论文部分内容阅读
【摘 要】流化床锅炉直接燃用气化渣的方法一直在研究探索，根据气化渣松散、流动性极差等特点，本文介绍了气化渣、煤泥与白泥混合采用管道输送的方式送入循环流化床锅炉，即解决了燃料的综合利用，又得到了较好的脱硫效果，而且该方式具有比石灰石法脱硫更好的经济效益，同时解决了造纸厂固废处理问题。
【关键词】锅炉；气化渣；煤泥；白泥；综合利用；脱硫
随着能源的日益紧张，气化渣等燃料的综合利用越来越被重视，循环流化床锅炉直接燃用气化渣的方法一直在研究探索，根据气化渣松散、流动性极差等特点，结合煤泥管道输送技术，为了确保气化渣、煤泥管道输送系统能正常可靠地运行，在多次试验的基础上，采用气化渣掺加煤泥浆、白泥的方法，可以实现气化渣、煤泥、白泥的管道输送。气化渣、煤泥、白泥的混合物的物理性质稳定，具备一定的流动性，通过试验初步确定气化渣、煤泥、白泥的混合比例，混合物能够达到一种较为稳定的可输送状态。该方式是不仅解决了燃料综合利用的问题同时还是一种非常理想的煤泥电厂脱硫方式，该方式具有比石灰石法脱硫更好的脱除效果，有利于大大降低煤泥电厂的脱硫的运营成本，并且白泥的使用解决了造纸厂固废处理问题。
1.煤泥管道输送技术
采用管道输送煤泥是近年来发展起来的一种新型煤泥输送技术，其技术特点将含水量为20％以上的煤泥加水混合，搅拌后形成煤泥浆(含水25－35%左右)，然后采用高压泵将煤泥打入管道，进行管道输送。采用该技术可以将煤泥输送到数百米到上千米远的距离，输送高度可达数十米。该技术由于输送距离远，设备投资低以及环保性好等优点，近年来得到较多应用。
在煤泥管道输送过程中，从运行的角度考虑，煤泥流化床锅炉给料系统运行能耗要高一些，煤泥的流变特性、含水量是影响、降低管道输送能耗的重要方面。且其前提是将煤泥与一定的水份混合形成煤泥浆，然后才能进行管道输送。此时的煤泥浆具有典型的非牛顿流体特性，含水量越大，煤泥浆的粘度越低，煤泥在管道输送过程中功耗就越低。但煤泥的发热量与流化床热容量大大降低，烟气停留时间减小，造成锅炉燃烧效率明显降低。有研究表明，对于干的煤燃料，水份每增加5％，锅炉效率就会降低0.5％左右。为此，考虑煤泥的输送以及煤泥流化床锅炉燃烧，煤泥输送存在一个最佳含水量问题。
2.气化渣、煤泥、白泥输送试验探索
气化渣、煤泥浆中添加脱硫剂（固废白泥）可以有效减少二氧化硫的排放，但是脱硫效果与脱硫剂添加比例和流化床锅炉的燃烧状况相关，即影响到煤泥流化床锅炉效率、又可能对其他污染物如NOx、CO、粉尘等排放带来不良影响。所以气化渣、煤泥与白泥混合之后，气化渣、煤泥浆的流变特性会发生改变，需要加以分析，以此得到更适合气化渣、煤泥管道输送和脱硫效果的煤泥流变特性，为气化渣、煤泥的输送提供保障。
2.1煤泥的流体特性分析
在研究过程中，我们对兴隆庄、鲍店的煤泥流变特性进行了试验分析，得到了该煤泥的一些流变特性，同时做出了煤泥流态方程和流态分析：
煤泥浓度：61.2％，流变方程：?子w=8.94Sw0.577，流态形式：假塑流体；
煤泥浓度：65.6％，流变方程：?子w=0.431Sw+130.47，流态形式：宾汉流体；
煤泥浓度：70.9％，流变方程：?子w=4.49Sw+236.54，流态形式：宾汉流体；
煤泥浓度：73.6％，流变方程：?子w=10.52Sw+141.82，流态形式：宾汉流体。
2.2白泥的流体特性分析
造纸厂在碱回收过程中产生的白泥含水量为50%左右，其余废固中CaCO3含量在90%以上，另外还含有少量NaOH、Ca（OH）2等。白泥中CaCO3由于是通过置换出来的产物，所以得到的产物不仅颜色比较白，如面粉色，而且颗粒非常细。通过对白泥颗粒粒度进行分析，发现白泥中微粒粒度分布情况如表2所示。由于白泥中含有氧化钙与氢氧化钙等物质，所以白泥在露天环境下比较容易吸水受潮，导致其含水量進一步增加。
与煤泥相比，白泥的吸水性更强。煤泥在含水量30%左右可以做成比好的浆状，但是白泥含水量需要在60%左右才具有很好的流体特性。关键原因在于白泥自身的特性，由于是超细粉末、由于含有少量Mg（OH）2、Ca（OH）2、CaO，导致其具有较强的吸水特性。当含水量到一定程度后，内部得到足够的水分后，其外在吸水性不强，表现为流动性好与水分容易析出。通过实验对白泥的流变特性分析得出：白泥含水量在60%左右时其流变特性较好，当含水量降低到58%时，流变特性明显恶化。
