专利摘要

本发明公开了一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统。针对半焦热值高但着火和燃尽性能差、NOx排放高以及污泥水分含量高、热值较低等问题，该系统包括制粉系统、预热系统、污泥干燥系统和燃尽风喷口等，利用污泥热值低而半焦热值高的特点，将半焦和污泥耦合利用。该系统综合考虑了制粉系统的优化、污泥的多级干燥、烟气热能的多级利用、半焦和污泥混合燃料的预热、空分系统冷能的利用、炉膛分区燃烧、燃尽风布置、一次风和二次风的增氧处理，提出了燃煤电站锅炉掺烧半焦和污泥的低NOx混燃方法，通过对半焦和污泥的预处理以及合理地组织燃烧，提高了炉膛内燃烧的稳定性并减少了NOx排放，实现了半焦的清洁高效利用和污泥的大规模无害化处理。

权利要求

1.一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统，其特征在于，包括：用于分离氧气的空分系统(1)，用于将氧气升温至0℃左右的空温气化器(2)，脱除尾气中水分的冷凝器(3)，带式压滤机(4)，污泥干燥机(5)，第一引风机(6)，第一烟煤磨煤机(7)，半焦和干化污泥制粉所用磨煤机(8)，预热半焦和污泥混合燃料的换热器(9)，第二烟煤磨煤机(10)，第二引风机(11)，锅炉本体(12)，二次风机(18)，以及一次风机(19)；其中，

锅炉本体(12)的炉膛自上而下分为燃尽区，NOx还原区，半焦、污泥掺烧区，以及着火区，每个区对应的侧壁上设置有燃尽风喷嘴(13)，第一烟煤燃烧器(14)，半焦污泥燃烧器(15)，以及第二烟煤燃烧器(16)，锅炉本体(12)的尾部烟道内设置有空气预热器(17)；

湿污泥首先通过带式压滤机(4)脱水，形成半干污泥，半干污泥经污泥干燥机(5)进一步干燥，形成适合燃烧的干化污泥；

空气经空分系统(1)后分离为O2和N2，经过空温气化器(2)得到0℃左右的低温O2和N2作为冷凝器(3)的冷源；污泥干燥机(5)中干燥污泥所产生的尾气通过第一引风机(6)送入冷凝器(3)，其中含有的水分在冷凝器(3)中冷凝后排出，剩余的脱水尾气送至炉膛燃烧，冷凝器(3)出口的O2一部分作为纯氧燃尽风通过燃尽风喷嘴(13)送入锅炉炉膛的燃尽区；另一部分O2按设定比例与空气掺混后作为一次风和二次风通过一次风机(19)和二次风机(18)进入空气预热器(17)，增加一次风和二次风中的含氧量，提高炉膛内燃烧的稳定性，减少NOx的生成；

从锅炉本体(12)的水平烟道中抽取的高温烟气，通过第二引风机(11)送入预热换热器(9)以预热半焦和干化污泥，预热换热器(9)出口的中温烟气送入污泥干燥机(5)作为干燥污泥的热源，污泥干燥机(5)出口的低温烟气送入锅炉本体(12)的尾部烟道；

一部分烟煤经第一烟煤磨煤机(7)后，通过第一烟煤燃烧器(14)送入锅炉炉膛的NOx还原区；半焦和干化污泥经半焦和干化污泥制粉所用磨煤机(8)后，并经过预热换热器(9)加热，和脱水尾气一起通过半焦污泥燃烧器(15)送入锅炉炉膛的半焦、污泥掺烧区；另一部分烟煤经第二烟煤磨煤机(10)后，通过第二烟煤燃烧器(16)送入锅炉炉膛的着火区。

2.根据权利要求1所述的一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统，其特征在于，从锅炉本体(12)的水平烟道中抽取的高温烟气温度为700-800℃。

3.根据权利要求1所述的一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统，其特征在于，预热换热器(9)出口的中温烟气通过减温减压降至0.6MPa，150-200℃。

4.根据权利要求1所述的一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统，其特征在于，湿污泥的含水量为80％，半干污泥的含水量为60％，干化污泥的含水量<30％。

