一种利用燃煤锅炉掺烧危废的节能型系统及方法
阅读说明：本技术 一种利用燃煤锅炉掺烧危废的节能型系统及方法 (Energy-saving system and method for utilizing coal-fired boiler to mix and burn hazardous waste ) 是由 孙宁 贺帅 佘艳 马国保 黄河 周志江 王兴琦 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用燃煤锅炉掺烧危废的节能型系统及方法,系统包括煤粉进料单元、危废进料单元、送风单元及燃煤锅炉；煤粉进料单元包括封闭式煤粉仓；危废进料单元包括依次连接的封闭式危废料坑、干燥装置、破碎装置及粉碎装置,粉碎装置与燃煤锅炉连接；送风单元包括空气预热器以及分别与空气预热器连接的一次风机和二次风机；一次风机和二次风机分别通过一次送风管路和二次送风管路依次与空气预热器和燃煤锅炉连接；封闭式煤粉仓与空气预热器及燃煤锅炉之间的一次送风管路连接；干燥装置与空气预热器及燃煤锅炉之间的二次送风管路连接。本发明利用二次风中的热量对危废进行干燥,减少了烘干所需额外热源的使用,降低了系统的能源消耗。(The invention discloses an energy-saving system and method for co-burning hazardous waste by using a coal-fired boiler, wherein the system comprises a pulverized coal feeding unit, a hazardous waste feeding unit, an air supply unit and the coal-fired boiler; the coal powder feeding unit comprises a closed coal powder bin; the hazardous waste feeding unit comprises a closed hazardous waste pit, a drying device, a crushing device and a crushing device which are connected in sequence, and the crushing device is connected with the coal-fired boiler; the air supply unit comprises an air preheater, and a primary fan and a secondary fan which are respectively connected with the air preheater; the primary air blower and the secondary air blower are respectively connected with the air preheater and the coal-fired boiler in sequence through a primary air supply pipeline and a secondary air supply pipeline; the closed pulverized coal bin is connected with a primary air supply pipeline between the air preheater and the coal-fired boiler; the drying device is connected with a secondary air supply pipeline between the air preheater and the coal-fired boiler. The invention utilizes the heat in the secondary air to dry the hazardous waste, reduces the use of an extra heat source required by drying and reduces the energy consumption of the system.)
技术领域
本发明涉及危险废物处理技术领域，尤其是涉及一种利用燃煤锅炉掺烧危废的节能型系统及方法。
背景技术
危险废物是指具有各种毒性、易燃性、爆炸性、腐蚀性、化学反应性和传染性，列入《国家危险废物名录》或根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特征的废物。危险废物种类繁多、成分复杂，其污染具有潜在性和滞后性。随着我国经济持续快速发展，人民生活水平不断提高，人们对安全和环保的需求比以往任何时候显得更加迫切，而危险废物安全处理处置是消除其危害性的唯一途径。
将危废掺入燃煤中用作燃料，可以实现危废的减容、减重及资源化，并降低燃煤成本，是一种经济可行的危废处理方法。将危废与煤进行掺烧时，由于危废物料一般干湿形态复杂，燃烧前需要先对其进行烘干处理，然后粉碎后再进行燃烧。例如，在中国专利文献上公开的“一种链条炉掺烧固体危废与降低二噁英排放的系统及方法”，其公开号CN111457388A，该系统包括链条炉排、热解反应器、干燥器、喷水减温器、集灰器、尾部烟道和烟囱。
