一种掺烧污泥的燃煤锅炉系统的制作方法

1.本技术涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种掺烧污泥的燃煤锅炉系统。


背景技术：

2.随着社会经济的快速发展和城市化水平的不断提高，工业污水和生活污水的排放量日益增多，污水处理厂污泥产量急剧增加，若将污泥长期堆放或直接排放会引起水体富营养化、污染土壤和传播病菌等一系列问题。近年来，随着经济高速发展，能源消耗显著提高，煤炭的价格也上涨迅速。燃煤机组耦合污泥发电作为一种污泥焚烧一种利用形式，具有处理能力大、适应性强和系统效率高等优势，特别是还可以起到替代化石燃料，减少火电厂碳排放的作用，得到广泛关注。
3.在燃煤电厂掺烧污泥过程中，由于污泥热值较低，掺烧比例较大的污泥后，会引起锅炉燃烧不稳定，同时由于污泥灰熔点较低，容易导致锅炉炉内受热面的结焦问题，以及屏式受热面的结焦与腐蚀问题，因此往往只能将污泥掺烧比例控制在5％-10％以下，无法实现大比例的掺烧，导致污泥处理量受限。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种掺烧污泥的燃煤锅炉系统，能够保证锅炉燃烧稳定，避免锅炉炉内受热面结焦以及屏式受热面的结焦与腐蚀问题，提高污泥掺烧比例，增加污泥处理量。
5.为解决上述技术问题，本技术提供一种掺烧污泥的燃煤锅炉系统，包括炉膛、煤粉燃烧设备和污泥燃烧设备；所述炉膛的截面为方形结构，所述炉膛的四个角墙分别设有煤粉燃烧设备，所述炉膛相对设置的两对边墙中，至少一对所述边墙分别设有所述污泥燃烧设备；所述煤粉燃烧设备包括主燃烧段，所述主燃烧段沿高度方向布置有煤粉喷口、煤粉辅燃风喷口和油风喷口，所述煤粉喷口用于向所述炉膛内喷入煤粉，所述煤粉辅燃风喷口用于向所述炉膛内喷入风，所述油风喷口用于向所述炉膛内喷入风和油；所述污泥燃烧设备位于所述主燃烧段的上方，所述污泥燃烧设备设有污泥喷口和污泥辅燃风喷口，所述污泥喷口用于向所述炉膛内喷入污泥，所述污泥辅燃风喷口用于向所述炉膛内喷入风；同一高度截面内，相对设置的两组喷口的轴线平行，且所述方形结构的中心至各所述喷口的轴线之间的距离相等。
6.在炉膛的同一高度截面内，四个主燃烧段的喷口分别位于四个角墙处，当四个煤粉燃烧设备的喷口同时向炉膛内喷射(煤粉或风)时，射流会沿喷口的轴线喷出，由于相对设置的两个喷口的轴线平行，且方形结构的中心到四个喷口的轴线之间的距离相等，每个喷口的射流在上游射流的冲击下偏转并在炉内形成旋流，煤粉和风在炉膛内形成以轴线交点为中心的外环形结构流动和燃烧区。
7.同样的，污泥燃烧设备的喷口设置与煤粉燃烧设备的喷口设置类似，相对设置的两组喷口的轴线平行设置，且方形结构的中心到四个喷口的轴线之间的距离相等，两组相
对设置的两个喷口能够错置对冲形成旋流，由于污泥燃烧设备喷口距离炉膛中心距离比煤粉燃烧设备要近得多，使得污泥主要集中在以交点为中心的内核形结构流动。
8.也就是说，煤粉的燃烧以及污泥的燃烧主要集中在炉膛的中央区域，污泥主要在中心区域燃烧，这样就不会对炉膛水冷壁产生影响，而污泥燃尽后由于其灰熔点相对较低，容易成液状或半液状，在互相碰撞后长大，随后掉落到炉膛底部的冷渣设备上，不会造成炉膛上部的屏式换热器沾污，并可避免炉膛内受热面的结焦以及屏式受热面的结焦与腐蚀问题。同时，由于污泥的喷入位置位于主燃烧段的上方，污泥的喷入位置远离角墙处的煤粉的喷入位置，如此，能够降低污泥燃烧设备对燃煤锅炉系统内燃烧稳定性造成影响。
