防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法以及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其包括以下步驟：熱解低階煤生成熱解半焦和熱解氣；磨制熱解半焦和原煤形成熱解半焦粉和原煤粉，混合燃燒所述熱解半焦粉和原煤粉。另外，本發(fā)明還提供一種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置。
【專利說明】
防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法以及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于煤炭的利用領(lǐng)域，尤其涉及一種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混 燒的方法以及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 低階煤的堿金屬含量很高，大部分都以水溶態(tài)或有機態(tài)形式存在。其鈉含量（以 Na2O計）在5%以上，有的甚至高達7%(其它煤種1. 5%以下)。而由于燃燒過程中堿金屬的 蒸發(fā)凝并等作用，將產(chǎn)生大量的超細顆粒物，從而導致鍋爐沾污和結(jié)渣，而超細顆粒物的熱 泳力沉積在換熱器表面的積灰初期起著主導作用。因此，燃燒低階煤的電廠需要不間斷的 吹灰才能防止換熱器積灰結(jié)焦，這對于電廠的運行十分不利，給電廠帶來了很多安全隱患 和經(jīng)濟危害。為了避免這種現(xiàn)象，電廠只能少燒或者不燒低階煤，這對于儲量巨大的低階煤 資源來說又是一種浪費。因此需要找到一種切實可行，方便安全的燃用低階煤的技術(shù)。
[0003] 低階煤和其它煤種在堿金屬和堿土金屬上的差異主要有Ca，Na，Mg三種元素的含 量及賦存形態(tài)，這三種元素是影響其積灰結(jié)焦的主要因素。雖然目前針對主要堿金屬鈉的 燃燒工藝已有很多，但主要是針對鈉的去除或控制局部溫度的方法，而針對燃燒過程中灰 的轉(zhuǎn)變機制的方法并不存在。
[0004] 目前對于改善低階煤積灰結(jié)焦的技術(shù)主要有高溫洗滌溶液脫鈉、熱解吸附鈉、礦 物質(zhì)固鈉、改造鍋爐結(jié)構(gòu)等。如【公開日】為2012年02月23日，公開號為CN102533383A的 中國專利申請中，該專利申請中鍋爐的循環(huán)系統(tǒng)利用電廠熱源對水進行加熱，并通過水 循環(huán)對原煤進行凈化脫鈉，使其變?yōu)閮?yōu)質(zhì)煤再燃燒；如【公開日】為2014年9月24日，公開 號為CN104061570A的中國專利申請中，其方法是利用熱煙氣熱解，用吸附劑吸收熱解氣 中的鈉，熱解氣和熱解半焦都進入爐膛燃燒；如【公開日】為2013年12月04日，公開號為 CN103421575A的中國專利申請中，其方法是對低階煤均勻噴灑一定量的含有鋁和硅組分的 聚合硅鋁鹽溶液以生成高溫不易揮發(fā)的含鈉物質(zhì)，從而達到固鈉的效果；如【公開日】為2013 年03月20日，公開號為CN202813354U的中國專利申請中，公開了一種利用煙氣再循環(huán)降 低低階煤沾污活性的裝置，利用冷煙氣的回流防止低階煤的積灰結(jié)焦。
[0005] 高溫洗滌溶液(或者水）脫鈉采用添加某些溶液洗煤和高溫高壓處理等技術(shù)，從設(shè) 備結(jié)構(gòu)上來看，工藝流程復雜，并且成本較高。熱解吸附鈉的技術(shù)特點是用煙氣熱解煤，再 用吸附材料吸附熱解氣中的鈉，設(shè)備相對簡單，然而，煤中的鈉在熱解中的行為非常復雜， 鈉以蒸氣形式從煤中釋放出來，需要較高的溫度，運行成本以及吸附劑的成本非常高昂。固 鈉技術(shù)的特點在于向煤中加入硅鋁等礦物質(zhì)使鈉轉(zhuǎn)化為難溶的鹽類，原理上和其他高階煤 混合燃燒技術(shù)類似，通過灰分中無機礦物質(zhì)間相互作用來減少細顆粒物的生成，但這種方 法所需的礦物質(zhì)成本較高。而通過鍋爐的結(jié)構(gòu)改造形成低溫燃燒區(qū)域，其核心也是降低細 顆粒物的生成，并在爐膛出口煙氣溫度降低到灰熔點以下，然而該方法需要考慮多種因素， 如低負荷穩(wěn)燃、燃盡率等，并沒有從根本上改善低階煤的成灰特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，確有必要提供一種工藝流程簡單，成本低廉，無需添加化學試劑且可以 有效防控低階煤積灰結(jié)焦的方法以及裝置。