通过煤泥、白泥流变特性比较与实验分析，可以得出煤泥、白泥乃至与气化渣三者混合输送的比例。
2.3白泥与煤泥脱硫初步试验
在煤泥中储仓中加入白泥，根据中储仓的容量计算出相应的白泥添加量。加入的白泥通过一定的搅拌与煤泥混合在一起，通过煤泥泵送管道进入炉膛。根据实际添加过程计算，工况一情况下钙硫比实际为1.7左右。这时候料层温度控制在920-950之间，二氧化硫的排放情况下，二氧化硫的标准排放量为363mg/Nm3,流化床锅炉的总脱硫效率达到70.3%。说明白泥与煤泥均匀混合后，具有很好的脱硫效果。主要原因在于以下三个方面：1）白泥与煤泥通过搅拌，可以比较均匀的混合，有利于增加SO2与CaO的接触机会，从而提高白泥的脱硫固硫效果。2）白泥的成分与颗粒特征有利于脱硫。白泥固体成分中90%以上是CaCO3，且细小的晶体颗粒状。与石灰石相比，其得到的CaO的纯度要高很多，另外，相同质量的白泥与石灰石相比，其表面积要增加约50-500倍，大大增加SO2与CaO反应的时间与机会，有利于提高脱硫效果。3）煤泥的结团特性与白泥的碱性。以石灰石作为脱硫剂时，石灰石颗粒不能太小，否则很容易在炉膛内扬析，随着烟气离开，造成烟尘增加和脱硫效果下降。而白泥与煤泥混合，可充分利用煤泥的结团特性，随着煤泥的燃烧，形成具有一定刚度的煤泥块，不容易扬析出去。另外，白泥中含有少量的NaOH与KOH等纯碱性物质，容易与SO2发生反应。
3.应用前景、经济与社会效益
以75吨煤泥流化床锅炉每小时燃用15吨煤泥为例，假设煤泥中S含量为1%，燃烧固硫时Ca/S=2-2.5，每年在添加石灰石脱硫等方面的费用为290~370万左右。采用白泥加入气化渣、煤泥燃烧固硫，每年运行费用在80~130万左右，年节省费用为210~240万左右。气化渣的直接燃烧综合利用每年可以回收，创造经济效益，采用本系统进行脱硫，对造纸厂产生的废弃物白泥来说，不仅解决了白泥、气化渣处理问题，而且实现了变废为宝、资源综合利用，也具有很好的社会效益。
【关键词】锅炉；气化渣；煤泥；白泥；综合利用；脱硫
随着能源的日益紧张，气化渣等燃料的综合利用越来越被重视，循环流化床锅炉直接燃用气化渣的方法一直在研究探索，根据气化渣松散、流动性极差等特点，结合煤泥管道输送技术，为了确保气化渣、煤泥管道输送系统能正常可靠地运行，在多次试验的基础上，采用气化渣掺加煤泥浆、白泥的方法，可以实现气化渣、煤泥、白泥的管道输送。气化渣、煤泥、白泥的混合物的物理性质稳定，具备一定的流动性，通过试验初步确定气化渣、煤泥、白泥的混合比例，混合物能够达到一种较为稳定的可输送状态。该方式是不仅解决了燃料综合利用的问题同时还是一种非常理想的煤泥电厂脱硫方式，该方式具有比石灰石法脱硫更好的脱除效果，有利于大大降低煤泥电厂的脱硫的运营成本，并且白泥的使用解决了造纸厂固废处理问题。
1.煤泥管道输送技术
采用管道输送煤泥是近年来发展起来的一种新型煤泥输送技术，其技术特点将含水量为20％以上的煤泥加水混合，搅拌后形成煤泥浆(含水25－35%左右)，然后采用高压泵将煤泥打入管道，进行管道输送。采用该技术可以将煤泥输送到数百米到上千米远的距离，输送高度可达数十米。该技术由于输送距离远，设备投资低以及环保性好等优点，近年来得到较多应用。
在煤泥管道输送过程中，从运行的角度考虑，煤泥流化床锅炉给料系统运行能耗要高一些，煤泥的流变特性、含水量是影响、降低管道输送能耗的重要方面。且其前提是将煤泥与一定的水份混合形成煤泥浆，然后才能进行管道输送。此时的煤泥浆具有典型的非牛顿流体特性，含水量越大，煤泥浆的粘度越低，煤泥在管道输送过程中功耗就越低。但煤泥的发热量与流化床热容量大大降低，烟气停留时间减小，造成锅炉燃烧效率明显降低。有研究表明，对于干的煤燃料，水份每增加5％，锅炉效率就会降低0.5％左右。为此，考虑煤泥的输送以及煤泥流化床锅炉燃烧，煤泥输送存在一个最佳含水量问题。
