CN109181723A - 一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置 - Google Patents

一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，包括输送机、给料机、锁气器、主料仓、碳化室、布气室、排渣室、集气器、换热器、四通阀、第一循环风机、燃烧器、燃烧室、点火燃烧器、调温室、第二循环风机、风机、第四循环风机、监测单元；输送机经给料机与锁气器相连；锁气器经碳化室与排渣室相连；碳化室连接换热器；换热器连接四通阀；四通阀的第一出口经第一循环风机连接燃烧器；风机连接燃烧器；燃烧器与燃烧室相连；燃烧室与调温室相连；调温室出口连接碳化室；四通阀第二出口经第二循环风机与调温室相连；四通阀第三出口与第三循环风机相连；循环风机与电站锅炉相连；监测单元监测燃烧室、调温室出口的温度；本装置解决了结渣和腐蚀问题。

Description

一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置
技术领域
本发明属于农林废弃物秸秆利用领域，特别是一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置。
背景技术
我们是一个农业大国，农作物秸秆年可收集总量约6.8亿吨，其热值折合标煤3.3亿吨，占2016年全国总能耗的7.6％。在此背景下，粗放的秸秆利用形式已不适用于我国的能源结构及环境要求，秸秆必须进行资源化、能源化等高值利用。秸秆能源化利用主要分为发酵制备沼气和燃烧发电两种主要的利用形式，沼气化利用形式受限于不能稳定化产气难以实现规模化；而燃烧发电因其技术成熟，且上网电价享受补贴等优势得到快速的发展。但是，秸秆中富含大量的K、Na、Cl等无机元素，在燃烧过程中会造成严重的结渣和过热器腐蚀问题，这进一步限制了生物质能源化利用的形势。
2017年12月，国家能源局和环保部发布的《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》提出，为推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，持续实施大气污染防治行动，加强固废和垃圾处理，将开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作。对于燃煤耦合秸秆发电，其中最主要的难题还是如何抑制秸秆中大量的无机元素结渣和腐蚀的问题，因此采用炉前碳化/气化的方式，将秸秆中大部分无机金属元素固定在秸秆生物焦中，而同时将产生的热解气(荒煤气)送入燃煤机组在燃烧侧耦合发电。现有的碳化/气化工艺大多采用空气作为气化介质和内燃自热的方式，此工艺导致反应器内部反应温度无法精确控制，影响荒煤气的热值，焦油的含量和无机元素析出的程度，后续也进一步影响在燃烧侧耦合燃煤发电的效率。因此，开发出一种大型化、高效化、环保化秸秆耦合燃煤发电的装置和方法具有深远的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，以达到秸秆碳化产气耦合燃煤发电同时联产秸秆生物炭的同时，并解决耦合发电过程中K、Na、Cl等无机元素引起的结渣和腐蚀问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，包括输送机、给料机、锁气器、主料仓、碳化室、布气室、排渣室、集气器、换热器、四通阀、第一循环风机、燃烧器、燃烧室、点火燃烧器、调温室、第二循环风机、风机、第四循环风机、监测单元；
所述输送机与给料机的入口相连；所述给料机的出口与锁气器的进口相连，；所述锁气器的下部出口与主料仓的进口相连；所述主料仓与碳化室进口相连；所述碳化室出口与排渣室进口相连；所述碳化室产生的荒煤气通过碳化室下端的集气室连接换热器进口；所述换热器出口连接一进三出的四通阀；所述四通阀的第一出口与第一循环风机相连；所述第一循环风机连接燃烧器入口；所述风机连接燃烧器入口；所述燃烧器出口与燃烧室相连；所述点火燃烧器连接燃烧室；所述燃烧室出口与调温室进口相连；所述调温室出口产生烟气通过碳化室上端的布气室连接碳化室；所述四通阀第二出口与第二循环风机入口相连；所述第二循环风机出口与调温室相连；所述四通阀第三出口与第三循环风机入口相连；所述循环风机出口与电站锅炉相连；所述监测单元用以监测燃烧室、调温室出口的温度，以控制风机的状态，从而调整从调温室进入碳化室的烟气温度。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，能够达到秸秆碳化产气耦合燃煤发电同时联产秸秆生物炭的目的，同时精确控制荒煤气的热值和温度，并且解决耦合发电过程中K、Na、Cl等无机元素引起的结渣和腐蚀问题。
(2)本发明的秸秆碳化方式采用的是外燃顺流固定床炉前碳化，通过燃烧室15的出口设置氧气浓度传感器，用以控制风机19的鼓入空气量，保证出口烟气氧含量低于1％，从而使得碳化过程焦油含量低。
(3)本发明的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，设有监测单元以监测燃烧室、调温室出口的温度，从而调整从调温室进入碳化室的烟气温度，从而避免碳化室温度过高而导致K、Na、Cl等无机元素的结渣和腐蚀问题。
(4)本发明的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，换热器采用桨叶换热器，不仅可精准降低产生的荒煤气温度，还具有冷凝一部分焦油和产生的少量氯化盐的作用。
