煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统、操作方法

1.本发明属于煤基固体废弃物规模化消纳技术领域，特别涉及一种煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统、操作方法。


背景技术：

2.原煤开采、洗选及现代煤化工产出了大量的煤基固体废弃物，因受到基含碳量低、含水量高等因素影响，现有热处理设备难以实现此类低热值(500～1000kcal)煤基固体废弃物的规模化消纳，造成此类低热值煤基固体废弃物大量堆存，这不仅会浪费土地资源，导致扬尘、水土流失、土壤沙漠化，其渗滤液还会造成水体污染，严重影响当地生态环境稳定。
3.现有低热值煤基固体废弃物低比例掺烧处置工艺，为维持设备稳定和保证燃烧设备效率，对掺混比例有严格限制，难以实现规模化稳定消纳；现有低热值煤基固体废弃物用于土壤改良技术处于开发阶段，原生土壤理化特性波动对制备产品效果存在较大影响；现有通过浮选对低热值煤基固体废弃物提质工艺试验效果较理想，但浮选设备、药剂等成本过高，不具备工程应用价值；现有低热值煤基固体废弃物制备复合材料、制备水处理材料等高值化利用方式，均处于试验阶段，缺乏工业化、规模化生产经验，暂时难以解决低热值煤基固体废弃物亟待规模化处置的问题现状。
4.综上所述，现有低热值煤基固体废弃物的处理方式均存在一些缺陷，尚不能实现煤基固体废弃物的规模化消纳；通过合理高效的能量利用系统，实现低热值煤基固体废弃物规模化一体化直燃处置，维持生态环境稳定的同时实现煤基固体废弃物能量的回收利用，是实现社会效益、环境效益和经济效益共赢的技术突破，目前尚没有此类系统装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统、操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的系统，通过余热梯级利用可使煤基固体废弃物和一次风得到充分预热，能够实现低热值煤基固体废弃物直燃稳定着火和充分燃尽，通过燃烧可实现煤基固体废弃物的规模化消纳和能量高效利用。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供的一种煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统，包括：预热转筒、热回收转筒和直燃锅炉；
8.所述预热转筒用于输入待处理的煤基固体废弃物并进行预热处理，输出预热后的煤基固体废弃物；其中，所述预热后的煤基固体废弃物的温度范围为550～650℃；
9.所述热回收转筒用于输入空气并进行预热处理，输出预热后的空气；
10.所述直燃锅炉用于输入所述预热后的空气和所述预热后的煤基固体废弃物，煤基固体废弃物燃烧后输出高温烟气和高温灰渣；其中，所述预热后的空气用于作为燃烧时的一次风；
11.其中，所述预热转筒进行预热处理的热源为所述高温烟气，所述热回收转筒进行
预热处理的热源为所述高温灰渣。
12.本发明系统的进一步改进在于，还包括：一级热回收换热器和水冷壁；
13.所述一级热回收换热器的热源通道进口用于输入所述预热转筒输出的换热后的烟气，所述一级热回收换热器的热源通道出口用于输出换热后的烟气；所述一级热回收换热器的冷源通道进口用于输入待加热的水，所述一级热回收换热器的冷源通道出口用于输出加热后的水；
14.所述水冷壁设置于所述直燃锅炉内，所述水冷壁设置有水进口和蒸汽出口；所述水进口用于输入所述一级热回收换热器的冷源通道出口输出的加热后的水，所述蒸汽出口用于输出水吸收烟气热量形成的蒸汽。
15.本发明系统的进一步改进在于，还包括：二级热回收换热器；
16.所述二级热回收换热器的热源通道进口与所述一级热回收换热器的热源通道出口相连通，所述二级热回收换热器的热源通道出口用于输出换热后的烟气；所述二级热回收换热器的冷源通道进口用于输入待加热的空气，所述二级热回收换热器的冷源通道出口与所述热回收转筒的空气进口相连通。