2.气化渣、煤泥、白泥输送试验探索
气化渣、煤泥浆中添加脱硫剂（固废白泥）可以有效减少二氧化硫的排放，但是脱硫效果与脱硫剂添加比例和流化床锅炉的燃烧状况相关，即影响到煤泥流化床锅炉效率、又可能对其他污染物如NOx、CO、粉尘等排放带来不良影响。所以气化渣、煤泥与白泥混合之后，气化渣、煤泥浆的流变特性会发生改变，需要加以分析，以此得到更适合气化渣、煤泥管道输送和脱硫效果的煤泥流变特性，为气化渣、煤泥的输送提供保障。
2.1煤泥的流体特性分析
在研究过程中，我们对兴隆庄、鲍店的煤泥流变特性进行了试验分析，得到了该煤泥的一些流变特性，同时做出了煤泥流态方程和流态分析：
煤泥浓度：61.2％，流变方程：?子w=8.94Sw0.577，流态形式：假塑流体；
煤泥浓度：65.6％，流变方程：?子w=0.431Sw+130.47，流态形式：宾汉流体；
煤泥浓度：70.9％，流变方程：?子w=4.49Sw+236.54，流态形式：宾汉流体；
煤泥浓度：73.6％，流变方程：?子w=10.52Sw+141.82，流态形式：宾汉流体。
2.2白泥的流体特性分析
造纸厂在碱回收过程中产生的白泥含水量为50%左右，其余废固中CaCO3含量在90%以上，另外还含有少量NaOH、Ca（OH）2等。白泥中CaCO3由于是通过置换出来的产物，所以得到的产物不仅颜色比较白，如面粉色，而且颗粒非常细。通过对白泥颗粒粒度进行分析，发现白泥中微粒粒度分布情况如表2所示。由于白泥中含有氧化钙与氢氧化钙等物质，所以白泥在露天环境下比较容易吸水受潮，导致其含水量進一步增加。
与煤泥相比，白泥的吸水性更强。煤泥在含水量30%左右可以做成比好的浆状，但是白泥含水量需要在60%左右才具有很好的流体特性。关键原因在于白泥自身的特性，由于是超细粉末、由于含有少量Mg（OH）2、Ca（OH）2、CaO，导致其具有较强的吸水特性。当含水量到一定程度后，内部得到足够的水分后，其外在吸水性不强，表现为流动性好与水分容易析出。通过实验对白泥的流变特性分析得出：白泥含水量在60%左右时其流变特性较好，当含水量降低到58%时，流变特性明显恶化。
通过煤泥、白泥流变特性比较与实验分析，可以得出煤泥、白泥乃至与气化渣三者混合输送的比例。
2.3白泥与煤泥脱硫初步试验
在煤泥中储仓中加入白泥，根据中储仓的容量计算出相应的白泥添加量。加入的白泥通过一定的搅拌与煤泥混合在一起，通过煤泥泵送管道进入炉膛。根据实际添加过程计算，工况一情况下钙硫比实际为1.7左右。这时候料层温度控制在920-950之间，二氧化硫的排放情况下，二氧化硫的标准排放量为363mg/Nm3,流化床锅炉的总脱硫效率达到70.3%。说明白泥与煤泥均匀混合后，具有很好的脱硫效果。主要原因在于以下三个方面：1）白泥与煤泥通过搅拌，可以比较均匀的混合，有利于增加SO2与CaO的接触机会，从而提高白泥的脱硫固硫效果。2）白泥的成分与颗粒特征有利于脱硫。白泥固体成分中90%以上是CaCO3，且细小的晶体颗粒状。与石灰石相比，其得到的CaO的纯度要高很多，另外，相同质量的白泥与石灰石相比，其表面积要增加约50-500倍，大大增加SO2与CaO反应的时间与机会，有利于提高脱硫效果。3）煤泥的结团特性与白泥的碱性。以石灰石作为脱硫剂时，石灰石颗粒不能太小，否则很容易在炉膛内扬析，随着烟气离开，造成烟尘增加和脱硫效果下降。而白泥与煤泥混合，可充分利用煤泥的结团特性，随着煤泥的燃烧，形成具有一定刚度的煤泥块，不容易扬析出去。另外，白泥中含有少量的NaOH与KOH等纯碱性物质，容易与SO2发生反应。
3.应用前景、经济与社会效益
以75吨煤泥流化床锅炉每小时燃用15吨煤泥为例，假设煤泥中S含量为1%，燃烧固硫时Ca/S=2-2.5，每年在添加石灰石脱硫等方面的费用为290~370万左右。采用白泥加入气化渣、煤泥燃烧固硫，每年运行费用在80~130万左右，年节省费用为210~240万左右。气化渣的直接燃烧综合利用每年可以回收，创造经济效益，采用本系统进行脱硫，对造纸厂产生的废弃物白泥来说，不仅解决了白泥、气化渣处理问题，而且实现了变废为宝、资源综合利用，也具有很好的社会效益。