(5)本发明的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，碳化加热介质来自荒煤气的循环利用，碳化过程无需外供能量，成本低。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置的结构示意图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，本发明的一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，包括输送机1、给料机2、锁气器3、主料仓4、碳化室5、布气室6、排渣室7、集气器10、换热器11、四通阀12、第一循环风机13、燃烧器14、燃烧室15、点火燃烧器16、调温室17、第二循环风机18、风机19、第四循环风机20、监测单元；
所述输送机1与给料机2的入口相连，以传输秸秆；所述给料机2的出口与锁气器3的进口相连，锁气器2的作用是防止碳化过程中荒煤气反串到给料机2中；所述锁气器3的下部出口与主料仓4的进口相连；所述主料仓4与碳化室5进口相连；所述碳化室5出口与排渣室7进口相连；所述碳化室5产生的荒煤气通过碳化室5下端的集气室10连接换热器11进口；所述换热器11出口连接一进三出的四通阀12；所述四通阀12的第一出口与第一循环风机13相连；所述第一循环风机13连接燃烧器14入口；所述风机19连接燃烧器14入口，以吹入空气；所述燃烧器14出口与燃烧室15相连；所述点火燃烧器16连接燃烧室15，以点燃燃烧室；所述燃烧室15出口与调温室17进口相连；所述调温室17出口产生烟气通过碳化室5上端的布气室6连接碳化室5；所述四通阀12第二出口与第二循环风机18入口相连；所述第二循环风机18出口与调温室17相连；所述四通阀12第三出口与第三循环风机20入口相连；所述循环风机20出口与电站锅炉相连；电站锅炉将荒煤气燃烧发电，所述监测单元用以监测燃烧室15、调温室17出口的温度，以控制风机的状态，从而调整从调温室17进入碳化室5的烟气温度，从而避免碳化室5温度过高而导致K、Na、Cl等无机元素的结渣和腐蚀问题。
进一步的，所述监测单元包括第一温度传感器、第二温度传感器；所述第一温度传感器设置在调温室17的出口，用以监测调温室17的出口的烟气温度；所述第二温度传感器设置在燃烧室15的出口，用以监测燃烧室15出口的烟气温度；当监测的温度在设定范围外时，即可通过控制装置调整第一循环风机13、第二循环风机18、风机19的转速，从而可以调整进入调温室17的荒煤气量、进入燃烧室15的荒煤气量以及荒煤气量和空气的比例，以进一步调整调温室17进入碳化室5的烟气温度。
进一步的，所述监测单元还包括氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器设置在燃烧室15的出口，用过监测燃烧室15出口含氧量，以控制风机19鼓入空气量，保证出口烟气氧含量低于1％，从而使得碳化过程焦油含量低。
进一步的，所述排料室7出口连接冷渣机8进口，冷渣机8出口连接锁气器9，废渣经冷渣机8、锁气器9后排出。
进一步的，所述碳化室5、布气室6、集气器10、燃烧室15外部均设有保温层进行保温。
优选的，所述换热器11采用桨叶换热器，其主要作用除了降低产生的荒煤气温度到400-500℃外，还具有冷凝一部分焦油和产生的少量氯化盐(KCl等)，避免后续的燃烧器14和电站锅炉炉膛中出现结渣和腐蚀的问题。
本发明的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置工作时，首先输送机1将破碎后一定粒径范围(0.1-10mm)的秸秆燃料传输至给料机2，秸秆经锁气器3后再给入主料仓4，主料仓4中的秸秆进入碳化室5；调温室17的出口的热烟气作为加热介质，通过布气室6与秸秆顺流混合，对秸秆进行碳化，为防止秸秆中大量无机金属元素的析出，碳化温度需精确控制在650-700℃；碳化产生的生物焦分别通过排料室7、冷渣机8和锁气器9后排出。碳化时间控制在60-180min；碳化产生的荒煤气由集气室10进入换热器11除去部分焦油后通过三向阀门12，一部分荒煤气进入第一循环风机13后给入荒煤气燃烧装置，产生高温绝氧的烟气；一部分荒煤气通过第二循环风机18与高温绝氧烟气在调温室17内混合；通过监测装置监测燃烧室15、调温室17出口的温度，控制第一循环风机13、第二循环风机18、风机19的转速，从而控制调温室17出口烟气温度在880-920℃，书给入碳化装置的布气室6，作为秸秆碳化热源；高温烟气经低温的秸秆混合后，温度调整至650-700℃；剩余的荒煤气则通过第三循环风机20给入燃煤机组锅炉燃烧室在燃烧侧耦合发电。
本发明的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，能够达到秸秆碳化产气耦合燃煤发电同时联产秸秆生物炭的目的，同时精确控制荒煤气的热值和温度，并且解决耦合发电过程中K、Na、Cl等无机元素引起的结渣和腐蚀问题，为秸秆资源能源化利用提供了一种新的途径。本发明秸秆碳化方式采用的是外燃顺流固定床炉前碳化，通过燃烧室15的出口设置氧气浓度传感器，用以控制风机19的鼓入空气量，保证出口烟气氧含量低于1％，加热介质是含氧量低于1％的高温烟气，碳化过程温度可精确控制，且焦油含量低；采用桨叶换热器作为荒煤气降温的换热器，不仅可精准降低产生的荒煤气温度到400-500℃，还具有冷凝一部分焦油和产生的少量氯化盐(KCl等)的作用；本发明整个碳化室的碳化过程无需外供能量，且系统运行安全性高、成本低。

