一种煤粉锅炉直燃生物质系统及掺混燃烧方法与流程

1.本发明属于生物质利用技术领域，特别是一种煤粉锅炉直燃生物质系统及掺混燃烧方法。


背景技术：

2.《联合国气候变化框架公约》第21次缔约方会议暨《京都议定书》第11次缔约方会议在法国巴黎开幕。中国表示将在2030年左右二氧化碳排放达到峰值，并争取尽早实现，在2060年达到二氧化碳的全部中和目标。至此，2020年年底，中国各大能源央企正式提出“碳达峰”、“碳中和”的明确要求，燃煤电站二氧化碳排放即将成为硬指标，为我国能源发展的道路指明了方向。
3.生物质掺烧是减少二氧化碳排放的有效途径和重要手段，生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质能是可再生能源的重要组成部分，生物质能的高效开发利用，对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。
4.目前限制煤粉炉直燃生物质技术大规模应用的原因是掺混比例不大，其原因在于生物质燃料一般为纤维性结构，常规磨煤机很难进行碾磨，常规磨煤机上部一般都有分离器，纤维性结构难以磨碎时，会在分离器处缠绕，且生物质燃料能量密度低，用常规磨煤机进行碾磨生物质时，会造成磨煤机出力大幅下降，基于上述原因，常规生物质在煤粉炉直燃很难在煤粉炉大比例掺烧。因此，其改进和创新势在必行。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种煤粉锅炉直燃生物质系统及掺混燃烧方法，可有效解决利用现有制粉系统的粉管及燃烧器，解决生物质在煤粉炉上直燃的大比例掺混的问题。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
7.一种煤粉锅炉直燃生物质系统，包括依次相连的锅炉炉膛、scr入口烟道、scr反应器、scr出口烟道、引风机入口烟道和引风机出口烟道以及原煤输送带、燃料仓、给料机、磨煤机，原煤输送带的出料端与燃料仓的进料端相连，燃料仓的出料端通过给料机与磨煤机的进料端相连，磨煤机的出料端经粉管与锅炉炉膛的燃烧器相连，构成锅炉炉膛的燃料提供结构，该煤粉锅炉直燃生物质系统还包括生物质料仓、生物质成型机和生物质成型燃料干燥室，生物质料仓的出料端通过第一输送带与生物质成型机的进料端相连，生物质成型机的出料端通过第二输送带与第三输送带的进料端相连，且第二输送带穿过所述生物质成型燃料干燥室，第二输送带上的生物质成型燃料在穿过所述生物质成型燃料干燥室的过程中进行干燥处理，第三输送带的出料端与原煤输送带部相连，干燥后的生物质成型燃料与原煤输送带上的原煤一起经燃料仓、给料机进入磨煤机与原煤混合碾磨，原煤和生物质成
型燃料一起被碾磨至粉末后，通过粉管送入燃烧器混合燃烧，生物质在煤粉锅炉直接掺混燃烧。
8.优选的，所述scr入口烟道上装有与其内腔相连通的高温烟气供气管路，高温烟气供气管路上设置有高温调节阀，引风机出口烟道上装有与其内腔相连通的低温烟气供气管路，低温烟气供气管路上设置有低温调节阀，高温烟气供气管路远离scr入口烟道的一端和低温烟气供气管路远离引风机出口烟道的一端均与预混室的进气口相连通，预混室的出气口与生物质成型燃料干燥室上部的进气口相连，生物质成型燃料干燥室下部的出气口经烟气循环管路与引风机入口烟道相连通，构成用于干燥生物质成型燃料的烟气循环通道。
9.优选的，所述预混室内设置有用于检测混合烟气温度t的温度传感器，干燥室出口侧设置有用于检测干燥处理之后生物质成型燃料的水分含量w的水分监测仪，该煤粉锅炉直燃生物质干燥系统还包括控制器，控制器的输入端分别与温度传感器的输出端、水分监测仪的输出端相连，控制器的输出端分别与高温调节阀输入端、低温调节阀输入端和各个输送带(第一、二、三输送带)的驱动部件的输入端相连，构成烟气温度和干燥时间控制结构。
10.一种生物质在煤粉锅炉直接掺混燃烧的方法，包括以下步骤：
11.a、生物质燃料成型输送
12.生物质燃料从生物质料仓被第一输送带送入生物质成型机进行成型，得到生物质成型燃料；
13.b、生物质成型燃料干燥处理
