CN109797006A - 一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统及方法，属于生物质与燃煤耦合发电技术领域。本发明为了解决生物质气化燃煤耦合发电技术存在气化装置结构复杂、运行控制难度大、投入成本高、焦油析出导致阀门堵塞等安全问题。本发明包括生物质颗粒制备系统、生物质颗粒输送系统和生物质颗粒燃烧及烟气净化系统；生物质颗粒制备系统制备的超细生物质燃料经过生物质颗粒输送系统输送至燃煤锅炉内，燃煤锅炉的烟气一部分输送到生物质颗粒制备系统内用于输送和干燥超细生物质燃料，另一部分用于加热燃料燃烧所需空气，再经过烟气净化系统后排出。本发明对增强企业经济效益和生存能力，具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气干燥送粉的生物质与燃煤耦合发电系统，属于生物质与燃煤耦合发电技术领域。
背景技术
现有的生物质燃烧发电技术主要有两种类型：一种是生物质直燃发电技术，即将生物质作为唯一燃料，采用水冷振动炉排或循环流化床燃烧发电；另一种是生物质气化燃煤耦合发电技术，即将生物质气化后带有可燃气体的烟气送入燃煤锅炉进行耦合发电。生物质直燃发电技术存在制造成本高、发电效率低、燃料适应性差、受热面结焦、腐蚀等问题；生物质气化燃煤耦合发电技术存在气化装置结构复杂、运行控制难度大、投入成本高、焦油析出导致阀门堵塞等安全问题。
将生物质燃料破碎后送入燃煤锅炉进行耦合发电是一种新的高效利用生物质能的方法。但由于生物质燃料含有大量纤维成分，如果破碎成约100mm的小段，燃料容易缠绕搭桥，引起输送系统堵塞，且生物质热值较低，较大的尺寸不利于着火和燃尽。生物质燃料可燃基挥发分一般超过75％，如果将生物质破碎成5mm以下的细粉颗粒，在输送过程中容易引起自燃甚至爆炸，存在巨大安全隐患。
综上所述，急需提出一种新方式的生物质与燃煤耦合发电系统，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术中上述的不足，提供了一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统及方法。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，包括生物质颗粒制备系统、生物质颗粒输送系统和生物质颗粒燃烧及烟气净化系统；生物质颗粒制备系统用于将收集的生物质原料进行加工并存储；生物质颗粒输送系统将成型的超细生物质燃料输送至燃煤锅炉内；生物质颗粒燃烧及烟气净化系统用于生物质颗粒的燃烧及净化燃烧后的烟气，生物质颗粒制备系统制备的超细生物质燃料经过生物质颗粒输送系统输送至燃煤锅炉内，燃煤锅炉的烟气一部分输送到生物质颗粒制备系统内用于输送和干燥超细生物质燃料，另一部分用于加热燃料燃烧所需空气，再经过烟气净化系统后排出。
进一步地、所述的生物质颗粒制备系统包括生物质破碎机、皮带式输料机、缓冲料仓、螺旋输料机、烟气干燥器、超细生物质粉碎机、旋转分离器和超细生物质料仓，皮带式输料机的两端分别连接生物质破碎机和缓冲料仓，缓冲料仓的下方设置有螺旋输料机，螺旋输料机连接缓冲料仓和烟气干燥器，烟气干燥器连接超细生物质粉碎机，超细生物质粉碎机经过旋转分离器与超细生物质料仓连通，所述的生物质颗粒输送系统将超细生物质料仓内储存的超细生物质燃料输送至燃煤锅炉内。
进一步地、所述的皮带式输料机上安装有磁滚筒。
进一步地、所述的生物质颗粒输送系统包括螺旋输粉机和锥形粉斗，螺旋输粉机连通超细生物质料仓和锥形粉斗，螺旋输粉机将成型的超细生物质燃料输送到锥形粉斗内，锥形粉斗经过输送管道与燃煤锅炉连通。
进一步地、所述的输送管道上安装有快关阀、风速测量装置、温度传感器、氧量测量装置和气动球阀，输送管道上还安装有清堵压缩空气连通管道。
进一步地、所述的燃煤锅炉的尾部烟道布置有烟气风机，烟气风机与烟气干燥器的烟气入口端连通，烟气干燥器的出口端与旋转分离器的排气管汇流后连通燃煤锅炉的炉膛。
进一步地、所述的生物质颗粒燃烧及烟气净化系统包括燃烧器、脱硝装置、空预器、送风机、除尘器、引风机、脱硫装置和烟囱，燃煤锅炉的尾部烟道排出的烟气经过脱硝装置，所述的脱硝装置与空预器的热端入口连通，空预器的冷端出口与除尘器连通，空预器的冷端入口连接有送风机，空预器的热端出口与燃煤锅炉的炉膛连通，所述的除尘器的出口端依次连接有引风机、脱硫装置和烟囱。