Claims (6)

1.一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，其特征在于，包括输送机(1)、给料机(2)、锁气器(3)、主料仓(4)、碳化室(5)、布气室(6)、排渣室(7)、集气器(10)、换热器(11)、四通阀(12)、第一循环风机(13)、燃烧器(14)、燃烧室(15)、点火燃烧器(16)、调温室(17)、第二循环风机(18)、风机(19)、第四循环风机(20)、监测单元；
所述输送机(1)与给料机(2)的入口相连；所述给料机(2)的出口与锁气器(3)的进口相连，；所述锁气器(3)的下部出口与主料仓(4)的进口相连；所述主料仓(4)与碳化室(5)进口相连；所述碳化室(5)出口与排渣室(7)进口相连；所述碳化室(5)产生的荒煤气通过碳化室(5)下端的集气室(10)连接换热器(11)进口；所述换热器(11)出口连接一进三出的四通阀(12)；所述四通阀(12)的第一出口与第一循环风机(13)相连；所述第一循环风机(13)连接燃烧器(14)入口；所述风机(19)连接燃烧器(14)入口；所述燃烧器(14)出口与燃烧室(15)相连；所述点火燃烧器(16)连接燃烧室(15)；所述燃烧室(15)出口与调温室(17)进口相连；所述调温室(17)出口产生烟气通过碳化室(5)上端的布气室(6)连接碳化室(5)；所述四通阀(12)第二出口与第二循环风机(18)入口相连；所述第二循环风机(18)出口与调温室(17)相连；所述四通阀(12)第三出口与第三循环风机(20)入口相连；所述循环风机(20)出口与电站锅炉相连；所述监测单元用以监测燃烧室(15)、调温室(17)出口的温度，以控制风机的状态，从而调整从调温室(17)进入碳化室(5)的烟气温度。
2.根据权利要求1所述的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，其特征在于，所述监测单元包括第一温度传感器、第二温度传感器；所述第一温度传感器设置在调温室(17)的出口，用以监测调温室(17)的出口的烟气温度；所述第二温度传感器设置在燃烧室(15)的出口，用以监测燃烧室(15)出口的烟气温度；通过控制装置调整第一循环风机(13)、第二循环风机(18)、风机(19)的转速，从而可以调整进入调温室(17)的荒煤气量、进入燃烧室(15)的荒煤气量以及荒煤气量和空气的比例，以进一步调整调温室(17)进入碳化室(5)的烟气温度。
3.根据权利要求2所述的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，其特征在于，所述监测单元还包括氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器设置在燃烧室(15)的出口，用过监测燃烧室(15)出口含氧量，以控制风机(19)鼓入空气量。
4.根据权利要求1所述的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，其特征在于，所述排料室(7)出口连接冷渣机(8)进口，冷渣机(8)出口连接锁气器(9)，废渣经冷渣机(8)、锁气器(9)后排出。
5.根据权利要求1所述的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，其特征在于，所述碳化室(5)、布气室(6)、集气器(10)、燃烧室(15)外部均设有保温层进行保温。
6.根据权利要求1所述的秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置，其特征在于，所述换热器(11)采用桨叶换热器。
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