CN115895729A - 生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统，属于气化耦合燃煤发电技术领域。所述系统包括：干料仓，用于存储预处理后的生活垃圾；连接在所述干料仓后端的固定床，用于从所述干料仓获取预处理后的生活垃圾，并对所述预处理后的生活垃圾进行气化，获得气化物，所述气化物包括可燃物和不可燃物；连接在所述固定床输出端的输运装置，用于基于气化物的类型将气化物分别输运到不同端口；其中，所述不同端口中至少包括将可燃物输运到锅炉燃烧系统的供料端口。本发明方案解决了现有生活垃圾应用于气化耦合发电技术的应用方式存在的能源转换率不高和实现难度大的问题。

Description

生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统

技术领域

本发明涉及气化耦合燃煤发电技术领域，具体地涉及一种生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统。

背景技术

随着城镇化率的不断提升，生活垃圾的集中产出量也在持续增多，生活垃圾的处理问题也变得越来越严峻。目前理想的解决方案是通过垃圾焚烧进行发电，例如生活垃圾气化耦合燃煤发电技术。其通过气化系统，将垃圾转化为可进一步应用的燃气，辅助煤粉完成耦合燃烧，生产优质电力，该发电模式对燃煤发电厂当前应用的设备实现了充分应用。垃圾气化是将垃圾中有机成分（主要是碳）在还原气氛下与气化剂反应生成燃气（CO，CH₄，H₂等）的过程，一般是通过部分燃烧反应放热提供其它制气反应的吸热，气化反应的产物为燃气和灰分，其目标产物为单一的气态燃气。目前，相关的解决方案主要有高温气化熔融发电技术和等离子体气化发电技术。

但是，这两种方式均存在一定的弊端，前者采用气化熔融过程中仅仅将飞灰熔融所需要的热量约占生活垃圾热量的1.9%，飞灰和底渣的全部熔融约占生活垃圾热量的3.5%，因此自用能耗高；气化和熔融分别进行，均要采用独立反应器，因此设备相比其他气化工艺设备庞大，管理维护较困难；建设运行费用高，难以实现投产建设。后者目前等离子体技术还处于技术储备阶段，由于起步较晚成果有待考证，研发难度高、投资大、周期长，因此商业化推广较为困难。针对现有解决方案存在的能源转换率不高和实现难度大的问题，需要创造一种新的生活垃圾气化耦合燃煤发电技术解决方案。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统，以至少解决现有生活垃圾气化耦合燃煤发电技术解决方案存在的能源转换率不高和实现难度大的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统，所述系统包括：

干料仓，用于存储预处理后的生活垃圾；连接在所述干料仓后端的固定床，用于从所述干料仓获取预处理后的生活垃圾，并对所述预处理后的生活垃圾进行气化，获得气化物，所述气化物包括可燃物和不可燃物；

连接在所述固定床输出端的输运装置，用于基于气化物的类型将气化物分别输运到不同端口；

其中，所述不同端口中至少包括将可燃物输运到锅炉燃烧系统的供料端口。

可选的，所述系统还包括：

连接在所述干料仓前端的破碎装置，用于执行生活垃圾的预处理；

所述生活垃圾的预处理为将所述生活垃圾破碎为预设粒度的碎渣。

可选的，所述固定床采用下吸式气化炉对预处理后的生活垃圾进行气化。

可选的，所述下吸式气化炉自上至下分别为干燥层、热解层、氧化层和还原层。

可选的，所述可燃物包括：气化渣和气化气；所述不可燃物为飞灰。

可选的，所述输运装置包括：气化气输运装置、气化渣输运装置和飞灰输运装置。

可选的，所述气化气输运装置用于将气化气直接输运到锅炉燃烧系统中；所述气化渣输运装置用于将气化渣输运到干式磨机，以进行气化渣细磨；所述气化渣输运装置还用于将细磨后的气化渣输运到锅炉燃烧系统。

可选的，所述系统还包括设置在所述气化渣输运装置末端的混合装置；所述混合装置用于将细磨后的气化渣与原煤进行掺混处理。

可选的，所述飞灰输运装置用于将飞灰输运到预设灰罐中。

可选的，所述系统还包括设置在锅炉燃烧系统和固定床之间的热量回收装置，用于将锅炉燃烧系统的汽轮机发电后的余热蒸汽输送到固定床，以作为固定床的热源之一。

通过上述技术方案，本发明方案使用固定床进行生活垃圾气化，减小灰渣比。通过将固定床产出的气化物通过不同的输送装置输运到不同的端口，基于气化物特性进行针对性地利用。整个系统架设简单，实现方案，能够有效地实现生活垃圾的气化过程，且不会增加环境污染。解决了现有生活垃圾应用于气化耦合发电技术的应用方式存在的能源转换率不高和实现难度大的问题。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统的系统结构图。