说明书

技术领域

本发明属于煤炭高效利用和城市生活垃圾处理领域，特别涉及一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统。

背景技术

半焦是泥煤、褐煤等低阶煤在热解制取煤气等高附加值产品时得到的副产品，与原煤相比具有水分含量低、热值高的特点。半焦的处理是高效利用低阶煤过程中不可忽视的一环，也是我国煤炭资源梯级利用的重要组成部分。近年来中国半焦行业发展迅速，2017年中国半焦的年产能已达到7000万吨，大量半焦亟需实现高效利用。通过电站锅炉燃烧发电是大规模利用半焦的有效途径，但是半焦挥发分含量较低，利用过程中存在着火困难、燃烧稳定性差、NOx排放量高等问题，制约着半焦的大规模利用。

污泥是由水分、有机颗粒和无机颗粒等组成的絮状体。随着社会经济的迅速发展，城镇污泥产量增长明显，2018年城镇湿污泥产量已达到4646万吨。污泥含有大量重金属、病原体和难降解的有毒有机物，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。目前污泥的处理方式主要包括填埋、土地利用和焚烧，其中焚烧可以实现污泥的减容、减量、无害化处理，而且可以回收能量加以利用，故焚烧是污泥处理的有效途径之一。传统的污泥焚烧是通过污泥干燥设备降低污泥含水量之后，将其投入到污泥焚烧炉中进行焚烧处理，该工艺存在占地面积大、系统结构复杂、热利用率低和尾气处理设备成本高等问题。将污泥与煤在电站锅炉中掺烧发电是新的发展方向之一，但目前的相关项目大多采用污泥直接掺烧技术，由于污泥热值较低且含水量较大，所以锅炉内燃烧不稳定，锅炉出力减小，而且污泥掺烧比例通常小于5％，污泥处理能力有限。要提高电站锅炉的污泥处理能力，可以将污泥干化后与热值较高的半焦掺烧发电，通过对半焦和污泥的预处理以及合理地组织燃烧，有望实现半焦的高效清洁利用和污泥的大规模无害化处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统，通过压滤装置实现污泥的初步脱水，利用烟气的热能来进一步干燥污泥并预热半焦和污泥的混合燃料，利用空分系统的冷能来回收污泥干燥尾气中的水分，通过加入易燃的高挥发分烟煤并合理地组织燃烧，提高炉膛内半焦和污泥掺烧区的燃烧稳定性并减少NOx排放，在实现半焦的清洁高效利用的同时，达到污泥大规模无害化处理的目标。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统，包括：用于分离氧气的空分系统，用于将氧气升温至0℃左右的空温气化器，脱除尾气中水分的冷凝器，带式压滤机，污泥干燥机，第一引风机，第一烟煤磨煤机，半焦和干化污泥制粉所用磨煤机，预热半焦和污泥混合燃料的换热器，第二烟煤磨煤机，第二引风机，锅炉本体，二次风机，以及一次风机；其中，

锅炉本体的炉膛自上而下分为燃尽区，NOx还原区，半焦、污泥掺烧区，以及着火区，每个区对应的侧壁上设置有燃尽风喷嘴，第一烟煤燃烧器，半焦污泥燃烧器，以及第二烟煤燃烧器，锅炉本体的尾部烟道内设置有空气预热器；

湿污泥首先通过带式压滤机脱水，形成半干污泥，半干污泥经污泥干燥机进一步干燥，形成适合燃烧的干化污泥；

空气经空分系统后分离为O2和N2，经过空温气化器得到0℃左右的低温O2和N2作为冷凝器的冷源；污泥干燥机中干燥污泥所产生的尾气通过第一引风机送入冷凝器，其中含有的水分在冷凝器中冷凝后排出，剩余的脱水尾气送至炉膛燃烧，冷凝器出口的O2一部分作为纯氧燃尽风通过燃尽风喷嘴送入锅炉炉膛的燃尽区；另一部分O2按设定比例与空气掺混后作为一次风和二次风通过一次风机和二次风机进入空气预热器，增加一次风和二次风中的含氧量，提高炉膛内燃烧的稳定性，减少NOx的生成；