14.通过scr入口烟道上的高温烟气供气管路向预混室提供高温烟气作为主干燥热源，通过引风机出口烟道上的低温烟气供气管路向预混室提供低温烟气作为调温热源，高温烟气和低温烟气在预混室内混合均匀后送入干燥室对位于干燥室内第二输送带上的生物质成型燃料进行干燥，干燥后的混合烟气通过烟气循环管路重新回到引风机入口烟道，利用scr入口烟道与引风机入口烟道的压差以及引风机出口烟道与引风机入口烟道的压差提供驱动力；干燥后的生物质成型燃料水分及挥发分得以析出，热值大幅度提升，大大提升生物质能量密度，更重要的是生物质中的纤维性结构经干燥后纤维结构遭到破坏，脆性大幅提升，使改变后的生物质成型燃料能够利用现有磨煤机进行碾磨；
15.c、生物质成型燃料与原煤混合燃烧
16.干燥后的生物质成型燃料通过第三输送带送入原煤输送带，并与原煤输送带上的原煤一起经燃料仓、给料机进入磨煤机与原煤混合碾磨，原煤和生物质成型燃料一起被碾磨至粉末后，通过粉管送入燃烧器混合燃烧，生物质在煤粉锅炉直接掺混燃烧；
17.经干燥后的生物质成型燃料，通过原煤输送带直接运至燃料仓，与原煤一起经过落煤管进入给料机，之后进入磨煤机，由于生物质成型燃料经过了干燥工艺，所以可以用现有的磨煤机与原煤混磨碾磨，由于该成型燃料的纤维结构已遭到破坏，碾磨过程中，生物质不会缠绕磨煤机上部的分离器，分离器也不需要进行适应性改造，实现了生物质在煤粉锅炉直接掺混燃烧，解决了生物质在煤粉炉上直燃的大比例掺混问题。
18.优选的，所述预混室内混合烟气的温度t控制在300℃以下。
19.优选的，所述干燥室出口侧干燥处理之后的生物质成型燃料的水分含量w在2％以内。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1、采用发电企业既有热源对生物质燃料进行干燥处理，这种通过抽炉烟的方式采集干燥热源，可有效控制热源的含氧量，生物质燃料极易自燃，可有效控制烟气中氧量在6％以下，避免生物质在干燥过程中发生自燃。
22.2、抽炉烟的位置为scr入口烟道，该部分烟气温度一般在300
‑
400℃之间，由于生物质成型燃料极易自然，在干燥过程中应控制干燥室的温度低于300℃，从引风机出口引一部分低温烟气(一般100
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150℃)和上述scr入口烟道引出的高温烟气进行混合，保证混合后的烟温低于300℃，因此，抽出的scr入口的烟气为高温干燥烟气，引风机出口烟气为低温调温烟气，从而可以对干燥烟气的温度进行调节。
23.3、从scr入口烟道抽高温烟气进行干燥生物质，干燥后的乏气回到引风机入口烟道位置，之间不需要布置风机，因为由于系统压差的存在，所有干燥室进出口烟气均可靠压差自行循环，具体为：scr入口烟道高温烟气处的压力随负荷不同约为
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500～
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1500pa，引风机出口处的压力随负荷变化约为500～2000pa，引风机入口的压力随负荷变化约为
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2000～
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4000pa，以高负荷为例，scr入口与引风机入口的压差为2500pa，引风机出口与引风机入口的压差为6000pa,因此该种设计具有系统压差提供驱动力，具有不需设置风机的优点。
24.4、在干燥室前端设置预混室使高、低温烟气进行充分混合，高温烟气和低温烟气呈方向正对进入预混室，两股烟气流对冲后混合均匀，保证在进入干燥室后，烟气的温度是均匀一致的，防止易燃的生物质由于局部高温发生自燃而发生安全事故。
25.5、通过温度传感器检测预混室内的混合烟气温度t，并通过调节高温调节阀和低温调节阀的开度，将收缩混合腔内的混合烟气温度t控制在300℃以下，防止生物质自燃；通水分监测仪实时检测干燥处理之后生物质水分含量，根据以上采集到的生物质水分含量数据调节各个输送带的传送速度和烟气流量，从而调节位于干燥室内的生物质输送停留时间，即调节干燥时间，实现在线调节，可在限定时间内将干燥处理之后生物质水分含量w2控制在2％以内。
