CN110715316A - 一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电领域的一种方法，基于以农林废弃物为代表的生物质燃料、各种生物质压块及成型燃料、生活垃圾、污水处理厂污泥、洗煤厂煤泥、与锅炉燃烧煤种不一样的低热值煤、泥煤等各类与锅炉煤种不一样的异质燃料，与锅炉已有煤粉一次风混合后送入炉膛直接燃烧发电的方法。本发明首先采用干燥机器对需要异质燃料进行烘焙预处理，预处理后的异质燃料进入燃料制粉机处理为粉状燃料，再通过分料机、网关阀门、开关阀门、流量流速检测、现场就地控制柜和管道为主体的管道分配自动控制系统，把粉状耦合燃料分配到设定的各煤粉一次风管道实现异质燃料粉和煤粉的耦合，耦合后的异质燃料粉和煤粉一起进入炉膛直接燃烧发电。

Description

一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法

技术领域

本发明属于大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电技术领域，尤其涉及一种基于异质燃料烘焙和研磨制粉处理后与锅炉原一次风混合后进入炉膛直燃发电的方法。

技术背景

2017年我国年发电量近6.5万亿度，比2016年增长5.9％。其中以煤为燃料的火力发电超过4.6亿度，比2016年增长5.1％。煤电占比超过70％，煤炭消耗量约占全世界的50％。巨量的能源需求和以煤为主的一次能源结构，给不可再生的化石能源消耗和环境保护带来巨大的压力。为了降低优质煤炭资源的消耗，充分利用各种低密度、广分散的一次能源，我国在关停大量技术寿命尚未到期的煤电厂的同时，投资建设了各类大量的小型化电厂，如生物质发电厂、垃圾焚烧电厂、劣质煤电厂等，形成了投资建设的利用不充分和重复浪费。

农林废弃物生物质是一种清洁可再生能源，我国可能源化利用的生物质燃料折合标煤为4.6亿吨/年，目前已利用率不到10％。目前我国的约300家生物质发电厂以小型直燃发电、小型热解后气化发电等为主，单机装机容量多为高温高压30MW，中温中压15MW，热解气化发电一般不超过10MW。这种新建的小型分布式电厂单位装机容量投资大、上网电量总量小、能源利用效率低、运营成本高、无法形成规模效应等不足，其单位电能消耗的生物质燃料单项成本甚至高于电网正常购买煤电的价格，以至于全行业过度依赖政府补贴，造成新能源补贴较重的财政负担。

生活垃圾伴随我国正在经历的人类有史以来最大规模和最快速度的城市化和工业化浪潮在全国各地的城镇产生。截止2017年底，我国全年生活垃圾清运量约2.36亿吨，其中约40％进入了垃圾焚烧电厂处理，已投产垃圾焚烧发电投产项目超过300家，典型单机装机容量中温中压6MW-12MW，发电效率远低于大型燃煤电厂，需要地方财政和国家财政共同补贴。

污水无处理厂的污泥也正在成为一种难以处理的垃圾，2017年，县市已建成污水物理场3976座，污水处理能力达1.7亿立方米，产生80％含水率的污泥4000 多万吨，预计2018年污泥将超过5000万吨。“重水轻泥”是我国污水处理行业普遍现象，和填埋、堆肥等相比较，污泥焚烧具有避免二次污染、节约土地资源并且发挥污泥自身经济效益的优点，是真正的减量化、无害化和资源化的处理方式。但污泥热值低、区域范围内资源量极其有限，难以支撑达到规模效益的焚烧发电厂，使得焚烧处理难以大规模推广。

煤炭成本通常占煤电厂总成本的70％左右，煤炭成本高企的同时，可获得的小品种异质燃料如泥煤、煤泥、低热值煤等却处于废弃或未充分开发的状态。燃煤电厂耦合部分异质燃料可以降低电厂煤炭采购成本，提升电厂经济效益，也可提升资源利用效率。

