绝热燃烧高含水低热值燃料的方法、锅炉系统及运行方法与流程

本发明涉及高含水低热值燃料的处理工艺，具体地涉及一种绝热燃烧高含水低热值燃料的方法、热电锅炉系统及其运行方法。

背景技术：

随着经济的迅猛发展、城市人口的不断增加，高含水低热值燃料如污泥、油泥、可燃性工业废渣、生活废物及垃圾、油田释放气、含水含焦油热解气等的排放量日益增多。通常，高含水低热值燃料含水量越高，热值越低，只有到含水率降到50％以下时才适合燃烧。高含水低热值燃料在处理过程中产生的废弃物，产生量巨大，数量约占处理水量的0.3％～0.5％(以含水率为97％计)，如果进行深度处理，废弃物量还可能会增加0.5～1.0倍。伴随着国民经济高速的发展和城市化步伐的不断加快，我国高含水低热值废弃物的处理量越来越大，产生量也越来越多。

生产生活产生的高含水低热值废物的成分十分复杂，其中含有大量的微生物、有机物质及丰富的氮、磷、钾等营养物质，同时，具有含水量高、易腐烂、有恶臭等特点，对环境构成了较大的威胁，如不妥善处理将会造成严重的二次污染。这不但会降低处理系统的有效处理能力，还会对生态环境构成直接的威胁。生产生活产生的高含水低热值的废弃物处理一般采用先干化、后处理的方式，不管是干化颗粒化后与发电锅炉燃料混烧，还是干化后气化耦合发电锅炉，这都不可避免地增加了处理工艺的复杂性，而且具有能耗高、流程长、额外设备多、占地面积大、投资成本高等问题；此外，干化后的废弃物在堆放及输送过程中会有臭气散发，且输送系统的密封性能较差，容易引起臭气在厂区及附近区域扩散，导致工作环境恶劣，严重影响电厂处理高含水低热值燃料的积极性。

因此，本发明提出一种高含水低热值燃料绝热燃烧耦合热电锅炉的方法与工艺，在处理高含水低热值燃料的同时，不仅提高了能量效率，还简化了工艺流程，节约了经济成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种绝热燃烧高含水低热值燃料的方法、热电锅炉系统及其运行方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种绝热燃烧高含水低热值燃料的热电锅炉系统，其特征在于，包括：

绝热燃烧炉，用于将所述高含水低热值燃料进行绝热燃烧；

热电锅炉单元，用于将所述绝热燃烧炉绝热燃烧后产生的烟气供入其燃烧炉中进一步燃烧处理。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种绝热燃烧高含水低热值燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将高含水低热值燃料直接与热电锅炉燃料绝热共烧，将绝热共烧产生的烟气供入热电锅炉单元中，进行热量的高效回收利用和烟气的深度净化排放；

其中，所述高含水低热值燃料进行绝热共烧之前及当时均不进行干化处理。

作为本发明的再一个方面，还提供了一种如上所述的绝热燃烧高含水低热值燃料的热电锅炉系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

将高含水低热值燃料送入绝热燃烧炉中进行绝热燃烧；

将所述绝热燃烧炉产生的烟气供入热电锅炉单元中，进行热量的高效回收利用和烟气的深度净化排放。

基于上述技术方案可知，本发明的绝热燃烧方案相对于现有技术具有如下优点：

(1)本发明的绝热燃烧方法与工艺，在处理高含水低热值燃料的同时，不仅提高了能量效率，还简化了工艺流程，节约了经济成本；

(2)按照本工艺方法处理高含水低热值的废弃物完全避免了其干化过程中导致的高能耗、气味污染、废水污染等系列问题，而且流程短、技术成熟、综合投资大大降低，运行灵活性和稳定性可同时得到保障，且运行成本低；