从锅炉本体的水平烟道中抽取的高温烟气，通过第二引风机送入预热换热器以预热半焦和干化污泥，预热换热器出口的中温烟气送入污泥干燥机作为干燥污泥的热源，污泥干燥机出口的低温烟气送入锅炉本体的尾部烟道；

一部分烟煤经第一烟煤磨煤机后，通过第一烟煤燃烧器送入锅炉炉膛的NOx还原区；半焦和干化污泥经半焦和干化污泥制粉所用磨煤机后，并经过预热换热器加热，和脱水尾气一起通过半焦污泥燃烧器送入锅炉炉膛的半焦、污泥掺烧区；另一部分烟煤经第二烟煤磨煤机后，通过第二烟煤燃烧器送入锅炉炉膛的着火区。

本发明进一步的改进在于，从锅炉本体的水平烟道中抽取的高温烟气温度为700-800℃。

本发明进一步的改进在于，预热换热器出口的中温烟气通过减温减压降至0.6MPa，150-200℃。

本发明进一步的改进在于，湿污泥的含水量为80％，半干污泥的含水量为60％，干化污泥的含水量<30％。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明所提出的一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统具有如下优点：

1、高挥发分烟煤的燃烧可以为半焦和污泥的燃烧提供良好的着火和稳燃条件；半焦挥发分含量少而热值高，污泥热值低但挥发分释放较快，半焦和污泥掺烧可以改善炉膛内燃烧的稳定性，减小锅炉出力的降低，在高效利用半焦的同时，实现污泥的大规模无害化处理。

2、在炉膛上方送入超细的烟煤煤粉，可以还原生成的NOx，减少NOx排放量，同时也可以改善因为加入难燃燃料而导致炉膛内温度过低的情况。

3、污泥先通过压滤机初步脱水，然后由污泥干燥机进一步干燥，可以节约热能，提高干燥效率。

4、烟气依次作为预热混合燃料和干燥污泥的热源，实现了烟气热能的多级利用，燃料温度的提高可以改善燃料的着火特性，污泥干燥之后可以提高热值。

5、利用空分系统的冷能来回收污泥干燥尾气中的水分，剩余的不凝气体送入炉膛内燃烧，减少尾气处理成本，实现污泥的无害化处理。

6、由空分系统得到的氧气一部分作为纯氧燃尽风送入炉膛的燃尽区，使得燃料充分燃烧，降低飞灰含碳量，减少NOx的生成；另一部分氧气用于提高一、二次风的含氧量，炉膛内着火区使用增氧二次风，可以降低NOx排放量，半焦和污泥掺烧区使用增氧一次风，可以强化难燃燃料的着火。

7、根据燃料可磨性的不同，选用不同的磨煤机制粉，可以提高制粉效率，延长设备的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统示意图。

附图标记说明：

1为空分系统，2为空温气化器，3为冷凝器，4为带式压滤机，5为污泥干燥机，6为第一引风机，7为第一烟煤磨煤机，8为半焦和干化污泥制粉所用磨煤机，9为预热换热器，10为第二烟煤磨煤机，11为第二引风机，12为锅炉本体，13为燃尽风喷嘴，14为第一烟煤燃烧器，15为半焦污泥燃烧器，16为第二烟煤燃烧器，17为空气预热器，18为二次风机，19为一次风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明所提出的一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NOx混燃系统，包括空分系统1，与空温气化器2相连，得到的低温O2和N2进入冷凝器3，升温后的O2通过燃尽风喷嘴13进入炉膛，带式压滤机4，与污泥干燥机5相连，第一引风机6，第一烟煤磨煤机7与第一烟煤燃烧器14相连，半焦和干化污泥制粉所用磨煤机8，预热半焦和污泥混合燃料的换热器9与燃烧器15相连，第二烟煤磨煤机10与第二烟煤燃烧器16相连，第二引风机11，锅炉本体12，空气预热器17，与一次风机19和二次风机18相连。

从锅炉的水平烟道中抽取700-800℃高温烟气，送入预热换热器9以预热半焦和干化污泥，预热可以有效改善混合燃料的着火特性；换热器出口的中温烟气通过减温减压降至0.6MPa，150-200℃，然后送入污泥干燥机5作为干燥污泥的热源，从而实现烟气热能的多级利用，污泥干燥机5出口的低温烟气送入锅炉的尾部烟道。