[0007] -種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其包括以下步驟：熱解低階 煤生成熱解半焦和熱解氣；磨制熱解半焦和原煤形成熱解半焦粉和原煤粉，混合燃燒所述 熱解半焦粉和原煤粉。
[0008] -種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置，其包括：鍋爐、低階煤預處理 系統(tǒng)以及制粉系統(tǒng)，所述鍋爐包括爐膛、設(shè)置在爐膛側(cè)墻的上層燃燒器和下層燃燒器、水平 煙道、豎井煙道、以及設(shè)置在所述豎井煙道的空氣預熱器；所述低階煤預處理系統(tǒng)包括多個 高溫煙氣引出口、與該多個高溫煙氣引出口相連的熱解爐、設(shè)置在該熱解爐下方的冷卻器， 該多個高溫煙氣引出口位于所述水平煙道的側(cè)墻；所述制粉系統(tǒng)包括半焦磨煤機、原煤磨 煤機，所述半焦磨煤機與所述上層燃燒器相連，所述原煤磨煤機與所述下層燃燒器相連。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法 以及裝置，首先，通過熱解改變堿金屬和堿土金屬在半焦中的賦存形態(tài)，從而改變礦物質(zhì)在 燃燒過程中的迀移規(guī)律，并通過與原煤粉的混燒控制，促進了爐膛內(nèi)顆粒物及其前驅(qū)物的 凝并過程，從而降低了細顆粒物在鍋爐內(nèi)的產(chǎn)生量，抑制了受熱面的初期積灰；其次，通過 熱解條件的控制，改變熱解半焦，尤其焦炭的結(jié)構(gòu)，促進亞微米內(nèi)在礦物質(zhì)在焦炭燃燒過程 中在焦炭表面的碰撞聚并，從而減少細顆粒物的生成，進一步抑制受熱面的初期積灰；第 三，優(yōu)化了工藝流程，使工藝流程簡單，成本低廉，無需添加化學試劑，不需要其他凈化裝 置，并且容易控制，易于實現(xiàn)。第四，在有效抑制低階煤的積灰結(jié)焦的基礎(chǔ)上，熱解氣可以起 到再燃的作用。最后，通過建立先進的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置，可以 在燃煤電站中燃用低階煤。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明第一實施例提供的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法 流程圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明第一實施例提供的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置 的平面圖。
[0012] 圖3是本發(fā)明第二實施例提供的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法 流程圖。
[0013] 圖4是本發(fā)明第二實施例提供的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置 的平面圖。
[0014] 主要元件符號說明

如下【具體實施方式】將結(jié)合上述附圖進一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0015] 下面將結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明提供的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解 和混燒的方法以及裝置作進一步的詳細說明。
[0016] 本發(fā)明第一實施例提供一種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法。請參 閱圖1，該防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法包括以下步驟：（1)熱解低階煤生 成熱解半焦和熱解氣；（2)分別磨制熱解半焦和原煤形成熱解半焦粉和原煤粉，然后采用 分層燃燒的方式燃燒所述熱解半焦粉和原煤粉。
