CN109539243B - 一种生物质燃料与半焦混燃的系统及方法 - Google Patents

一种生物质燃料与半焦混燃的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质燃料与半焦混燃的系统及方法。针对生物质气化产物热值低、半焦着火稳燃困难、NOx排放高等问题，采取生物质燃料与半焦混燃的方法，通过气化炉对生物质燃料进行气化，将易燃的气态产物送入炉膛内设置的着火区与再燃区，同时将固态残留物送入主燃区与半焦掺混燃烧，解决了半焦着火稳燃难的问题，并通过炉内分层掺烧，在主燃区上部形成了还原性气氛区域，从而在实现燃烧优化的同时降低NOx排放量，同时将空气预热器中部分热空气通入气化炉并采用两级旋风分离器，以减少风机投资并提高能源利用率和气化炉效率。

Description

一种生物质燃料与半焦混燃的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种生物质燃料与半焦混燃的系统及方法。
背景技术
我国煤炭品种中，低阶煤占比在55％以上。低阶煤在分级转化过程中会获得副产品半焦。半焦是无黏结性或弱黏结性的高挥发分烟煤在中低温条件下，干馏热解得到的较低挥发分的固体炭质产品。因为低阶煤的化学结构中侧链较多，氢和氧含量较高，从而使得半焦的固定炭高、发热量高、化学活性高，并且其含硫量低、挥发分低、灰分低。半焦燃烧时产生的烟气很少，并且在加热时不形成焦油，燃烧的热效率明显高于煤。但半焦的特性导致了半焦具有着火温度高，难以燃尽，NOx排放高等特点，在其利用上存在着一定的困难，半焦在国内电站锅炉尚无大规模应用的先例。所以实现半焦燃烧的清洁高效利用具有非常重要的意义。
生物质能的转换和利用能够解决能源短缺问题，并对环境具有保护作用，因此是当前能源发展的一个重要方向。我国的生物质资源非常丰富，但由于生物质资源分布较为分散且技术上存在一定的缺陷，使得生物质的利用上存在很大的不足。很多生物质燃料被直接燃烧，这造成了巨大的浪费及环境污染。因此，通过采用生物质气化技术，能够有效的解决生物质能源利用问题，同时提高燃烧效率。
通过对生物质燃料进行气化，同时将气化产物在锅炉内与半焦进行掺烧，并对制粉、配风、分区燃烧等方面进行改进，能够使生物质和半焦相互弥补在锅炉燃烧中存在的燃料适应性与燃烧稳定性等问题，从而实现能源的高效利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以实现大比例掺烧半焦并利用生物质，将生物质进行热解气化，气化产物与半焦混烧，充分提高生物质利用效率的同时，解决半焦着火稳燃困难的问题，提高燃料适应性，并降低炉膛出口NOx浓度的生物质燃料与半焦混燃的系统及方法。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种生物质燃料与半焦混燃的系统，包括进料器、生物质气化炉、一级旋风分离器和二级旋风分离器、旋风除尘器、高温风机、给煤机、磨煤机、锅炉本体、空气预热器、高温除尘器、引风机和烟囱，以及自下而上布置于炉膛内的着火区、主燃区、再燃区和燃尽区；其中，
工作时，半焦通过给煤机和磨煤机进入炉膛主燃区，生物质燃料依次经过进料器、生物质气化炉、一级旋风分离器和二级旋风分离器后分离出气固两相，气相经旋风除尘器和高温风机分别进入着火区和再燃区，固相由二级旋风分离器进入主燃区，空气或纯氧燃尽风从燃尽区进入炉膛，锅炉尾部烟道内安装有空气预热器，烟气经高温除尘器和引风机后进入烟囱排放。
本发明进一步的改进在于，还包括用于提供空气的一次风机与二次风机，且一次风机与二次风机供给的空气，经过锅炉烟道内的空气预热器加热后送入炉膛，一二次风喷口交替布置。
本发明进一步的改进在于，还包括循环风机，空气预热器抽取热风，通过多台串并连方式连接的循环风机，进入气化炉辅助生物质气化。
本发明进一步的改进在于，一级旋风分离器用于将气相与细颗粒送入二级旋风分离器，液相及粗颗粒送回生物质气化炉进行再次气化。
本发明进一步的改进在于，二级旋风分离器出口，生物质燃料气相进入着火区与再燃区，固相进入主燃区与半焦混合燃烧。
本发明进一步的改进在于，空气或纯氧燃尽风进入炉膛前，炉内的过量空气系数为0.8～0.9，进入炉膛后，总过量空气系数为1.2。
一种生物质燃料与半焦混燃的方法，该方法上述一种生物质燃料与半焦混燃的系统，包括：
