CN110105986A - 生物质气化装置与燃煤机组耦合系统及其发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质气化装置与燃煤机组耦合系统及其发电系统，包括：生物质循环流化床气化装置，用于将生物质气化，产生高温可燃气体，燃煤机组，通过输送管路与生物质循环流化床气化装置相连，利用生物质循环流化床气化装置产生的可燃气体与燃煤耦合从而产生可利用能源；导热油换热器，与生物质循环流化床气化装置产生的高温燃气的出气口相连，对高温燃气降温。从而解决现有技术中用于对生物质气化装置产生的高温燃气降温的气气换热器容易发生泄露，导致高温的燃气将与空气接触混合，造成设备稳定可靠性差，存留严重安全隐患的问题。

Description

生物质气化装置与燃煤机组耦合系统及其发电系统
技术领域
本发明涉及高温生物质燃气冷却技术领域，具体涉及生物质气化装置与燃煤机组耦合系统及其发电系统。
背景技术
直燃生物质直燃电厂其投资大，且发电能效<30％，加上对生物质消耗巨大，其经济效益非常不稳定，随着环保要求的提高，其投资回收将变得更加困难。为了解决上述问题，申请人想到借助燃煤机组与生物质循环流化床气化装置相配合，从而在节省汽轮发电机系统等设施的同时，有效地降低发电成本，提高生物能发电效能。
生物质原料需要通过上料系统送至生物质循环流化床气化炉，再通过旋风分离器将燃气中的生物灰分离出来；但是，由于生物质循环流化床气化炉的反应温度在650℃以上、气化压力高达500Pa，导致生物质循环流化床气化装置对后续的增压设备和管道输送设备的要求高，导致生物质循环流化床气化装置产生的高温燃气运输困难、成本高的问题。
为了解决上述问题，现有技术如公开号为CN109028035A的专利文献公开了一种生物质气化—燃烧侧耦合燃煤锅炉，通过将生物质气化炉与大型火电燃煤机组的燃烧侧耦合，将生物质燃气的化学热能与显热输入到燃煤锅炉的燃烧侧。为了实现生物质降温输送，现有技术中采用气气换热器对高温燃气降温，通过燃煤锅炉的二次风做为高温生物质燃气的冷却介质，生物质燃气的冷却热量被二次风带入燃煤锅炉的炉膛，从而对管道进行降温，实现生物质降温输送。但是，上述气气换热器具有以下问题：换热器在正常使用的过程中，由于其腐蚀、结垢、流体流动诱导振动等原因，无法避免的会出现泄露的情况，一旦换热器泄露，超过四百度高温的燃气将与空气接触混合，无法避免的会引发爆炸。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种生物质气化装置与燃煤机组耦合系统及其发电系统，以解决现有技术中用于对生物质气化装置产生的高温燃气降温的气气换热器容易发生泄露，导致高温的燃气将与空气接触混合，造成设备稳定可靠性差，存留严重安全隐患的问题。为此本申请提供了一种生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，包括：
生物质循环流化床气化装置，用于将生物质气化，产生高温可燃气体，
燃煤机组，通过输送管路与生物质循环流化床气化装置相连，利用生物质循环流化床气化装置产生的可燃气体与燃煤耦合从而产生可利用能源；
导热油换热器，与生物质循环流化床气化装置产生的高温燃气的出气口相连，对高温燃气降温。
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，包括：与导热油换热器相连，用于为导热油换热器的导热油降温的二级降温器。
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，二级降温器包括水换热器，水换热器的进水口与燃煤机组的凝结水泵的出水管道相连通。
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，导热油换热器将生物质循环流化床气化装置产生的可燃气体的温度下降到320℃至450℃。
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，生物质循环流化床气化装置包括依次相连的上料机构、气化炉以及用于将生物灰从高温燃气中分离的分离机构，导热油换热器与分离机构的高温燃气出口相连，对高温燃气降温。
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，分离机构包括设置在气化炉和导热油换热器之间依次相连的旋风分离器和旋风除尘器。
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，经导热油换热器降温后的可燃气体通过输送管路与燃煤机组相连，燃煤机组其燃煤炉的进气管路上设置有用于排放可燃气体的排气机构。
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，包括燃气计量装置，设置在燃煤机组其燃煤炉的进气管路上，通过测量燃煤炉的进气量计算生物质循环流化床气化装置的发电量。
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，导热油换热器其导热油的温度为180℃至280℃。
一种生物质气化装置与燃煤机组耦合发电系统，包括：