(3)高含水低热值燃料直接燃烧形成的高蒸汽烟气环境显著抑制了nox生成，且通过烟气进入燃烧锅炉形成烟气的循环，可明显降低锅炉的nox总体排放；

(4)通过直接燃烧高含水低热值燃料进而耦合发电锅炉，使高含水低热值燃料水分的蒸发成为耦合发电过程的内部工段，获得高效率，并克服热电锅炉燃料、高含水低热值燃料直接掺混进入大型锅炉可能导致的系列问题，与高含水低热值燃料热解/气化耦合发电锅炉方法相比也明显更加简单、清洁，从而推动高含水低热值燃料的清洁高效处置和利用；

(5)本发明的技术方法创新明显，为高含水低热值燃料处置的高效、简便、清洁的最新技术，具有极强的成本、环保、投资竞争力，推广应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明实施例1的绝热燃烧热电锅炉系统的框架结构示意图；

图2是本发明实施例2的绝热燃烧热电锅炉系统的框架结构示意图；

图3是本发明实施例3的绝热燃烧热电锅炉系统的框架结构示意图；

图4是本发明实施例4的绝热燃烧热电锅炉系统的框架结构示意图；

图5是本发明实施例5的绝热燃烧热电锅炉系统的框架结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明中所称的“高含水低热值燃料”是指含水率高于50％、发热热值小于6.28mj/m³的燃料。在现有技术中，这种燃料由于含水率太高而无法直接燃烧，通常需要干化之后才能处理，本发明提出了一种绝热燃烧高含水低热值燃料的热电锅炉系统及其运行方法，不需要对高含水低热值燃料干化，消除了干化过程中造成的恶臭排放、高能耗等问题，具有流程短、能效高、处理彻底、污染低的优点，可广泛应用于各种污泥、油泥、可燃性工业废渣、生活废物及垃圾、油田释放气、含水含焦油热解气等可燃物及废物，获得显著的社会、环境和经济效益。

具体地，本发明提出了一种绝热燃烧高含水低热值燃料的热电锅炉系统，包括：

绝热燃烧炉，用于将高含水低热值燃料进行绝热燃烧；

热电锅炉单元，其中该绝热燃烧炉绝热燃烧后产生的烟气供入该热电锅炉单元的燃烧炉中，和/或，烟气换热系统中，和/或，烟气分离及净化系统中。

其中，该高含水低热值燃料包括但不限于各种膏状、泥状、高湿颗粒状等的可燃物，以及高湿、高污染、高毒性等低热值可燃性气体，如污泥、油泥、可燃性工业废渣、生活废物及垃圾、油田释放气、含水含焦油热解气等。