1)生物质燃料经气化炉，通过两级旋风分离器分为气相与固相，其中气相经旋风除尘器与高温风机后，一部分送入着火区燃烧以提高炉内温度与助燃，另一部分送入再燃区以稳燃并形成还原性气氛；
2)生物质燃料气化后剩余的部分固相生物质颗粒与半焦送入主燃区进行炉内掺烧，在充分利用生物质能源的同时，提高锅炉对燃料的适应性；
3)空气或纯氧燃尽风进入燃尽区以促进燃料燃尽，燃尽风进入炉膛前，将炉内过量空气系数控制在0.8～0.9的范围内，整个炉膛的过量空气系数在1.2；
4)一次风机与二次风机供给的空气，经过锅炉烟道内的空气预热器加热后送入炉膛，一二次风喷口交替布置，另从空气预热器抽取部分热风送入气化炉。
本发明提供的生物质燃料与半焦混燃的系统及方法，具有以下有益的技术效果：
1)针对半焦挥发分低、固定碳含量高、着火稳燃困难的问题，在炉膛下部设置了着火区，通过燃烧气化的生物质以提供初始的热量，在充分利用生物质燃烧的同时，解决了半焦燃烧的问题。同时另一部分气化的生物质喷入主燃区上部的再燃区，有效的形成还原性气氛，大幅降低NOx排放量。
2)气化后残留的固相生物质颗粒与半焦在主燃区共燃，提高了生物质利用效率，增强了锅炉对生物质燃料与半焦的适应性，并进一步保证燃烧稳定。
3)以较高的速度用空气或纯氧燃尽风喷入炉膛上部设置的燃尽区，对燃尽风与烟气的传热传质进行强化，从而促进燃料的燃尽，降低污染物及NOx排放。
4)针对半焦特性，磨煤机采用钢球磨煤机，同时对半焦的输送管道与燃烧器进行一定的防磨处理。
5)由尾部烟道的空气预热器抽取一定量的热风送回气化炉，可有效降低能耗。
6)采用两级旋风分离器对气化生物质进行气固分离，通过第一级旋风分离器将部分液固相生物质送回气化炉，从而在提高气化效率的同时，使得气固分离更彻底。
附图说明
图1是一种生物质燃料与半焦混燃的系统示意图。
图中：1为进料器，2为生物质气化炉，3为一级旋风分离器，4为二级旋风分离器，5为旋风除尘器，6为高温风机，7为给煤机，8为磨煤机，9为锅炉本体，10为循环风机，11为着火区，12为主燃区，13为再燃区，14为燃尽区，15为一次风机，16为二次风机，17为空气预热器，18为高温除尘器，19为引风机，20为烟囱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明提供的一种生物质燃料与半焦混燃的系统，包括进料器1、生物质气化炉2、一级旋风分离器3和二级旋风分离器4、旋风除尘器5、高温风机6、给煤机7、磨煤机8、锅炉本体9、空气预热器17、高温除尘器18、引风机19和烟囱20，以及自下而上布置于炉膛内的着火区11、主燃区12、再燃区13和燃尽区14。
工作时，半焦通过给煤机7和磨煤机8进入炉膛主燃区12，生物质燃料经过进料器1、生物质气化炉2、一级旋风分离器3和二级旋风分离器4后分离出气固两相，气相经旋风除尘器5和高温风机6分别进入着火区11和再燃区13，由二级旋风分离器4进入主燃区12，空气或纯氧燃尽风从燃尽区14进入炉膛，锅炉尾部烟道内安装有空气预热器17，烟气经高温除尘器18和引风机19后进入烟囱20排放。
一级旋风分离器3将气相与细颗粒送入二级旋风分离器4，液相及粗颗粒送回生物质气化炉2进行再次气化，在提高气化效率的同时，使气固分离更彻底。
二级旋风分离器4出口，生物质燃料气相进入着火区11与再燃区13，固相进入主燃区12与半焦混合燃烧，采用易燃的气相以提供初始燃烧的热量与作为再燃燃料，同时固相与半焦混燃，以改善半焦的燃烧特性，有助于燃料的着火与稳燃。
采用多台串并连方式连接的循环风机10从空气预热器17抽取热风，以匹配气化炉需要的气体压力及流量，气体进入气化炉2辅助生物质气化，可有效降低能耗。
空气或纯氧燃尽风进入炉膛前，炉内的过量空气系数为0.8～0.9，进入炉膛后，总过量空气系数在1.2左右，以在稳定燃烧的同时，在主燃区12上部形成还原性气氛，从而降低NOx生成量。
参见图1，本发明提供的一种生物质燃料与半焦混燃的方法，包括：
1)生物质燃料经气化炉2，通过两级旋风分离器分为气相与固相，其中气相经旋风除尘器5与高温风机6后，一部分送入着火区11燃烧以提高炉内温度与助燃，另一部分送入再燃区13以稳燃并形成还原性气氛；
2)生物质燃料气化后剩余的部分固相生物质颗粒与半焦，由一次风送入主燃区13进行炉内掺烧，在充分利用生物质能源的同时，提高锅炉对燃料的适应性；