[0017] 在步驟（1)中，提供防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置100。請參閱圖 2,防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置100包括鍋爐10、低階煤預處理系統(tǒng)20以 及制粉系統(tǒng)30。
[0018] 所述鍋爐10包括爐膛11、水平煙道12、豎井煙道13、設(shè)置在所述豎井煙道13的空 氣預熱器14以及設(shè)置在爐膛側(cè)墻的上層燃燒器17和下層燃燒器18。
[0019] 所述低階煤預處理系統(tǒng)20包括多個高溫煙氣引出口 21、與該多個高溫煙氣引出 口 21相連的熱解爐22、設(shè)置在該熱解爐22下方的冷卻器23。在本實施例中，所述高溫煙 氣引出口 21的數(shù)量為2個，位于所述水平煙道12的側(cè)墻。
[0020] 所述制粉系統(tǒng)30包括原煤磨煤機31、原煤煤倉（圖未示)、原煤煤斗（圖未示)、半焦 磨煤機32、熱解半焦儲倉（圖未示)、半焦煤斗（圖未示)。所述原煤儲倉和原煤煤斗與所述原 煤磨煤機31相連，可以給原煤磨煤機31提供物料。所述熱解半焦儲倉和半焦煤斗與所述 半焦磨煤機32相連，可以給半焦磨煤機32提供物料。所述半焦磨煤機32通過輸粉管道與 所述上層燃燒器17相連；所述原煤磨煤機31通過輸粉管道與所述下層燃燒器18相連。
[0021] 所述高溫煙氣引出口 21通過管道與所述熱解爐22的底部相連，所述熱解爐22通 過管道與所述上層燃燒器17相連，所述冷卻器23與所述熱解爐22相連，所述冷卻器23與 所述制粉系統(tǒng)中的熱解半焦儲倉之間設(shè)置有傳輸帶（圖未示)。
[0022] 將低階煤15從所述熱解爐22的頂部送入，熱解所需的高溫煙氣從熱解爐22的底 部送入，與所述低階煤15形成了逆流式的加熱反應過程，即，所述高溫煙氣在上行過程中 加熱所述低階煤15使該低階煤15在欠氧條件下熱解，生成熱解半焦和熱解氣。從鍋爐高 溫煙氣引出口 21中引出溫度在700-900°C的高溫煙氣16,并通過改變空氣預熱器出口的煙 氣量來調(diào)節(jié)高溫煙氣16的溫度。由于不同溫度下熱解半焦具有不同的焦炭特性，以及堿金 屬和堿土金屬的不同賦存形態(tài)，因此，將熱解溫度調(diào)整到最佳范圍600-800°C之間，熱解時 間大約為30-60分鐘，采用移動床熱解反應器。
[0023] 熱解氣是低階煤15中的揮發(fā)份在欠氧加熱下發(fā)生裂解的產(chǎn)物，在上述熱解溫度 下，堿金屬和堿土金屬元素難以以氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)，所以熱解氣中含有極少量堿金屬和堿土 金屬元素，因而可以作為再燃燃料和再循環(huán)煙氣。本實施例中熱解氣雖然含有可燃成分和 作為熱源的高溫煙氣，但仍然是一種有效的燃料，該熱解氣通過所述上層燃燒器17既可以 直接進入爐膛11中燃燒，也可以作為再循環(huán)煙氣，可以同時實現(xiàn)低氮燃燒和防控積灰結(jié)焦 的目的。
[0024] 所述熱解半焦進入所述冷卻器23中冷卻至常溫，該冷卻器23采用水冷，冷卻器出 口的熱解半焦可以通過傳輸帶輸送至熱解半焦儲倉。
[0025] 在步驟（2)中，分別磨制熱解半焦和原煤形成熱解半焦粉和原煤粉，然后采用分層 燃燒的方式燃燒所述熱解半焦粉和原煤粉。所述熱解半焦經(jīng)過冷卻后進入熱解半焦儲倉， 再進入半焦煤斗，然后進入半焦磨煤機32，經(jīng)過該半焦磨煤機32磨制形成熱解半焦粉，原 煤33通入原煤磨煤機31進行磨制形成原煤粉，然后所述熱解半焦粉從上層燃燒器17噴入 所述爐膛11，所述原煤粉從下層燃燒器18噴入所述爐膛11，該熱解半焦粉和原煤粉在所述 爐膛11中燃燒。
[0026] 在混燒方式中，混燒比例是運行過程中重要的控制參數(shù)，熱解半焦占所述熱解半 焦和原煤33的比例為20-40%較好。本實施例中，所述熱解半焦的比例為30%。
[0027] 本發(fā)明第二實施例提供一種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法。請參 閱圖3,該防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法包括以下步驟：（1)熱解低階煤生 成熱解半焦和熱解氣；（2)磨制熱解半焦和原煤的混合物形成熱解半焦粉和原煤粉的混合 物，磨制另一部分原煤形成原煤粉，然后采用分層燃燒的方式燃燒所述熱解半焦粉和原煤 粉的混合物以及原煤粉。
