一种生物质气化耦合燃煤发电系统的制作方法

1.本发明涉及生物质发电技术领域，尤其涉及一种生物质气化耦合燃煤发电系统。


背景技术：

2.生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。世界生物质发电起源于20世纪70年代，当时，世界性的石油危机爆发后，丹麦开始积极开发清洁的可再生能源，大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来，生物质发电在欧美许多国家开始大力发展。
3.生物质作为可再生资源，具有资源产量丰富、地域分布广阔和能量储量稳定的特点。国内外对生物质的利用主要采用直接燃烧、热解等方式，但是由于生物质能量密度相对较低，高水分、高挥发分和高碱金属含量等特点，直接燃烧容易结渣、结焦。而生物质热解过程挥发分的释放主要以焦油形态出来，可以进行焦油深加工制油品，但是生物质热解残渣仍具有较高的热值，能量利用不充分。
4.采用生物质和煤掺烧发电，但是由于生物质结渣结焦特性，导致锅炉局部结焦工况出现，影响燃煤机组的出力和正常运行，生物质气化所产生的焦油在温度低于300℃时便从气态变成液态，液态的焦油粘性高，附着在受热面上导致换热面迅速沾污、结焦，影响燃气冷却器的正常运行。由于导热油使用温度的限制，较难控制受热面的温度始终高于300℃，因此已建成的生物质气化耦合燃煤机组均存在高温燃气冷却器焦油冷凝导致换热器严重沾污、结焦等问题。此外，由于生物质流化床气化温度较低，导致燃气中夹带的飞灰含碳量较高，造成系统气化效率较低。