9.因此，通过本技术所提供的掺烧污泥的燃煤锅炉系统，可适当提高污泥的掺烧比例至15％～30％，从而有效提升污泥处理量，并且，通过更多的污泥燃烧代替煤粉(化石燃料)燃烧，可在获得相同热量的同时，降低燃煤电厂的计算二氧化碳排放量。
10.主燃烧段还设有油风喷口，该油风喷口可向炉膛内通入风和油，燃煤锅炉系统在启动或低负荷稳燃阶段，可开启煤粉辅燃风喷口和油风喷口，油风喷口向炉膛内喷入油，以辅助煤粉燃烧，待负荷升高煤粉稳定燃烧后，油风喷口仅向炉膛内喷入风，以辅助煤粉燃烧。
11.可选地，所述煤粉还包括沿高度方向分离布置的第一风口和第二风口，所述第一风口位于所述主燃烧段的顶端，所述第二风口位于所述第一风口的上方，所述第一风口和所述第二风口分别设有用于向所述炉膛内喷入燃尽风的喷口。
12.可选地，所述主燃烧段的喷口的轴线与所述方形结构的中心之间的间距、所述第一风口的喷口的轴线与所述方形结构的中心之间的间距、所述第二风口的喷口的轴线与所述方形结构的中心之间的间距，逐渐减小。
13.可选地，还包括污泥处理器，所述污泥处理器包括干燥风源和磨粉机，所述磨粉机内设有磨辊，所述磨粉机设有污泥入口和污泥出口，所述干燥风源能够向所述磨粉机内通入干燥风；由所述污泥入口通入所述磨粉机内的污泥，能够被干燥并在所述磨辊的作用下与所述干燥风混合，且混合后的混合物能够由所述污泥出口通入所述污泥燃烧设备内。
14.可选地，所述磨粉机还设有加料口，所述加料口用于向所述磨粉机内加入石英砂或白云石。
15.可选地，所述干燥风源包括混合器以及与所述混合器连通的炉烟管和通风管，所述炉烟管能够向所述混合器内通入脱硫前炉烟，所述炉烟管设有增压风机，所述热风管设有电动调节机构和阀门。
16.可选地，所述污泥燃烧设备还包括第一分离装置，所述第一分离装置用于分离由所述污泥处理器通入的混合物，以形成浓污泥射流和稀污泥射流，所述污泥燃烧设备的污泥喷口包括用于喷射浓污泥射流的浓污泥喷口及用于喷射稀污泥射流的稀污泥喷口，所述稀污泥喷口沿所述浓污泥喷口的周向设置。
17.可选地，所述煤粉燃烧设备还包括第二分离装置，所述第二分离装置用于分离煤粉以形成浓煤粉射流和稀煤粉射流，所述煤粉燃烧设备的煤粉喷口包括用于喷射浓煤粉射流的浓煤粉喷口及用于喷射稀煤粉射流的稀煤粉喷口，所述浓煤粉喷口和所述稀煤粉喷口在同一高度并列设置，使得在所述炉膛内稀煤粉射流位于浓煤粉射流的外周。
18.可选地，所述污泥燃烧设备设有一个或两个所述污泥喷口，各所述污泥喷口的顶
端和底端分别设有所述污泥辅燃风喷口。
19.可选地，所述煤粉燃烧设备的各喷口的轴线与所述方形结构对应的对角线之间的夹角为5
°
～10
°
；
20.和/或，所述污泥燃烧设备的各喷口的轴线与所述方形结构对应的轴线之间的夹角为3
°
～7
°
。
附图说明
21.图1是本技术实施例所提供的掺烧污泥的燃煤锅炉系统的炉膛的俯视图；
22.图2是炉膛位于煤粉燃烧设备处的截面图；
23.图3是煤粉燃烧设备的各喷口的轴线布置图；图4是炉膛位于污泥燃烧设备处的截面图；
