CN107384479A - 一种固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的装置及方法 - Google Patents
一种固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种生物质固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的装置及方法,所述装置为生物质固定床气化炉与新型结构的高温旋风分离器和燃煤发电锅炉的组合装置,在其旋风分离器内胆的顶部、侧壁及下部各设置蒸汽吹扫进口;所述方法为:将生物质原料在固定床气化炉内进行气化,产生的热燃气直接进入高温旋风分离装置中进行除尘和保温加热,使热燃气的温度不降低及热燃气中焦油保持气相状态随热燃气一起流动,然后直接送入燃煤发电锅炉中与煤共燃烧进行发电;同时,采用过热蒸汽间歇吹扫,以清除高温旋风分离器内壁附着的灰尘,防止其出灰口发生堵塞。本发明具有过程简单、原料适应性广、生物质能利用效率高、发电效率高、实用性强及高效节能等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质气化与燃煤发电锅炉耦合发电的装置及方法,具体地说是一种生物质固定床气化炉与新型结构的高温旋风分离器和燃煤发电锅炉的组合装置及其基于此装置的耦合发电方法。属于生物质气化发电利用技术领域。
技术背景
我国生物质资源丰富,开发有效的生物质能利用技术具有十分重要的意义。生物质气化发电是生物质能利用的一种途径,是将一次能源转化为清洁二次能源的重要途径,其产品主要为燃气,含有较高热值。相对于直接燃烧发电,有利于环境保护。由于生物质固定床气化炉制造简单以及其原料适应性广和操作过程简单成熟,所以生物质固定床气化发电技术受到广泛的青睐。然而,常规的生物质固定床气化发电工艺中,采用水洗技术对燃气进行净化,导致燃气的温度降低以及燃气中焦油被冷凝排出,导致燃气的显热和焦油的能量不能被有效利用,从而使生物质的能量利用效率不高。为了进一步提高生物质能的利用效率,促进生物质固定床气化发电技术的进步及发展,本发明提供了一种生物质固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合的发电方法。目前,有几个涉及生物质气化与燃煤发电锅炉耦合发电方法的专利申请,没有专门针对生物质固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的报道。专利《一种燃煤电站锅炉生物质气化混燃系统》(申请公布号:CN103074117)和专利《在超临界燃煤发电机组中整合秸秆气化发电方法》(申请公布号:CN102010757A)采用的气化装置都是流化床,流化床对原料要求高。专利《一种生物质气化产物与煤共燃烧的系统及方法》(申请公布号:CN105841140A)没有说明采用何种气化装置,该专利阐述了气化装置得到的产物是生物质焦和气态产物,说明该装置是一种以气化过程为辅的炭化装置。专利《生物质气化与燃煤发电锅炉的高效组合发电方法》(申请公布号:CN103881754A)没有说明采用何种气化装置,但其设置了从气化炉出来的燃气需经过换热器进行降温处理的工艺,这样导致气化炉出口燃气进入燃煤发电锅炉前的显热被损失。
发明内容
为了生物质固定床气化发电技术的发展及工业化应用,针对现有技术的缺陷,本发明提供一种具有与上述专利的气化炉和工艺不同的特点的核心装置及工艺方法,即:本发明的耦合装置中,采用了具有蒸汽吹扫功能的高温旋风分离装置的加热工艺方法。
本发明主要通过以下技术方案实现:
一种固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的装置,其特征在于,所述装置包括固定床气化炉、高温旋风分离装置与燃煤发电锅炉,所述的固定床气化炉通过其燃气出口与高温旋风分离装置燃气进口相连;所述的高温旋风分离装置包括壳体、内胆及处于壳体及内胆之间的加热腔,内胆中央设置一根燃气中心上升管,其顶端为热燃气出口,内胆底部具有一出灰口,一个加热流体出口位于加热腔顶部,加热流体进口位于加热腔底部,在内胆的顶部、侧壁及下部各设置蒸汽吹扫进口;所述的燃煤发电锅炉具有一个锅炉燃气进口,与高温旋风分离器的热燃气出口相连。
所述的蒸汽吹扫进口设置为蒸汽吹扫进口轴线与内胆轴线正向夹角呈5-85°。
本发明还提供一种采用上述装置耦合发电的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
1)将生物质原料在固定床气化炉内进行气化,产生的热燃气直接进入高温旋风分离装置中进行除尘;
2)加热流体从加热流体进口进入高温旋风分离装置的加热腔对热燃气保温加热,使高温旋风分离装置出口燃气的温度不低于其进口燃气的温度,且燃气中焦油以气相形式存在并随热燃气一起进入燃煤发电锅炉,与发电锅炉中的燃煤共燃烧发电;
3)采用本工艺自产的过热蒸汽通过各蒸汽吹扫进口对内胆内壁、燃气中心上升管外壁及出灰口进行间歇吹扫。
所述加热流体包括本工艺自产的过热蒸汽或热废气、外来的过热蒸汽或热废气、或其它高温流体中的一种。
本发明的有益效果包括:
(1)采用固定床气化炉,原料的适应性广;
(2)采用具有加热功能的高温旋风分离装置工艺,不仅有效分离出了热燃气中的灰尘,而且使热燃气的显热及燃气中的焦油能量得到充分利用,减少了废物的量及处置难度,有利于环境保护,做到了节能减排;
(3)采用具有蒸汽吹扫功能的高温旋风分离装置工艺,可清除其内壁附着灰尘,防止其出口发生堵塞,使其能正常操作运行,进而为整体工艺装置的顺利运行提供了保障;
(4)高温旋风分离装置的加热采用本工艺自产的过热蒸汽或热废气,以及其吹扫采用的高温蒸汽为本工艺自产的过热蒸汽,达到了节能作用,提高了整体工艺的能量效率;
(5)常规的燃气除尘一般采用水洗技术,而本发明采用高温旋风分离装置除尘,不产生废水,有利于环保。
附图说明
图1为本发明一种固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的工艺方法流程示意图,也是本发明的具体实施方式的示意图。
图中:1-固定床气化炉,2-高温旋风分离装置,3-燃煤发电锅炉,4-内胆,5-加热腔,6-加热流体进口,7-出灰口,8-蒸汽吹扫进口,9-加热流体出口,10-燃气中心上升管,11-气化炉燃气出口,12-旋风分离器装置燃气进口,13-旋风分离装置燃气出口,14-锅炉燃气进口
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明,但本发明并不限于该方式。
生物质原料经原料输送机送入固定床气化炉1,原料在固定床气化炉1内发生气化反应产生热燃气,经气化炉1燃气出口11流出;气化炉1流出的热燃气从高温旋风分离装置2燃气进口12直接进入高温旋风分离装置2,分离出燃气中的灰尘;加热流体进入高温旋风分离装置2的加热腔5对热燃气进行保温加热,使热燃气的温度不被降低,并使热燃气在燃气出口处的温度高于燃气进口处的温度,同时燃气中的焦油以气相状态随热燃气流动;经过除尘及保温加热的热燃气沿高温旋风分离装置2的燃气中心上升管10向上流动,经高温旋风分离装置2燃气出口13流入,然后直接从燃煤发电锅炉3燃气进口14进入燃煤发电锅炉3中与煤进行共燃烧发电。