一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合方法，包括以下步骤：
步骤一、将生物质原料送入生物质破碎机完成初步加工，形成燃料粒径为3-6cm的生物质颗粒；
步骤二、以燃煤锅炉尾部烟道内的烟气作为热源引入烟气干燥器内，并将步骤一制备的粒径为3-6cm的生物质颗粒经过皮带式输料机及螺旋输料机送入烟气干燥器内干燥处理；
步骤三、将步骤二中干燥处理的粒径为3-6cm的生物质颗粒送入超细生物质粉碎机内，经过超细生物质粉碎机粉碎形成超细生物质燃料，超细生物质燃料的粒径小于1mm；
步骤四、将步骤三制备的超细生物质燃料经过旋转分离器送入超细生物质料仓存储以备燃烧发电使用；
步骤五、经过烟气干燥器排出的烟气和水蒸汽与旋转分离器分离出的粉尘混合后送入燃煤锅炉的炉膛内。
进一步地、烟气干燥器的热源烟气温度范围为380-480℃、含氧量为2.5％-3.5％。
进一步地、经过步骤二干燥处理后的生物质颗粒的水分含量小于6％，物料温度控制在150℃以下、氧含量不超过6％。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种安全高效的生物质利用技术，可应用于超细生物质与燃煤耦合发电。本发明可明显减少燃煤机组CO2、SO2及NOx排放量，保护环境；提高多种生物质燃料的利用率及生物质燃烧效率；避免生物质直燃及气化发电技术带来的受热面结焦、腐蚀、焦油堵塞、控制等问题；提高了生物质与燃煤直接混合燃烧过程中燃料输送的可靠性和安全性；可充分利用当地资源，增加农民收入，增强企业经济效益和生存能力；
本发明提供了一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统及方法，生物质燃料属于一种可再生能源，利用生物质能发电，不仅可以开发新能源，节约煤炭，改善我国能源结构，减少CO2、SO2和烟尘的排放量，保护环境，而且可以充分利用当地资源，增加农民收入，增强企业经济效益和生存能力，具有重要意义。
附图说明
图1是生物质颗粒与燃煤耦合发电系统连接关系图；
图中：1-生物质破碎机，2-皮带式输料机，3-磁滚筒，4-缓冲料仓，5-螺旋输料机，6-烟气干燥器，7-超细生物质粉碎机，8-旋转分离器，9-超细生物质料仓，10-螺旋输粉机11-锥形粉斗，12-快关阀，13-清堵压缩空气连通管道，14-风速测量装置，15-温度传感器，16-氧量测量装置，17-气动球阀，18-燃烧器，19-燃煤锅炉，20-烟气风机，21-脱硝装置，22-空预器，23-送风机，24-除尘器，25-引风机，26-脱硫装置，27-烟囱，28-输送管道。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，包括生物质颗粒制备系统、生物质颗粒输送系统和生物质颗粒燃烧及烟气净化系统；生物质颗粒制备系统用于将收集的生物质原料进行加工并存储；生物质颗粒输送系统将成型的超细生物质燃料输送至燃煤锅炉19内；生物质颗粒燃烧及烟气净化系统用于生物质颗粒的燃烧及净化燃烧后的烟气，生物质颗粒制备系统制备的超细生物质燃料经过生物质颗粒输送系统输送至燃煤锅炉19内，燃煤锅炉19的烟气一部分输送到生物质颗粒制备系统内用于输送和干燥超细生物质燃料，另一部分用于加热燃料燃烧所需空气，再经过烟气净化系统后排出。如此设置，本发明创造为了克服生物质破碎成5mm以下的细粉颗粒，在输送过程中容易引起自燃甚至爆炸，存在巨大安全隐患的问题，提出的技术方案是利用烟气耦合技术，其中利用燃煤锅炉19的烟气一部分输送到生物质颗粒制备系统内用于输送和干燥超细生物质燃料，采集的燃煤锅炉19的烟气具有很低的含氧量，利用这种高温、低含氧量的烟气作为干燥生物质材料的保护气体，能够有效保证超细生物质粉在输送过程中不会引起自燃甚至爆炸的问题，有效提高生物质与燃煤耦合发电运行安全性。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，所述的生物质颗粒制备系统包括生物质破碎机1、皮带式输料机2、缓冲料仓4、螺旋输料机5、烟气干燥器6、超细生物质粉碎机7、旋转分离器8和超细生物质料仓9，皮带式输料机2的两端分别连接生物质破碎机1和缓冲料仓4，缓冲料仓4的下方设置有螺旋输料机5，螺旋输料机5连接缓冲料仓4和烟气干燥器6，烟气干燥器6连接超细生物质粉碎机7，超细生物质粉碎机7经过旋转分离器8与超细生物质料仓9连通，所述的生物质颗粒输送系统将超细生物质料仓9内储存的超细生物质燃料输送至燃煤锅炉19内。
