一种污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂锅炉脱硝的方法与流程

[0001]
本发明属于城市生活垃圾处理领域与燃煤锅炉烟气脱硝技术领域，具体涉及一种污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂锅炉脱硝的方法。


背景技术：

[0002]
(1)城市污泥处理方式
[0003]
城市市政污泥来源于城市污水处理厂，原始含水率达95％-99％。随着居民生活水平的提高，污泥产量年年攀升。而污泥除含有大量的氮、磷等营养物质以外，还含有重金属、病原体、寄生虫卵、有毒有机物等有毒有害物质，如果不对污泥加以有效的处理，会严重污染环境，影响人们的身体健康。目前污泥的减量化、无害化处理方式包括填埋和焚烧，其中焚烧可以实现减量和无害化，且产生能量可以回收利用，是污泥处理的有效途径之一。
[0004]
城市污泥焚烧处理的一般方式为：首先机械脱水减量化(含水率降至65％-80％)、热干化机脱水(含水率降至30％-35％)、焚烧彻底减量化和无害化、灰渣外运。将污泥与煤在电站锅炉中掺烧发电是新的发展方向之一，但目前大多采用直接掺烧技术，由于污泥热值较低且含水量较大，所以锅炉内燃烧不稳定，锅炉效率受到影响，而且污泥掺烧比例通常小于5％，污泥消纳能力有限。另外污泥直接掺烧时会造成炉膛出口no
x
排放浓度增加，造成大气污染。
[0005]
目前另一种污泥利用的主流方式为：首先机械脱水，再热解气化，所获气体产物进行燃烧产热，固体焦/炭产物收集作产品。但污泥热干化和热解气化过程中产生的高含水气体中携带多种污染物，处置难度较大，且该气体冷凝后产生的废水处置难度也较大。另外，污泥热解产焦/炭率较低。
[0006]
(2)煤泥处理方式
[0007]
煤泥泛指煤粉含水形成的半固体物，是煤炭洗选过程中产生的副产品。煤泥具有高水分、高粘性、高持水性和低热值等诸多不利条件，在上世纪八九十年代一直以民用燃烧为主要利用途径，而不被燃煤电厂接纳。但是民用用量有限，且民用燃烧污染物完全无组织排放，造成严重空气质量问题。其次，煤泥本身作为固废对植被造成破坏，堆放场地的扬尘对周边大气造成污染，煤泥水下渗后对当地地下水也造成污染。
[0008]
随着科技发展和国家对煤泥等煤基固废资源化政策的发展，目前，煤泥资源化利用途径主要有：
①
利用煤泥制水煤浆或经过适当干燥的低热值直接燃烧发电；
②
通过将煤泥干燥脱水制成型煤，与中煤掺混作为锅炉燃料；
④
用于制备水泥活性混合材、混凝土掺合料、建筑用红砖、聚合物分体填料和轻质陶粒等大宗建材。以上三种措施均已在国内被采用并推广，其中燃烧利用是最主要的利用途径，但是大部分煤泥的固定碳含量低，硫分、灰分高，发热量低，如果大量掺烧煤泥将带来燃烧不稳定、设备磨损以及炉内硫含量提高等问题，制约大容量大掺量燃烧发电。


技术实现要素：

[0009]
针对上述问题本发明提供了一种污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂锅炉脱硝的方法，通过机械装置对污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行初步脱水，利用电厂烟气余热对半干燥污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行热解气化，将气化后气、液、固产物分别从合理的位置加入电站燃煤锅炉，利用热解气和焦炭单独或与sncr反应配合强化脱硝，并有效利用液体焦油和焦炭助燃，提高锅炉脱硝效率的同时，实现煤泥、污泥资源化清洁利用和无害化处理，实现热能充分耦合利用，经济效益和社会效益显著。
[0010]
炉内no
x
控制措施：炉内控制no
x
排放的措施有两大类，一类是在燃煤燃烧过程中的低no
x
燃烧技术，另一类是在炉内的选择性非催化还原反应sncr技术，前者控制no
x
生成，后者将no
x
还原为n2。气体再燃技术是一种较为高效的低no
x
燃烧技术，主燃料在过量空气系数大于1的主燃区进行燃烧，在主燃区上方还原区喷入co、ch4等还原性气体，在过量空气系数小于1的条件下，将no
x
还原为n2。先进再燃技术是将再燃技术与sncr技术的结合，在sncr反应中，添加co、ch4、h2等还原性气体，可以促进反应中羟基自由基生成，降低sncr反应中还原剂氨与no反应适宜温度窗口，并在一定程度上提高no还原效率。工业中常采用的还原性气体包括生物质热解气、焦炉煤气等。污泥热解主要气体产物为co2、co、h2、ch4和其它小分子碳氢化合物，另外还有液体产物焦油和固体产物污泥焦炭/半焦。通过对污泥和煤泥的预处理和热解气化，将热解气、液、固产物引入燃煤锅炉并合理地分区分级组织氧化燃烧和还原脱硝方式，结合炉内sncr反应，有望实现污泥、煤泥的高效清洁资源化利用；污泥、煤泥的大规模无害化处理和燃煤锅炉no
