一种焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统及其工作方法与流程

[0001]
本发明属于流化床锅炉技术领域，具体涉及一种焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统及其工作方法。


背景技术：

[0002]
近年来，风电行业保持了持续快速发展的特点。从另一个角度看，废旧叶片的综合处置值得关注。由于风机的使用寿命多为20年，从今年起，逐渐达到质保期限的风机将不可避免地被淘汰或是进行提质增效(如叶片更换等)改造，随之而来的是大量淘汰叶片，加上在风机运行中出现的折断叶片，还有叶片企业的生产边角废料(如脱模布、导流网与真空膜等)，共同构成了需要综合环保处置的废旧叶片(统称)。
[0003]
机组容量的增大也带动了叶片的大型化，随之而来的是叶片重量的大幅增加。就先有风电机组而言，单台机组产生的废旧叶片其重量也不可忽视。例如，2mw的3叶片风机，其叶片总重高达7～8吨。2020年预计将有近5万吨废旧叶片产生，而在2034年预计将达到20万吨。
[0004]
在材料上，风机叶片仍主要由纤维增强材料(如玻璃纤维与碳纤维)、塑料聚合物(聚酯与环氧乙烯树脂)、夹心材料(pvc、pet或巴沙木)和涂层(聚氨酯)等复合材料制成，传统材料(如合金钢、铝合金等)已不再使用。作为风机叶片的主要材料，复合材料占叶片重量比例已超过90％。由于复合材料占比较大，从原料回收利用的角度，分离并回收各复合材料并循环利用，是最优方式。但就目前而言，大规模叶片材料回收技术尚不成熟，未能将纤维与聚合物树脂充分分离。加之，由于叶片长度较大，业界主要用胶粘方式连接分段式叶片，每生产一个叶片就要使用50到300千克的胶粘剂(如环氧胶粘剂、聚氨酯胶粘剂等)，粘胶的使用也增加了分离难度，成为了阻碍风机叶片大规模回收利用的关键。从废旧叶片量与材料组成上看，若无妥当处置，每年大量废弃叶片的出现将对环境造成较大的压力。
[0005]
实际上，不管是纤维或树脂类复合材料，还是有机粘胶，总体上都具有可燃性能，将废旧叶片视为可燃废弃物进行燃烧处理，在高效低成本的叶片材料分离技术大规模应用之前，不失为能有效处置废旧叶片堆集、缓解甚至消除其对环保压力的有效手段。在德国，建设有专门用以焚烧废旧叶片的焚烧炉。从经济性出发，虽然废旧叶片总量巨大，但分布于全球各地，从运输成本等方面考虑可排除专门设计建造焚烧炉用于集中焚烧处置中国所有废弃叶片的可能性。