随着我国近年来电力行业的发展，现存的大型燃煤电厂的能源利用效率已大幅提高，接近国际先进水平，与为了专门处理区域范围内总量较小的农林废弃物、生活垃圾、污泥等小型化电厂相比，具有显著更高的能源利用效率。

煤粉炉耦合异质燃料发电改造是在原有发电基础设施不变的基础上，新增耦合部分异质燃料的配套设施，最大限度利用已有设施和投资，并且在几乎不变动燃煤电厂运营。

当前市场上的燃煤电厂耦合异质燃料发电技术主要是对燃料进行厌氧热解气化处理后，把热解气通过单独的管道和燃烧器，送入锅炉燃烧发电。这种热解气化后再燃发电技术是基于对燃料的深度加工，转换成本较高、能源转换利用效率较低；并且新建安装的可燃热解气在存储、传输的过程中具有一定的安全隐患；厌氧热解处理过程温度不高，难以实现各类有害物的无害化处理；新增的气化系统在运行中和原有煤粉系统具有较大的差异，增加了运行维护的工作。

随着我国对农林废弃物、生活垃圾、污泥、煤泥、泥煤、低热值燃料等异质燃料利用的发展，异质燃料在大型燃煤电厂的耦合应用将成为行业的必然方向。

发明内容

针对上述背景技术中提到的各类异质燃料的广泛存在以及现有处理技术存在的多方面的缺陷，本发明提出了一种大型火电厂煤粉炉耦合异质燃料直燃发电的方法，把待耦合的异质燃料烘焙和研磨制粉处理后，按照设定的分配比例输送到煤粉一次风管道与煤粉耦合，耦合后的一次风粉直接入炉燃烧的方法。

本发明的技术方案是，一种异质燃料烘焙制粉后按照设定耦合量分配到一次风管道的煤粉炉耦合异质燃料的发电方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：本发明首先采用干燥烘焙系统对待耦合的单一或混合的异质燃料进行干燥烘焙预处理，预处理后的异质燃料达到可以统一直接送入研磨制粉系统的要求；

步骤2：预处理后的待耦合异质燃料进入研磨制粉系统，经过研磨加工为可入炉燃烧的粉状细颗粒；

步骤3：在研磨制粉设备出口处安装一套分料机，分料机出口一一对应连接到新建的耦合异质燃料粉输送分配母管道系统，研磨制粉后的待耦合燃料粉从分料机进入对应的耦合异质燃料母管道；

步骤4：根据电厂具体一次风管道数量和燃烧器数量，待耦合异质燃料粉进入电厂原有一次风管道的数量，并最终使最低层级的耦合异质燃料粉子管道数量匹配电厂一次风管道和燃烧器；

步骤5：在最低级的子管道上安装高精度环形截面原理气固两相流流量流速在线检测系统，对各最低层级子管道的流量和流速实时检测，并将数据上传DCS 和现场就地控制柜；

步骤6：在现场安装一套现场就地控制系统，系统内可设置待耦合燃料粉的分配子管道数量和分配比例，同时该系统与电厂DCS相连接，通过就地控制柜控制分料机的分料出口数量，调节控制各级网关的分配比例，实现各耦合燃料粉最低层级子管道内待耦合异质燃料的按设计比例分配；

步骤7：最低层级待耦合异质燃料粉子管道和电厂原有煤粉一次风管道一一对应连接起来，并在待耦合燃料粉子管道和煤粉一次风管道的连接处设置开关阀门，把待耦合异质燃料粉送入对应的一次风管道，实现带耦合异质燃料粉和煤粉一次风的耦合；