而现有技术中将危废与煤掺烧时一般需要利用外部能源对危废进行干燥，因此用燃煤锅炉进行掺烧危废能源消耗较大，降低了危废处置的经济与社会效益。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中用燃煤锅炉进行掺烧危废时，需要先利用外部能源对危废进行烘干处理，然后再进行粉碎燃烧，处理过程能源消耗较大的问题，提供一种利用燃煤锅炉掺烧危废的节能型系统及方法，利用二次风中的热量对危废进行干燥，减少了烘干所需额外热源的使用，降低了系统的能源消耗。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用燃煤锅炉掺烧危废的节能型系统，包括煤粉进料单元、危废进料单元、送风单元及燃煤锅炉；所述煤粉进料单元包括封闭式煤粉仓；所述危废进料单元包括依次连接的封闭式危废料坑、干燥装置、破碎装置及粉碎装置，所述粉碎装置与燃煤锅炉连接；所述送风单元包括空气预热器以及分别与空气预热器连接的一次风机和二次风机；所述一次风机和二次风机分别通过一次送风管路和二次送风管路依次与空气预热器和燃煤锅炉连接；所述封闭式煤粉仓与空气预热器及燃煤锅炉之间的一次送风管路连接；所述干燥装置与空气预热器及燃煤锅炉之间的二次送风管路连接。
本发明在送风单元中设置一次风机和二次风机，由一次风机提供的一次风经空气预热器加热后用于将封闭式煤粉仓中的煤粉通过一次送风管路输送进入燃煤锅炉内；由二次风机提供的二次风经空气预热器加热后进入燃煤锅炉内，用于为煤粉和危废的燃烧补充氧气，并能加强气流的扰动，促进高温烟气的回流，促进煤粉和危废与氧气的混合，提高燃烧效率，为完全燃烧提供条件。同时，本发明将危废进料单元中的干燥装置与二次送风管路连接，先利用二次风中的热量对危废进行干燥，然后再使二次风进入燃煤锅炉中；二次风温度较高且风速较快，可较快的带出目标危废中较高含量的水分，减少了危废干燥所需额外热源的使用，降低了系统的能源消耗；干燥过程产生的挥发性有机物和水分通过二次送风管路随送风单元再次进入到燃煤锅炉中焚烧，避免了二次污染。干燥后的危废经破碎装置和粉碎装置粉碎成粉末后进入燃煤锅炉，与煤粉进行掺烧，实现了危废的减容、减重及资源化。
作为优选，空气预热器及燃煤锅炉之间的二次送风管路包括第一支路和第二支路，所述第一支路直接连接空气预热器和燃煤锅炉，所述第二支路依次连接空气预热器、干燥装置及燃煤锅炉。本发明在二次送风管路上设置两个支路，使经过空气预热器加热后的二次风分为两路，一路直接进入燃煤锅炉中为燃烧提供氧气，另一路则先经过干燥装置对危废进行干燥，然后再进入燃煤锅炉，有助于确保进入锅炉的二次风温度可以满足燃烧要求。
作为优选，所述第一风机和第二风机的送风量之比为50:50～60:40。采用此配风方式，可以使燃煤锅炉具有良好的燃烧稳定性和燃烧效率，减少结渣。
作为优选，所述煤粉进料单元中还包括分别与封闭式煤粉仓和一次送风管路连接的第一给料装置。
作为优选，所述空气预热器及燃煤锅炉之间的一次送风管路上设有混合器，所述混合器与第一给料装置连接。
本发明在煤粉进料单元中设置给料装置和混合器，有助于将一次风与煤粉混合均匀，提高燃煤锅炉的燃烧稳定性。工作时，封闭式煤粉仓中的煤粉经第一给料装置进入混合器，在混合器中与一次风机输出的、经空气预热器加热的一次风混合，被一次风输送进入燃煤锅炉。
作为优选，所述危废进料单元中还包括分别与粉碎装置及燃煤锅炉连接的第二给料装置。
作为优选，所述破碎装置及粉碎装置上分别设有集气罩，所述集气罩、封闭式煤粉仓及封闭式危废料坑通过集气管路与燃煤锅炉连接。本发明在破碎装置和粉碎装置上设置集气罩将其封闭，使全过程在全封闭条件下进行，并将封闭式煤粉仓、封闭式危废料坑中的气体与集气罩收集到的气体一起通过集气管路收集，送入燃煤锅炉中进行燃烧，避免处理过程中挥发性有机物对环境及作业空间造成污染。
本发明还提供了一种使用上述的系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将含油污泥和酒糟在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧。
含油污泥属于《国家危险废物名录》中HW08类废物，含有大量老化的原油、蜡质、沥青质，以及苯系物、酚类、蒽类、重金属等物质，如果处理不当，极易造成二次污染；本发明将含油污泥掺入煤粉中焚烧，可以达到含油污泥无害化处理的目标。但由于含油污泥中含有大量的N、S、P、C、O及重金属等元素，在燃烧过程中会产生大量的有害烟气，提高燃煤时烟气中的NOX、SO2及重金属排放量，不满足标准要求；因此本发明为了控制烟气排放，又同时掺入了酒糟与含油污泥一起与煤粉进行掺烧。酒糟的掺入可起到一定的固硫效果，且可以提高CO、H2、CH4等还原性气体的生成量，有助于对NOX的还原，降低SO2和NOX排放；同时，酒糟中富含多种可以捕集重金属的矿物质组分，可以为重金属提供化学吸附位，降低重金属的挥发及重金属的浸出浓度，可实现重金属在灰渣中的富集和稳定化。因此，本发明通过将含油污泥和酒糟与煤粉混合掺烧，实现了含油污泥和酒糟的无害化和资源化处理，改变了燃煤锅炉单一处置危废的现状，提高燃煤锅炉利用率，获得更多经济效益。
作为优选，步骤(1)中所述的含油污泥和酒糟的质量比为35～40:15，其中含油污泥的含水量为30～35％，酒糟的含水量为60～70％。
作为优选，所述危废粉料与煤粉的质量比为20:80～30:70。
