一种防止循环流化床锅炉结焦沾污床料的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉燃料技术领域，尤其涉及一种防止循环流化床锅炉结焦沾污床料的制备方法及应用。

技术背景

循环流化床(CFB)锅炉是一种清洁煤燃烧技术，具有氮氧化物排放低、可实现在燃烧过程中直接脱硫、燃料适应性广、燃烧效率高和负荷调节范围大等优势，已成为当前煤炭洁净燃烧的首选炉型。目前，循环流化床锅炉在我国发电行业及工业生产以得到广泛应用，随着我国经济的发展，煤电所面临环境、资源与电力需求快速增长的矛盾将愈加严峻，可再生能源、水电和核电等发电技术在中短期内不能完全替代煤电，CFB能很好的适应我国燃煤特点，在某些领域中具有较大的优势，是我国未来煤电技术的重要补充。此外，我国生物质资源丰富，生物质直燃发电是生物质规模化利用的主要技术之一，其中富钾生物质(如农作物秸秆)，在我国生物质储量和直燃发电中占有重要地位。

生物质中普遍碱金属含量高、灰分熔点低，在锅炉内易导致结焦、沾污等问题，严重影响锅炉运行。随着流化床锅炉的大型化，布风不均匀、二次风穿透不足等问题难以避免，导致炉膛内氧浓度的分布偏差较大，进而导致锅炉内部温度场分布不均，容易造成氮氧化物排放浓度高、热损失大等问题。此外，新疆准东煤田是中国最大的整装煤田，准东煤中钠含量总体都在2％以上，在发电锅炉燃用过程中出现了炉内燃烧器区结渣严重和换热面沾污严重等问题，从而导致锅炉无法长期稳定运行。

循环流化床锅炉燃烧，以炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮部分或完全取代流化床中的惰性床料，燃烧过程中利用活性床料可以吸收和释放氧的特点充当“氧缓冲剂”，即在富氧气区域还原态活性替代床料可吸收周围氧气并将其转化为自身晶格氧；在富燃料区域，氧化态活性替代床料则消耗自身晶格氧以氧化可燃气体。在循环流化床锅炉燃烧中，以炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮充当活性替代床料，参与反应。现有研究中测试了铁钛矿、转炉钢渣、Fe2O3等铁基活性替代床料和锰矿石等非铁基活性替代床料在循环流化床锅炉燃烧中的应用，相比之下锰矿石较之铁钛矿反应性较差。

炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮作为一种有色冶炼的固体废弃物，污染环境，对其合理有效地利用也是有色冶炼等产业可持续发展的关键技术。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种防止循环流化床锅炉结焦沾污床料的制备方法及应用，使用活性替代床料炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮和惰性床料高炉渣，有效防止锅炉内结焦、沾污问题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供一种防止循环流化床锅炉结焦、沾污床料的制备，所述床料包括炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮和高炉渣。

炼铜尾渣放入粉碎机中粉碎，过20目筛，收集过筛颗粒，将颗粒加入循环流化床锅炉里作为活性替代床料运行。

优选的，在炉膛内，氧气一方面与燃料发生燃烧反应，另一方面同时与炼铜尾渣发生氧化反应。

优选的，所涉及床料应用于循环流化床锅炉燃烧中，其燃料为固体含碳燃料。

优选的，燃料为生物质、垃圾等非常规燃料以及高钠准东煤等高碱金属煤。

优选的，所涉及的床料炼铜尾渣，富含铁、铜，可作为循环流化床锅炉燃烧中的活性替代床料。

优选的，所涉及的床料高炉渣，富含钙、镁，可作为循环流化床锅炉燃烧中的惰性床料。

优选的，炼铜尾渣是铜火法冶炼过程中产生的废弃物，炼铜尾渣含有大量的热量和一些有价值的金属，其中铁的含量可达45％。

本发明的另一目的在于，提供一种防止循环流化床锅炉结焦、沾污床料的使用方法：炼铜尾渣和高炉渣同时作为循环流化床锅炉燃烧中的床料。

高炉渣是高炉炼铁过程中的副产品，主要化学成分为CaO、SiO

高炉渣作为惰性床料，主要作用是维持流态、脱硫、传热、防止结焦，不参与燃烧反应；而炼铜尾渣、转炉钢渣和钢渣氧化皮则作为活性床料，除了维持流态、传热、捕捉生物质灰分中的碱金属防止结焦之外，还参与燃料的反应，改变锅炉内竖直与水平方向的燃烧份额和温度分布，提高锅炉的热效率。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮和高炉渣作为床料，有效防止锅炉内结焦、沾污问题，且几种床料廉价易得。

2、本发明采用炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮作为床料能有效提高燃烧效率，降低氮氧化物排放。

3、本发明采用炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮和高炉渣作为床料具有固硫作用，有效降低硫化物排放。