26.6、生物质燃料能量密度低，如果不经过处理直接在煤粉炉上进行掺混，受限于输送设备燃烧喷射设备等工艺的限制，无法大比例掺烧，一般掺烧比例不超过5％，生物质一般呈现纤维性结构，常规磨煤机无法进行研磨，受限于电耗，破碎机也无法破碎成足够细碎的生物质碎屑，本发明采用干燥室进行生物质进行干燥处理，干燥后的生物质成型燃料水分及挥发分得以析出，热值大幅度提升，大大提升生物质能量密度，更重要的是生物质中的纤维性结构经干燥后纤维结构遭到破坏，脆性大幅提升，使改变后的生物质能够利用现有磨煤机进行碾磨，经过该干燥工艺后，生物质成型燃料碾磨特性将接近于原煤，能够碾磨足够细碎，生物质被碾磨至粉末后，可利用现有制粉系统的粉管及燃烧器，解决生物质在煤粉炉上直燃的大比例掺混问题，对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。
27.7、经干燥后的生物质直接运至磨煤机原煤仓，与原煤一起经过落煤管进入给煤机(给料机)，之后进入磨煤机，由于生物质经过了干燥工艺，所以可以用现有的磨煤机进行碾磨，可以采用磨煤机单独碾磨，也可以与原煤混磨碾磨，碾磨过程中需要合理控制磨煤机运行温度，防止磨煤机爆燃，此外，由于该成型燃料的纤维结构已遭到破坏，碾磨过程中，生物质不会缠绕磨煤机上部的分离器，分离器也不需要进行适应性改造。
28.8、由于采用了现有制粉系统进行直接掺混生物质燃料，因此不需要对现有燃烧器
进行改造，直接利用现有燃烧器即可，避免了燃烧系统的改造，减少了设备改造工作量。
附图说明
29.图1为本发明煤粉锅炉直燃生物质系统的结构示意图。
具体实施方式
30.以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
31.由图1给出，一种煤粉锅炉直燃生物质系统，包括依次相连的锅炉炉膛、scr入口烟道1、scr反应器2、scr出口烟道20、引风机入口烟道5和引风机出口烟道7以及原煤输送带15、燃料仓16、给料机17、磨煤机18，原煤输送带15的出料端与燃料仓16的进料端相连，燃料仓16的出料端通过给料机17与磨煤机18的进料端相连，磨煤机18的出料端经粉管24与锅炉炉膛的燃烧器19相连，构成锅炉炉膛的燃料提供结构，该煤粉锅炉直燃生物质系统还包括生物质料仓21、生物质成型机23和生物质成型燃料干燥室12，生物质料仓21的出料端通过第一输送带14a与生物质成型机23的进料端相连，生物质成型机23的出料端通过第二输送带14b与第三输送带14c的进料端相连，且第二输送带14b穿过所述生物质成型燃料干燥室12，第二输送带14b上的生物质成型燃料22b在穿过所述生物质成型燃料干燥室的过程中进行干燥处理，第三输送带14c的出料端与原煤输送带15部相连，干燥后的生物质成型燃料与原煤输送带上的原煤一起经燃料仓、给料机进入磨煤机与原煤混合碾磨，原煤和生物质成型燃料一起被碾磨至粉末后，通过粉管送入燃烧器混合燃烧，生物质在煤粉锅炉直接掺混燃烧。
32.为保证使用效果，所述scr入口烟道1上装有与其内腔相连通的高温烟气供气管路8，高温烟气供气管路8上设置有高温调节阀10a，引风机出口烟道7上装有与其内腔相连通的低温烟气供气管路9，低温烟气供气管路9上设置有低温调节阀10b，高温烟气供气管路8远离scr入口烟道的一端和低温烟气供气管路9远离引风机出口烟道的一端均与预混室11的进气口相连通，预混室11的出气口与生物质成型燃料干燥室12上部的进气口相连，生物质成型燃料干燥室12下部的出气口经烟气循环管路13与引风机入口烟道5相连通，构成用于干燥生物质成型燃料的烟气循环通道。
33.所述高温烟气供气管路8和低温烟气供气管路9分别与预混室11的两侧相连，且二者呈同轴设置，高温烟气和低温烟气呈方向正对进入预混室，两股烟气流对冲后混合均匀，保证在进入干燥室后，烟气的温度是均匀一致的，防止易燃的生物质由于局部高温发生自燃而发生安全事故。
34.所述scr出口烟道20上依次设置有空气预热器3和除尘器4；所述引风机入口烟道5和引风机出口烟道7内交界处设置有引风机6。