x
深度脱硝。同时由于燃煤锅炉内燃烧温度较高可以保证污泥产生的二噁英充分燃尽。
[0011]
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
[0012]
一种污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂锅炉脱硝的方法，包括以下步骤：
[0013]
步骤1，将城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行机械脱水，制成半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物；
[0014]
步骤2，将机械脱水后的半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物在带旋风分离器的小型流化床锅炉中进行同步脱水和热解，旋风分离器回收热解生成的污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦，热解析出的气体经过冷凝装置，收集液体产物，随后气体经过脱水装置，去除多余水分；
[0015]
步骤3，将经过除水的热解气体，或者经过除水和氨气吸收处理的热解气体通入燃煤电厂锅炉作no
x
再燃气体；或者与sncr反应结合，作sncr反应促进剂；
[0016]
步骤4，将生成的污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦粉碎后，直接或者经过氮掺杂后，送入燃煤电厂锅炉炉膛作再燃燃料还原no
x
；或者直接与冷凝回收水喷入sncr反应区，作sncr反应促进剂；
[0017]
步骤5，将步骤3收集的液体产物经过水油分离装置，分离出的水进入电厂回用水系统，分离出的焦油进行回收；
[0018]
步骤6，收集到焦油用于cfb炉时，将焦油混入一次主燃料，一同入炉燃烧；用于煤粉炉时可将收集到的液体经过富集，作点火稳燃燃料，由油枪喷入炉膛。
[0019]
进一步，所述步骤2中的脱水和热解是利用燃煤电厂锅炉的烟气余热进行，烟气烟温为500-800℃。
[0020]
进一步，所述步骤2中旋风分离器回收热解生成污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦的方式为：污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭在炉内气流中相互碰撞，起到自磨碎作用，脱水脱挥发分后的焦炭颗粒粒径减小，质量减小随气流上升，进入旋风分离器。
[0021]
进一步，所述携带焦炭/半焦颗粒进入旋风分离器后，颗粒由下口掉出分离器进入输料皮带，气体由上口离开分离器进入烟道，流入冷凝装置。
[0022]
进一步，所述步骤3中氨气吸收处理的具体方法为：采用冷凝回收的水，在吸收装置中用水吸收热解气中氨气，富集氨水。
[0023]
进一步，所述步骤3中将经过冷凝除水的热解气体，或者经过除水和氨气吸收处理的热解气通入燃煤电厂锅炉作no
x
再燃气体的方式为：用于煤粉炉时，由再燃区喷入热解气体；用于cfb炉时，由二次风位置喷入热解气体，并在二次风以上适宜位置增加燃尽风口。
[0024]
进一步，所述步骤3中将经过冷凝除水的热解气体与sncr反应结合，作sncr反应促进剂的方式为：用于煤粉炉时，由炉膛出口水平烟道处喷入热解气体和氨剂还原剂；用于cfb炉时，由旋风分离器前喷入热解气和氨剂还原剂。
[0025]
进一步，所述步骤4中焦炭/半焦颗粒粉碎至20-60μm；将粉粹后的焦炭/半焦颗粒直接，或者经过氮掺杂送入燃煤电厂锅炉炉膛作再燃燃料的方式为：用于煤粉炉时，将粉碎后的焦炭/半焦由再燃区煤粉燃烧器送入炉中；用于cfb炉时，将粉碎后的焦炭/半焦由二次风位置送入，并在二次风以上适宜位置增加燃尽风口；过剩的焦炭/半焦也可与入炉煤混合后由一次风送入炉内。
[0026]
进一步，所述步骤4中对焦炭/半焦颗粒进行氮掺杂处理的具体方法为：热解气体脱水后，采用冷凝回收水富集的氨水为氮源，常温浸泡0.5～2h，40℃烘干30min后送入再燃区作再燃脱硝剂，使经过表面氨化改性的焦炭/半焦颗粒与解析出来的nh3气体在还原区共同作用，提高再燃区no
x
去除效率。
[0027]
进一步，所述步骤4中将收集到的焦炭/半焦颗粒送入燃煤电厂锅炉与冷凝回用水一同作sncr反应促进剂的方式为：用于煤粉炉时，由炉膛出口水平烟道处喷入焦炭/半焦粉末、冷凝水和氨剂还原剂；用于cfb炉时，由旋风分离器前喷入焦炭/半焦粉末、冷凝水和氨剂还原剂。
[0028]