其中，该热电锅炉单元包括但不限于各种以煤、燃气、生物质、煤矸石、油页岩、有机废物等的一种或多种为燃料的发电及产热锅炉。

其中，该绝热燃烧炉中还通入热电锅炉燃料与该高含水低热值燃料一起绝热共烧。

其中，绝热共烧过程中，热电锅炉燃料添加量根据实现燃料完全燃烧的绝热共烧温度的控制而变化，热电锅炉燃料最低添加量可为零。

其中，该高含水低热值燃料直接与热电锅炉燃料绝热共烧的过程中，根据高含水低热值燃料的物理性状一般采用但不限于各种流态化燃烧方式。

其中，该绝热燃烧炉中绝热燃烧的温度例如为700-1200℃。

其中，该绝热燃烧炉产生的烟气在供入热电锅炉单元之前，可实施除尘、换热降温等处理。

其中，在该绝热燃烧炉与热电锅炉单元之间，还可以设置气固分离设备，用于对该绝热燃烧炉产生的烟气进行分离处理，调控进入热电锅炉的共烧烟气含尘量。

其中，在该绝热燃烧炉与热电锅炉单元之间，还可以设置空气预热设备，用于对绝热燃烧所需的空气预热，回收烟气的热量，提高了能量效率。

其中，该热电锅炉系统中还可以包括管道输送、流通控制、除尘回收等设备。

其中，在该绝热燃烧炉与热电锅炉单元之间，还可以设置废热锅炉换热器，调控进入热电锅炉的共烧烟气温度。

本发明还提出了一种绝热燃烧高含水低热值燃料的热电锅炉系统的运行方法，包括以下步骤：

将高含水低热值燃料输入绝热燃烧炉中绝热燃烧；

将该绝热燃烧炉产生的烟气供入热电锅炉单元，进行热量的高效回收利用和烟气的深度净化排放。

其中，该绝热燃烧炉绝热燃烧后产生的烟气可以供入该热电锅炉单元的燃烧炉中，和/或，烟气换热系统中，和/或，烟气分离及净化系统中。

其中，该高含水低热值燃料包括但不限于各种膏状、泥状、高湿颗粒状等的可燃物，以及高湿、高污染、高毒性等低热值可燃性气体，如污泥、油泥、可燃性工业废渣、生活废物及垃圾、油田释放气、含水含焦油热解气等。

其中，该热电锅炉单元包括但不限于各种以煤、燃气、生物质、煤矸石、油页岩、有机废物等的一种或多种为燃料的发电及产热锅炉。

其中，该绝热燃烧炉中还通入热电锅炉燃料与该高含水低热值燃料一起绝热共烧。

其中，绝热共烧过程中，热电锅炉燃料添加量根据实现燃料完全燃烧的绝热共烧温度的控制而变化，热电锅炉燃料最低添加量可为零。

其中，该高含水低热值燃料直接与热电锅炉燃料绝热共烧的过程中，根据高含水低热值燃料的物理性状一般采用但不限于各种流态化燃烧方式。

其中，该绝热燃烧炉中绝热燃烧的温度例如为700-1200℃。

其中，该绝热燃烧炉产生的烟气在供入热电锅炉单元之前，可实施除尘、换热降温等处理。

其中，在将该绝热燃烧炉产生的烟气输送到热电锅炉单元中之前，还可以包括对该烟气进行气固分离的步骤，以对该绝热燃烧炉产生的烟气进行气固分离处理，来调控进入热电锅炉的烟气含尘量的步骤。。

其中，在将该绝热燃烧炉产生的烟气输送到热电锅炉单元中之前，还可以包括对该烟气进行空气预热的步骤，用于对绝热燃烧所需的空气预热，回收烟气的热量，提高了能量效率。

其中，在该运行方法中，还可以包括管道输送、流通控制、除尘回收等步骤。

其中，在将该绝热燃烧炉产生的烟气输送到热电锅炉单元中之前，还可以包括通过废热锅炉换热器来调控进入热电锅炉的烟气温度的步骤。

在一个优选实施方式中，本发明的热电锅炉系统将高含水低热值燃料和热电锅炉燃料共同送入绝热燃烧炉中进行绝热共烧，产生的共烧烟气经过气固分离，分离出的烟气根据原料特性、灰成分、热值、燃烧温度采用3种工艺。

整个流程包括燃料直接与热电锅炉燃料绝热共烧(包括燃料输送、燃料供给、燃烧空气供给等)、气固分离、空气预热、共烧烟气进入热电锅炉系统的管道输送及其流通控制等工段。

在一个优选实施方式中，将高含水低热值燃料和热电锅炉燃料共同送入绝热燃烧炉中进行绝热共烧，产生的共烧烟气首先经空气预热器对绝热燃烧空气预热，预热后的空气送入绝热燃烧炉中，经空气预热器后的共烧烟气根据灰成分、热值、温度等采用两种工艺，最后分离的共烧烟气直接送入热电锅炉系统中，并使烟气达到国家排放标准后排放。本发明不需要对高含水低热值燃料干化，消除了干化过程中造成的恶臭排放、高能耗等问题，具有流程短、能效高、处理彻底、污染低的优点，可广泛应用于各种污泥、油泥、可燃性工业废渣、生活废物及垃圾、油田释放气、含水含焦油热解气等可燃物及废物，获得显著的社会、环境和经济效益。

