电厂煤粉锅炉协同处置煤制气固体废物技术探究

电厂煤粉锅炉协同处置煤制气固体废物技术探究

蔡鹏

北京天地融创科技股份有限公司  北京市  100013

摘要：随着全球化石能源需求的日益增长，以及环境保护意识的提高，能源的高效利用和废弃物的妥善处理已成为全球关注的焦点。煤制气作为一种高效、低碳的能源转换技术，因其能够显著提高煤炭的利用效率并降低污染物排放，被广泛应用于电力和化工行业。然而，这一过程中产生的大量固体废物，如煤焦油渣、酚水处理渣等，其处置问题却日益凸显，对环境造成潜在威胁。因此，如何在满足能源需求的同时兼顾环境保护，实现废物的资源化利用，成为了煤制气行业亟待解决的挑战。

关键词：煤粉锅炉；煤制气固体废物；协同处置

1煤制气固体废物概述

1.1煤制气固体废物的产生与特性

煤制气固体废物的产生与特性是研究其在电厂煤粉锅炉中协同处置的基础。在煤制气过程中，原料煤经过气化反应，生成合成气，同时伴随产生大量的固态残渣。这些残渣通常包含煤焦油渣、酚水处理渣、灰渣等，其中煤焦油渣富含有机物，而酚水处理渣含有大量酚类、酸类和重金属，灰渣则主要由无机矿物质组成。

煤制气固体废物具有多样性和复杂性，其特性在很大程度上决定了其在协同处置中的行为。首先，废物的热值变化大，从几百到几千大卡不等，直接影响到其作为辅助燃料的可行性。其次，废物中可能含有有毒有害物质，如重金属、多环芳烃等，在燃烧过程中可能生成二噁英、硫化物等污染物，对环境和人类健康构成威胁。

因此，对煤制气固体废物进行预处理，如破碎、筛分、干燥，以改善其燃烧性能，是协同处置的关键环节。预处理不仅可以提高废物的燃烧效率，降低污染物排放，还可以改善废物与煤粉的混合均匀性，从而在锅炉中实现更稳定的燃烧。深入理解废物的化学组成、物理特性及其对燃烧过程的影响，是优化预处理工艺和协同处置工艺流程的基础。

1.2煤制气固体废物的环境影响

煤制气固体废物的环境影响主要体现在其潜在的土壤、水体和大气污染上。在不适当处理或处置的情况下，这些废物会成为严重的环境负担。煤焦油渣中的有机物质，如多环芳烃和苯系物，具有高毒性且持久性，能在环境中累积，对生态系统的生物多样性构成威胁。当煤焦油渣暴露在环境中时，由于其粘稠性，雨水难以将其冲刷至地下，而会形成污染物富集层，对土壤造成严重污染，影响植物生长，甚至通过食物链进入人体，对人类健康构成潜在危害。

酚水处理渣则富含酚类化合物和重金属，如酚、铅、镉等，这些物质在环境中具有强亲水性和迁移性。在雨水冲刷作用下，酚类化合物会进入地表水和地下水，破坏水体的生态平衡，影响水生生物的生存，同时对人类的饮用水源构成威胁。

至于灰渣，虽然其主要成分是无机矿物质，但由于在煤制气过程中可能吸附有害元素，如硫、氮的化合物，如果随意堆放，这些元素会通过风蚀和雨水淋溶释放到环境中，对土壤和水体造成酸化，影响土壤肥力，破坏水体生态平衡，甚至可能引发土壤酸雨现象。

因此，对煤制气固体废物的环境影响进行深入研究，不仅有助于揭示其潜在的环境危害，还为开发有效的废物处理和资源化利用技术提供了科学依据。通过协同处置技术，将这些废物转化为能源，不仅可以降低其对环境的直接污染，同时也有助于降低化石燃料的消耗，减少温室气体排放，从而对全球气候变化产生积极影响。

2煤粉锅炉协同处置技术

2.1煤粉锅炉基本原理

煤粉锅炉是火力发电厂中广泛应用的热能转换设备，其核心工作原理是利用煤粉在高温下的燃烧反应，将化学能转化为热能，进而驱动蒸汽轮机旋转，产生电能。这一过程主要涉及四个关键阶段：燃料准备、燃烧、热交换和排烟。