进一步，所述析出气体携带少量水分直接入炉，可以加速燃料燃烧；焦炭/半焦颗粒与水一同喷入sncr反应区，焦炭/半焦与水气化反应生成co，co作为促进剂拓宽sncr适宜反应温度窗口，提高脱硝效率。
[0029]
与现有技术相比本发明具有以下优点：
[0030]
1.污泥、煤泥含水量大，直接燃烧困难，采用先热解，后入炉的方式，改变直接掺烧为用作燃煤锅炉脱硝剂，合理利用其热解气、液、固产物，既可以保证炉膛内燃烧的稳定性，又可以提高锅炉脱硝效率，降低sncr和scr脱硝设备脱硝压力，在高效利用煤泥、污泥的同时，实现了污泥、煤泥的大规模减量化、无害化处理。
[0031]
2.污泥先通过压滤机初步脱水后，利用锅炉系统自身烟道气余热进行进一步干燥和热解，可以节约热能，实现烟气热能多级利用和能量耦合。
[0032]
3.在炉膛主燃区上方送入还原性热解气和细焦炭/半焦粉末，可以还原主燃区生成的no
x
，减少炉膛出口no
x
排放量，降低sncr、scr脱硝压力。
[0033]
4.热解收集到焦油用于助燃、稳燃，其中能量得到有效利用的同时，使污泥、煤泥
全部热解产物得到完全利用，由于燃煤锅炉内温度较高，可以保证二噁英等完全氧化，并与锅炉烟气一同经过后续污染物处理设备，最终实现清洁排放；
[0034]
5.热解析出的气体脱水后，经过洗气装置吸收nh3，富集的吸收液可以对焦炭/半焦颗粒进行氮掺杂处理，使焦炭/半焦颗粒表面经过氨化改性生成大量含氮官能团，提高焦炭还原效率，同时与表面脱附出来的nh3在还原区共同作用，提高再燃区no
x
去除效率；
[0035]
6.热解析出气体携带少量水分直接入炉，可以加速燃料燃烧；焦炭/半焦颗粒与水一同喷入sncr反应区，焦炭/半焦与水气化反应生成co可以强化sncr脱硝反应。
附图说明
[0036]
图1是本发明实施例1的系统运行示意图；
[0037]
图2是本发明实施例2的系统运行示意图；
[0038]
图3是本发明实施例3的系统运行示意图；
[0039]
图4是本发明实施例4的系统运行示意图；
[0040]
图5是本发明实施例5的系统运行示意图；
[0041]
图6是本发明实施例6的系统运行示意图。
具体实施方式
[0042]
实施例1
[0043]
参考图1，污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂切圆煤粉锅炉脱硝的方法，包括如下步骤：
[0044]
步骤1，将城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行机械脱水，制成半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物；
[0045]
步骤2，将机械脱水后的半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物在带旋风分离器的小型流化床锅炉中，利用燃煤电厂锅炉烟温为500℃的烟气提供热源，进行同步脱水和热解。旋风分离器回收热解生成污泥/煤泥或其二者混合物焦炭/半焦，固体大颗粒在炉内气流中相互碰撞，起到自磨碎作用，脱水脱挥发分后的焦炭颗粒粒径减小，质量减小随气流上升，进入旋风分离器，颗粒由下口掉出分离器进入输料皮带。热解析出的气体由旋风分离器上口离开分离器进入烟道，流入冷凝装置，收集液体产物(液体产物经过水油分离装置，分离出的水进入电厂回用水系统，分离出的焦油进行回收)，随后气体经过脱水装置，吸收气体中多余水分；
[0046]
步骤3，将经过冷凝除水后，含有少量水、少量氨气、大量co等组分的热解气体通入燃煤电厂切圆煤粉锅炉，由再燃区喷入热解气体，作no
x
再燃气体；
[0047]
步骤4，将生成的污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦粉碎至20μm后，送入燃煤电厂切圆煤粉锅炉炉膛再燃区作再燃燃料还原no
x
；
[0048]
步骤5，收集到焦油经过富集，作点火稳燃燃料，由油枪喷入炉膛。
[0049]
实施例2
[0050]
参考图2，污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂切圆煤粉锅炉脱硝的方法，可以进行焦炭表面渗氮改性，包括如下步骤：
[0051]
步骤1，将城市生活污污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行机械脱水，制成半干城
市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物；
[0052]