[0028] 第二實施例中防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法與第一實施例中防 控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法基本相同，主要的不同之處在于步驟（2)。請一 并參閱圖4,本實施例中，所述熱解半焦冷卻后經(jīng)過熱解半焦儲倉和半焦煤斗進入半焦磨煤 機32。然后將原煤33輸入所述半焦磨煤機32與所述熱解半焦混合形成混合物。然后磨制 該混合物形成熱解半焦粉和原煤粉的混合物，之后將所述熱解半焦粉和原煤粉的混合物從 上層燃燒器17噴入所述爐膛11，同時，另一部分原煤33進入原煤磨煤機31進行磨制，然后 從下層燃燒器18噴入所述爐膛11，采用分層燃燒的方式燃燒所述熱解半焦粉和原煤粉的 混合物以及原煤粉。其中，熱解半焦占所述熱解半焦和原煤33的比例為30%。
[0029] 根據(jù)不同的低階煤15選擇不同的混燒方式，使得其綜合性能達到最好。所述熱解 半焦在爐膛內(nèi)的燃燒位置，將影響著顆粒物的生成以及與原煤粉燃燒所產(chǎn)生的顆粒物間碰 撞聚并，從而影響著鍋爐內(nèi)的積灰進程，因而，合理的混燒方式能夠有效的防止積灰結(jié)焦是 本發(fā)明的實施過程中的關(guān)鍵。
[0030] 所述低階煤15在一定溫度下熱解后，鈉、鈣等堿金屬和堿土金屬元素會向酸溶態(tài) 及不溶態(tài)迀移，此時堿金屬和堿土金屬在燃燒過程中迀移規(guī)律發(fā)生改變，易于被硅鋁酸鹽 吸附或碰撞聚并生成較大的顆粒，因而熱解半焦燃燒所產(chǎn)生的細顆粒物明顯減少；原煤粉 燃燒產(chǎn)生的細顆粒、大顆粒灰以及氣態(tài)污染物會與熱解半焦燃燒產(chǎn)生的大顆粒物在燃燒器 附近發(fā)生碰撞聚并，從而進一步改變顆粒物的粒徑分布特性，細顆粒物的生成明顯減少，從 而達到抑制初期積灰；根據(jù)積灰初期內(nèi)層形成機理，細顆粒物是導致受熱面積灰結(jié)焦的主 要原因，因此控制細顆粒物的產(chǎn)生可以控制受熱面上的積灰結(jié)焦進程。本實施例產(chǎn)生的熱 解氣可以作為再燃燃料，形成燃料的分級燃燒，同時由于高溫煙氣16循環(huán)的作用，所述爐 膛11燃燒區(qū)域的氧濃度降低，造成燃燒區(qū)域部分缺氧，形成分級燃燒，從而可以控制鍋爐 內(nèi)的溫度場分布，降低整體煙氣的溫度和受熱面區(qū)域溫度邊界層的溫度梯度，減少灰熔融 機率，進而達到防控積灰結(jié)焦的目的。
[0031] 本發(fā)明實施例提供的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法以及裝置具 有以下的優(yōu)點：首先，通過熱解改變堿金屬和堿土金屬在半焦中的賦存形態(tài)，從而改變礦物 質(zhì)在燃燒過程中的迀移規(guī)律，并通過與原煤粉的混燒控制，促進了爐內(nèi)顆粒物及其前驅(qū)物 的凝并過程，從而降低了細顆粒物在爐內(nèi)的產(chǎn)生量，抑制了受熱面的初期積灰；其次，通過 熱解條件的控制，改變熱解半焦，尤其焦炭的結(jié)構(gòu)，促進亞微米內(nèi)在礦物質(zhì)在焦炭燃燒過程 中在焦炭表面的碰撞聚并，從而減少細顆粒物的生成，進一步抑制受熱面的初期積灰；第 三，優(yōu)化了工藝流程，使工藝流程簡單，成本低廉，無需添加化學試劑，不需要其他凈化裝 置，并且容易控制，易于實現(xiàn)。第四，在有效抑制低階煤的積灰結(jié)焦的基礎(chǔ)上，熱解氣可以起 到再燃的作用。最后，通過建立先進的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置，可以 在燃煤電站中燃用低階煤。
[0032] 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，這些依據(jù)本發(fā)明所做 的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其包括以下步驟： 熱解低階煤生成熱解半焦和熱解氣； 磨制熱解半焦和原煤形成熱解半焦粉和原煤粉，混合燃燒所述熱解半焦粉和原煤粉。2. 如權(quán)利要求1所述的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其特征在于， 在所述熱解低階煤生成熱解半焦和熱解氣的步驟中，使所述低階煤中的堿金屬和堿土金屬 轉(zhuǎn)變?yōu)樗崛軕B(tài)及不溶態(tài)的堿金屬和堿土金屬，熱解溫度控制在600-800°C之間，熱解時間控 制在30-60分鐘。