24.图5和图6是煤粉燃烧设备和污泥燃烧设备的结构示意图；
25.图7是本技术实施例所提供的掺烧污泥的燃煤锅炉系统的污泥处理器的结构示意图。
26.附图1-图7中，附图标记说明如下：
27.1-炉膛，11-边墙，12-角墙；
28.2-煤粉燃烧设备，21-主燃烧段，22-煤粉喷口，221-浓煤粉喷口，222-稀煤粉喷口，23-煤粉辅燃风喷口，24-油风喷口，25-第一风口，26-第二风口；
29.3-污泥燃烧设备，31-污泥喷口，311-浓污泥喷口，312-稀污泥喷口，32-污泥辅燃风喷口，33-浓污泥射流，34-稀污泥射流；
30.4-污泥处理器，41-干燥风源，411-混合器，412-炉烟管，413-通风管，414-增压风机，415-电动调节机构，416-阀门，42-磨粉机，43-污泥入口，44-污泥出口，45-加料口，46-磨辊。
具体实施方式
31.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细说明。
32.本技术实施例提供了一种掺烧污泥的燃煤锅炉系统，如图1-图3所示，该掺烧污泥的燃煤锅炉系统包括炉膛1、煤粉燃烧设备2和污泥燃烧设备3，其中，炉膛1的截面为方形结构，具体是由四个角墙12和四个边墙11依次间隔围合形成。其中，方形结构是指四边形结构中，相对设置的两条边的边长相等，相邻两条边的边长大致相等的结构。
33.如图1-图3所示，煤粉燃烧设备2的数量为四组，并分别设置在四个角墙12处，而炉膛1相对设置的两对边墙11中，至少一对边墙11分别设有污泥燃烧设备3，也就是说，污泥燃烧设备3的数量为两组或四组，当污泥燃烧设备3的数量为两组时，两组污泥燃烧设备3对应设置在相对设置的两个边墙11，如图1和图4所示，当污泥燃烧设备3的数量为四组时，四组污泥燃烧设备3分别设置在四个边墙11，并且污泥燃烧设备3大致位于边墙11的中间位置。
34.如图5和图6所示，煤粉燃烧设备2包括主燃烧段21，该主燃烧段21包括沿高度方向布置的，并用于向炉膛1内喷入煤粉和风的喷口，具体包括煤粉喷口22和煤粉辅燃风喷口23，其中，煤粉喷口22用于向炉膛1内内喷射喷入煤粉，煤粉辅燃风喷口23用于向炉膛内喷
入煤粉辅助燃烧风，根据煤质的不同煤粉喷口22和煤粉辅燃风喷口23可采用间隔布置或集中布置；污泥燃烧设备3位于煤粉燃烧设备2的主燃烧段21的上方，污泥燃烧设备3包括沿高度方向布置的，并用于向炉膛1内喷入污泥和风的喷口，具体包括污泥喷口31和污泥辅燃风喷口32，其中，污泥喷口31用于向炉膛1内喷入污泥，污泥辅燃风喷口32用于向炉膛1内喷入污泥辅助燃烧风。
35.在炉膛1的同一高度截面内，相对设置的两组喷口的轴线平行设置，并且方形结构的中心(指对角线的交点、两条轴线的交点)到各喷口的轴线之间的距离相等。
36.如图1和图2所示，在炉膛1的同一高度截面内，四个主燃烧段21的喷口分别位于四个角墙12处，当四个煤粉燃烧设备2的喷口同时向炉膛1内喷射(煤粉、风或油)时，射流会沿喷口的轴线喷出，如图3所示，相对设置的两个喷口的轴线平行，且方形结构的中心o到四个喷口的轴线之间的距离d1相等，每个喷口的射流在上游射流的冲击下偏转并在炉膛1内形成旋流(如图2所示)，煤粉和风在炉膛1内形成以轴线交点为中心的外环形结构流动和燃烧区。