步骤8：耦合后的异质燃料粉和电厂原有煤粉共同组成新的一次风粉，即耦合风粉，经过燃烧器进入炉膛直接燃烧。该步骤的特征是耦合风粉通过燃烧器后，直接入炉燃烧发电。

附图说明

图1：系统整体示意图

图2：网关分配示意图

图3：待耦合异质燃料粉子管道与电厂已有煤粉一次风管道连接示意图

具体实施方式

下面根据说明书附图，结合实例对本发明的技术方案进一步详细说明。

本发明的内容：

本发明首先用干燥烘焙设备对以农林废弃物为代表的生物质燃料、各种生物质压块及成型燃料、生活垃圾、污水处理厂污泥、洗煤厂煤泥、与锅炉燃烧煤种不一样的低热值煤、泥煤等各类与锅炉现有煤种不一样的异质燃料等进行烘焙预处理；预处理后的待耦合异质燃料进入专门的研磨制粉系统加工；通过分料机把研磨后的待耦合燃料粉分配到耦合母管道中后，再通过可自动调节的网关按照设定参数把待耦合异质燃料粉调节一一对应分配到与电厂已有煤粉一次风管道中，实现待耦合异质燃料粉和煤粉的耦合，耦合后形成的新的一次风粉直接进入炉膛燃烧发电。

图1所示，扩建或改建的耦合系统按照功能可分为5个子系统：干燥烘焙子系统、研磨制粉子系统，分料子系统，管道子系统，开关及调节测量控制子系统。

图1的干燥烘焙子系统运行时，单一或多种混合的待耦合异质原料作为子系统的原料输入。原料在该子系统中，利用原料自身烘焙后产生的挥发气体在设备内燃烧发出的能量，对原料自身进行干燥和烘焙预处理后，输出大幅降低水份以及去除部分轻质易挥发份后的可以直接输入研磨制粉系统的燃料。干燥烘焙子系统除输出预处理后的燃料外，在运行中还会产生少量的废气。该子系统自带一套满足环保要求的小型布袋除尘系统对排放的烟气进行除尘处理，如果需要耦合的燃料中硫含量较高导致排放气体的SO2超标的，需要加装一套小型脱硫系统，确保排放的气体达到国家规定的环保排放要求。干燥烘焙系统没有其它固体废弃物和液体废弃物的排放。干燥烘焙设备根据待耦合异质原料的供应量，可以是单台或多台，其安装地点可以在电厂内，也可以在电厂外，由待耦合异质燃料供应商负责安装和运营。

图1的研磨制粉子系统的设备参数根据待耦合燃料进行选择和定制，简单的可以是原磨煤机进行适当技术改造而来，也可以是全新设计的专门的研磨系统。该子系统运行时，输入干燥烘焙预处理后的燃料，经过该子系统加工处理后，输出可以和电厂已有煤粉一次风耦合直燃发电的燃料粉。根据待耦合异质燃料的供应量，研磨制粉设备可以是单台或多台，当研磨制粉设备有多台时，其出口输出的异质燃料分合并到一个口，把待耦合燃料粉输送给唯一的分料机。

图1的分料子系统实现待耦合异质燃料粉分为多个的功能，通常可以为2、4、 6、8等典型数量。分料机出口数量对应待耦合异质燃料母管道的数量。

图1的管道子系统根据电厂结构和地理位置具体设计而来，该子系统按照网关数量，通常可分为母管道、一级子管道、二级子管道。具体管道结构根据现场厂址和耦合需求设计。

图1的开关及调节控制子系统是整个耦合系统的大脑，控制整个系统的运行。高精度环形截面流速流量在线检测器测量最低层级子管道的流量流速，就地控制柜接受来自DCS的运行信息和控制指令，对分料子系统对应各母管道进行开关控制，对各网关进行调节控制，对煤粉一次风管道和耦合子管道的连接处的阀门进行开关控制。流速流量在线检测系统对应最低层级的待耦合异质燃料粉子管道的数量，每根最低层级的子管道安装一个测点。

图2的网关把母管道分为三个子管道，网关由两部分组成，前置流体形态调整器和分配调节网关。前置流体形态调整器对流体在母管道的横截面分布进行调整，调整套较为沿管道横截面较为均匀的分布状态。分配调节网关接收现场就地控制柜发出的控制信号，把母管道内的待耦合异质燃料粉分配到子管道中。单级调节网关可分配数一般为2、3、4个。

图3的待耦合异质燃料粉子管道(弯管)与电厂已有煤粉一次风管道(直管) 连接结构，待耦合异质燃料粉子管道与电厂已有的煤粉一次风管道通过开关阀门相连接。开关阀门执行现场就地控制柜的指令。