3. 如權(quán)利要求1所述的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其特征在于， 在所述熱解低階煤生成熱解半焦和熱解氣的步驟中，通入高溫煙氣加熱所述低階煤使該低 階煤熱解。4. 如權(quán)利要求3所述的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其特征在于， 提供一防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置，其包括鍋爐、低階煤預處理系統(tǒng)以 及制粉系統(tǒng)，所述低階煤預處理系統(tǒng)包括高溫煙氣引出口，與該高溫煙氣引出口相連的熱 解爐、設(shè)置在該熱解爐下方的冷卻器，高溫煙氣從所述高溫煙氣引出口引出并從所述熱解 爐底部噴入，所述低階煤從所述熱解爐頂部進入，所述高溫煙氣在上行過程中加熱所述低 階煤使該低階煤在欠氧條件下熱解，生成熱解半焦和熱解氣。5. 如權(quán)利要求1所述的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其特征在于， 所述熱解半焦占所述熱解半焦和原煤的比例為20%-40%。6. 如權(quán)利要求4所述的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其特征在于， 所述鍋爐包括爐膛、上層燃燒器和下層燃燒器；所述制粉系統(tǒng)包括半焦磨煤機、原煤磨煤 機，所述該上層燃燒器以及下層燃燒器分別設(shè)置在所述爐膛的側(cè)墻，所述半焦磨煤機與所 述上層燃燒器相連，所述原煤磨煤機與所述下層燃燒器相連。7. 如權(quán)利要求6所述的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其特征在于， 所述磨制熱解半焦和原煤形成熱解半焦粉和原煤粉，混合燃燒所述熱解半焦粉和原煤粉的 步驟中，所述熱解半焦經(jīng)過冷卻后進入所述半焦磨煤機磨制形成熱解半焦粉，原煤通入所 述原煤磨煤機進行磨制形成原煤粉，然后所述熱解半焦粉從上層燃燒器噴入所述爐膛，所 述原煤粉從下層燃燒器噴入所述爐膛，該熱解半焦粉和原煤粉在所述爐膛中燃燒。8. 如權(quán)利要求6所述的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其特征在于， 所述磨制熱解半焦和原煤形成熱解半焦粉和原煤粉，混合燃燒所述熱解半焦粉和原煤粉的 步驟中，所述熱解半焦經(jīng)過冷卻后進入半焦磨煤機，將原煤輸入所述半焦磨煤機與所述熱 解半焦混合形成混合物，然后磨制該混合物形成熱解半焦粉和原煤粉的混合物，另一部分 原煤輸入所述原煤磨煤機磨制成原煤粉，之后將所述熱解半焦粉和原煤粉的混合物從上層 燃燒器噴入所述爐膛，所述原煤粉從下層燃燒器噴入所述爐膛，該熱解半焦粉和原煤粉的 混合物以及原煤粉在所述爐膛中燃燒。9. 如權(quán)利要求6所述的防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的方法，其特征在于， 所述熱解氣通過所述上層燃燒器進入所述爐膛，該熱解氣作為再燃燃料形成燃料的分級燃 燒，調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)溫度分布。10. -種防控低階煤積灰結(jié)焦的燃料熱解和混燒的裝置，其包括： 一鍋爐，該鍋爐包括爐膛、設(shè)置在爐膛側(cè)墻的上層燃燒器和下層燃燒器、水平煙道、豎 井煙道、以及設(shè)置在所述豎井煙道的空氣預熱器； 一低階煤預處理系統(tǒng)，該低階煤預處理系統(tǒng)包括多個高溫煙氣引出口、與該多個高溫 煙氣引出口相連的熱解爐、設(shè)置在該熱解爐下方的冷卻器，該多個高溫煙氣引出口位于所 述水平煙道的側(cè)墻； 一制粉系統(tǒng)，該制粉系統(tǒng)包括半焦磨煤機、原煤磨煤機，所述半焦磨煤機與所述上層燃 燒器相連，所述原煤磨煤機與所述下層燃燒器相連。
【文檔編號】F23K1/00GK105987378SQ201510074506
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月12日
【發(fā)明人】卓建坤, 尚天坤, 肖正航, 李水清, 姚強
【申請人】清華大學