高温旋风分离装置2的保温加热过程:本工艺自产的过热蒸汽或热废气、外来的过热蒸汽或热废气、或其它高温流体等从加热流体进口6进入加热腔5,加热流体与内胆4中的燃气进行热交换,以实现热燃气的保温加热,经过热交换的高温流体从加热流体出口9排出。
高温旋风分离装置2的蒸汽吹扫过程:采用本工艺自产的过热蒸汽对内胆4的内壁、燃气中心上升管10的外壁及出灰口7进行间歇吹扫,以清除高温旋风分离除尘装置2的内壁附着的灰尘及出灰口7处堵塞的灰尘。
高温旋风分离除尘装置2的保温加热采用本工艺自产的过热蒸汽或热废气,以及其吹扫采用的过热蒸汽为本工艺自产的过热蒸汽,达到了节能作用,这样提高了整体发电工艺的能量效率。
高温旋风分离除尘装置2被本工艺自产的过热蒸汽或热废气保温加热,使气化炉1出口流出的热燃气温度不降低以及绝大部分焦油以气相状态存在于燃气中,可导致气化炉1出口流出的热燃气显热和焦油的能量得到充分利用,提高了生物质能利用效率。另外,由于被热燃气携带进入燃煤发电锅炉3的焦油量大大增加,减少了废物中的焦油量,则废物的处置量及难度降低。上述做到了节能减排,有利于环境保护。
高温旋风分离除尘装置2的内壁及出灰口被本工艺自产的过热蒸汽间歇吹扫,清除了高温旋风分离除尘装置2的内壁附着的灰尘,防止了高温旋风分离除尘装置2的出口发生堵塞,使高温旋风分离除尘装置2能正常操作运行,从提高了整体工艺装置顺利运行的保障。
高温旋风分离装置2不产生废水,有利于环保。
以下通过举出实例来进一步详细说明本发明,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
稻秸秆原料经原料输送机送入固定床气化炉1,在固定床气化炉1内发生气化反应产生燃气,经气化炉1出口流出;气化炉1出口流出的热燃气(温度为200℃)进入高温旋风分离装置2,分离出燃气中的灰尘,同时采用本工艺自产的过热蒸汽(温度为600℃)保温加热,使热燃气的温度不被降低以及燃气中的焦油以气相状态随热燃气流动;从高温旋风分离装置2出口出来的热燃气直接送入燃煤发电锅炉3中与煤进行共燃烧发电。同时,采用本工艺自产的过热蒸汽间歇对具有蒸汽吹扫结构的高温旋风分离除尘装置2的内胆及出灰口进行吹扫,清除高温旋风分离除尘装置2的内壁附着的灰尘及出口处堵塞的灰尘。结果显示,高温旋风分离器出灰口处不发生堵塞,进入燃煤发电锅炉热燃气的温度提高到405℃,燃气中95%以上的焦油进入燃煤发电锅炉,生物质能量利用效率提高15%。
实施例2
麦秸秆原料经原料输送机送入固定床气化炉1,在固定床气化炉1内发生气化反应产生燃气,经气化炉1出口流出;气化炉1出口流出的热燃气(温度为400℃)进入高温旋风分离装置2,分离出燃气中的灰尘,同时采用本工艺自产的过热蒸汽(温度为450℃)保温加热,使热燃气的温度不被降低以及燃气中的焦油以气相状态随热燃气流动;从高温旋风分离装置2出口出来的热燃气直接送入燃煤发电锅炉3中与煤进行共燃烧发电。同时,采用本工艺自产的过热蒸汽间歇对高温旋风分离除尘装置2的内胆及出灰口进行吹扫,清除高温旋风分离除尘装置2的内壁附着的灰尘及出口处堵塞的灰尘。结果显示,高温旋风分离器出灰口处不发生堵塞,进入燃煤发电锅炉热燃气的温度保持为400℃,燃气中93%以上的焦油进入燃煤发电锅炉,生物质能量利用效率提高18%。
实施例3