由于酒糟含水量较高，不易干燥，若酒糟添加量过多会导致干燥后的危废粉末中含水量较高，降低燃烧效率；而酒糟添加量过少又会导致烟气中的NOX、SO2及重金属排放量不能得到有效控制；并且酒糟和含油污泥的加入会降低灰分熔点，导致燃烧过程容易结渣；因此含油污泥和酒糟的掺入量对燃烧情况及污染物的排放有较大影响，本发明通过控制含油污泥、酒糟及煤粉的掺比，使含油污泥和酒糟可以在二次风的作用下被有效烘干，提高燃烧效率，同时降低燃烧过程中NOX、SO2及重金属的排放，减少结渣现象。
作为优选，二次风的温度为200～250℃。二次风的温度在此范围内，可以在确保干燥后进入锅炉的二次风温度满足燃烧要求的同时，有效带出含油污泥和酒糟中的水分，将危废烘干。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)将含油污泥和酒糟与煤粉混合掺烧，实现了含油污泥和酒糟的无害化和资源化处理，改变了燃煤锅炉单一处置危废的现状，提高燃煤锅炉利用率，获得更多经济效益；
(2)将危废进料单元中的干燥装置与二次送风管路连接，先利用二次风中的热量对危废进行干燥，然后再使二次风进入燃煤锅炉中，减少了危废干燥所需额外热源的使用，降低了系统的能源消耗；
(3)全过程在全封闭条件下进行，利用集气管路收集各装置挥发出的挥发性有机物，一同送入燃煤锅炉中进行燃烧，避免了挥发性物质对环境及作业空间造成的污染。
附图说明
图1是本发明的一种连接结构示意图。
图中：1封闭式危废料坑、2干燥装置、3破碎装置、4粉碎装置、5一次风机、6二次风机、7空气预热器、8一次送风管路、9二次送风管路、901第一支路、902第二支路、10封闭式煤粉仓、11燃煤锅炉、12第一给料装置、13混合器、14第二给料装置、15集气罩、16集气管路。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。本发明实施例中使用的原料煤为神木煤。
如图1中所示，本发明各实施例中使用的一种利用燃煤锅炉掺烧危废的节能型系统，包括煤粉进料单元、危废进料单元、送风单元及燃煤锅炉11，燃煤锅炉采用200t/h循环流化床锅炉。
煤粉进料单元包括封闭式煤粉仓10及与封闭式煤粉仓的出料口连接的第一给料装置12。危废进料单元包括依次连接的封闭式危废料坑1、干燥装置2、破碎装置3、粉碎装置4及第二给料装置14，第二给料装置与燃煤锅炉连接。送风单元包括空气预热器7以及分别与空气预热器连接的一次风机5和二次风机6。一次风机和二次风机分别通过一次送风管路8和二次送风管路9依次与空气预热器和燃煤锅炉连接。
空气预热器及燃煤锅炉之间的一次送风管路上设有混合器13，混合器与第一给料装置12连接。空气预热器及燃煤锅炉之间的二次送风管路包括第一支路901和第二支路902，第一支路直接连接空气预热器和燃煤锅炉，第二支路依次连接空气预热器、干燥装置及燃煤锅炉。
破碎装置及粉碎装置上分别设有集气罩15，集气罩、封闭式煤粉仓及封闭式危废料坑通过集气管路16与燃煤锅炉连接。
本发明中的系统运行时，封闭式煤粉仓中的煤粉经第一给料装置进入混合器，在混合器中与一次风机输出的、经空气预热器加热的一次风混合，被一次风输送进入燃煤锅炉；含油污泥和酒糟在封闭式危废料坑中混合，然后进入干燥装置中，通过由二次风机输出的、经空气预热器加热的二次风进行烘干，然后再经破碎装置和粉碎装置粉碎成粉末后，由第二给料装置输送进入燃煤锅炉，与煤粉进行掺烧，实现了危废的减容、减重及资源化。干燥装置中干燥过程产生的挥发性有机物和水分通过二次送风管路随送风单元再次进入到燃煤锅炉中焚烧；封闭式煤粉仓、封闭式危废料坑中的气体与破碎装置和粉碎装置上的集气罩收集到的气体通过集气管路收集，一起送入燃煤锅炉中进行燃烧，避免处理过程中挥发性有机物对环境及作业空间造成污染。
实施例1：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将质量比为38:15的含油污泥和酒糟在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为210℃，一次风和二次风配比为50:50；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为30:70，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
含油污泥和酒糟的理化性质分析结果如表1和表2中所示。
表1：含油污泥理化性质分析结果。
表2：酒糟理化性质分析结果。
实施例2：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将质量比为35:15的含油污泥(含水量30.5％)和酒糟(含水量63.51％)在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为200℃，一次风和二次风配比为50:50；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为25:75，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
实施例3：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将质量比为40:15的含油污泥(含水量31.8％)和酒糟(含水量60.33％)在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为250℃，一次风和二次风配比为60:40；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为20:80，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