技术实现要素：

[0006]
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统及其工作方法，系统结构合理，对原有cfb锅炉系统改动小，充分利用了废旧叶片的热值，实现了废旧叶片的集中、无害化与资源化处置。
[0007]
本发明通过以下技术方案来实现：
[0008]
本发明公开了一种焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统，包括破碎装置、除铁装
置、输送装置、粉碎装置、第一引风机、二次风机、循环流化床锅炉、旋风分离器、返料系统和烟气尾气处理系统；
[0009]
循环流化床锅炉的二次风口通过二次风管道与二次风机连接；破碎装置与除铁装置连接，除铁装置与输送装置连接，输送装置与粉碎装置连接，粉碎装置通过输送管道与二次风管道连接，输送管道上设有第一引风机；循环流化床锅炉的烟气出口通过水平烟道与旋风分离器的入口连接，旋风分离器的上端出口与烟气尾气处理系统连接；旋风分离器的底部出口通过立管与返料系统连接，返料系统与循环流化床锅炉的返料入口连接。
[0010]
优选地，烟气尾气处理系统包括依次连接的尾部烟道、除尘器、脱硫塔、第二引风机和烟囱；尾部烟道内设有省煤器和空气预热器。
[0011]
进一步优选地，除尘器为布袋除尘器。
[0012]
优选地，进入破碎装置的废旧叶片的尺寸为2～3m。
[0013]
优选地，经破碎装置处理得到的废旧叶片颗粒的尺寸为2～5cm。
[0014]
优选地，经粉碎装置处理得到的废旧叶片的粉末的平均粒度为3～5mm。
[0015]
优选地，连接粉碎装置与二次风管道之间的输送管道的管径为200～400mm。
[0016]
本发明公开的上述焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统的工作方法，包括：
[0017]
经过预处理的段状废旧叶片进入破碎装置破碎成块状颗粒后进入除铁装置，在除铁装置中去除金属杂质，然后经输送装置进入粉碎装置，进一步粉碎成粉末后进入输送管道，在第一引风机的作用下进入二次风管道，最终由二次风口进入循环流化床锅炉的炉膛内进行掺烧；燃烧的废旧叶片粉末被烟气携带向上，经过水平烟道进入旋风分离器，较大的颗粒经圆周旋转与碰撞，落入底部的立管，经返料系统返回至炉膛内继续燃烧；烟气进入烟气尾气处理系统进行后续处理。
[0018]
优选地，废旧叶片粉末的掺烧比例小于1.5％。
[0019]
优选地，输送管道内的风速为20～25m/s。
[0020]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0021]
几乎每个城市都存在有数量不等的不同容量的循环流化床(cfb)锅炉，利用cfb锅炉燃烧温度低、燃料适应性广、污染物排放水平低等特性，对废旧叶片进行焚烧处置，利用叶片中可燃材料的热值，不可燃材料如玻璃纤维等在炉膛高温环境中转变为灰渣，由于掺烧风机叶片比例小，玻璃纤维等存在对灰或渣的品质影响有限，不影响灰渣的下游综合利用，而焚烧处置叶片产生的烟气与燃煤烟气可一并利用锅炉配备的烟气污染物脱除装置实现烟气达标排放，是一个高效可行的废旧叶片无害化处置方式。
[0022]
本发明公开的一种焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统，借助于cfb锅炉系统，实现了废旧叶片的资源化与无害化综合利用。设计了废旧叶片初步破碎、深度粉碎与气力输送系统，将其通过cfb锅炉的二次风口送入炉膛焚烧处置，并且结合cfb锅炉固有的尾气处理系统，实现焚烧处置烟气的达标排放。充分利用了废旧叶片有机材料的热值，烟气利用cfb锅炉的环保设备实现达标排放，玻璃纤维形成飞灰或底渣，实现了废旧叶片的集中、无害化与资源化处置。该系统既可有效处理附近cfb锅炉电厂较大范围区域内的淘汰叶片、折断叶片与叶片企业的叶片生产边角料，又充分利用叶片材料的燃料属性，由于废旧叶片处理量相比燃煤量较小，对cfb锅炉的整体运行、烟气污染物脱除与飞灰/底渣综合利用的影响较小，甚至可以忽略。在叶片材料综合回收利用技术成熟并大规模利用前，是理想又有效
的替代方案，尤其适用于离cfb锅炉电厂距离小、长距离运输等成本较高的情况，可收获显著的环保与社会效益。
[0023]
进一步地，系统利用cfb锅炉成熟的烟气脱硫、脱硝与除尘系统，实现焚烧处置烟气的达标排放，实现无害化处理。
[0024]
更进一步地，采用布袋除尘器，除尘效率高。
[0025]
进一步地，进入破碎装置的废旧叶片的尺寸为2～3m，一方面便于之前的运输，另一方面，方便破碎装置进行破碎处理。
[0026]
进一步地，经破碎装置处理得到的废旧叶片颗粒的尺寸为2～5cm，便于系统输送和后续的粉碎处理，综合提高了系统的效率。
[0027]
进一步地，经粉碎装置处理得到的废旧叶片的粉末的平均粒度为3～5mm，便于进行气力输送，且有利用在炉膛中充分燃烧。
[0028]
