CN107448920A - 生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统，包括锅炉、汽轮机、煤制粉子系统，所述锅炉具有燃烧器，烟道中设有过热器、省煤器以及空气预热器，还包括生物质气化子系统，所述生物质气化子系统包括生物质料仓、料斗、气化炉、第二旋风除尘器、燃气冷却器以及热煤气风机；所述生物质料仓与所述料斗连接，所述料斗再连接至所述气化炉，所述气化炉经所述第二旋风除尘器、所述燃气冷却器连接至所述热煤气风机，所述热煤气风机再连接至所述燃烧器。本发明将生物质气化与燃煤发电、污泥发电以及垃圾发电相结合，可以根据实际情况，进行综合发电或者单独发电，建设成本低、运行灵活，实现了资源的综合利用，提高发电效率。

Description

生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，尤其涉及生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的发电系统。

背景技术

根据《中国统计年鉴2014》，我国生物质能目前主要以农林废弃物为主，农业废弃物主要是农作物秸秆。农作物秸秆理论资源量约为8.7亿吨，折合标准煤约为4.4亿吨，主要分布在华北平原、长江中下游平原、东北平原等13个粮食主产区。可供资源化利用的秸秆量每年约4亿吨。全国生物质能产业规模稳步增长，2014年生物质并网装机容量超过948万千瓦。

2015年底我国生物质发电并网装机容量达1031万千瓦，其中农林生物质直燃发电装机530万千瓦，垃圾发电占468万千瓦，两者占97％以上。

农林生物质直燃发电项目由于受原料供给能力和价格限制，农林生物质直燃发电项目的整体盈利能力减弱，并网装机容量增长速度有所放缓。全国农林剩余物直燃并网发电装机容量及分布如下：华东地区最大，装机200.7万千瓦，占40％。生物质气化发电尚未规模化推广。

当前生物质电厂单机容量多在12MW至30MW之间，参数以中温中压为主。受参数较低限制，其发电效率较低。据统计，生物质电厂汽轮机组效率在31％左右，锅炉效率基本在83％～89％之间。

依据主流生物质直燃电厂锅炉效率、汽机热耗等指标，当前投入运行的生物质直燃电厂发电效率在25％至29％之间。另外，生物质直燃电厂有时还会出现生物质短缺的问题，这时就不得不停机，造成发电实施闲置浪费的问题。

我国城市生活垃圾总量大，并保持着较高的增速。根据国家统计局的数据，2014年全国生活垃圾清运量已达1.786亿吨。城市生活垃圾成分复杂，含多种有毒、有害、难降解的成分，如果不对城市生活垃圾加以有效的处理和处置，会严重污染环境，影响人们的身体健康。因此，城市生活垃圾的处理和资源化利用，已成为环境保护的重点领域之一。

针对城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化需求，有破碎、压实、分选等预处理技术，和填埋、堆肥、厌氧发酵、焚烧和热解等处置技术。2014年末，我国生活垃圾卫生填埋无害化处理厂604座，生活垃圾卫生填埋无害化处理量10744.3万吨；生活垃圾焚烧无害化处理厂188座，生活垃圾焚烧无害化处理量5329.9万吨。可见，在我国填埋和焚烧是两种最主要的生活垃圾处置技术，且现阶段填埋的比例还显著高于焚烧。生活垃圾填埋的应用历史悠久，技术成熟，但减量的程度低，占用土地面积大，填埋场选址日益困难。焚烧技术的优点是减容、减量程度高，无害化彻底，可以回收利用垃圾中蕴含的热能，用于生产蒸汽和发电，实现资源化利用。因此，生活垃圾焚烧技术在国内的应用日益增多。目前，生活垃圾焚烧的主流设备是炉排炉和流化床焚烧炉两种。这两种设备可以适应生活垃圾热值低、成分复杂的特点，但炉内焚烧温度相比于电站煤粉锅炉等燃烧装置要低许多，所生产蒸汽的参数和发电效率也相对较低。

我国有大量的电站煤粉锅炉。发展依托电站煤粉锅炉的煤和生活垃圾耦合发电技术，充分发挥大容量高参数火力发电厂燃烧温度高、污染物去除率高、发电效率高的技术优势，对于促进生活垃圾资源化利用和环境保护有积极意义。