湿污泥(含水量80％)首先通过带式压滤机4脱水，形成半干污泥(含水量60％)；然后经过污泥干燥机5进一步干燥，形成适合燃烧的干化污泥(含水量<30％)，污泥的两级干燥可以提高污泥干燥的效率，节约热能。

通过空分系统1分离O2和N2，并经过空温气化器2得到0℃左右的低温O2和N2作为冷凝器3的冷源，干燥污泥所产生的尾气通过第一引风机6送入冷凝器3，其中含有的水分在冷凝器3中冷凝后排出，剩余的不凝气体送至炉膛燃烧，第一引风机6同时可以使得污泥干燥机5内保持微负压状态，以防止恶臭气体逸出；冷凝器3出口的O2一部分作为纯氧燃尽风送入锅炉炉膛的燃尽区，保证燃料的完全燃烧，降低飞灰含碳量以及NOx排放量；另一部分O2按一定比例与空气掺混后作为一次风和二次风进入空气预热器17，可以增加一次风和二次风中的含氧量，提高炉膛内燃烧的稳定性，减少NOx的生成。

锅炉炉膛内组织分区燃烧，高挥发分的烟煤送入炉膛下方燃烧，形成着火区，为半焦和污泥混合燃料的着火和稳燃提供条件，该区域组织均等配风，一、二次风喷口相间布置，并使用增氧二次风，可以减少NOx的生成；经过预热的半焦和污泥送至着火区上方，形成半焦、污泥掺烧区，该区域组织分级配风，一、二次风的布置相对集中，其中一次风喷口使用增氧一次风，可以强化难燃燃料的着火；部分超细的烟煤颗粒进入炉膛上方，形成NOx还原区，用于还原生成的NOx，同时改善因为加入难燃燃料而导致炉膛内温度过低的情况；第四区为燃尽区，燃尽风为纯氧，使得炉膛内的总过量空气系数大于1。

半焦和污泥在炉膛内掺混燃烧，半焦挥发分含量低而热值高，污泥挥发分含量相对较高且挥发分释放较快，但是热值较低，二者的掺混可以提高炉膛内燃烧的稳定性，减小锅炉出力的下降，并达到同时处理煤化工副产品和城市废弃物的效果。

着火区烟煤、NOx还原区烟煤以及掺烧区的半焦和污泥可磨性和所需的粒径不同，故选用不同的磨煤机和运行参数进行燃料的破碎和研磨，以提高制粉效率，延长设备的使用寿命。

本发明的具体工作过程是：高挥发分烟煤由磨煤机10制粉后，送入炉膛下方的第二烟煤燃烧器16，形成初始着火区，为半焦和污泥混合燃烧提供良好的着火条件，该区域使用增氧二次风，以降低NOx排放量；湿污泥(含水量80％)进入带式压滤机4初步脱水，形成半干污泥(含水量60％)，然后送入污泥干燥机5，由150-200℃烟气干燥为适合燃烧的干化污泥(含水量<30％)，与半焦一起送入磨煤机8，在间接式预热换热器9中被高温烟气加热，以改善其着火特性，然后送入半焦污泥燃烧器15，形成半焦污泥掺烧区，该区域使用增氧一次风，强化难燃燃料的着火；高挥发分烟煤由磨煤机7制粉后送入燃烧器14，形成NOx还原区，用于减少NOx排放量；利用空分系统1分离空气中的O2和N2，送入空温气化器2升温至0℃左右，作为冷凝器3的冷源回收污泥干燥尾气中的水分，剩余的不凝气体送入炉膛内燃烧，冷凝器3出口的O2一部分作为纯氧燃尽风由燃尽风喷嘴13送入燃尽区，使炉膛内的总过量空气系数大于1，保证燃料的充分燃烧，另一部分通过一次风机19和二次风机18与空气混合，用于提高一、二次风的含氧量，一、二次风由空气预热器17加热。

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，均应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

一种耦合半焦与污泥掺烧的电站锅炉低NO混燃系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。