煤在进入锅炉前需要经过破碎和研磨，制成煤粉。这种细小的颗粒状燃料可以极大地增加其表面积，有利于充分燃烧。在燃烧室内，高压空气将煤粉与氧气混合并引燃，形成高温火焰。燃烧过程中，煤粉中的碳、氢等元素与氧气反应，生成二氧化碳、水蒸气和一部分氮氧化物，同时释放大量热量。

燃烧产生的热量通过炉膛和烟道中的受热面传递给锅炉中的水，将其加热至过热蒸汽。这个阶段是热交换过程，高效的热交换设计是保证锅炉热效率的关键。蒸汽在受热面吸收热量后，其压力和温度均大幅提升，为后续的汽轮机做准备。

再者，过热蒸汽驱动汽轮机旋转，带动发电机产生电能。在这个过程中，蒸汽会经历膨胀做功，释放出大部分能量，最终变为乏汽。乏汽被送入冷凝器，通过冷却水将其重新转化为水，形成一个闭合的热力循环，保证了能量的高效利用。

燃烧过程中产生的烟气，包括不完全燃烧产物、灰分和部分水蒸气，经过除尘和脱硝系统，去除大部分有害物质和固体颗粒，以满足环保排放标准，然后通过烟囱排入大气。

2.2煤粉锅炉协同处置技术的原理与工艺

煤粉锅炉协同处置技术的原理与工艺是基于废物的热值和化学成分，通过科学的预处理、混合与燃烧策略，将煤制气固体废物与煤粉在锅炉中有效结合，实现废物的能源化利用。首先，预处理阶段是关键，它涉及废物的破碎、筛分、干燥等步骤，旨在改善废物的燃烧性能，降低其不稳定性，同时确保废物与煤粉的混合均匀性，避免在燃烧过程中形成局部过热或燃烧不完全。

破碎和筛分旨在将大块废物减小到与煤粉相近的粒度，以提高燃烧表面积，增强与氧气接触的机会。干燥则是为了降低废物的含水量，以减少在燃烧过程中水分蒸发所消耗的热量，从而提高整体燃烧效率。此外，预处理过程中可能还需要进行化学或物理改性，以减少废物中重金属和有毒物质的潜在危害，降低它们在燃烧过程中产生的污染物。

混合阶段，要根据废物的热值、燃烬特性以及原煤的特性，精确计算和调整废物与煤粉的掺混比例。一般来说，热值相近的废物可以与煤粉按照一定的质量比混合，以保持锅炉的稳定运行。在实际操作中，可能需要通过在线监测和控制系统，实时调整掺配比例，以应对废物热值波动。

燃烧过程中，优化的燃烧条件对于确保废物的高效燃烧至关重要。这包括控制合适的燃烧温度和氧气浓度，以保证废物和煤粉的完全燃烧，同时减少氮氧化物、硫氧化物和颗粒物的生成。通过调整燃烧器的设计和运行参数，可以改善气流分布，促进废物和煤粉的混合，提高燃烧的完全性。

热交换系统的设计和运行效率对协同处置的经济效益和环保性能也有重要影响。高效的热交换能确保锅炉在燃烧过程中产生的热量最大程度地被利用，转化为蒸汽驱动汽轮机。优化的排烟系统则能进一步降低污染物排放，比如通过安装高效的烟气净化装置，如湿式脱硫塔、静电除尘器和选择性催化还原器，以去除硫氧化物、颗粒物和氮氧化物。

为了确保协同处置技术的长期稳定性和经济性，必须对工艺过程进行持续监控和调整，通过实验和模拟分析优化工艺参数，如废物预处理条件、掺混比例、燃烧温度和氧气浓度等。

结语

研究旨在探索一种创新的固体废物处理策略，旨在解决煤制气行业废物处理难题，推动绿色转型，实现资源循环再利用。通过系统地研究煤粉锅炉协同处置技术的理论基础和实验应用，本研究将为该领域的学术研究和工业实践提供有价值的信息和建议，为构建更绿色、更可持续的能源体系贡献力量。

参考文献

[1] 王琛钧.电厂煤粉锅炉协同处置煤制气固体废物技术探究[J].《新疆环境保护》,2024年第2期37-45,共9页

[2] 尚曼霞.粉煤循环流化床锅炉0~1 mm制粉系统开发与热力计算方法[J].《中南大学学报（自然科学版）》,2024年第4期1560-1566,共7页

[3] 李建刚.煤粉工业锅炉烟气脱硝工艺研究[J].《清洗世界》,2024年第2期7-9,共3页