17.本发明系统的进一步改进在于，所述直燃锅炉的侧壁上沿轴向设置有多级布置的配风口；每级的配风口均包括沿周向布置的多个通风孔。
18.本发明系统的进一步改进在于，所述煤基固体废弃物的热值范围为500～1000kcal。
19.本发明系统的进一步改进在于，所述直燃锅炉为流化床锅炉。
20.本发明系统的进一步改进在于，还包括：
21.输料装置，用于向所述预热转筒输入待处理的煤基固体废弃物。
22.本发明系统的进一步改进在于，还包括：烟气除尘器；
23.所述烟气除尘器的烟气进口与所述直燃锅炉的烟气出口相连通，所述烟气除尘器的烟气出口与所述预热转筒的烟气进口相连通，所述烟气除尘器的飞灰出口与所述直燃锅炉的进料口相连通。
24.本发明系统的进一步改进在于，还包括：空气除尘器；
25.所述空气除尘器的空气进口与所述热回收转筒的空气出口相连通，所述空气除尘器的空气出口与所述直燃锅炉的一次风进口相连通。
26.本发明提供的一种煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统的操作方法，包括以下步骤：
27.所述预热转筒输入待处理的煤基固体废弃物并进行预热处理，输出预热后的煤基固体废弃物；所述预热后的煤基固体废弃物的温度范围为550～650℃；
28.所述热回收转筒输入空气并进行预热处理，输出预热后的空气；
29.所述直燃锅炉输入所述预热后的空气和所述预热后的煤基固体废弃物，所述预热后的空气作为燃烧时的一次风，煤基固体废弃物燃烧后输出高温烟气和高温灰渣；
30.其中，所述预热转筒进行预热处理的热源为所述高温烟气，所述热回收转筒进行预热处理的热源为所述高温灰渣。
31.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
32.本发明提供的系统中，设置有预热转筒、热回收转筒和直燃锅炉，可通过燃烧产生
的高温烟气对预热转筒中的煤基固体废弃物进行充分预热，具备较高温度的低热值煤基固体废弃物进入直燃锅炉进行稳定着火和充分燃尽，可实现低热值煤基固体废弃物燃料的规模化稳定处理；另外，燃烧产生的高温灰渣通过热回收转筒预热一次风可促进物料着火与燃尽。综上所述，本发明提供的系统中，配风预热和高温烟气循环将配风及物料实现充分预热，为直燃锅炉中低热值煤基固体废弃物提供了稳定直燃的基础条件，保证了低热值煤基固体废弃物稳定着火和充分燃尽，解决了现有技术难以规模化稳定消纳低热值煤基固体废弃物的技术难题；另外，高温烟气产生高参数蒸汽用于供热或发电利用后，经物料预热、给水预热实现能量梯级回收利用，高温灰渣预热一次风以实现灰渣能量回收利用，合理高效的能量利用系统大幅度提高了能量利用效率，同时进一步促进了直燃锅炉中低热值煤基固体废弃物的稳定着火和充分燃尽。
33.本发明中，直燃锅炉侧壁沿轴向布置多级周向配风口，可实现物料热量的逐级释放，避免局部高温、控制了nox生成量，节约了脱硝设备投入成本。本发明中，选取流化床锅炉作为直燃炉燃料适应性强，可适用于充分预热后的多源低热值煤基固体废弃物处置且能有效地脱硫脱硝，提高了系统的普适性。
34.本发明中，通过合理配置及能量的合理调配可以实现低热值500～1000kcal左右煤基固废的直燃规模化处理。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例提供的一种低热值煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统的结构示意图；
37.图2是本发明实施例提供的一种低热值煤基固体废弃物预热直燃及余热二次梯级利用系统的结构示意图；
38.图中；101、输料装置；102、预热转筒；103、进料口；104、直燃锅炉；105、落渣口；106、热回收转筒；
39.201、冷风送风机；202、空气除尘器；203、热风送风机；204、配风口；