生物质气化装置与燃煤机组耦合系统；以及，发电机组，用于将生物质循环流化床气化装置和燃煤机组转化为电能。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1.一种生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，本发明提供的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，包括：生物质循环流化床气化装置，用于将生物质气化，产生高温可燃气体，燃煤机组，通过输送管路与生物质循环流化床气化装置相连，利用生物质循环流化床气化装置产生的可燃气体与燃煤耦合从而产生可利用能源；导热油换热器，与生物质循环流化床气化装置产生的高温燃气的出气口相连，对高温燃气降温。通过气气换热器对生物质气化产生的生高温可燃气体降温，从而解决高达650度的高温可燃气体对后续的增压设备和管道输送设备的要求高，导致生物质循环流化床气化装置产生的高温燃气运输困难、成本高的问题。但是，气气换热器在正常使用的过程中，由于其腐蚀、结垢、流体流动诱导振动等原因，无法避免的会出现泄露的情况，一旦换热器泄露，超过四百度高温的燃气将与空气接触混合，无法避免的会引发爆炸。而导热油换热器中的导热油为液态，相比于气气换热器更加稳定，不会与空气结合发生爆炸。所以，本申请通过导热油换热器替换气气换热器。
2.生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，包括：与导热油换热器相连，用于为导热油换热器其导热油降温的二级降温器。通过二级降温器与导热油换热器相连，将导热油降温，导热油可再对高温燃气进行降温，从而实现导热油的循环使用。
3.生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，二级降温器包括水换热器，水换热器的进水口与燃煤机组的凝结水泵的出水管道相连通。通过水换热器的进水口与燃煤机组的凝结水泵的出水管道相连通，实现了水换热器中水的循环使用，降低了管道及用水成本。
4.生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，导热油换热器将生物质循环流化床气化装置产生的可燃气体的温度下降到320℃至450℃。高温燃气对后续的增压设备要求很高，通过导热油换热器将生物质循环流化床气化装置产生的可燃气体的温度下降到320℃至450℃，有利于增压风机增压和管道输送，同时降低管道建设成本。
5.生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，生物质循环流化床气化装置包括依次相连的上料机构、气化炉以及用于将生物灰从高温燃气中分离的分离机构，导热油换热器与分离机构的高温燃气出口相连，对高温燃气降温。通过旋风分离器将生物质中的灰提前分离出来，减少对后续燃煤锅炉各受热面的腐蚀，从而更好的保护导热油换热器等后续装置。
6.生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，经导热油换热器降温后的可燃气体通过输送管路与燃煤机组相连。燃煤机组其燃煤炉的进气管路上设置有用于排放可燃气体的排气机构。排气机构的设置可在必要时刻释放燃气，增加燃煤机组的安全性。
7.生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，包括燃气计量装置，设置在燃煤机组其燃煤炉的进气管路上，通过测量燃煤炉的进气量计算生物质循环流化床气化装置的发电量。此方法计算方式简单，且可全程监控
8.生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，导热油换热器其导热油温度为180℃至280℃。有效避免了高温气化燃气直接接触过冷端，引起的焦油板结、堵塞问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的生物质循环流化床气化装置与燃煤发电机组耦合发电示意图。
附图标记说明：
1-生物质循环流化床气化装置；2-燃煤机组；3-输送管道；4-上料机构；5-导热油换热器；6-气化炉；7-分离机构；8-旋风分离器；9-旋风除尘器；10-燃煤炉；11-排气机构；12-燃气计量装置；13-发电机组。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种生物质气化装置与燃煤机组耦合系统及其发电系统，如图1所示，包括：生物质循环流化床气化装置1，用于将生物质气化，产生高温可燃气体；燃煤机组2，通过输送管路3与生物质循环流化床气化装置1相连，利用生物质循环流化床气化装置1产生的可燃气体与燃煤耦合从而产生可利用能源；导热油换热器5，与生物质循环流化床气化装置1 产生的高温燃气的出气口相连，对高温燃气降温。
生物质循环流化床气化装置1，如图1所示，包括上料机构、气化装置、除尘装置三部分。上料机构的管道与气化炉6相连，气化炉6的反应温度在650摄氏度之上，气化炉6压力大约500pa。从气化炉6出口排除的燃气中含有大量的生物质灰，通过气化风机增压，使气化炉6中的燃气进入用管道相连的分离机构7中，分离机构7包含旋风除尘器9。
导热油换热器5，如图1所示，包括燃气—导热油换热器，二级降温器。导热油换热器5的进气口与旋风除尘器9的输出管道相连，上述分离机构7 将生物质中的灰提前分离出来，减少了生物质灰对后续燃煤锅炉各受热面的腐蚀，从而更好的保护导热油换热器等后续装置。被分离出的生物质灰可以单独存储或另作他用。增压风机与导热油换热器的输出管道3相连，用于通过加压的方式将燃气运送到输送管道3。二级降温器为水换热器，二级降温器的一端与导热油换热器相连，用于为导热油换热器降温；二级降温器的另一端与燃煤机组凝结水泵出口管道相连。通过旋风除尘器9出口的燃气温度依然高于650摄氏度，燃气的温度过高给后续的输送带来诸多困难，具体表现为高温燃气对输送管道材质的要求很高，增加了管道输送成本；燃气压力约为500pa，不利于风机增压输送燃气。因此在输送高温燃气之前首先要对高温燃气进行降温处理。高温燃气通过管道被送入导热油换热器中。