生物质颗粒制备系统：生物质原料由特殊的生物质破碎机1完成初步加工后，燃料粒径变为3-6cm，失掉5％的水分，密度为400kg/m3。破碎后的燃料由皮带式输料机2输送到缓冲料仓4，然后通过螺旋输料机5将燃料送至烟气干燥器6内。在燃煤锅炉19尾部烟道布置有烟气风机20，抽取温度380-480℃、含氧量2.5％-3.5％的热烟气送至烟气干燥器6内与生物质换热，将燃料水分干燥至6％以下，蒸发出来的水蒸汽被烟气带走。干燥后的燃料进入超细生物质粉碎机7内，被制成粒径小于1mm的超细粉，然后经过旋转分离器8后送至超细生物质料仓9储存，中储仓的设置能够保证生物质制粉设备长期在额定工况下运行，同时满足机组升降负荷控制燃料量的要求。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，所述的皮带式输料机2上安装有磁滚筒3。如此设置，在皮带式输料机2出口端经过磁滚筒3除去物料中掺杂的细小铁制品后进入缓冲料仓4。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，所述的生物质颗粒输送系统包括螺旋输粉机10和锥形粉斗11，螺旋输粉机10连通超细生物质料仓9和锥形粉斗11，螺旋输粉机10将成型的超细生物质燃料输送到锥形粉斗11内，锥形粉斗11经过输送管道28与燃煤锅炉19连通。
生物质颗粒输送系统：成型的超细生物质燃料经过螺旋输粉机10进入锥形粉斗11内，通过螺旋卸料阀将所需的燃料颗粒送入管道内。带有大量水蒸汽的烟气与螺旋分离器上部分离出来的粉尘混合后进入送粉管道，采用气力输送的方式将超细生物质送入炉膛。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，所述的输送管道28上安装有快关阀12、风速测量装置14、温度传感器15、氧量测量装置16和气动球阀17，输送管道28上还安装有清堵压缩空气连通管道13。送粉管道上依次设有快关阀12、清堵压缩空气连通管道13、风速测量装置14、温度传感器15、氧量测量装置16、气动球阀17，其作用是：
1)输送管道28上设置有快关阀，当锅炉紧急停炉时可迅速切断生物质燃料，保证锅炉安全运行；
2)当输送管道28发生堵粉时，可通过管道上设置的清堵压缩空气及时吹扫，保证给粉的连续性和稳定性；
3)输送管道28上还设置有风速测量装置，实时监控调整风粉混合物的速度，防止堵粉；
4)输送管道28上还设置有温度传感器和氧量测量装置，能够将物料温度控制在150℃以下、氧含量不超过6％，有效避免燃料自燃；
5)输送管道28的末端设置有气动球阀，可对燃料入炉量进行调节。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，所述的燃煤锅炉19的尾部烟道布置有烟气风机20，烟气风机20与烟气干燥器6的烟气入口端连通，烟气干燥器6的出口端与旋转分离器8的排气管汇流后连通燃煤锅炉19的炉膛。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，所述的生物质颗粒燃烧及烟气净化系统包括燃烧器18、脱硝装置21、空预器22、送风机23、除尘器24、引风机25、脱硫装置26和烟囱27，燃煤锅炉19的尾部烟道排出的烟气经过脱硝装置21，所述的脱硝装置21与空预器22的热端入口连通，空预器22的冷端出口与除尘器24连通，空预器22的冷端入口连接有送风机23，空预器22的热端出口与燃煤锅炉19的炉膛连通，所述的除尘器24的出口端依次连接有引风机25、脱硫装置26和烟囱27。