35.所述预混室11内设置有用于检测混合烟气温度t的温度传感器，干燥室出口侧设置有用于检测干燥处理之后生物质成型燃料22b的水分含量w的水分监测仪，该煤粉锅炉直燃生物质干燥系统还包括控制器，控制器的输入端分别与温度传感器的输出端、水分监测仪的输出端相连，控制器的输出端分别与高温调节阀10a输入端、低温调节阀10b输入端和各个输送带(第一、二、三输送带)的驱动部件的输入端相连，构成烟气温度和干燥时间控制结构；
36.所述生物质燃料22a为现有技术，如秸秆作为原材料的生物质燃料，通过生物质成型机23将生物质燃料固化成型为现有技术，如河南富民生物燃料成型设备生产的jmx4
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7系列生物质成型设备，可以将生物质成型呈长、宽、高均小于20cm的长方体成型生物质燃料。
37.一种生物质在煤粉锅炉直接掺混燃烧的方法，包括以下步骤：
38.a、生物质燃料成型输送
39.生物质燃料22a从生物质料仓21被第一输送带送入生物质成型机23进行成型，得到生物质成型燃料22b；
40.b、生物质成型燃料干燥处理
41.通过scr入口烟道1上的高温烟气供气管路8向预混室11提供高温烟气作为主干燥热源，通过引风机出口烟道7上的低温烟气供气管路9向预混室11提供低温烟气作为调温热源，高温烟气和低温烟气在预混室内混合均匀后送入干燥室对位于干燥室内第二输送带上的生物质成型燃料进行干燥，干燥后的混合烟气通过烟气循环管路13重新回到引风机入口烟道5，利用scr入口烟道与引风机入口烟道的压差以及引风机出口烟道与引风机入口烟道的压差提供驱动力；干燥后的生物质成型燃料水分及挥发分得以析出，热值大幅度提升，大大提升生物质能量密度，更重要的是生物质中的纤维性结构经干燥后纤维结构遭到破坏，脆性大幅提升，使改变后的生物质成型燃料能够利用现有磨煤机进行碾磨；
42.c、生物质成型燃料与原煤混合燃烧
43.干燥后的生物质成型燃料通过第三输送带送入原煤输送带，并与原煤输送带上的原煤一起经燃料仓、给料机进入磨煤机与原煤混合碾磨，原煤和生物质成型燃料一起被碾磨至粉末后，通过粉管送入燃烧器混合燃烧，生物质在煤粉锅炉直接掺混燃烧；
44.经过该干燥工艺后，生物质燃料的碾磨特性接近于原煤，能够碾磨足够细碎，经干燥后的生物质直接运至磨煤机原煤仓，与原煤一起经过落煤管进入给煤机(给料机)，之后进入磨煤机，由于生物质经过了干燥工艺，所以可以用现有的磨煤机进行碾磨，可以采用磨煤机单独碾磨，也可以与原煤混磨碾磨，碾磨过程中需要合理控制磨煤机运行温度，防止磨煤机爆燃，此外，由于该成型燃料的纤维结构已遭到破坏，碾磨过程中，生物质不会缠绕磨煤机上部的分离器，分离器也不需要进行适应性改造，由于采用了现有制粉系统进行直接掺混生物质，因此不需要对现有燃烧器进行改造，直接利用现有燃烧器即可，避免了燃烧系统的改造，减少了设备改造工作量。生物质被碾磨至粉末后，利用现有制粉系统的粉管及燃烧器即可实现混合悬浮燃烧，解决了生物质在煤粉炉上直燃的大比例掺混问题，对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。
45.所述预混室11内混合烟气的温度t控制在230
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280℃，可通过温度传感器采集温度数据，并通过温度数据调节高温调节阀10a或低温调节阀10b的开度，从而调节预混室11内混合烟气的温度t，使其保持在230
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280℃。
46.所述干燥室出口侧干燥处理之后的生物质成型燃料的水分含量w在1.5％以内；若干燥处理之后生物质水分含量w未达到目标值，则可以通过同时增加高温调节阀10a和低温调节阀10b的开度来提高混合烟气流量、温度或降低各个输送带传动速度以增加干燥时间来调整，优选的，将干燥时间控制在20
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25min。