37.同样的，污泥燃烧设备3的喷口设置与煤粉燃烧设备2的喷口设置类似，如图4所示，相对设置的两组喷口的轴线平行设置，且方形结构的中心o到四个喷口的轴线之间的距离d2相等，两组相对设置的两个喷口能够错置对冲形成旋流，由于污泥燃烧设备3喷口距离炉膛1中心距离比煤粉燃烧设备2要近得多，使得污泥主要集中在以交点为中心的内核形结构流动。
38.也就是说，煤粉的燃烧以及污泥的燃烧主要集中在炉膛1的中央区域，污泥主要在中心区域燃烧，这样就不会对炉膛1水冷壁产生影响，而污泥燃尽后由于其灰熔点相对较低，容易成液状或半液状，在互相碰撞后长大，随后掉落到炉膛1底部的冷渣设备上，不会造成炉膛1上部的屏式换热器沾污，并可避免炉膛1内受热面的结焦以及屏式受热面的结焦与腐蚀问题。同时，由于污泥的喷入位置位于主燃烧段21的上方，污泥的喷入位置远离角墙12处的煤粉的喷入位置，如此，能够降低污泥燃烧设备3对燃煤锅炉系统内燃烧稳定性造成影响。
39.因此，通过本实施例所提供的掺烧污泥的燃煤锅炉系统，可适当提高污泥的掺烧比例至15％～30％，从而有效提升污泥处理量，并且，通过更多的污泥燃烧代替煤粉(化石燃料)燃烧，可在获得相同热量的同时，降低燃煤电厂的计算二氧化碳排放量。
40.如图5和图6所示，主燃烧段21还设有油风喷口24，该油风喷口24可向炉膛1内通入风和油，燃煤锅炉系统在启动或低负荷稳燃阶段，可开启煤粉辅燃风喷口23和油风喷口24，油风喷口24向炉膛1内喷入油，以辅助煤粉燃烧，待负荷升高煤粉稳定燃烧后，油风喷口24仅向炉膛1内喷入风，以辅助煤粉燃烧。
41.具体的，本实施例中，对于方形结构的中心到各喷口的轴线之间的距离并不做限制，可根据方形结构的面积大小进行设置即可。如可将煤粉燃烧设备2的各喷口的轴线，与方形结构对应的对角线之间的夹角设置为5
°
～10
°
，具体的，煤粉燃烧设备2设置于角墙21，对应的对角线是指经过该煤粉燃烧设备2所设置的角墙21的对角线；将污泥燃烧设备3的各喷口的轴线，与方形结构对应的轴线之间的夹角为3
°
～7
°
，具体的，污泥燃烧设备3设置于边墙21，与该边墙21相对的另一侧边墙21也设置有污泥燃烧设备3，在这两个分别设置有污泥燃烧设备3的边墙21之间，连接于两个污泥燃烧设备2之间的连线为对应的轴线，与其中
任一个污泥燃烧设备3的喷口的轴线之间的夹角为3
°
～7
°
。
42.如图5和图6所示，煤粉燃烧设备2所处的角墙12处还设置有沿高度方向分离布置的第一风口25和第二风口26，其中，第一风口25设于主燃烧段21的顶端，第二风口26位于第一风口25的上方，并且第一风口25和第二风口26分别设有能够用于向炉膛1内喷入燃尽风的喷口。也就是说，煤粉主要是由主燃烧段21的喷口喷入炉膛1内，并在主燃烧段21所在位置燃烧，而未燃尽的煤粉随气流向上，并在第一风口25和第二风口26喷入空气后继续燃烧至燃尽。
43.并且，第一风口25设置在主燃烧段21的顶端，能够从顶端对煤粉气流旋转上行提供阻力，以延长煤粉在主燃烧段21内的停留时间，保证煤粉燃烧更充分。
44.如图3所示，主燃烧段21的喷口轴线l1与方形结构的中心之间的间距、第一风口25的喷口轴线l2与方形结构的中心之间的间距、第二风口26的喷口轴线l3与方形结构的中心之间的间距，逐渐减小。