在上述设备和方法中，绝热燃烧炉、热电锅炉单元、气固分离设备等均可以采用公知的设备和工艺参数，只要满足本发明的特定方法流程的工艺要求即可。

下面通过多个实施例来进一步阐述本发明的高含水低热值燃料绝热燃烧耦合热电锅炉的方法与工艺。

实施例1

如图1所示，将高含水低热值燃料通过与热电锅炉燃料绝热共烧，产生的共烧烟气经空气预热器对绝热燃烧所需空气进行预热，预热后的空气送入绝热燃烧炉中；经空气预热器后的共烧烟气经过气固分离工段，分离出的灰分直接排放到灰罐中，可与下游的大型锅炉煤灰一同处理，或用为其它目的；分离出的烟气直接送入热电锅炉系统，借助大型锅炉系统而高效利用共烧烟气所带热量，最后达到国家排放标准后排放。

实施例2

如图2所示，将高含水低热值燃料和热电锅炉燃料共同送入绝热燃烧炉中进行绝热共烧，产生的共烧烟气经空气预热器将绝热燃烧所需空气进行预热，预热后的空气送入绝热燃烧炉中；经空气预热器后的共烧烟气通过废热锅炉，回收共烧烟气的部分热量，以调控进入热电锅炉系统的共烧烟气温度；经废热锅炉后产生的共烧烟气经过气固分离，分离出的灰分直接排放到灰罐中，可与下游的大型锅炉煤灰一同处理，或用为其它目的；通过气固分离工段分离出的烟气直接送入热电锅炉系统中，借助大型锅炉系统而高效利用共烧烟气所带热量，最后使烟气达到国家排放标准后排放。

实施例3

如图3所示，将高含水低热值燃料和热电锅炉燃料共同送入流化床绝热锅炉(绝热燃烧炉的一种)中进行绝热共烧，产生的共烧烟气经过气固分离，分离出的烟气直接与流通控制工段相连，共烧烟气与热电锅炉(即热电锅炉系统)产生的烟气共同进入锅炉换热系统中，经烟气净化系统处理后达到国家排放标准后排放。

实施例4

如图4所示，将高含水低热值燃料和热电锅炉燃料共同送入流化床绝热锅炉(绝热燃烧炉的一种)中进行绝热共烧，产生的共烧烟气经过气固分离工段，分离出的烟气经空气预热器将空气进行预热，预热后的空气送入绝热锅炉(即热电锅炉系统)中，从而达到调控进入热电锅炉系统的共烧烟气温度的目的，产生的共烧烟气经气固分离产生的固体再次输送回绝热锅炉中再次进行燃烧，空气预热器与流通控制工段相连，烟气与热电锅炉(即热电锅炉系统)产生的烟气共同进入锅炉换热系统中，经烟气净化系统处理后达到国家排放标准后排放。

实施例5

如图5所示，将高含水低热值燃料和热电锅炉燃料共同送入流化床绝热锅炉(绝热燃烧炉的一种)中进行绝热共烧，产生的共烧烟气经过气固分离工段，分离出的烟气经空气预热器将空气进行预热，预热后的空气输送到绝热锅炉(即热电锅炉系统)中，从而达到调控进入热电锅炉系统的共烧烟气温度的目的；空气预热工段与高温除尘过滤器相连，以调控进入热电锅炉系统的共烧烟气含尘量，共烧烟气经气固分离后产生的灰渣与经过除尘过滤后产生的灰渣共同送入除渣系统统一处理；除尘过滤工段与流通控制工段相连，烟气与热电锅炉(即热电锅炉系统)产生的烟气共同进入锅炉换热系统中，经烟气净化系统处理后达到国家排放标准后排放。

经过综合评估，上述实施例1～5均取得了远优于现有技术的低能耗和经济效益，尤其是实施例1、2，先经过空气预热的换热，再进行气固分离，可以使能量利用效率更高，气固分离更加充分。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。