导热油换热器作为中间介质对高温燃气进行降温，将燃气温度降至320～450摄氏度，被降温后的燃气有利于增压风机的增压和管道输送，同时降低了管道的建设成本。导热油换热器5中的导热油其属性稳定，液态的导热油在高温下也不会与燃气发生反应，保证了导热油换热器5的安全性与稳定性。与燃气—导热油换热器连接的二级换热器用于为导热油换热器中的导热油降温，被降温的导热油可以再次为高温燃气进行降温，因此导热油在燃气—导热油换热器中形成了一个内循环，可重复使用。导热油换热器的油温在180～280摄氏度，导热油作为中间换热介质，适当的油温可以有效解决高温气化燃气直接接触过冷端，引起的焦油板结、堵塞问题。通过导热油换热器出口的可燃气温度大于320摄氏度。对可燃气采用高温输送，可以不用去除焦油，此输送方法节省了不必要的焦油浪费，也节省了显热。经导热油换热器5降温后的可燃气体通过输送管路3与燃煤机组2相连。燃煤机组2其燃煤炉10的进气管路上设置有用于排放可燃气体的排气机构11。排气机构11的设置可在必要时刻释放燃气，增加燃煤机组的安全性。可燃气体经过增压风机被送至燃煤锅炉中与燃煤发电机组13耦合发电，大大提高了生物质发电的效能。
导热油—水换热器的一端与燃气—导热油换热器相连，用于为导热油降温；导热油—水换热器的水来自燃煤机组2凝结水泵出口管道上水。通过水换热器的进水口与燃煤机组2的凝结水泵的出水管道相连通，冷凝水吸热后回到原燃煤机组2参与热力循环，实现了水换热器中水的循环使用，降低了管道及用水成本。
在本实施例中，燃煤机组2包括燃气计量装置12，设置在燃煤机组(2) 其燃煤炉(10)的进气管路上，通过测量燃煤炉的进气量计算生物质循环流化床气化装置(1)的发电量。此方法计算方式简单，且可全程监控。
当然，本发明申请对旋风除尘器9不做具体限制，在其他实施例中，旋风除尘器9还可以为滤筒式除尘器，袋式除尘器等。
当然，本发明申请对旋风分离器8不做具体限制，在其他实施例中，旋风分离器8还可以是离心分离器，重力分离器等。
当然本发明申请对导热油—水换热器不做具体限制，在其他实施例中，导热油—水换热器中的水还可以为冷冻液等其他液体，导热油—水换热器可以换成风机降温等。
当然本发明申请对生物质循环流化床气化装置1所耦合的燃煤机组2 不做具体限制，在其他实施例中，所耦合的燃煤机组2还可以为清洁能源机组、沼气发电机组等。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方
式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，包括：
生物质循环流化床气化装置(1)，用于将生物质气化，产生高温可燃气体，
燃煤机组(2)，通过输送管路(3)与所述生物质循环流化床气化装置(1)相连，利用所述生物质循环流化床气化装置(1)产生的可燃气体与燃煤耦合从而产生可利用能源；
导热油换热器(5)，与所述生物质循环流化床气化装置(1)产生的高温燃气的出气口相连，对所述高温燃气降温。
2.根据权利要求1所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，包括：与所述导热油换热器(5)相连，用于为所述导热油换热器(5)其导热油降温的二级降温器。
3.根据权利要求2所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，所述二级降温器包括水换热器，所述水换热器的进水口与所述燃煤机组(2)的凝结水泵的出水管道相连通。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，所述导热油换热器(5)将所述生物质循环流化床气化装置(1)产生的可燃气体的温度下降到320℃至450℃。
5.根据权利要求1所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，所述生物质循环流化床气化装置(1)包括依次相连的上料机构(4)、气化炉(6)以及用于将生物灰从高温燃气中分离的分离机构(7)，所述导热油换热器(5)与所述分离机构(7)的高温燃气出口相连，对所述高温燃气降温。
6.根据权利要求5所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，所述分离机构(7)包括设置在所述气化炉(6)和所述导热油换热器(5)之间依次相连的旋风分离器(8)和旋风除尘器(9)。
7.根据权利要求1所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，经所述导热油换热器(5)降温后的可燃气体通过输送管路(3)与所述燃煤机组(2)相连，所述燃煤机组(2)其燃煤炉(10)的进气管路上设置有用于排放所述可燃气体的排气机构(11)。
8.根据权利要求1所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，包括燃气计量装置(12)，设置在所述燃煤机组(2)其燃煤炉(10)的进气管路上，通过测量所述燃煤炉(10)的进气量计算所述生物质循环流化床气化装置(1)的发电量。
9.根据权利要求1所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统，其特征在于，所述导热油换热器(5)其导热油的温度为180℃至280℃。
10.一种生物质气化装置与燃煤机组耦合发电系统，其特征在于，包括：
权利要求1-9中任一权利要求所述的生物质气化装置与燃煤机组耦合系统；以及，
发电机组(13)，用于将所述生物质循环流化床气化装置(1)和所述燃煤机组(2)转化为电能。
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