生物质颗粒燃烧及烟气净化系统：生物质颗粒最终通过布置于送粉管道末端的燃烧器进入炉膛内燃烧，在此过程中，由送风机提供的二次风经空预器加热后送入燃烧器，由此进入炉膛内，以补充燃料燃烧需要的氧量。由于植物利用光合作用将环境中的CO2吸收后释放出O2，在生物质燃烧过程中，C转化为CO2释放出来，对于环境来说，并没有增加CO2排放量，因此，可认为生物质燃烧时CO2为零排放。通常生物质中N、S含量相比燃煤要低，以生物质代替部分燃煤可减少燃料型NOx及SO2；同时生物质热值较低，燃烧时火焰中心温度较低，可减少热力型NOx的生成。因此，生物质燃料的利用可以降低燃煤机组CO2及NOx的排放量。煤粉锅炉炉膛内平均温度比水冷振动炉排锅炉和流化床锅炉要高，同时燃料被粉碎成1mm以下的超细粉状，有利于生物质燃料的着火和燃尽，提高了其燃烧效率。运行时严格控制生物质燃料掺烧量，其输入热不超过炉膛总输入热的5％，煤粉燃烧产生的大量烟气能够稀释生物质中K2O、Na2O等碱金属氧化物及HCl的浓度，有效解决生物质灰结焦和受热面腐蚀问题。燃料燃烧生成的烟气在炉膛内流动，尾部布置有烟气风机，抽取高温、低含氧量的热烟气干燥生物质，同时作为保护气体，防止燃料自燃。当炉内烟气继续流动至脱硝装置，大量NOx被还原，可将出口NOx控制在50mg/Nm3以下。之后烟气经过空预器将热量传递给一次风和二次风，随后进入除尘器将大部分粉尘除去，再通过引风机后进入脱硫装置，净化后的烟气最后通过烟囱排入大气。
在本实施方式中，空预器22相当于换热器，它能够降低排放烟气的温度，因为烟气的温度过高，则烟气带走的热量也就越多，热效率自然就会降低，而通过空预器22将烟气热量交换给用于燃煤锅炉19燃烧所需氧量的二次风，以补充燃料燃烧所需要的氧量。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合方法，包括以下步骤：
步骤一、将生物质原料送入生物质破碎机1完成初步加工，形成燃料粒径为3-6cm的生物质颗粒；
步骤二、以燃煤锅炉19尾部烟道内的烟气作为热源引入烟气干燥器6内，并将步骤一制备的粒径为3-6cm的生物质颗粒经过皮带式输料机2及螺旋输料机5送入烟气干燥器6内干燥处理；
步骤三、将步骤二中干燥处理的粒径为3-6cm的生物质颗粒送入超细生物质粉碎机7内，经过超细生物质粉碎机7粉碎形成超细生物质燃料，超细生物质燃料的粒径小于1mm；
步骤四、将步骤三制备的超细生物质燃料经过旋转分离器8送入超细生物质料仓9存储以备燃烧发电使用；
步骤五、经过烟气干燥器6排出的烟气和水蒸汽与旋转分离器8分离出的粉尘混合后送入燃煤锅炉19的炉膛内。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合方法，烟气干燥器6的热源烟气温度范围为380-480℃、含氧量为2.5％-3.5％。如此设置，采用烟气温度范围为380-480℃、含氧量为2.5％-3.5％的烟气作为烟气干燥器6的热源，同时保证烟气流速8-20m/s，在此温度范围和含氧量情况下，粉碎后的超细生物质仅被初步预热，而不会产生在输送过程中引起自燃甚至爆炸，同时控制输送管道28中烟气流速20-28m/s，保证超细生物质材料不会引起输送系统堵塞。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合方法，经过步骤二干燥处理后的生物质颗粒的水分含量小于6％。如此设置，通过干燥处理降低生物质颗粒的水分含量小于6％，提高生物质燃料粉碎效率。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (10)
1.一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，包括生物质颗粒制备系统、生物质颗粒输送系统和生物质颗粒燃烧及烟气净化系统；生物质颗粒制备系统用于将收集的生物质原料进行加工并存储；生物质颗粒输送系统将成型的超细生物质燃料输送至燃煤锅炉(19)内；生物质颗粒燃烧及烟气净化系统用于生物质颗粒的燃烧及净化燃烧后的烟气；其特征在于：生物质颗粒制备系统制备的超细生物质燃料经过生物质颗粒输送系统输送至燃煤锅炉(19)内，燃煤锅炉(19)的烟气一部分输送到生物质颗粒制备系统内用于输送和干燥超细生物质燃料，另一部分用于加热燃料燃烧所需空气，再经过烟气净化系统后排出。