进一步地，由于废旧叶片粉末的掺烧比例小，连接粉碎装置与二次风管道之间的输送管道采用200～400mm左右的管径就能够实现废旧叶片粉末的高效输送，管道直径结合输运气速与废旧叶片处理量具体确定，可减少设备投入。
[0029]
本发明公开的上述焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统的工作方法，充分利用了废旧叶片的热值，实现了废旧叶片的集中、无害化与资源化处置，具有显著的经济效益和环保效益。
[0030]
进一步地，废旧叶片粉末的掺烧比例小于1.5％，减小对cfb锅炉整体运行的影响。
[0031]
进一步地，由于废旧叶片处理量相比燃煤量较小，连接管道的直径和引风机的风量可选用较低水平，保证输送管道内风速在20～25m/s，在该风速水平下，废旧叶片粉末可被高速气流充分裹挟，实现气力输送。
附图说明
[0032]
图1为本发明的焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统的整体结构示意图。
[0033]
图中：1为破碎装置；2为除铁装置；3为输送装置；4为粉碎装置；5为第一引风机；6为二次风管道；7为二次风机；8为循环流化床锅炉；9为水平烟道；10为旋风分离器；11为立管；12为返料系统；13为尾部烟道；14为省煤器；15为空气预热器；16为除尘器；17为脱硫塔；18为第二引风机；19为烟囱。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
[0035]
如图1，本发明的焚烧废旧叶片的循环流化床锅炉系统，循环流化床锅炉8的二次风口通过二次风管道6与二次风机7连接；破碎装置1与除铁装置2连接，除铁装置2与输送装置3连接，输送装置3与粉碎装置4连接，粉碎装置4通过输送管道与二次风管道6连接，输送管道上设有第一引风机5；循环流化床锅炉8的烟气出口通过水平烟道9与旋风分离器10的入口连接，旋风分离器10的上端出口依次连接尾部烟道13、除尘器16、脱硫塔17、第二引风机18和烟囱19；尾部烟道13内设有省煤器14和空气预热器15。旋风分离器10的底部出口通过立管11与返料系统12连接，返料系统12与循环流化床锅炉8的返料入口连接。
[0036]
优选地，输送装置3采用皮带输送器；除尘器16采用布袋除尘器；
[0037]
废旧叶片从风电场和叶片企业集中收集后，做初步处理(如分割成2～3米长的段状)以方便运输，运输至循环流化床锅炉电厂空地处临时存放。需要焚烧处置时，将段状叶片搬运并送入破碎装置1，通过破碎装置1内相互咬合切割的机械结构，将叶片初步破碎成平均长度为2～5cm的块状原料，块状原料从破碎装置1出口排出后掉入下游的除铁装置2，利用内设电磁吸附系统吸附破碎原料内的金属件(如小型螺栓等)。在除铁装置2出口的下方布置具有一定角度的皮带输送器，将块状原料提升至粉碎装置4的入口处，粉碎装置4进一步将块状原料粉碎为平均粒度在3～5mm的粉末，可直接入炉参与焚烧。
[0038]
连接粉碎装置4和小型的第一引风机5用一定直径(如dn200～400mm)的管道连接，管道内风速在20～25m/s，可顺利将叶片粉末裹挟，实现实力输送。
[0039]
第一引风机5下游直接连接二次风管道6，叶片粉末将通过二次风管道6经布置于炉膛壁面的二次风口进入循环流化床锅炉8的炉膛。
[0040]
在循环流化床锅炉8的炉膛内高温(850～980℃)且含氧(锅炉过量空气系数在1.10～1.25)环境中，叶片粉末的有机材料快速受热并着火燃烧，而玻璃纤维等在高温且高颗粒浓度的碰撞环境中，将融化成细小颗粒，形成飞灰或底渣。
[0041]
在cfb锅炉炉膛内自下而上的中心气流环境中，燃烧的叶片粉末被烟气携带向上，经过水平烟道9进入旋风分离器10，在旋风分离器10内，较大的颗粒经圆周旋转与碰撞，落入底部的立管11，经返料系统12返回至炉膛内继续燃烧。该过程将重复多次，在叶片粉末内的有机材料被充分燃烧后，剩余的细小颗粒主要含有玻璃纤维，被烟气携带着离开旋风分离器10，进入尾部烟道13。
[0042]
由于叶片掺烧比例较小，主要由燃煤产生的大量烟气在尾部烟道13内通过过热器、再热器、省煤器14和空气预热器15等完成热量交换。完成热量交换的烟气由空气预热器15下游进入除尘器16，玻璃纤维颗粒和其它常规飞灰颗粒在除尘器16内被充分捕集。捕集到的飞灰经除尘器16排出后，可进行下游综合利用，如建筑材料等。
[0043]
脱除了飞灰的烟气进入下游的脱硫塔17，在石灰石等作用下脱去烟气中的so2。cfb锅炉烟气脱硝一般采用sncr脱硝法，在水平烟道9的壁面上布置喷枪，喷入尿素或氨水等还原剂溶液，进一步脱除烟气中的nox。完成除尘、脱硫与脱硝的烟气，符合大气污染物排放标准后，在cfb锅炉的第二引风机18作用下，经烟囱19排入大气。
[0044]
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。

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