45.煤粉最先在主燃烧段21燃烧，并且在此处，煤粉主要集中在炉膛1的中央区域燃烧，随着气流向上，燃烧区域的半径越来越大，因此，将第一风口25和第二风口26的喷口的轴线与中心之间的间距减小后，使得第一风口25和第二风口26的喷口喷入炉膛1内的燃尽风会更向中心集中，使得混有污泥和残余煤焦更集中在中心区域燃烧，降低对炉膛1水冷壁产生影响，也可以进一步减少炉膛1出口的烟温偏差。
46.该燃煤锅炉系统还包括污泥处理器4，该污泥处理器4是用于在将污泥喷入炉膛1内之前，先将污泥进行干燥，以降低污泥的粘性。具体的，如图7所示，该污泥处理器4包括干燥风源41和磨粉机42，其中，磨粉机42内设有磨辊46，磨粉机42设有污泥入口43和污泥出口44，干燥风源41能够向磨粉机42内通入干燥风，通过污泥入口43能够向磨粉机42内通入待干燥的污泥，在磨粉机42内，通过磨辊46混合，使得干燥风对污泥进行干燥，并且干燥风与干燥后的污泥混合形成的混合物，能够由污泥出口44排出，然后进入污泥燃烧设备3内，由污泥燃烧设备3的污泥喷口31喷入炉膛1内。
47.具体的，由污泥入口43通入磨粉机42内的待干燥污泥，可以是含水率约为30％～40％的半干化污泥，在磨粉机42内，通过干燥风能够对该半干化污泥进行进一步的干燥。由于磨粉机42内，可以对污泥进行单独干燥，并通过磨辊46对污泥进行磨粉，相较于现有技术中，将污泥和煤粉一同在磨粉机42中混合干燥来说，可以减少对现有磨粉机42的影响，同时污泥的粒径可保持相对较大，如此能够降低该磨粉机42的磨粉粒径要求，降低功耗。污泥粒径较大，可使得污泥在炉膛1中心燃烧时，火焰中心不容易上移，这样随着污泥颗粒的碰撞聚集，污泥燃烧固体残余物也更容易下落至冷渣设备上，减少固体残余物在炉膛1内随气流向上排出的情况，降低对后续受热面和环保处理设备的影响。
48.如图7所示，磨粉机42还设有加料口45，该加料口45用于向磨粉机42内加入少量石英砂，石英砂在磨粉机42内，通过磨辊46的作用，与污泥充分混合，能够防止污泥粘黏至磨辊46表面，在炉膛1内燃烧后，低熔点的污泥灰容易粘粘至石英砂的表面后，形成较大粒径的颗粒，有利于燃烧产物下落至冷渣设备上，减少向上排出量。或者，还可以通过加料口45向磨粉机42内加入白云石等高熔点颗粒物均可。
49.如图7所示，干燥风源41包括混合器411以及炉烟管412和通风管413，其中，炉烟管412用于向混合器411内通入脱硫前炉烟，炉烟管412设有增压风机414，以为炉烟管412内的
脱硫前炉烟提供动力和调节流量的作用。通风管413用于向混合器411内通入热风，该通风管413设有电动调节机构415和阀门416，用以调节经过通风管413通入混合器411内的热风量，该热风来自锅炉空预器一次风，与干燥煤粉的热风同源。干燥风的温度高于脱硫前炉烟的温度、低于热风的温度，混合器411用于将脱硫前炉烟和热风混合，并形成干燥风。
50.脱硫前炉烟中的含氧量较低，将其与热风混合后的气体作为干燥风通入磨粉机42内，能够避免污泥在磨粉机42内研磨的过程中，发生爆炸的情况，并且，脱硫前炉烟的温度相对较低，热风的温度相对较高，通过增压风机414和电动调节机构415和阀门416能够调节脱硫前炉烟和热风通入混合器411内的比例，进而对干燥风的温度以及含氧量进行调节，灵活性好。
