包括螺杆给料器和变频进料器，如此方便快捷地将灰斗22中的飞灰连续不断地送入到研磨机3中。

进一步地，获取的飞灰为除尘器2的一电场21中的飞灰。通常而言，除尘器2具有四个电场，烟气中的飞灰沿一电场21至四电场的方向，其粒径逐渐变小，而粒径大的飞灰研磨效果最好，即最易被破坏而产生新鲜表面。

可以理解的是，喷射的飞灰量也是影响飞灰脱除效果好坏的一个因素，喷射的飞灰量过少和过多均不能达到飞灰的最佳脱除效果。优选地，添加飞灰的量中的硅含量与高钠煤中的钠含量的比值在1-3之间，从而可以确定大致的飞灰添加量。

进一步地，研磨机3内设置有卤素添加剂，例如可以是氯盐、溴盐等，如此可利用氯离子或溴离子将Hg⁰氧化为Hg²⁺，从而可以保证飞灰能对烟气中的重金属(如汞)进一步吸附。这是因为：氧化态汞(Hg²⁺)有一部分附着在飞灰颗粒上从而被除尘设备脱除，其可溶于水的特性使得其可以在湿法脱硫中脱除一部分；而元素汞(Hg⁰)的物理化学性质最为稳定，也最难通过现有的大气污染控制设备脱除。

进一步地，上述锅炉系统还包括电控装置，电控装置能够与引风机42、物料输送器23和研磨机3电连接，以实现整个锅炉系统的自动化和连续运行。上述锅炉系统还包括脱硫塔7和烟囱8，以使燃烧产生的烟气经过脱硫后排出。

如图2所示，其为本发明实施例提供的高钠煤和飞灰预处理的原理示意图。上述锅炉系统还包括对高钠煤进行预处理的设备，具体可以包括第一水洗设备51、第一干燥设备52和废水处理设备53，其中：

第一水洗设备51被配置为将粉碎后的高钠煤进行水洗，第一干燥设备52与第一水洗设备51连接，第一干燥设备52被配置为将水洗后的高钠煤进行干燥，废水处理设备53与第一水洗设备51连接，废水处理设备53被配置为处理经由第一水洗设备51排出的第一高钠水。第一水洗设备51将高钠煤中的水溶性钠去除，得到低钠煤(只是相比高钠煤中的钠少，但仍比普通煤中的钠多)和第一高钠水，然后将湿润的低钠煤通过第一干燥设备52干燥后送入炉膛，同时将第一高钠水输送到废水处理设备53中，得到低钠水和钠盐副产品，而得到的低钠水可以回收到第一水洗设备51中继续使用，如此实现水的循环利用。

进一步地，上述锅炉系统还包括对飞灰进行预处理的设备，具体可以包括第二水洗设备61、第二干燥设备62和废水处理设备53，其中：

第二水洗设备61被配置为将从除尘器2中获取的飞灰进行水洗，第二干燥设备62与第二水洗设备61连接，第二干燥设备62被配置为将水洗后的飞灰进行干燥，废水处理设备53还与第二水洗设备62连接，废水处理设备53被配置为处理经由第二水洗设备61排出的第二高钠水。第二水洗设备61将飞灰中的水溶性钠去除，得到低钠灰和第二高钠水，然后将湿润的低钠灰通过第二干燥设备62干燥后送入研磨机3中，同时将第二高钠水输送到废水处理设备53中，得到低钠水和钠盐副产品，而得到的低钠水可以回收到第二水洗设备61中继续使用，如此实现水的循环利用。

本发明第二方面还提供了一种降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的方法，采用上述降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的锅炉系统，该方法包括以下步骤：

S1、获取除尘器2中的部分飞灰；

具体是，将除尘器2的一电场21的部分飞灰收集，并收集到位于一电场21下方的灰斗22中。

S2、将飞灰进行研磨后，喷射到锅炉1中；

具体是，将收集的飞灰经研磨机3研磨10min-30min后，使其经过喷射管道11均匀地喷射到锅炉1中。

S21、将经过空气预热器4加热后的空气与经过研磨后的飞灰混合后，共同喷射到锅炉1中；

具体是，空气预热器4与研磨机3之间设置有进气管路41和引风机42，空气由进气管路41进入，经空气预热器4加热后，由引风机42带动进入到研磨机3中。

S22、将卤素添加剂与飞灰共同进行混合研磨后，共同喷射到锅炉1中。

本发明第二方面提供的降低高钠煤沾污结焦及脱除重金属的方法通过将从除尘器2中获取的飞灰进行研磨后，增加了飞灰的比表面积，产生了富含氧化铝和氧化硅的新鲜表面，研磨后的飞灰喷射到锅炉1中后，促进氧化铝和氧化硅与高钠煤燃烧产生的含钠化合物反应生成硅铝酸钠等稳定物质，从而减少气相钠的比例、增加灰分中钠的比例，减轻高钠煤在燃烧时导致锅炉换热面严重粘污结焦；同时新鲜表面具有较高的表面能，能够进一步吸附烟气中的重金属，从而降低了烟气中含钠化合物和重金属的含量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。