2015年年末，全国城市污水处理厂日处理能力14028万立方米，年污水处理总量428.8亿立方米。污泥产量与污水处理工艺及标准的高低有关系，约占处理水量的0.3％-0.5％(以含水率97％计)，则2015年污水处理过程产生的污泥达1.29-2.14亿吨。污泥中含有大量重金属、病原体和难降解有毒有机物，还会散发臭气。如果不对污泥加以有效的处理和处置，会严重污染环境，影响人们的身体健康。因此，污泥的处理和资源化利用，已成为环境保护的重点领域之一。

污泥干化-焚烧技术近年来发展迅速。由于污水处理厂产生的污泥经机械脱水后仍有很高的含水率，热值很低，通常对污泥进行脱水和干化处理后，再通过炉排炉、回转窑和流化床焚烧炉等进行单独焚烧，或者送到电厂锅炉中与煤进行混烧。由于电站锅炉燃料消耗量大，炉内温度水平高，烟气净化设施完善，所以基于电站锅炉协同处置污泥术具有处理量大、处理速度快、无害化彻底等优点，在国内的应用日益增多。目前，由于大部分火电厂投运的污泥干化-焚烧工程都属于改造工程，原有锅炉通常根据设计煤种的特性只配一种型式的制粉系统，不能直接接受高含水率的污泥，因而补充布置污泥干化车间进行污泥干化，干化车间和锅炉系统相对独立，距离较远，干化污泥转运到电厂的煤场或专用的污泥储仓，然后采用皮带输送方式送入制粉系统，或直接通过螺旋输送、气力输送进入炉内焚烧。干化后的污泥在堆放及输送过程中会有扬尘和臭气散发，且皮带输送系统的密封性能较差，所以容易引起臭气在厂区及附近区域扩散，导致工作环境恶劣，严重影响电厂焚烧污泥的积极性。

因此，发展新型制粉系统，适应普通煤炭和污泥在电站煤粉锅炉上混烧的要求，是通过火力发电厂进行污泥焚烧处置的重要基础，对于促进环境保护有积极意义。

并且，现有技术中还未出现过一种生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种运行灵活、发电效率高的生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统，以克服现有技术存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统，包括锅炉、汽轮机、煤制粉子系统，所述锅炉具有燃烧器，烟道中设有过热器、省煤器以及空气预热器，所述煤制粉子系统包括煤斗、给煤机、磨煤机；所述煤斗、所述给煤机、所述磨煤机依次连接，所述磨煤机再连接到所述燃烧器，所述过热器的蒸汽出口与所述汽轮机的蒸汽入口连接；其特征在于：还包括生物质气化子系统、污泥制粉子系统以及垃圾焚烧子系统；

所述生物质气化子系统包括生物质料仓、料斗、气化炉、第二旋风除尘器、燃气冷却器以及热煤气风机；所述生物质料仓与所述料斗连接，所述料斗再连接至所述气化炉，所述气化炉经所述第二旋风除尘器、所述燃气冷却器连接至所述热煤气风机，所述热煤气风机再连接至所述燃烧器；

所述污泥制粉子系统包括污泥储仓、干燥管、风扇磨煤机、粗粉分离器、旋风分离器、第一热交换器以及混合风机，所述污泥储仓连接到所述干燥管的污泥入口，所述干燥管的污泥出口连接所述风扇磨煤机，所述风扇磨煤机、所述粗粉分离器、所述旋风分离器、所述第一热交换器以及所述混合风机依次连接，所述混合风机再连接至所述燃烧器；

所述垃圾焚烧子系统包括垃圾焚烧炉、第一旋风除尘器以及第一烟气引风机，所述垃圾焚烧炉的烟气出口经第一旋风除尘器、所述第一烟气引风机连接至所述燃烧器，所述垃圾焚烧炉的蒸汽出口还连接至所述汽轮机的蒸汽入口。

所述汽轮机的蒸汽出口经凝汽器以及水泵连接至省煤器，所述水泵还连接至所述第二热交换器，所述第二热交换器再连接至所述省煤器，所述第二热交换器还与所述燃气冷却器连接。

所述锅炉具有高温炉烟抽取口，所述高温炉烟抽取口连接至炉烟混合室的第一烟气入口，所述炉烟混合室的混合烟气出口再连接至所述干燥管的干燥烟气入口；所述锅炉的烟道尾部设置有除尘器，所述除尘器的出口经冷烟风机连接至所述烟气混合室的第二烟气入口。

