CN107420887A - 富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置，所述装置包括生物质锅炉、若干一次风风仓、空气浓缩装置、二次风和燃尽风系统、余热锅炉、烟气净化系统和烟气再循环系统，所述空气浓缩装置产生送入所述生物质锅炉的富氧空气，所述二次风和燃尽风系统产生送入所述生物质锅炉的二次风和燃尽风，所述烟气再循环系统将再循环烟气分别与所述二次风和所述燃尽风混合。根据本发明，采用富氧燃烧和特殊设计的烟气再循环系统可以实现更高的燃烬率、更少的NO_x排放和更低的炉内高温腐蚀风险，并且具有降低总风量、减少飞灰量、减小余热锅炉容积等效果。

Description

富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置

技术领域

本发明涉及生物质燃烧领域，具体而言涉及一种富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置。

背景技术

近年来，随着国家对生物质能源的提倡和政策扶持，生物质直燃发电技术在我国得到了迅速的发展，但随着行业的发展也逐渐暴露出我国生物质直燃发电技术的一些问题。

目前，国内外生物质直燃技术以循环流化床和水冷振动炉排为两种主要的技术类型。循环流化床锅炉被提倡的较多，但是目前存在技术不成熟、故障率高、厂用电高、脱硝困难、对运行水平要求高等缺陷。

水冷振动炉排技术较为成熟，目前国内应用绝大多数使用来自丹麦的BWE炉型，经大量工程实践表明该炉型在面对燃料种类复杂、低污染物排放要求等情况时难以满足要求，主要体现在燃烬率差(一般底渣含碳量在10％左右，飞灰更高)、炉内腐蚀问题严重、氮氧化物(NO_x)缺乏脱除手段等问题，严重制约了该炉型的推广使用。

因此，开发具有高效且低污染特性的生物质直燃装置将是大势所趋。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置，所述装置包括生物质锅炉、若干一次风风仓、空气浓缩装置、二次风和燃尽风系统、余热锅炉、烟气净化系统和烟气再循环系统，所述空气浓缩装置产生送入所述生物质锅炉的富氧空气，所述二次风和燃尽风系统产生送入所述生物质锅炉的二次风和燃尽风，所述烟气再循环系统将再循环烟气分别与所述二次风和所述燃尽风混合。

在一个示例中，所述若干一次风风仓位于所述生物质锅炉的炉排下方。

在一个示例中，所述富氧空气采用单独送风系统供给，通入位于所述炉排燃烧段下方的一次风风仓。

在一个示例中，所述生物质锅炉正常工作时，将位于所述炉排燃烧段下方的一次风风仓下方的一次风阀门关闭，使位于所述炉排燃烧段下方的一次风风仓全部通入所述富氧空气。

在一个示例中，所述二次风和燃尽风系统包括二次风风机和二次风输送管道，所述二次风输送管道分成二次风混合管和燃尽风混合管，所述二次风混合管连通所述生物质锅炉前墙二次风喷口和所述生物质锅炉后墙二次风喷口，所述燃尽风混合管连通所述生物质锅炉前墙燃尽风喷口和所述生物质锅炉后墙燃尽风喷口。

在一个示例中，所述生物质锅炉前墙燃尽风喷口和所述生物质锅炉前墙二次风喷口的垂直距离为2m-3m，所述生物质锅炉后墙燃尽风喷口和所述生物质锅炉后墙二次风喷口的垂直距离为2m-3m。

在一个示例中，所述再循环烟气抽取自所述烟气净化系统的末端出口。

在一个示例中，所述烟气净化系统包括脱硫塔和除尘器。

在一个示例中，所述富氧空气的氧气含量在25vol％-35vol％之间。

在一个示例中，所述生物质锅炉的总体过量空气系数为1.15-1.25。

根据本发明，采用富氧燃烧和特殊设计的烟气再循环系统可以实现更高的燃烬率、更少的NO_x排放和更低的炉内高温腐蚀风险，并且具有降低总风量、减少飞灰量、减小余热锅炉容积等效果。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明示例性实施例的富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和/或结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。

现有层燃生物质锅炉从应用情况看普遍存在燃烬率差、燃烧适应性差等问题。由于我国生物质燃料含水量、灰量较多，热值低，采用国外BWE炉型的生物质发电机组普遍存在燃烬率低等问题，底渣、飞灰含碳量均较高。为解决该问题，本发明采用局部富氧燃烧技术进行层燃燃烧，在部分一次风风仓内通入经过氧气浓缩的助燃空气，以实现快速燃尽的效果，由此提高生物质料层的燃烧效率。