玉米秸秆原料经原料输送机送入固定床气化炉1,在固定床气化炉1内发生气化反应产生燃气,经气化炉1出口流出;气化炉1出口流出的热燃气(温度为400℃)进入高温旋风分离装置2,分离出燃气中的灰尘,同时采用本工艺自产的过热蒸汽(温度为600℃)保温加热,使热燃气的温度不被降低以及燃气中的焦油以气相状态随热燃气流动;从高温旋风分离装置2出口出来的热燃气直接送入燃煤发电锅炉3中与煤进行共燃烧发电。同时,采用本工艺自产的过热蒸汽间歇对具有蒸汽吹扫结构的高温旋风分离除尘装置2的内胆及出灰口进行吹扫,清除高温旋风分离除尘装置2的内壁附着的灰尘及出口处堵塞的灰尘。结果显示,高温旋风分离器出灰口处不发生堵塞,进入燃煤发电锅炉热燃气的温度提高到510℃,燃气中99%以上的焦油进入燃煤发电锅炉,生物质能量利用效率提高23%。
从以上附图及实施例可见,采用本发明的装置及方法,不仅可以将燃气中的灰尘有效脱除,使燃气得到净化,而且,固定床气化炉燃气出口温度一般在150-400℃之间,采用对旋风分离装置加热的方式,保证了热燃气进入燃煤发电锅炉前的温度不降低,甚至提高,使燃气的显热得到利用,提高了锅炉的燃烧效率;使绝大部分焦油以气相状态存在热燃气中,并能够随热燃气进入锅炉进行燃烧,使焦油的能量得到了利用,同时使排出的灰尘及其所含的焦油大大减少,降低了废物的处置量及难度,有利于环境保护。由于燃气中含有大量的焦油和水,容易导致灰尘粘附在旋风分离装置的内壁,甚至导致旋风分离装置的出口发生堵塞,而本发明方法采用的旋风分离装置具有蒸汽吹扫灰尘的功能,可以清除其内壁附着的灰尘,防止其出灰口发生堵塞,使其达到正常操作运行,保证整体工艺装置的顺利运行。常规的燃气除尘方法一般采用水洗技术,而本发明采用高温旋风分离装置,大大减少了废水的产生,有利于环保。本发明提供了一种固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的装置及方法,提高了生物质能的利用效率及生物质固定床气化发电技术的实用性,不仅具有过程简单、原料适应性广、生物质能利用效率高、发电效率高、实用性强及高效节能等特点,而且环境效益和社会效益显著。
Claims (4)
1.一种固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的装置,其特征在于,所述装置包括固定床气化炉、高温旋风分离装置与燃煤发电锅炉,所述的固定床气化炉通过其燃气出口与高温旋风分离装置燃气进口相连;所述的高温旋风分离装置包括壳体、内胆及处于壳体及内胆之间的加热腔,内胆中央设置一根中心燃气上升管,其顶端为热燃气出口,内胆底部具有一出灰口,一个加热流体出口位于加热腔顶部,加热流体进口位于加热腔底部,在内胆的顶部、侧壁及下部各设置蒸汽吹扫进口;所述的燃煤发电锅炉具有一个锅炉燃气进口,与高温旋风分离器的热燃气出口相连。
2.如权利要求1所述的固定床气化炉与燃煤发电锅炉耦合发电的装置,其特征在于,所述的蒸汽吹扫进口设置为蒸汽吹扫进口轴线与内胆轴线正向夹角呈5-85°。
3.采用如权利要求1所述装置耦合发电的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
1)将生物质原料在固定床气化炉内进行气化,产生的热燃气直接进入高温旋风分离装置中进行除尘;
2)加热流体从加热流体进口进入高温旋风分离装置的加热腔对热燃气保温加热,使高温旋风分离装置出口燃气的温度不低于其进口燃气的温度,且燃气中焦油以气相形式存在并随热燃气一起进入燃煤发电锅炉,与发电锅炉中的燃煤共燃烧发电;
3)采用本工艺自产的过热蒸汽通过各蒸汽吹扫进口对内胆内壁、燃气中心上升管外壁及出灰口进行间歇吹扫。
4.如权利要求3所述的耦合发电的方法,其特征在于,所述步骤2)中的加热流体为选自本工艺自产的过热蒸汽或热废气、外来的过热蒸汽或热废气、或其它高温流体中的一种。
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