所述空气预热器的第一热风出口连接至所述风扇磨煤机的热风入口，所述空气预热器的第二热风出口经阀门连接至所述燃烧器。

采用上述技术方案，本发明将生物质气化与燃煤发电、污泥发电以及垃圾发电相结合，可以根据实际情况，进行综合发电或者单独发电，建设成本低、运行灵活，实现了资源的综合利用，提高发电效率。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统，包括锅炉100、汽轮机200、煤制粉子系统、垃圾焚烧子系统、污泥制粉子系统以及生物质气化子系统。

其中，锅炉100的前部设有燃烧器110，烟道中设有过热器101、省煤器102以及空气预热器103，过热器101与汽轮机200的蒸汽入口相连，汽轮机200的蒸汽出口经凝汽器201以及水泵202连接至省煤器102。

煤制粉子系统包括煤斗301、给煤机302、磨煤机303。煤斗301、给煤机203、磨煤机303依次连接，磨煤机303再连接到燃烧器110。在煤制粉子系统中，原煤通过磨煤机303磨成细粉送入锅炉100的燃烧器110进行燃烧。锅炉100与煤制粉系统组成了燃煤机组。

垃圾焚烧子系统包括垃圾焚烧炉401、第一旋风除尘器402以及第一烟气引风机403。该垃圾焚烧炉401的烟气出口经第一旋风除尘器402、第一烟气引风机403连接至锅炉的燃烧器110。该垃圾焚烧炉401的蒸汽出口还连接至汽轮机200的蒸汽入口。

该垃圾焚烧子系统通过与燃煤机组的烟气系统结合，实现垃圾焚烧过程中NOx、SOx、粉尘等污染物的超低排放；利用燃煤机组的高效热力循环系统的优势，提高垃圾焚烧发电的效率，利用二噁英在高温下完全分解的特点从而利用煤粉锅炉炉膛的高温环境去除二噁英，降低发电煤耗；还可以降低焚烧炉蒸汽参数，延长受热面使用寿命。

污泥制粉子系统包括污泥储仓501、干燥管502、风扇磨煤机503、粗粉分离器504、旋风分离器505、第一热交换器506以及混合风机507。其中，污泥储仓501连接到干燥管502的污泥入口，干燥管502的污泥出口连接风扇磨煤机503，风扇磨煤机503、粗粉分离器504、旋风分离器505、第一热交换器506以及混合风机507依次连接，最后混合风机507再连接至锅炉100的燃烧器110。

锅炉100上具有高温炉烟抽取口111，该高温炉烟抽取口111连接至炉烟混合室508的第一烟气入口，炉烟混合室508的混合烟气出口再连接至干燥管502的干燥烟气入口。锅炉100的烟道尾部设置有除尘器604，该除尘器604的出口经冷烟风机605连接至烟气混合室508的第二烟气入口。来自高温炉烟抽取口111的高温炉烟作为干燥剂送入烟气混合室508中，来自冷烟风机605的低温炉烟同样作为干燥剂送入烟气混合室508中，污泥与高温炉烟进行直接接触换热，和蒸汽干化等间接干化方式相比，可以显著提高污泥干化的速率和处理规模，并且由于采用高温炉烟以及低温炉烟两介质干燥剂，干燥剂中氧含量很低，故可以确保干燥系统的安全性，避免发生爆炸。

污泥储仓501中的污泥输送到干燥管502，与加入干燥管502内的干燥剂接触并被初步干燥，然后和干燥剂一并进入风扇磨煤机503，被进一步干燥并研磨至规定粒径，风扇磨煤机503出口风粉混合物进入粗粉分离器504，粒径过大的颗粒返回风扇磨煤机503中继续研磨，合格的污泥粉末与干燥乏气一起输送至旋风分离器505，旋风分离器505将颗粒较粗的污泥粉排出，而混杂有颗粒较细的污泥粉末的乏气则进入第一热交换器506，第一热交换器506内通入冷水，通过与乏气的热交换，进一步冷凝出乏气中的水分，获得更加干燥的混杂有较细污泥粉末的乏气一并输送入混合风机507，最终混合风机507将进一步干燥过的气粉混合物输送锅炉100的燃烧器110，从而更加有助于在燃烧器110与煤粉进行混合燃烧。