51.具体的，本实施例中，通过调节污泥处理器4的脱硫前炉烟量、热风量以及污泥量，使得由污泥出口44排出的混合物中，含氧量约为5％～10％，温度为60℃～70℃，这样即满足了污泥初始燃烧的需要，也能够保证磨粉机42本身的防爆要求。
52.本实施例中，污泥燃烧设备3还包括第一分离装置，该第一分离装置用于分离由污泥处理器4通入的污泥和干燥风的混合物，以形成浓污泥射流33和稀污泥射流34，不难理解，浓污泥射流33的污泥浓度大于稀污泥射流34的污泥浓度。
53.如图5和图6所示，污泥喷口31包括浓污泥喷口311和稀污泥喷口312，稀污泥喷口312沿浓污泥喷口311的周向设置，其中，浓污泥射流33能够通过浓污泥喷口311喷入炉膛1内，稀污泥射流34能够由稀污泥喷口312喷入炉膛1内。
54.由于需要将污泥尽可能的集中于炉膛1中心燃烧，因此将稀污泥射流34沿浓污泥射流33的外周布置并喷入炉膛内时，能够使得浓污泥射流33不易被炉膛1内的气流吹散，浓污泥射流33具有很好的刚性，污泥很容易进入到炉膛1中心区域，该区域流速较低，不容易直接将污泥携带走，使得污泥在炉膛1中心有较长的停留时间，该区域温度并非炉内最高，但也有1100℃～1300℃，能够满足污泥的充分燃烧。
55.煤粉燃烧设备2还包括第二分离装置，该第二分离装置用于分离煤粉，使得煤粉喷口22能够向炉膛1内喷入浓煤粉射流和稀煤粉射流，不难理解，浓煤粉射流的煤粉浓度要大于稀煤粉射流的煤粉浓度。
56.如图5和图6所示，煤粉燃烧设备2的煤粉喷口22包括浓煤粉喷口221和稀煤粉喷口222，其中，221浓煤粉喷口用于向炉膛1内喷射浓煤粉射流，稀煤粉喷口222用于向炉膛1内喷射稀煤粉射流，并且，浓煤粉喷口221和稀煤粉喷口222在同一高度位置并列设置。
57.将浓煤粉喷口221和稀煤粉喷口222设置在同一高度位置，并且，当浓煤粉射流和稀煤粉射流同时喷入炉膛1内后，稀煤粉射流能够在浓煤粉射流的外周，从而在炉膛1内的同一截面由外至内形成外富氧烟气区、稀煤粉燃烧区和浓煤粉燃烧区。随着气流向上升的过程中，各区会向外扩散，当到达污泥喷口31所在高度位置时，能够在炉膛1的截面形成由外至内依次设置的富氧烟气区、稀煤粉燃烧区、浓煤粉燃烧区、污泥-煤粉混合燃烧区、浓污泥中心燃烧区，从而使得污泥燃烧的更充分，壁面区域也不容易结焦。
58.如图5和图6所示，污泥辅燃风喷口32和污泥喷口间隔设置，并且污泥燃烧设备3的顶端和底端分别设置有污泥辅燃风喷口32，即污泥喷口位于污泥燃烧设备3的中部位置，并未设置在顶端或底端。
59.根据煤质的不同，煤粉辅燃风喷口23、煤粉喷口22和油风喷口24沿高度方向错开
或集中布置，例如燃用常规烟煤可采用间隔布置的形式。具体的，对于煤粉辅燃风喷口23、煤粉喷口22和油风喷口24的数量并不做限制，可根据实际机组容量设置即可。
60.并且，主燃烧段21的底端设置有煤粉辅燃风喷口23，污泥燃烧设备3的底端设置有污泥辅燃风喷口32，能够在底部形成托底的作用，对煤粉和污泥进行阻流，防止下落太快，保证煤粉和污泥的停留时间，进而保证燃烧更充分。
61.以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。