附图标记说明

10-破碎装置； 20-干料仓； 30-固定床；

40-锅炉燃烧系统； 50-灰罐； 60-干式磨机；

70-热量回收装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

随着城镇化率的不断提升，生活垃圾的集中产出量也在持续增多，生活垃圾的处理问题也变得越来越严峻。目前常见的生活垃圾处理技术主要有填埋、堆肥、焚烧（垃圾发电）三种，这三种技术各有优缺点。堆肥法要求垃圾严格分类，且垃圾的有机降解物含量大于40%，但堆肥法不具备大规模推广条件，目前在处理生活垃圾中占比仅约3%。相对堆肥处理，填埋和垃圾焚烧对原料要求的门槛较低，发展成为生活垃圾无害化处理的主要方式。

对于垃圾焚烧发电，目前常见的解决方案是生活垃圾气化耦合燃煤发电技术，其通过气化系统，将垃圾转化为可进一步应用的燃气，辅助煤粉完成耦合燃烧，生产优质电力，该发电模式对燃煤发电厂当前应用的设备实现了充分应用。垃圾气化是将垃圾中有机成分（主要是碳）在还原气氛下与气化剂反应生成燃气（CO，CH₄，H₂等）的过程，一般是通过部分燃烧反应放热提供其它制气反应的吸热，气化反应的产物为燃气和灰分，其目标产物为单一的气态燃气。

在完成生活垃圾气化处理后，还需要耦合燃煤完成发电工作。发电工艺具体流程涉及的设备包括提供气化生活垃圾的进料系统、进行反应的气化炉、对可燃气体进一步处理的气体净化系统、对气体进行二次处理的后续气体处理系统。进料系统包含生活垃圾气化处理的介质、进料、控制几个子系统。气体净化系统针对可燃气体携带的焦油、冷凝物等诸多杂质进行净化，提高气体纯度。后续气体处理系统通过诸多设备，为发电、集中供气等应用场景对气体做进一步处理。利用该发电模式，使原本要废弃的生活垃圾得到进一步应用，实现资源的循环利用。

以生活垃圾气化为技术基础的耦合燃烧，可有效避免垃圾原料直接燃烧产生的废气、残渣问题，避免直燃锅炉结渣问题。该技术的应用对燃煤电站的锅炉并不会产生过大改动，具有较强的灵活性且相对简单。

目前，相关的解决方案主要有以下两种：

1）高温气化熔融发电技术。该技术是将垃圾在400℃-600℃左右的还原性气氛下气化，产生可燃气和易于回收的金属等，再在辅助燃料的助燃下进行可燃气体的燃烧，使灰渣在约为1300℃条件下熔融，熔融灰渣冷却后可作为建筑材料。燃烧后产生的合成气进入余热锅炉发电或送至燃气轮机、内燃机进行发电。

2）等离子体气化发电技术。采用等离子气化工艺，使炉内平均温度达到1300℃-1500℃，将有机物完全转化成小分子合成气，而无机物则变成玻璃体的无害灰渣。

但是，这两种方式均存在一定的弊端，前者采用气化熔融过程中仅仅将飞灰熔融所需要的热量约占生活垃圾热量的1.9%，飞灰和底渣的全部熔融约占生活垃圾热量的3.5%，因此自用能耗高；气化和熔融分别进行，均要采用独立反应器，因此设备相比其他气化工艺设备庞大，管理维护较困难；建设运行费用高，难以实现投产建设。后者目前等离子体技术还处于技术储备阶段，由于起步较晚成果有待考证，研发难度高、投资大、周期长，因此商业化推广较为困难。针对现有解决方案存在的能源转换率不高和实现难度大的问题，本发明方案提出一种生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统。本发明方案使用固定床30进行生活垃圾气化，减小灰渣比。通过将固定床30产出的气化物通过不同的输送装置输运到不同的端口，基于气化物特性进行针对性地利用。整个系统架设简单，实现方案，能够有效地实现生活垃圾的气化过程，且不会增加环境污染。解决了现有生活垃圾应用于气化耦合发电技术的应用方式存在的能源转换率不高和实现难度大的问题。

图1是本发明一种实施方式提供的生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统的系统结构图。如图1所示，本发明实施方式提供一种生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统，所述系统包括：

干料仓20，用于存储预处理后的生活垃圾；

连接在所述干料仓20后端的固定床30，用于从所述干料仓20获取预处理后的生活垃圾，并对所述预处理后的生活垃圾进行气化，获得气化物，所述气化物包括可燃物和不可燃物；