2.根据权利要求1所述的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，其特征在于：所述的生物质颗粒制备系统包括生物质破碎机(1)、皮带式输料机(2)、缓冲料仓(4)、螺旋输料机(5)、烟气干燥器(6)、超细生物质粉碎机(7)、旋转分离器(8)和超细生物质料仓(9)，皮带式输料机(2)的两端分别连接生物质破碎机(1)和缓冲料仓(4)，缓冲料仓(4)的下方设置有螺旋输料机(5)，螺旋输料机(5)连接缓冲料仓(4)和烟气干燥器(6)，烟气干燥器(6)连接超细生物质粉碎机(7)，超细生物质粉碎机(7)经过旋转分离器(8)与超细生物质料仓(9)连通，所述的生物质颗粒输送系统将超细生物质料仓(9)内储存的超细生物质燃料输送至燃煤锅炉(19)内。
3.根据权利要求2所述的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，其特征在于：所述的皮带式输料机(2)上安装有磁滚筒(3)。
4.根据权利要求1所述的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，其特征在于：所述的生物质颗粒输送系统包括螺旋输粉机(10)和锥形粉斗(11)，螺旋输粉机(10)连通超细生物质料仓(9)和锥形粉斗(11)，螺旋输粉机(10)将成型的超细生物质燃料输送到锥形粉斗(11)内，锥形粉斗(11)经过输送管道(28)与燃煤锅炉(19)连通。
5.根据权利要求4所述的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，其特征在于：所述的输送管道(28)上安装有快关阀(12)、风速测量装置(14)、温度传感器(15)、氧量测量装置(16)和气动球阀(17)，输送管道(28)上还安装有清堵压缩空气连通管道(13)。
6.根据权利要求2所述的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，其特征在于：所述的燃煤锅炉(19)的尾部烟道布置有烟气风机(20)，烟气风机(20)与烟气干燥器(6)的烟气入口端连通，烟气干燥器(6)的出口端与旋转分离器(8)的排气管汇流后连通燃煤锅炉(19)的炉膛。
7.根据权利要求1所述的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合发电系统，其特征在于：所述的生物质颗粒燃烧及烟气净化系统包括燃烧器(18)、脱硝硝装置(21)、空预器(22)、送风机(23)、除尘器(24)、引风机(25)、脱硫装置(26)和烟囱(27)，燃煤锅炉(19)的尾部烟道排出的烟气经过脱硝硝装置(21)，所述的脱硝硝装置(21)与空预器(22)的热端入口连通，空预器(22)的冷端出口与除尘器(24)连通，空预器(22)的冷端入口连接有送风机(23)，空预器(22)的热端出口与燃煤锅炉(19)的燃烧器(18)内部连通，所述的除尘器(24)的出口端依次连接有引风机(25)、脱硫装置(26)和烟囱(27)。
8.一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将生物质原料送入生物质破碎机(1)完成初步加工，形成燃料粒径为3-6cm的生物质颗粒；
步骤二、以燃煤锅炉(19)尾部烟道内的烟气作为热源引入烟气干燥器(6)内，并将步骤一制备的粒径为3-6cm的生物质颗粒经过皮带式输料机(2)和螺旋输料机(5)送入烟气干燥器(6)内干燥处理；
步骤三、将步骤二中干燥处理的粒径为3-6cm的生物质颗粒送入超细生物质粉碎机(7)内，经过超细生物质粉碎机(7)粉碎形成超细生物质燃料，超细生物质燃料的粒径小于1mm；
步骤四、将步骤三制备的超细生物质燃料经过旋转分离器(8)送入超细生物质料仓(9)存储以备燃烧发电使用；
步骤五、经过烟气干燥器(6)排出的烟气和水蒸汽与旋转分离器(8)分离出的粉尘混合后送入燃煤锅炉(19)的炉膛内。
9.根据权利要求8所述的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合方法，其特征在于：烟气干燥器(6)的热源烟气温度范围为380-480℃、含氧量为2.5％-3.5％。
10.根据权利要求8所述的一种烟气干燥送粉的超细生物质与燃煤耦合方法，其特征在于：经过步骤二干燥处理后的生物质颗粒的水分含量小于6％。
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