第一风机601和第二风机602连接到空气预热器103，该空气预热器103的第一热风出口连接至风扇磨煤机503的热风入口，空气预热器103的第二热风出口经阀门603连接至锅炉100的燃烧器110。

生物质气化子系统包括生物质料仓701、料斗702、气化炉703、第二旋风除尘器704、燃气冷却器705以及热煤气风机706。其中，生物质料仓701与料斗702连接，料斗702再连接至气化炉703，气化炉703经第二旋风除尘器704、燃气冷却器705连接至热煤气风机706。热煤气风机706最后连接至锅炉100的燃烧器110。生物质颗粒通过气化炉703气化产生生物质可燃气体，然后该气体送入炉膛，与锅炉耦合，发电效率高，并具有建设成本低、可实现生物质灰渣综合利用、可实现超低排放、运行灵活性好等优点。

水泵202还连接至第二热交换器203，该第二热交换器203再连接至省煤器102。该热第二交换器203还与燃气冷却器705连接。第二热交换器203可以将燃气冷却器705从热煤气中获取的热量用于加热冷凝水，提高了热能利用率，避免能量的浪费，具有进一步节能减排的效果。

本发明的生物质与煤混合燃烧的综合发电系统将生物质气化与燃煤发电、污泥发电以及垃圾发电相结合，可以根据实际情况，进行综合发电或者单独发电，建设成本低、运行灵活，实现了资源的综合利用，提高发电效率。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统，包括锅炉、汽轮机、煤制粉子系统，所述锅炉具有燃烧器，烟道中设有过热器以及省煤器，所述煤制粉子系统包括煤斗、给煤机、磨煤机；所述煤斗、所述给煤机、所述磨煤机依次连接，所述磨煤机再连接到所述燃烧器，所述过热器的蒸汽出口与所述汽轮机的蒸汽入口连接；其特征在于：还包括生物质气化子系统、污泥制粉子系统以及垃圾焚烧子系统；

所述生物质气化子系统包括生物质料仓、料斗、气化炉、第二旋风除尘器、燃气冷却器以及热煤气风机；所述生物质料仓与所述料斗连接，所述料斗再连接至所述气化炉，所述气化炉经所述第二旋风除尘器、所述燃气冷却器连接至所述热煤气风机，所述热煤气风机再连接至所述燃烧器；

所述污泥制粉子系统包括污泥储仓、干燥管、风扇磨煤机、粗粉分离器、旋风分离器、第一热交换器以及混合风机，所述污泥储仓连接到所述干燥管的污泥入口，所述干燥管的污泥出口连接所述风扇磨煤机，所述风扇磨煤机、所述粗粉分离器、所述旋风分离器、所述第一热交换器以及所述混合风机依次连接，所述混合风机再连接至所述燃烧器；

所述垃圾焚烧子系统包括垃圾焚烧炉、第一旋风除尘器以及第一烟气引风机，所述垃圾焚烧炉的烟气出口经第一旋风除尘器、所述第一烟气引风机连接至所述燃烧器，所述垃圾焚烧炉的蒸汽出口还连接至所述汽轮机的蒸汽入口。

2.根据权利要求1所述的生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统，其特征在于：所述汽轮机的蒸汽出口经凝汽器以及水泵连接至省煤器，所述水泵还连接至所述第二热交换器，所述第二热交换器再连接至所述省煤器，所述第二热交换器还与所述燃气冷却器连接。

3.根据权利要求1所述的生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统，其特征在于：所述锅炉具有高温炉烟抽取口，所述高温炉烟抽取口连接至炉烟混合室的第一烟气入口，所述炉烟混合室的混合烟气出口再连接至所述干燥管的干燥烟气入口；所述锅炉的烟道尾部设置有除尘器，所述除尘器的出口经冷烟风机连接至所述烟气混合室的第二烟气入口。

4.根据权利要求1所述的生物质、垃圾、污泥与煤混合燃烧的综合发电系统，其特征在于：所述烟道中设有空气预热器，所述空气预热器的第一热风出口连接至所述风扇磨煤机的热风入口，所述空气预热器的第二热风出口经阀门连接至所述燃烧器。