连接在所述固定床30输出端的输运装置，用于基于气化物的类型将气化物分别输运到不同端口；

其中，所述不同端口中至少包括将可燃物输运到锅炉燃烧系统40的供料端口。

优选的，所述系统还包括：连接在所述干料仓20前端的破碎装置10，用于执行生活垃圾的预处理；所述生活垃圾的预处理为将所述生活垃圾破碎为预设粒度的碎渣。

在本发明实施例中，因为后续需要将生活垃圾进行气化过程，所以将生活垃圾进行适当的粉碎，是可以提高后续的气化效率的。所以，在固定床30的前端设置有一个破碎装置10，以用于将输入的生活垃圾按照固定粉碎要求进行粉碎，获得粒度均匀的粉碎生活垃圾，提高后续气化过程中受热均匀度，保证气化效果和气化效率。例如，生活垃圾先经破碎装置10进行预处理，最大处理量每小时30吨，破碎后生活垃圾粒度控制在5cm以下。破碎后的原料暂存至干料仓20中进行储存，为固定床30提供物料。

优选的，所述固定床30采用下吸式气化炉对预处理后的生活垃圾进行气化。

在本发明实施例中，现有的固定床30往往用于原煤气化，将通过原煤气化获得可燃气，以此来提高燃烧效率。固定床30气化工艺是比较古老的，应用非常普遍的气化方法。其特点是，整个气化过程是在常压下进行的；在气化炉内，煤是分阶段装入的，随着反应时间的延长，燃料逐渐下移，经过前述的干燥、干馏、还原和氧化等各个阶段，最后以灰渣的形式不断排出，而后补加新的燃料；操作方法有间歇法和连续气化法；气化剂一般为空气或富氧空气，用来和碳反应提供热量，水蒸气则利用该热量和碳反应，自身分解为氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等气体。

本发明方案通过固定床30的方式进行生活垃圾气化，气化剂由下进入还原层后，在氧化层产生热量对生活垃圾进行气化，气化后的飞灰储存至灰罐50。固定床30气化特点为渣量大灰量小，而气化后产生的飞灰由于在被捕获前易于富集二噁英和重金属，对环境造成的危险程度较高，气化渣也具有一定环境危害，但相比飞灰明显要小。同时气化渣为一般固体废物，气化后产生飞灰为危险废物，一般固体废物可以作为建材利用，危险废物则需高额的处置费进行无害化处置。从环境效益和经济效益来说，固定床30气化生活垃圾工艺都是具有优势的。

优选的，所述下吸式气化炉自上至下分别为干燥层、热解层、氧化层和还原层。

在本发明实施例中，下吸式气化炉也称为顺流式气化炉。举例说明，吹入的空气与物料混合燃烧，这一区域称为氧化层，温度约为900~1200℃，产生的热量用于支持热解区裂解反应和还原区还原反应的进行；氧化层的上部为热解层，温度约为300~700℃，在这一区域，生活垃圾被分离出来；热解区的上部为干燥层，物料在此区域被预热；氧化层的下部为还原层，氧化层产生的CO₂、炭和水蒸气在这一区域进行还原反应，同时残余的焦油在此区域发生裂解反应，产生以CO和H₂为主的产出气，这一区域的温度约为700~900℃。来自热解层富含焦油的气体须经过高温氧化区和以炽热焦炭为主的还原层，其中的焦油在高温下被裂解，从而使产出气中的焦油大为减少。

优选的，所述可燃物包括：气化渣和气化气；所述不可燃物为飞灰。

在本发明实施例中，气化气是气化过程的最核心产物，其将作为可燃气直接用于后续的锅炉燃烧系统40燃烧，而气化渣是经过干燥、干馏、还原和氧化等各个阶段剩余的物料，其还具有一定的可燃性。而飞灰是煤粉进入1300～1500℃的炉膛后，在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却而形成的。由于表面张力作用，飞灰大部分呈球状，表面光滑，微孔较小。一部分因在熔融状态下互相碰撞而粘连，成为表面粗糙、棱角较多的蜂窝状组合粒子。因为其不可燃烧且直接排放会污染大气，所以需要对其进行集中处理。

优选的，所述输运装置包括：气化气输运装置、气化渣输运装置和飞灰输运装置。

针对不同的气化物类型，需要设置专门的输运装置进行物料转运，以将其有序转运到预设端口。优选的，所述气化气输运装置用于将气化气直接输运到锅炉燃烧系统40中；所述气化渣输运装置用于将气化渣输运到干式磨机60，以进行气化渣细磨；所述气化渣输运装置还用于将细磨后的气化渣输运到锅炉燃烧系统40。

