基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法，将煤化工污水蒸发浓 缩为结晶物后加入锅炉中进行掺烧，并综合考虑沾污结渣、高温氯腐蚀，计算煤化工含盐污 水最大处理量，以保证锅炉的安全经济运行，属于污水处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 煤化工需要消耗大量的水，典型煤化工污水中含有各类难以降解的有机物多达 130种，其主要成分包括C0D(2000~4000mg/L)，氨氮（200~500mg/L)，总酚质量浓度为300 ~1000mg/L，挥发酸质量浓度为50~300mg/L，同时还含有氰化物、硫氰化物、多环芳香族化 合物及杂环化合物等有毒有害物质。除此之外，煤化工污水中还含有各类可溶性无机盐(结 晶盐），具体含量取决于煤中的矿物质成分，但主要以钠盐等碱金属盐为主，上述无机盐虽 然产量较大，但纯度不高，商业价值很低，有关锅炉积灰和结渣的研究表明，钠等碱金属的 存在对锅炉沾污结渣有重要影响，并且还是降低煤灰烧结温度、加快煤灰烧结速率及增大 烧结强度和引起管壁腐蚀的重要原因。混有各种有机物的含盐污水的规模化处理成为影响 煤化工项目建设和运行经济性的主要障碍。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法。将煤化工污水蒸发浓 缩为结晶物后加入锅炉中进行掺烧，其能在高温燃烧环境中有效处理掉结晶物中的各类有 机物，煤灰又能将结晶物中以碱金属盐为主的无机盐固化下来，从而解决含盐污水的规模 化处理问题。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] -种基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法，其特征在于：
[0006] 1)将含盐污水通过结晶设备处理，形成固态结晶物，将结晶物加入炉膛进行掺烧；
[0007] 2)计算煤化工含盐污水最大处理量：
[0008] Q=Msait/w①
[0009] 式中：
[0010] MSait=min(Csmsait, 0.003mc〇aiCci, 0.0148Aarmc〇ai)②
[0011] 其中，Q为煤化工含盐污水最大处理量;Msalt为综合考虑沾污、氯腐蚀及实验数据 得到的掺烧含盐污水结晶物中碱金属盐的极限含量;(^=(仏/%+0.5咏鳥），仏为似 20中似 元素的质量分数，N2表示含盐污水结晶物中钠盐中的Na元素质量分数，N3为K20中K元素的质 量分数，Ν4表示含盐污水结晶物中钾盐中Κ元素的质量分数;msalt为只考虑沾污结渣风险得 至IJ的掺烧以Na20+0.5K20为成分的含盐污水结晶物中碱金属盐最大含量;Ccl =l/Ncl，其中NC1 表不含盐污水中Cl元素与碱金属盐的比值;mcoal表不锅炉煤耗量;Aar表不煤的灰分含量;W 表示煤化工含盐污水中碱金属盐质量分数。
[0012]当只考虑沾污结渣风险得到的掺烧以Na20+0.5K20为成分的含盐污水结晶物中碱 金盐的最大含量用下式计算：
[0013]
[0014]灰中钠盐当量S=Na20+0.5K20(%);煤中钠盐极限固定值的计算方法：
[0015] R = (A-BVdaf) (Na20+CK2〇)〈Riimt④
[0016]煤灰钠盐极限值为Siimit=Riimit/(A-BVdaf)(%);mcciai为锅炉耗煤量;R为煤中钠盐 极限固定值;为煤中钠盐极限固定值的极限值；
[0017]常数A、B是衡量煤种对钠盐固定极限值影响大小的模型参数;C是衡量K20对钠盐 固定极限值影响的当量常数;Vdaf为干燥无灰基挥发分含量;Na20和Κ20分别表示这两种氧化 物在煤灰中所占的质量分数。
[0018]上述技术方案中，将结晶物加入炉膛掺烧的方式为:对循环流化床锅炉，将结晶物 加入到石灰石仓中，随石灰石进入炉膛;对煤粉锅炉，将结晶物加入到磨煤机中，随煤粉进 入炉膛。