现有层燃生物质锅炉并未采取深度的炉内脱硝手段，炉内NO_x生成量较高，导致烟气后处理任务较重并且超标风险较大。为解决该问题，本发明采取烟气再循环系统降低炉内温度水平并促进温度分布均匀，以实现炉内深度脱硝的目的，并且由于再循环烟气的使用，可以有效降低炉内关键区域的高温腐蚀风险。

另外，富氧燃烧和烟气再循环系统的搭配使用可以确保本发明提出的生物质直燃装置进一步拥有降低总风量、减少飞灰量、减小余热锅炉容积等效果。

[示例性实施例]

参照图1，其示出了根据本发明示例性实施例的富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置的示意图。

如图1所示，本发明提出的富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置包括生物质锅炉、若干一次风风仓、空气浓缩装置、二次风和燃尽风系统、余热锅炉、烟气净化系统、烟气再循环系统等部分。

生物质锅炉为层燃炉，如进料方向4所示，生物质原料(例如秸秆、木片等)从锅炉左侧进料，在锅炉的炉排上堆积形成料层1，生物质原料燃烧后产生的灰渣从锅炉右侧的落渣口5排出。如炉内烟气流动方向6所示，生物质原料燃烧后产生的烟气从锅炉上部的排气口排出后进入余热锅炉16，通过余热锅炉16回收烟气的热量并产生过热蒸汽。从余热锅炉16排出的烟气进入烟气净化系统，示例性地，烟气净化系统包括脱硫塔17和除尘器18，通过脱硫塔17脱除烟气中的氯化氢、二氧化硫等酸性气体，通过除尘器18脱除烟气中的飞灰等颗粒物。从除尘器18排出的低温烟气一部分进入烟气再循环系统，另一部分通过引风机15进入烟囱19后排入大气。

一次风2从位于炉排下方的若干个一次风风仓20中送入料层1下方，其中，每个一次风风仓20的风量都可以单独调节。来自空气浓缩装置的富氧空气3采用单独送风系统供给，通入位于炉排燃烧段下方的一次风风仓20，正常工作时，将位于炉排燃烧段下方的一次风风仓20下方的一次风阀门关闭，使位于炉排燃烧段下方的一次风风仓20全部通入富氧空气3。

二次风和燃尽风系统包括二次风风机7和二次风输送管道。二次风采用单独的二次风风机7输送，方便调节，二次风在下游分成两股：二次风和燃尽风，两股风量的分配可以自由调节，相应地，二次风输送管道分成二次风混合管12和燃尽风混合管13，二次风混合管12连通锅炉前墙二次风喷口8和锅炉后墙二次风喷口9，燃尽风混合管13连通锅炉前墙燃尽风喷口10和锅炉后墙燃尽风喷口11。

烟气再循环系统中的再循环烟气抽取自烟气净化系统的末端出口，示例性地，例如图1中的连接除尘器18的排气口与引风机15的进气口的烟气管道，此时烟气温度较低(120℃-130℃)并且含尘量较少，利于输送和使用，并且对整体烟风系统影响较小。再循环烟气通过循环风机14送至炉膛附近分成两股，分别在二次风混合管12中与二次风掺混和在燃尽风混合管13中与燃尽风掺混，而后分别从锅炉前墙二次风喷口8、锅炉后墙二次风喷口9、锅炉前墙燃尽风喷口10、锅炉后墙燃尽风喷口11送入炉膛。为达到较佳的燃烧和污染物脱除效果，燃尽风喷口和二次风喷口的垂直距离应保持在2m-3m之间，即锅炉前墙燃尽风喷口10与锅炉前墙二次风喷口8的垂直距离应保持在2m-3m之间，锅炉后墙燃尽风喷口11与锅炉后墙二次风喷口9的垂直距离应保持在2m-3m之间。

由于有富氧空气3和再循环烟气的参与，锅炉总体过量空气系数可以从传统燃烧的1.4-1.6下降到1.15-1.25。示例性地，富氧空气3的氧气含量在25vol％-35vol％之间。由于富氧空气3集中供给炉排的燃烧段，因此可以大幅加快料层1的燃烧速度，缩短料层1的燃烧时间，如此可以大大增加生物质的燃料适应性，并且最大效用地利用了富氧空气3的助燃优势，一次风的过量空气系数可以下降到0.7-0.8。料层1析出的燃烧气体上升到二次风喷口时与二次风和部分再循环烟气混合，此时烟气的过量空气系数为0.95-1.05，绝大部分可燃物燃尽，并且温度降低和局部还原性气氛使得NO_x的生成反应受到抑制。烟气继续上行2m-3m与从燃尽风喷口喷出的高速燃尽风进行混合，可燃物全部燃尽，NO_x的生成也由于分级燃烧和低温燃烧而大为减少。再循环烟气可以纠正由于富氧燃烧带来的烟气温度偏高问题，可以实现较低的总风量、炉内NO_x生成量、飞灰量等，并可以极大地提高炉内温度分布均匀性，降低局部高温，降低腐蚀风险。