4、本发明采用的炼铜尾渣可视为是一种无成本的含铁矿物活性替代床料，高炉渣也视为无成本床料，两者都属于工厂丢弃物，解决了金属氧化物作为活性替代床料价格高的问题，且使得炼铜尾渣、高炉渣合理实现资源化处置。

5、本发明采用在循环流化床锅炉燃烧中对炼铜尾渣、高炉渣的利用，能降低其对土壤、水和空气的污染，以及降低与废物处理相关的费用。

附图说明

此处附图用于说明本实验具体实施例，构成申请的一部分，但并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明技术方案流程示意图。

具体实施案例

下面结合具体实施例及附图进一步阐述本发明的内容，但本发明不局限于以下实施例。

实施例1

本实施例提供一种防止结焦、沾污床料使用方法：

以炼铜尾渣、转炉钢渣、钢渣氧化皮和高炉渣作为床料引入锅炉，在循环流化床锅炉燃烧系统中，以固体含碳燃料为燃料，固体含碳燃料包括但不限于生物质、垃圾等非常规燃料以及高钠准东煤等高碱金属煤，首先将炼铜尾渣粉碎过20目筛，收集过筛颗粒，其中床料由炼铜尾渣和常规床料(燃料灰分或外加的床料沙子、石灰石)组成，将相当于总床质量的40wt.％的炼铜尾渣引入锅炉，其余为河沙，炼铜尾渣为活性替代床料，维持流态，捕捉生物质灰分中的碱金属防止结焦，参与燃料反应，改变锅炉内竖直与水平方向的燃烧份额和温度分布，提高锅炉的热效率提高燃烧效率，使用炼铜尾渣作为床料时，单位消耗量0.72Kg/MWh，不足河沙的3Kg/MWh的1/3，同时加入炼铜尾渣作为床料后，出口烟气中CO和NO的浓度分别降低了80％和30％，CO排放和未燃烧碳引起的热损失分别从0.2％和2.59％降低到了0.18％和1.82％。

实施例2

本实施例提供一种防止结焦、沾污床料使用方法：

与实施例1相同，不同之处在于：将转炉钢渣引入锅炉内，首先将转炉钢渣碎过20目筛，收集过筛颗粒，其中床料由炼铜尾渣、高炉渣和河沙组成，将相当于总床质量的20wt.％的转炉钢渣引入锅炉，代替部分河沙床料，炼铜尾渣占40wt.％，炼铜尾渣和转炉钢渣作为活性替代床料参与反应，氧化还原反应同时进行，改变锅炉内竖直与水平方向的燃烧份额和温度分布，出口烟气中CO和NO的浓度分别降低了75％和28％，CO排放和未燃烧碳引起的热损失分别从0.25％和2.60％降低到了0.75％和1.75％，提高锅炉的热效率，捕捉生物质灰分中的碱金属解决结焦问题。高炉渣作为惰性床料，其富含Ca、Mg、Si和Al的高炉矿渣有效地减轻了床颗粒的团聚，因为Na和K被捕获并保留在床颗粒的多孔结构内，同时解决结焦、沾污问题并有效脱硫。

实施例3

本实施例提供一种防止结焦、沾污床料使用方法：

与实施例1相同，不同之处在于：将炼铜尾渣、转炉钢渣和钢渣氧化皮同时引入锅炉内，首先将炼铜尾渣、转炉钢渣和钢渣氧化皮粉碎过20目筛，收集过筛颗粒，将相当于总床质量的各为10wt.％的炼铜尾渣转炉钢渣和钢渣氧化皮引入锅炉，代替部分床料河沙，炼铜尾渣、转炉钢渣和钢渣氧化皮作为活性床料参与反应，氧化还原反应同时进行，同时加入炼铜尾渣、转炉钢渣和钢渣氧化皮作为活性床料后，出口烟气中CO和NO的浓度分别降低了74％和27％，改变锅炉内竖直与水平方向的燃烧份额和温度分布，提高锅炉的热效率，同时炼铜尾渣、转炉钢渣和钢渣氧化皮捕捉生物质灰分中的碱金属防止结焦，有效锅炉解决结焦、沾污问题。

实施例4

本实施例提供一种防止结焦、沾污床料使用方法：

与实施例1相同，不同之处在于：将50wt.％的高炉渣替代河沙，首先将高炉渣粉碎过20目筛，收集过筛颗粒，将高炉渣加入锅炉炉膛内，河沙和高炉渣各占总床质量的50wt.％，高炉渣作为惰性床料，不参与反应，富含Ca、Mg、Si和Al的高炉矿渣有效地减轻了床颗粒的团聚，因为Na和K被捕获并保留在床颗粒的多孔结构内，同时解决结焦、沾污问题并有效脱硫。

尽管已经描述和列出影响本实验因素的主要发明例，本领域的普通人员可以理解，在不脱离本发明原理和宗旨的前提下可以对实施例进行多种变化、探究、修改和组合，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。