[0019]本发明具有以下优点及突出性效果:①本发明在保证锅炉安全运行的条件下将煤 化工污水蒸发结晶为结晶物后加入锅炉中进行掺烧，在高温燃烧环境中有效处理掉结晶物 的各类有机物以及大量无机盐，从而解决含盐污水的规模化处理问题，实用性强;②本发明 几乎不影响锅炉运行性能，成本主要在于蒸发结晶过程，极大的降低了煤化工污水处理成 本，经济性好;③本方法综合考虑锅炉掺烧引发的沾污结渣风险，氯腐蚀风险及实验数据得 到锅炉处理碱金属盐量的最终计算方法，具有良好的理论基础;④掺烧煤化工污水生成的 结晶物几乎无需对锅炉进行改造，便于日后设备维修和更换，运行成本低。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明提供的以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉的结构简图。
[0021 ] 1 一结晶设备;2-给料设备;3-预混设备;4 一锅炉。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图进一步说明本发明的原理、具体结构及最佳实施方式。
[0023]将煤化工污水蒸发浓缩为结晶物后加入锅炉中进行掺烧，其特征在于将结晶设备 1处理形成的固态结晶物通过给料设备2添加到预混设备3中，对循环流化床锅炉，预混设备 3可为石灰石仓，此时，结晶物随石灰石进入锅炉4进行掺烧;对煤粉锅炉，预混设备可为磨 煤机，此时，结晶物随煤粉进入锅炉4进行掺烧。预混设备3可为锅炉给料设备中任意设备， 不限于建议的设备。
[0024]煤化工含盐污水最大处理量通过计算得到。煤化工含盐污水处理量主要受碱金属 含量制约，分析含盐污水中碱金属赋存形式，通过式③和式④计算以Na20+0.5K20为成分的 含盐污水结晶物中碱金属盐极限含量msalt，综合考虑沾污、氯腐蚀及实验数据得到锅炉含 盐污水结晶物中碱金属盐极限含量Msalt，由结晶物中碱金属盐占原含盐污水的质量分数计 算得到不同浓度的含盐污水最大处理量，计算过程如下：
[0025]煤化工含盐污水最大处理量：
[0026] Q=Msait/w①
[0027] 式中：
[0028] Msait=min(CsmSait, 0.003mc〇aiCci, 0.0148Aarmc〇ai)②
[0029] 其中，Q为煤化工含盐污水最大处理量;Msalt为综合考虑沾污、氯腐蚀及实验数据 得到的掺烧含盐污水结晶物中碱金属盐的极限含量;(^=(他/%+0.5犯鳥），他为似 20中似 元素的质量分数，N2表示含盐污水结晶物中钠盐中的Na元素质量分数，N3为K2〇中K元素的质 量分数，Ν4表示含盐污水结晶物中钾盐中Κ元素的质量分数;msalt为只考虑沾污结渣风险得 至IJ的掺烧以Na20+0.5K20为成分的含盐污水结晶物中碱金属盐最大含量;Cci=l/Nci，其中NC1 表不含盐污水中Cl元素与碱金属盐的比值;mcoal表不锅炉煤耗量;Aar表不煤的灰分含量;W 表示煤化工含盐污水中碱金属盐质量分数。
[0030]
[0031]灰中钠盐当量S=Na20+0.5K20(%);煤中钠盐极限固定值的计算方法：
[0032] R= (A-BVdaf)(Na20+CK2〇)<Riimt④
[0033]煤灰钠盐极限值为Siimit=Riimit/(A-BVdaf)(%);mcciai为锅炉耗煤量;R为煤中钠盐 极限固定值;Rumit为煤中钠盐极限固定值的极限值，当R高于Rumit时，认为煤中钠盐超过最 大固定能力，该煤灰在锅炉运行中就会存在积灰沾污问题。
[0034] 常数A、B是衡量煤种对钠盐固定极限值影响大小的模型参数;C是衡量K20对钠盐 固定极限值影响的当量常数;Vdaf为干燥无灰基挥发分含量;Na20和Κ20分别表示这两种氧化 物在煤灰中所占的质量分数。