步骤2，将机械脱水后的半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物在带旋风分离器的小型流化床锅炉中，利用燃煤电厂锅炉烟温为600℃的烟气提供热源，进行同步脱水和热解。旋风分离器回收热解生成污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦，固体大颗粒在炉内气流中相互碰撞，起到自磨碎作用，脱水脱挥发分后的焦炭颗粒粒径减小，质量减小随气流上升，进入旋风分离器，颗粒由下口掉出分离器进入输料皮带。热解析出的气体由旋风分离器上口离开分离器进入烟道，流入冷凝装置，收集液体产物(液体产物经过水油分离装置，分离出的水和焦油)，分离出的焦油进行回收，分离出的水作吸收剂吸收气体中水溶性组分nh3；
[0053]
步骤3，将经过冷凝除水和进一步吸收nh3后的热解气体通入燃煤电厂切圆煤粉锅炉，由再燃区喷入热解气体，作no
x
再燃气体；
[0054]
步骤4，采用富集的吸收液对粉碎至30μm的焦炭/半焦粉末进行氮掺杂处理，常温浸泡0.5～2h，40℃烘干30min后送入燃煤电厂切圆煤粉锅炉炉膛再燃区作再燃燃料还原no
x
，使经过表面氨化改性的焦炭/半焦颗粒与脱附出来的nh3气体在还原区共同作用，提高再燃区no
x
去除效率；
[0055]
步骤5，收集到焦油经过富集，作点火稳燃燃料，由油枪喷入炉膛。
[0056]
实施例3
[0057]
参考图3，污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂切圆煤粉锅炉脱硝的方法，可以进一步与sncr反应结合，包括如下步骤：
[0058]
步骤1，将城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行机械脱水，制成半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物；
[0059]
步骤2，将机械脱水后的半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物在带旋风分离器的小型流化床锅炉中，利用燃煤电厂锅炉烟温为800℃的烟气提供热源，进行同步脱水和热解。旋风分离器回收热解生成污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦，固体大颗粒在炉内气流中相互碰撞，起到自磨碎作用，脱水脱挥发分后的焦炭颗粒粒径减小，质量减小随气流上升，进入旋风分离器，颗粒由下口掉出分离器进入输料皮带。热解析出的气体由旋风分离器上口离开分离器进入烟道，流入冷凝装置，收集液体产物(液体产物经过水油分离装置，分离出水和焦油)，分离出的焦油进行回收，分离出的水作吸收剂，吸收气体中水溶性组分(nh3)；
[0060]
步骤3，将经过冷凝除水和吸收nh3后的热解气体通入燃煤电厂切圆煤粉锅炉，和氨剂还原剂一同喷入炉膛燃尽风上方，大屏下位置，形成先进再燃体系，提高sncr脱硝效率；
[0061]
步骤4，采用富集的吸收液对粉碎至30μm的焦炭/半焦粉末进行氮掺杂处理，常温浸泡0.5～2h，40℃烘干30min后送入燃煤电厂切圆煤粉锅炉炉膛再燃区作再燃燃料还原no
x
，使经过表面氨化改性的焦炭/半焦颗粒与脱附出来的nh3气体在还原区共同作用，提高再燃区no
x
去除效率；
[0062]
步骤5，收集到焦油经过富集，作点火稳燃燃料，由油枪喷入炉膛。
[0063]
实施例4
[0064]
参考图4，污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂循环流化床锅炉脱硝的方法，包括如
下步骤：
[0065]
步骤1，将城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行机械脱水，制成半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物；
[0066]
步骤2，将机械脱水后的半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物在带旋风分离器的小型流化床锅炉中，利用燃煤电厂锅炉烟温为700℃的烟气提供热源，进行同步脱水和热解，旋风分离器回收热解生成污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦，固体大颗粒在炉内气流中相互碰撞，起到自磨碎作用，脱水脱挥发分后的焦炭颗粒粒径减小，质量减小随气流上升，进入旋风分离器，颗粒由下口掉出分离器进入输料皮带。热解析出的气体由旋风分离器上口离开分离器进入烟道，流入冷凝装置，收集液体产物(液体产物经过水油分离装置，分离出的水进入电厂回用水系统，分离出的焦油进行回收)，随后进一步冷凝除水降低热解气含水量；
[0067]
步骤3，将经过冷凝除水后的热解气体通入燃煤电厂循环流化床锅炉，由二次风位置喷入热解气体，作no