本发明提出的富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置具有以下特点：

(1)采用富氧燃烧技术，实现生物质料层的快速燃尽，大大提高了燃料适应性和燃烬率；

(2)采用独特的烟气再循环系统增加炉内扰动并降低烟气温度，促进气相可燃物燃尽并降低烟气温度，有利于NO_x的脱除，经过数值模拟证明可以降低NO_x幅度在40％以上；

(3)富氧燃烧和再循环烟气结合相比传统燃烧方式可以大大降低生物质燃烧所需空气量，节省运行费用；

(4)再循环烟气均匀掺混空气作为二次风和燃尽风可以极大改善炉内温度均匀性，降低燃烧区局部温度，由此可以减少炉内高温腐蚀风险；

(5)富氧燃烧和再循环烟气结合可以降低总风量、一次风量，由此可以降低飞灰量，有利于减缓炉内积灰结焦和高温腐蚀的出现。

本发明提出的富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置具有以下优点：

(1)对生物质层燃使用局部富氧燃烧技术，可以在降低一次风需求量的同时增加料层整体燃烧速率，缩短燃烧时间，增加燃烧效率，可以解决国内多地生物质热值低难燃尽、生物质种类繁杂等问题；

(2)料层的富氧燃烧可以大大减少一次风量，减少了被吹起的飞灰量，缓解了生物质锅炉长期存在的积灰、结焦问题，提高余热锅炉的传热效率；

(3)再循环烟气可以进一步降低对过剩空气的需求，降低由于富氧空气导致的烟气温度升高的负面影响，由于烟气温度降低并且过量空气系数减小，炉内NO_x的生成量将会减少，减轻了后续烟气净化的负荷；

(4)将再循环烟气分别与二次风、燃尽风混合后喷入炉膛，可以降低局部燃烧温度，大大改善炉内温度分布的均匀性，大大缓解了锅炉“喉口”等敏感部位的高温腐蚀风险，提高了机组运行可靠性；

(5)富氧燃烧和再循环烟气配合使用可以大大降低对过量空气的需求，节省了送风机、引风机的电量消耗，完全可以弥补再循环风机和空气浓缩机带来的运行成本的增加。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种富氧燃烧和烟气再循环相结合的生物质直燃装置，其特征在于，所述装置包括生物质锅炉、若干一次风风仓、空气浓缩装置、二次风和燃尽风系统、余热锅炉、烟气净化系统和烟气再循环系统，所述空气浓缩装置产生送入所述生物质锅炉的富氧空气，所述二次风和燃尽风系统产生送入所述生物质锅炉的二次风和燃尽风，所述烟气再循环系统将再循环烟气分别与所述二次风和所述燃尽风混合。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述若干一次风风仓位于所述生物质锅炉的炉排下方。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述富氧空气采用单独送风系统供给，通入位于所述炉排燃烧段下方的一次风风仓。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述生物质锅炉正常工作时，将位于所述炉排燃烧段下方的一次风风仓下方的一次风阀门关闭，使位于所述炉排燃烧段下方的一次风风仓全部通入所述富氧空气。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述二次风和燃尽风系统包括二次风风机和二次风输送管道，所述二次风输送管道分成二次风混合管和燃尽风混合管，所述二次风混合管连通所述生物质锅炉前墙二次风喷口和所述生物质锅炉后墙二次风喷口，所述燃尽风混合管连通所述生物质锅炉前墙燃尽风喷口和所述生物质锅炉后墙燃尽风喷口。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述生物质锅炉前墙燃尽风喷口和所述生物质锅炉前墙二次风喷口的垂直距离为2m-3m，所述生物质锅炉后墙燃尽风喷口和所述生物质锅炉后墙二次风喷口的垂直距离为2m-3m。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述再循环烟气抽取自所述烟气净化系统的末端出口。

8.根据权利要求1或7所述的装置，其特征在于，所述烟气净化系统包括脱硫塔和除尘器。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述富氧空气的氧气含量在25vol％-35vol％之间。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物质锅炉的总体过量空气系数为1.15-1.25。