在本发明实施例中，由于生活垃圾干燥后挥发分高，固定碳低，直接进入燃煤锅炉会影响锅炉内燃烧情况并且增加磨煤机系统、燃料输送系统和燃烧器的安全风险以及锅炉结渣问题。对生活垃圾先气化，也可以让生活垃圾飞灰和煤灰充分分离，气化渣获得更高的利用率。由于气化渣含碳量较高，对气化渣粗渣磨制后与原煤燃料掺混，不影响原本燃烧效率的同时，对能量进行了二次利用，而气化渣属于一般固体废物，进入燃煤锅炉燃烧后不会增加其产物的环境风险。从余热利用的角度来说是具有创新性的。

在一种可能的实施方式中，固定床30产生的气化渣送入干式磨粉机，对气化渣进行粗渣磨细，磨细后的气化渣粒度小于425目，后续气化细渣与原煤掺混后经皮带送入燃煤锅炉燃烧系统40。固定床30产生的气化气引入燃煤锅炉燃烧，作为燃料为燃煤锅炉提供热值。

优选的，所述系统还包括设置在所述气化渣输运装置末端的混合装置；所述混合装置用于将细磨后的气化渣与原煤进行掺混处理。

在本发明实施例中，气化渣与原煤的燃烧性能存在一定的差异，为了避免因为这种差异影响发电效率，是需要避免细化后的气化渣的单一直接燃烧的，需要与原煤进行掺混后进行燃烧，以保证燃烧曲线稳定。例如，通过搅拌机将细化后的气化渣与原煤进行混合。

优选的，所述飞灰输运装置用于将飞灰输运到预设灰罐50中。

在本发明实施例中，为了避免飞灰直接排放污染大气，需要将其集中到灰罐50中以便于后续进行统一的处理。

优选的，所述系统还包括设置在锅炉燃烧系统40和固定床30之间的热量回收装置70，用于将锅炉燃烧系统40的汽轮机发电后的余热蒸汽输送到固定床30，以作为固定床30的热源之一。

在本发明实施例中，燃煤锅炉燃烧后产生的烟气经自有的尾气处理系统净化后由烟囱排入大气，汽轮机发电后的低温低压余热蒸汽可抽气分别回用至生活垃圾干燥装置和固定床30气化炉，为其提供热量。汽轮机低压缸排汽在65~120℃之间，该部分蒸汽还具有一定热量，将该部分余热蒸汽回用至干燥装置和固定床30气化炉，可以提高系统整体的能量利用率。

在本发明实施例中，本发明方案使用固定床30作为气化炉型，减少气化炉飞灰（危险废物）的产生量；气化渣磨制再利用，细渣与原煤混合后入炉燃烧，提高能量利用率；燃煤锅炉余热蒸汽回用至干燥装置和固定床30气化炉，实现能量梯级利用。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种生活垃圾耦合煤粉锅炉发电系统，其特征在于，所述系统包括：

干料仓，用于存储预处理后的生活垃圾；

连接在所述干料仓后端的固定床，用于从所述干料仓获取预处理后的生活垃圾，并对所述预处理后的生活垃圾进行气化，获得气化物，所述气化物包括可燃物和不可燃物；

连接在所述固定床输出端的输运装置，用于基于气化物的类型将气化物分别输运到不同端口；

其中，所述不同端口中至少包括将可燃物输运到锅炉燃烧系统的供料端口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

连接在所述干料仓前端的破碎装置，用于执行生活垃圾的预处理；

所述生活垃圾的预处理为将所述生活垃圾破碎为预设粒度的碎渣。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定床采用下吸式气化炉对预处理后的生活垃圾进行气化。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述下吸式气化炉自上至下分别为干燥层、热解层、氧化层和还原层。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可燃物包括：气化渣和气化气；所述不可燃物为飞灰。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述输运装置包括：气化气输运装置、气化渣输运装置和飞灰输运装置。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述气化气输运装置用于将气化气直接输运到锅炉燃烧系统中；

所述气化渣输运装置用于将气化渣输运到干式磨机，以进行气化渣细磨；

所述气化渣输运装置还用于将细磨后的气化渣输运到锅炉燃烧系统。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述气化渣输运装置末端的混合装置；

所述混合装置用于将细磨后的气化渣与原煤进行掺混处理。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述飞灰输运装置用于将飞灰输运到预设灰罐中。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括设置在锅炉燃烧系统和固定床之间的热量回收装置，用于将锅炉燃烧系统的汽轮机发电后的余热蒸汽输送到固定床，以作为固定床的热源之一。

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