40.301、烟气除尘器；302、高温烟气管路；303、一级热回收换热器；304、引风机；305、烟囱；306、二级热回收换热器；
41.401、冷水管路；402、热水管路；403、水冷壁；404、蒸汽管路。
具体实施方式
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
43.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
44.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
45.实施例1
46.请参阅图1，本发明实施例的一种低热值煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统，包括：输料装置101、预热转筒102、进料口103、直燃锅炉104、落渣口105、热回收转筒106、冷风送风机201、空气除尘器202、热风送风机203、多级设置的配风口204、烟气除尘器301、高温烟气管路302、一级热回收换热器303、引风机304、烟囱305、冷水管路401、热水管路402、水冷壁403、蒸汽管路404；其中，预热转筒102通过燃烧产生的来自高温烟气管路302的高温烟气对其中来自输料装置101的低热值煤基固体废弃物进行充分预热，具备较高温度的低热值煤基固体废弃物通过直燃锅炉104的进料口103进入直燃锅炉104稳定着火和充分燃尽，实现了低热值煤基固体废弃物燃料的规模化稳定处理；燃烧产生的高温灰渣通过直燃锅炉104的落渣口105进入热回收转筒106预热来自冷风送风机201的一次风，能够进一步正向促进低热值煤基固体废弃物着火与燃尽；燃烧产生的高温烟气首先与水冷壁403换热产生高参数蒸汽用于供热及发电利用，再依次通过预热转筒102进行物料预热、一级热回收换热器303进行给水预热实现二级热利用，通过引风机304由烟囱305排出。
47.本发明实施例提供的系统中，配风预热和高温烟气循环将配风及物料实现充分预热，为直燃锅炉中低热值煤基固体废弃物提供了稳定直燃的基础条件，保证了低热值煤基固体废弃物稳定着火和充分燃尽，解决了现有技术难以规模化稳定消纳低热值煤基固体废弃物的技术难题；另外，高温烟气产生高参数蒸汽用于供热或发电利用后，经物料预热、给水预热实现能量梯级回收利用，高温灰渣预热一次风以实现灰渣能量回收利用，合理高效的能量利用系统大幅度提高了能量利用效率，同时进一步促进了直燃锅炉中低热值煤基固体废弃物的稳定着火和充分燃尽。
48.本发明实施例示例性优选的，预热转筒102为水平布置套筒式间接接触预热，直燃锅炉104产生通过高温烟气管路302输送的高温烟气通过环腔与来自输料装置101的物料逆向换热，内筒内壁面加装螺旋翅片实现物料输送和强化传热，预热转筒102内筒物料预热产生的气体产物与固体产物一起由进料口103送入直燃锅炉104燃烧处置；预热转筒102内筒出口物料温度为550℃～650℃为物料提供优良的着火温度基础。本发明实施例示例性优选的，直燃锅炉104为流化床锅炉，其燃料适应性强，可适用于充分预热后的多源低热值煤基固体废弃物处置；直燃锅炉104一次风经热回收转筒106充分预热进一步促进低热值煤基固体废弃物的稳定着火和充分燃尽；直燃锅炉104侧壁周向环形布置多级轴向设置的配风口204实现物料热量的逐级释放，避免了局部高温、控制了nox生成量；流化床锅炉主燃烧区温度1050℃相对较低，热力型nox生成量少且能有效地脱硫脱硝，有利于sox和nox的控制。
49.本发明实施例示例性优选的，热回收转筒106为水平布置式直接接触换热，其输送
从落渣口105落下的来自直燃锅炉104的高温灰渣与来自冷风送风机201的空气进行逆向换热，得到的高温空气经空气除尘器202除尘后由热风送风机203送入直燃锅炉104，作为一次风促进低热值煤基固体废弃物的稳定着火和充分燃尽；热回收转筒106为内螺旋输料，且螺旋叶片间加装连接隔板对灰渣进行抛洒扰动，使灰渣与空气更充分换热。