对比例1(不掺烧酒糟)：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将与实施例1中相同的含油污泥(含水量34.6％)直接进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为210℃，一次风和二次风配比为50:50；(2)将干燥后的含油污泥进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为30:70，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
对比例2(掺烧酒糟过多)：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将质量比为15:38的与实施例1中相同的含油污泥(含水量34.6％)和酒糟(含水量69.75％)在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为210℃，一次风和二次风配比为50:50；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为30:70，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
对比例3(用秸秆代替酒糟进行掺烧)：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将质量比为38:15的含油污泥(含水量34.6％)和秸秆在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为210℃，一次风和二次风配比为50:50；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为30:70，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
对比例4(用甘蔗渣代替酒糟进行掺烧)：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将质量比为38:15的含油污泥(含水量34.6％)和甘蔗渣在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为210℃，一次风和二次风配比为50:50；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为30:70，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
对比例5(提高危废粉末的掺烧比例)：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将质量比为38:15的含油污泥(含水量34.6％)和酒糟(含水量69.75％)在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为210℃，一次风和二次风配比为50:50；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为40:60，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
对比例6(降低二次风温度)：
一种使用上述系统掺烧危废的方法，包括如下步骤：
(1)将质量比为38:15的含油污泥(含水量34.6％)和酒糟(含水量69.75％)在封闭式危废料坑中混合，混合物进入干燥装置，通过二次风机提供的二次风对混合物进行干燥，进入干燥装置中的混合物的质量为4t/h；BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下二次风量83527Nm3/h，二次风温为180℃，一次风和二次风配比为50:50；
(2)将干燥后的混合物进行破碎和粉碎至10目，得到危废粉料；
(3)将危废粉料和煤粉共同送入燃煤锅炉中焚烧，危废粉料与煤粉的质量比为30:70，焚烧时炉膛中心温度为900℃。
对上述实施例和对比例中焚烧后烟气及灰渣成分进行分析，结果如表3和表4中所示。
表3：烟气成分测试结果。
表4：灰渣成分测试结果。
从表3和表4中可以看出，实施例1～3中采用本发明中的方法将含油污泥和酒糟与煤粉进行掺烧，可有效实现危废的减量化，并且焚烧后的烟气中各污染物含量均满足GB18484-2001中的标准。
而对比例1中仅用含油污泥与煤粉掺烧，不掺烧酒糟，烟气中的NOX和SO2含量显著提升，重金属的排放量也有所增大；对比例2中增大酒糟的掺烧比例，由于酒糟中的含水量较大，二次风无法对危废混合物进行有效干燥，进入锅炉中的危废粉末含水率较高，影响燃料的燃尽，导致灰渣的热灼减率升高，不满足标准要求；对比例6中降低二次风温度，同样会影响危废的脱水效果，导致灰渣的热灼减率升高，废弃物减量化、无害化不彻底。
对比例3和对比例4中采用秸秆和甘蔗渣代替酒糟与含油污泥一起与煤粉进行掺烧，虽然也可以降低烟气中的NOX、SO2等污染物含量，但锅炉内会出现结渣现象，影响系统运行的安全性和经济性。对比例5中提高危废煤粉与煤粉的掺烧比例，烟气中污染物的含量提升，不满足标准要求；并且燃烧效率下降，废弃物减量化、无害化不彻底。
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