典型案例：

对于现有4用2备共6台磨煤机24个燃烧器的电厂，可新增1-2台耦合异质燃料研磨制粉系统，待耦合异质燃料粉可根据电厂燃烧器运行情况按比例耦合到全部24个燃烧器，具体配置如下：

干燥烘焙设备2-4套；

研磨制粉设备1-2台；

一分六分料机1台

耦合系统设置6根母管道，24根子管道

每根母管道设置1套一分四网关，合计6套网关

每根子管道安装1个高精度环形截面流速流量检测器，合计24个

现场就地控制柜1套

耦合系统子管道和电厂已有煤粉一次风管道连接开关阀门24个；

以上所述仅为本发明的典型实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：本发明首先用烘焙设备对待耦合的异质燃料进行干熘预处理；

步骤2：预处理后的待耦合异质燃料单独进入燃料制粉机进行研磨处理为粉状燃料；

步骤3：制粉机出口安装分料机，分料机实现待耦合异质燃料粉均匀分配到多根母管道；

步骤4：在母管道设置可调节网关阀门，在控制系统的配合下，通过网关阀门把母管道的待耦合燃料分配到数量更多的子管道；

步骤5：在最低级的子管道上安装高精度环形截面原理气固两相流流量流速在线检测系统，对各最低层级子管道的流量和流速实时检测，并将数据上传DCS和现场就地控制柜；

步骤6：在现场安装一套现场就地控制系统，现场就地控制柜内可设置待耦合燃料粉的分配子管道数量和分配比例，同时该系统与电厂DCS相连接；

步骤7：将耦合异质燃料粉子管道和电厂原有煤粉一次风管道通过开关阀门隔离和连接起来，实现耦合异质燃料粉和煤粉一次风的耦合；

步骤8：耦合后的异质燃料粉和煤粉共同组成新的一次风，通过燃烧器进入炉膛直接燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，其特征是用于煤粉炉电厂改造或新建时燃料部分为农林废弃物为代表的生物质燃料、各种生物质压块及成型燃料、生活垃圾、污水处理厂污泥、洗煤厂煤泥、与锅炉燃烧煤种不一样的低热值煤、泥煤等各类与锅炉煤种不一样的异质燃料的电厂的领域。

3.根据权利要求1所述的一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，其特征是把异质燃料制粉后，待耦合异质燃料以固体颗粒的形式送入燃煤锅炉直接燃烧，而不是把燃料加工为气体或液体的形式送入锅炉燃烧。

4.根据权利要求1所述的一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，对燃料进行干熘预处理的特征是无需附加能量，仅利用和消耗燃料自身带的能量，部分改变燃料的分子结构，提高燃料的可制粉特性，达到可直接研磨制粉的要求。

5.根据权利要求1所述的一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，对燃料研磨制粉的特征是把形状大小各异、研磨特性难以差异的异质燃料加工为可直接与锅炉一次风耦合的燃料粉；研磨制粉机可以是改造后的电厂原有磨煤机，也可以在锅炉房附近新建单独的制粉研磨机。

6.根据权利要求1所述的一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，对待耦合燃料进行分料处理的特征是按照控制指令，自动均匀分配待耦合燃料粉到母管道，其分料机出口数量为2、3、4、5、6、8等。

7.根据权利要求1所述的一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，对母管道进行分配的网关的特征是按照控制指令，自动分配待耦合燃料到子管道其网关后，且可再设置二级网关，每一级网关的出口数量为2、3、4三种。

8.根据权利要求1所述的一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，控制系统的特征是实时检测各子管道的流量流速数据，结合燃烧器和磨煤机运行情况，对分料机、网关阀门、开关阀门进行控制或调节。

9.根据权利要求1所述的一种大型燃煤锅炉耦合异质燃料直燃发电的方法，子管道与电厂原有一次风管道的开关阀门的特征是按照控制系统的控制指令开关动作，当该路子管道停止运行时，开关阀门关闭。

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