50.本发明实施例示例性优选的，一级热回收换热器303为薄壁管束构成的管式换热器，直燃锅炉104产生且与预热转筒102经过一级预热利用的高温烟气通过一级热回收换热器303对来自冷水管路401的给水进行预热，实现能量的梯级利用；预热后产生的热水经过热水管路402进入水冷壁403在直燃锅炉104内换热产生高参数蒸汽用于供热及发电利用。
51.本发明实施例优选方案，通过余热梯级利用可使煤基固体废弃物和一次风得到充分预热，能够实现低热值煤基固体废弃物直燃稳定着火和充分燃尽，通过燃烧可实现煤基固体废弃物的规模化消纳和能量高效利用。本发明实施例中，燃烧产生的高温烟气首先与水冷壁换热产生高参数蒸汽用于供热及发电，再依次通过物料预热、给水预热实现二级热利用后通过烟气管路排出。本系统通过余热梯级利用使物料和配风得到充分预热，从而实现低热值煤基固体废弃物规模化直燃的稳定着火和充分燃尽并使各部分能量得到高效利用。
52.实施例2
53.请参阅图2，本发明实施例提供的一种低热值煤基固体废弃物预热直燃及余热二次梯级利用系统，包括输料装置101、预热转筒102、进料口103、直燃锅炉104、落渣口105、热回收转筒106、冷风送风机201、空气除尘器202、热风送风机203、多级配风口204、烟气除尘器301、高温烟气管路302、一级热回收换热器303、引风机304、烟囱305、二级热回收换热器306、冷水管路401、热水管路402、水冷壁403和蒸汽管路404。
54.基于实施例1的基础上，为实现能量的梯级细化利用，增加了二级热回收换热器306使得经过一级热回收换热器303换热利用后的较高温烟气对进入热回收转筒106前的空气先进行一次预热，进一步实现能量的高效回收利用。
55.总结性的，本发明实施例涉及低热值煤基固体废弃物预热燃烧技术，属低热值煤基固体废弃物规模化消纳领域，为了解决现有技术存在的规模化消纳低热值煤基固体废弃物过程中难以稳定直燃着火及充分燃尽的技术问题，本发明具体提供了一种低热值(500～1000kcal)煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统，通过余热梯级利用使物料和配风得到充分预热，实现了低热值煤基固体废弃物直燃稳定着火和充分燃尽的规模化消纳及能量高效利用。具体的，本发明公开了一种低热值煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统，包括预热转筒、直燃锅炉、热回收转筒、配风预热系统、高温烟气循环系统、给水预热循环系统和附件及控制装置等；该系统通过燃烧产生的高温烟气对预热转筒中的物料进行充分预热，具备较高温度的低热值煤基固体废弃物进入直燃锅炉实现稳定着火和充分燃尽，燃烧产生的高温灰渣通过热回收转筒预热一次风进一步促进物料着火与燃尽，燃烧产生的烟气先与水冷壁换热产生高参数蒸汽用于供热及发电，高温烟气再依次通过物料预热、给水预热实现二级热利用后通过烟气管路排出。本系统通过余热梯级利用使物料和配风得到充分预热，从而实现低热值煤基固体废弃物规模化直燃的稳定着火和充分燃尽。进一步解释性的，本发明实施例配风预热和高温烟气循环将配风及物料实现充分预热，提供了稳定直燃的基础条件，保证了低热值煤基固体废弃物稳定着火和充分燃尽；高温烟气产
生高参数蒸汽用于供热/发电利用后，经物料预热、给水预热实现能量梯级回收利用，高温灰渣预热一次风以实现灰渣能量回收利用，大幅度提高了能量利用效率；直燃锅炉侧壁环形布置多级配风，实现物料热量的逐级释放，避免了局部高温、控制了nox生成量；选取流化床锅炉作为直燃炉燃料适应性强，可适用于充分预热后的多源低热值煤基固体废弃物处置且能有效地脱硫脱硝。从而实现低热值煤基固体废弃物规模化直燃的稳定着火、充分燃尽、低nox排放，并使各部分能量得到高效利用。
56.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。