x
再燃气体并在二次风以上2-6m合适位置增加燃尽风口；
[0068]
步骤4，将生成的污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦粉碎至50μm后，送入燃煤电厂循环流化床锅炉炉膛，由二次风位置送入，作no
x
再燃气体并在二次风以上2-6m合适位置增加燃尽风口；
[0069]
步骤5，收集到焦油经过富集，作点火稳燃燃料，由油枪喷入炉膛。
[0070]
实施例5
[0071]
参考图5，污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂循环流化床锅炉脱硝的方法，进一步热解气体与sncr反应结合，并对焦炭表面渗氮改性后作再燃燃料，包括如下步骤：
[0072]
步骤1，将城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行机械脱水，制成半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物；
[0073]
步骤2，将机械脱水后的半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物在带旋风分离器的小型流化床锅炉中，利用燃煤电厂锅炉烟温为520℃的烟气提供热源，进行同步脱水和热解。旋风分离器回收热解生成污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物焦炭/半焦，固体大颗粒在炉内气流中相互碰撞，起到自磨碎作用，脱水脱挥发分后的焦炭颗粒粒径减小，质量减小随气流上升，进入旋风分离器，颗粒由下口掉出分离器进入输料皮带。热解析出的气体由旋风分离器上口离开分离器进入烟道，流入冷凝装置，收集液体产物(液体产物经过水油分离装置，分离出水和焦油)，分离出的焦油进行回收，分离出的水作吸收剂，吸收气体中水溶性组分(nh3)；
[0074]
步骤3，将经过冷凝除水和水溶液吸收nh3后的热解气体通入燃煤电厂循环流化床锅炉，和氨剂还原剂一同喷入炉膛水平烟道，形成先进再燃体系，提高sncr脱硝效率；
[0075]
步骤4，采用富集的氨气吸收液对粉碎至55μm的焦炭/半焦粉末进行氮掺杂处理，常温浸泡0.5～2h，40℃烘干30min后送入燃煤电厂循环流化床锅炉炉膛，由二次风位置送入，作no
x
再燃气体，并在二次风以上2-6m合适位置增加燃尽风口。使经过表面氨化改型的焦炭/半焦颗粒与解析出来的nh3气体在还原区共同作用，提高再燃区no
x
去除效率；
[0076]
步骤5，收集到焦油经过富集，作点火稳燃燃料，由油枪喷入炉膛。
[0077]
实施例6
[0078]
参考图6，污泥煤泥协同资源化用于燃煤电厂循环流化床锅炉脱硝的方法，热解焦
炭/半焦可以与sncr反应结合，包括如下步骤：
[0079]
步骤1，将城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物进行机械脱水，制成半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物；
[0080]
步骤2，将机械脱水后的半干城市生活污泥或煤泥或者污泥煤泥混合物在带旋风分离器的小型流化床锅炉中，利用燃煤电厂锅炉烟温为780℃的烟气提供热源，进行同步脱水和热解。旋风分离器回收热解生成污泥/煤泥或其二者混合物焦炭/半焦，固体大颗粒在炉内气流中相互碰撞，起到自磨碎作用，脱水脱挥发分后的焦炭颗粒粒径减小，质量减小随气流上升，进入旋风分离器，颗粒由下口掉出分离器进入输料皮带。热解析出的气体由旋风分离器上口离开分离器进入烟道，流入冷凝装置，收集液体产物(液体产物经过水油分离装置，分离出的水进入电厂回用水系统，分离出的焦油进行回收)，随后进一步冷凝脱水；
[0081]
步骤3，将经过冷凝除水后的热解气体通入燃煤电厂循环流化床锅炉，由二次风位置喷入热解气体，作no
x
再燃气体并在二次风以上2-6m合适位置增加燃尽风口；
[0082]
步骤4，将生成的污泥/煤泥或其二者混合物焦炭/半焦粉碎至25μm后，与冷凝回收水共同喷入燃煤电厂循环流化床锅炉旋风分离器前，作氨剂还原剂的促进剂，形成先进再燃体系，提高sncr脱硝效率；
[0083]
步骤5，收集到焦油经过富集，作点火稳燃燃料，由油枪喷入炉膛。
[0084]
以上内容仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本技术领域的普通技术人员对于本发明的技术方案做出的若干简单推演或者替换，只要不脱离本发明的构思，均应当视为本发明的保护范围。

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