[0035] 本发明具有以下优点及突出性效果:①本发明在保证锅炉安全运行的条件下将煤 化工污水蒸发浓缩为结晶物后加入锅炉中进行掺烧，在高温燃烧环境中有效处理掉结晶物 的各类有机物以及大量无机盐，从而解决含盐污水的规模化处理问题，实用性强;②本发明 几乎不影响锅炉运行性能，成本主要在于蒸发结晶过程，极大的降低了煤化工污水处理成 本，经济性好;③本方法综合考虑锅炉掺烧引发的沾污结渣风险，氯腐蚀风险及实验数据得 到锅炉处理碱金属盐量的最终计算方法，具有良好的理论基础;④掺烧煤化工污水生成的 结晶物几乎无需对锅炉进行改造，便于日后设备维修和更换，运行成本低。
[0036]本发明提供了一种基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法，具有实用性强，经 济性好，具有良好的理论基础，运行成本低的特点。适用于高碱金属含量的煤化工污水的规 模化处理。
【主权项】
1. 基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法，其特征在于： 1) 将含盐污水通过结晶设备（1)处理，形成固态结晶物，将结晶物加入炉膛进行掺烧； 2) 计算煤化工含盐污水最大处理量： Q = Msalt/w ① 式中：其中，Q为煤化工含盐污水最大处理量;Msalt*综合考虑沾污、氯腐蚀及实验数据得到的 掺烧含盐污水结晶物中碱金属盐的极限含量;(^ =(他/%+0.5犯/^4)，他为似2〇中似元素的 质量分数，N2表示含盐污水结晶物中钠盐中的Na元素质量分数，N3为K2〇中K元素的质量分 数，Ν 4表示含盐污水结晶物中钾盐中Κ元素的质量分数;m-为只考虑沾污结渣风险得到的 掺烧以Na2〇+0.5Κ2〇为成分的含盐污水结晶物中碱金属盐最大含量;Cci = 1/Nci,其中Nci表不 含盐污水中Cl元素与碱金属盐的比值;mcoal表不锅炉煤耗量;Aar表不煤的灰分含量;W表不 煤化工含盐污水中碱金属盐质量分数。2. 按照权利要求1所述的基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法，其特征在于：灰中钠盐当量S = Na20+0.5K20(%);煤中钠盐极限固定值的计算方法： R= (A-BVdaf) (Na20+CK2〇)<Riimt ④ 煤灰钠盐极限值为Siimit = Riimit/ (A-BVdaf) ( % ); m_i为锅炉耗煤量;R为煤中钠盐极限 固定值;为煤中钠盐极限固定值的极限值； 常数A、B是衡量煤种对钠盐固定极限值影响大小的模型参数;C是衡量K20对钠盐固定极 限值影响的当量常数;Vdaf为干燥无灰基挥发分含量;Na20和Κ20分别表示这两种氧化物在煤 灰中所占的质量分数。3. 按照权利要求1所述的基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法，其特征在于:将结 晶物加入炉膛掺烧的方式为:对循环流化床锅炉，将结晶物加入到石灰石仓中，随石灰石进 入炉膛;对煤粉锅炉，将结晶物加入到磨煤机中，随煤粉进入炉膛。
【专利摘要】一种基于炉内燃烧处理煤化工含盐污水的方法，属于污水处理技术领域。该方法是将含盐污水首先通过结晶设备处理，形成结晶物，将结晶物加入锅炉中进行掺烧，并综合考虑了沾污结渣、高温氯腐蚀，由结晶物中碱金属盐占原含盐污水的质量分数计算出不同浓度含盐污水中最大处理量，在高温燃烧环境中有效处理掉含盐污水结晶物中的各类有机物以及大量无机盐，从而解决含盐污水的规模化处理问题。本发明在保证锅炉的安全经济运行且锅炉热效率下降可接受的情况下，极大的降低了煤化工污水处理成本，适用于高碱金属含量的煤化工污水的处理。
【IPC分类】C02F103/34, F23G7/00, C02F101/10, C02F1/04
【公开号】CN105439231
【申请号】CN201510971171
【发明人】史航, 吴玉新, 吕俊复, 张海
【申请人】清华大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月22日