3)空气或纯氧燃尽风进入燃尽区14以促进燃料燃尽，燃尽风进入炉膛前，将炉内过量空气系数控制在0.8～0.9的范围内，整个炉膛的过量空气系数在1.2左右。
4)一次风机15与二次风机16供给的空气，经过锅炉烟道内的空气预热器17加热后送入炉膛，一二次风喷口交替布置，另从空气预热器17抽取部分热风送入气化炉2。
生物质燃料通过进料器1，进入气化炉2，气化产物经过两级旋风分离器，分离出的气相经旋风除尘器5和高温风机6后，部分进入炉膛下部的着火区11燃烧以建立稳定燃烧的条件。空气通过一次风机15和二次风机16进入空气预热器17，经过加热后得到一次风和二次风。二级旋风分离器4中分离的残留固相由一次风携带送入主燃区12，同时半焦经过给煤机7送入磨煤机8后同样由一次风送入主燃区12与生物质燃料混烧，通过掺烧提高了锅炉对各燃料的适应性，有利于燃料的着火与稳燃。高温风机6出口的令一部分气体进入再燃区13形成NOx还原区。空气或纯氧燃尽风送入炉膛上部的燃尽区14以利于混合燃料的燃尽。由锅炉本体9的尾部烟道的空气预热器抽取部分热风，经循环风机10送入气化炉2。尾部烟道的烟气经空气预热器17、除尘器18和引风机19后，送入烟囱20排放。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种生物质燃料与半焦混燃的系统，其特征在于，包括进料器(1)、生物质气化炉(2)、一级旋风分离器(3)和二级旋风分离器(4)、旋风除尘器(5)、高温风机(6)、给煤机(7)、磨煤机(8)、锅炉本体(9)、空气预热器(17)、高温除尘器(18)、引风机(19)和烟囱(20)，以及自下而上布置于炉膛内的着火区(11)、主燃区(12)、再燃区(13)和燃尽区(14)；其中，
工作时，半焦通过给煤机(7)和磨煤机(8)进入炉膛主燃区(12)，生物质燃料依次经过进料器(1)、生物质气化炉(2)、一级旋风分离器(3)和二级旋风分离器(4)后分离出气固两相，气相经旋风除尘器(5)和高温风机(6)分别进入着火区(11)和再燃区(13)，固相由二级旋风分离器(4)进入主燃区(12)，空气或纯氧燃尽风从燃尽区(14)进入炉膛，锅炉尾部烟道内安装有空气预热器(17)，烟气经高温除尘器(18)和引风机(19)后进入烟囱(20)排放。
2.根据权利要求1所述的一种生物质燃料与半焦混燃的系统，其特征在于，还包括用于提供空气的一次风机(15)与二次风机(16)，且一次风机(15)与二次风机(16)供给的空气，经过锅炉烟道内的空气预热器(17)加热后送入炉膛，一二次风喷口交替布置。
3.根据权利要求1所述的一种生物质燃料与半焦混燃的系统，其特征在于，还包括循环风机(10)，空气预热器(17)抽取热风，通过多台串并连方式连接的循环风机(10)，进入气化炉(2)辅助生物质气化。
4.根据权利要求1所述的一种生物质燃料与半焦混燃的系统，其特征在于，一级旋风分离器(3)用于将气相与细颗粒送入二级旋风分离器(4)，液相及粗颗粒送回生物质气化炉(2)进行再次气化。
5.根据权利要求1所述的一种生物质燃料与半焦混燃的系统，其特征在于，二级旋风分离器(4)出口，生物质燃料气相进入着火区(11)与再燃区(13)，固相进入主燃区(12)与半焦混合燃烧。
6.根据权利要求1所述的一种生物质燃料与半焦混燃的系统，其特征在于，空气或纯氧燃尽风进入炉膛前，炉内的过量空气系数为0.8～0.9，进入炉膛后，总过量空气系数为1.2。
7.一种生物质燃料与半焦混燃的方法，其特征在于，该方法基于权利要求2所述的一种生物质燃料与半焦混燃的系统，包括：
1)生物质燃料经气化炉(2)，通过两级旋风分离器分为气相与固相，其中气相经旋风除尘器(5)与高温风机(6)后，一部分送入着火区(11)燃烧以提高炉内温度与助燃，另一部分送入再燃区(13)以稳燃并形成还原性气氛；
2)生物质燃料气化后剩余的部分固相生物质颗粒与半焦送入主燃区(12)进行炉内掺烧，在充分利用生物质能源的同时，提高锅炉对燃料的适应性；
3)空气或纯氧燃尽风进入燃尽区(14)以促进燃料燃尽，燃尽风进入炉膛前，将炉内过量空气系数控制在0.8～0.9的范围内，整个炉膛的过量空气系数在1.2；
4)一次风机(15)与二次风机(16)供给的空气，经过锅炉烟道内的空气预热器(17)加热后送入炉膛，一二次风喷口交替布置，另从空气预热器(17)抽取部分热风送入气化炉(2)。
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