技术实现要素：

5.为克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种生物质气化耦合燃煤发电系统。
6.本发明公开一种生物质气化耦合燃煤发电系统，包括生物质原料模块、飞灰循环模块、废热回收模块和燃煤机组模块，所述生物质原料模块、飞灰循环模块、废热回收模块和燃煤机组模块通过管道依次连接，所述飞灰循环模块采用流化床气化炉、一级飞灰循环装置和二级飞灰循环装置，所述流化床气化炉上开设第一回料口和第二回料口，所述一级飞灰循环装置采用一级旋风分离器和回料器，所述二级飞灰循环装置采用二级旋风分离器、冷灰机和飞灰循环装置，设置两级旋风分离器，将分离下来未反应完全的颗粒全部送回气化炉内继续气化，在降低燃气含尘量的同时有效提高气化效率，实现生物质清洁、高效的利用，所述废热回收模块采用高温燃气冷却器、循环装置和稳压罐，通过循环装置及稳压罐，保证低压给水进入循环装置后温度一直维持在270～320℃，可有效防止生物质燃气中的焦油在高温燃气冷却器换热面上析出导致的沾污、结焦问题，确保高温燃气冷却器稳定、可靠运行。
7.在此基础上，所述生物质原料模块采用生物质原料仓，用于存储生物质原料，所述生物质原料仓下方的出口连接给料机上方的进口，给料机下方的出口连接所述流化床气化炉的进料口，将生物质原料送入流化床气化炉进行气化。
8.在此基础上，所述流化床气化炉的顶部出口连接所述一级旋风分离器，所述一级旋风分离器连接回料器，所述回料器连接所述第一回料口，一级旋风分离器分离下来的颗粒物通过回料器在回料风的作用下以高温热态方式返回流化床气化炉再气化，由于一级旋风分离器的燃气仍含有大量飞灰，这些飞灰含有大量未完全气化的碳，所述一级旋风分离器的顶部出口连接二级旋风分离器，所述二级旋风分离器底部出口连接冷灰机，所述冷灰机通过飞灰循环装置连接所述第二回料口，二级旋风分离器分离下来的颗粒被冷灰机冷却至120～160℃后通过飞灰循环装置以气力输送的方式返回流化气化炉再气化，设置二级旋风分离器将这些飞灰分离下来返回流化床气化炉内继续气化，一方面可以提升整体的碳转化率，另一方面可以降低燃气的含尘量，减缓后续燃气冷却器积灰的风险，产生的灰渣从回流化床汽化炉底部的出口进入冷渣机，通过水将冷渣机中的灰渣冷却。
9.在此基础上，所述二级旋风分离器顶部出口连接所述高温燃气冷却器的燃气进口，将燃气进行冷却，所述高温燃气冷却器下方燃气出口连接燃煤机组，将冷却后的燃气输送到燃煤机组进行燃烧。
10.在此基础上，所述循环装置包括循环泵和移热换热器，所述高温燃气冷却器、循环泵和移热换热器形成闭路循环，通过闭路循环，使得温度维持，可有效防止生物质燃气中的焦油在高温燃气冷却器换热面上析出导致的沾污、结焦问题，确保高温燃气冷却器稳定、可靠运行。
11.在此基础上，所述稳压罐连接在所述高温燃气冷却器和移热换热器之间的管道上，通过稳压罐调节闭路循环的压力。
12.在此基础上，所述稳压罐上设置稳压罐进口，高压气体从稳压罐进口进入调节稳压罐的压力，补水支管调节液位，所述补水支管一端通过补水泵连接稳压罐，另一端连接补水总管，为了维持闭路循环回路内的高压水循环量，通过补水泵往稳压罐内补水。
13.在此基础上，所述流化床气化炉下方出口连接冷渣机，冷渣机进水口采用低压锅炉给水，冷渣机出水口连接冷灰机进水口，冷灰机出水口连接所述补水总管，采用低压锅炉给水作为燃气降温冷源，燃气降温的同时回收其显热间接用于发电。
14.在此基础上，所述移热换热器采用蒸发器或水/水换热器中的一种。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.(1)本发明的生物质气化耦合燃煤发电系统，设置两级旋风分离器，将分离下来未反应完全的颗粒全部送回气化炉内继续气化，在降低燃气含尘量的同时有效提高气化效率，实现生物质清洁、高效的利用。
17.(2)本发明的生物质气化耦合燃煤发电系统，采用低压锅炉给水作为燃气降温冷源，燃气降温的同时回收其显热间接用于发电；通过闭路循环及稳压系统，低压给水进入闭路循环系统后温度一直维持在高于300℃，可有效防止生物质燃气中的焦油在高温燃气冷却器换热面上析出导致的沾污、结焦问题，确保高温燃气冷却器稳定、可靠运行；相比于采用导热油作为冷却介质，本发明采用的冷却介质更加经济、安全，且不存在导热油降解、腐蚀设备等问题。
附图说明
18.图1是本发明实施例一结构示意图；
19.图2是本发明实施例二结构示意图。
20.图中：1、生物质原料，2、生物质储仓，3、给料机，4、流化床气化炉，5、一级旋风分离器，6、二级旋风分离器，7、冷灰机，8、飞灰循环装置，9、冷渣机，10、渣斗，11、冷渣机进水口，12、冷渣机出水口，13、冷灰机进水口，14、冷灰机出水口，16、流化风机，17、回料器，19、燃气冷却器冷侧进水口，20、燃气冷却器冷侧出水口，21、移热换热器，22、稳压罐，23、燃气燃烧器，24、水冷壁，25、燃气流量计，26、高温燃气冷却器，27、燃煤机组，28、烟气，29、燃煤锅炉底渣，31、稳压罐进口，32、循环泵，33、补水泵，34、移热换热器冷侧进水口，35、补水总管，36、移热换热器冷却出口，37、补水支管，38、燃气增压风机，39、第一回料口，40、第二回料口。
具体实施方式
21.以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.本发明披露了一种生物质气化耦合燃煤发电系统，参考图1，包括生物质原料模块、飞灰循环模块、废热回收模块和燃煤机组模块，所述生物质原料模块、飞灰循环模块、废热回收模块和燃煤机组模块通过管道依次连接，所述飞灰循环模块采用流化床气化炉4、一级飞灰循环装置和二级飞灰循环装置，设置两级旋风分离器，将分离下来未反应完全的颗粒全部送回气化炉内继续气化，在降低燃气含尘量的同时有效提高气化效率，实现生物质清洁、高效的利用，所述流化床气化炉4上开设第一回料口39和第二回料口40，所述一级飞灰循环装置采用一级旋风分离器5和回料器17，所述二级飞灰循环装置采用二级旋风分离器6、冷灰机7和飞灰循环装置8，所述废热回收模块采用高温燃气冷却器26、循环装置和稳压罐22，通过循环装置及稳压罐22，保证低压给水进入循环装置后温度一直维持在270～320℃，可有效防止生物质燃气中的焦油在高温燃气冷却器换热面上析出导致的沾污、结焦问题，确保高温燃气冷却器稳定、可靠运行。
23.作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述流化床气化炉4的顶部出口连接所述一级旋风分离器5，所述一级旋风分离器5连接回料器17，所述回料器17连接所述第一回料口39，一级旋风分离器5分离下来的颗粒物通过回料器17在回料风的作用下以高温热态方式返回流化床气化炉4再气化，由于一级旋风分离器5的燃气中仍含有大量飞灰，这些飞灰含有大量未完全气化的碳，所述一级旋风分离器5的顶部出口连接二级旋风分离器6，所述二级旋风分离器6底部出口连接冷灰机7，所述冷灰机7通过飞灰循环装置8连接所述第二回料口40，二级旋风分离器6分离下来的颗粒被冷灰机7冷却至120～160℃后通过飞灰循环装置8以气力输送的方式返回流化气化炉4再气化，设置二级旋风分离器6将这些飞灰分离下来返回流化床气化炉4内继续气化，一方面可以提升整体的碳转化率，另一方面可以降低燃气的含尘量，减缓后续燃气冷却器积灰的风险，产生的灰渣从回流化床汽化炉4底部的出口进入冷渣机9，通过水将冷渣机9中的灰渣冷却。
24.作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述生物质原料模块采用生物质原料仓2，用于存储生物质原料1，所述生物质原料仓2下方的出口连接给料机3上方的进口，给
料机3下方的出口连接所述流化床气化炉4的进料口，将生物质原料1送入流化床气化炉4进行气化。
25.作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述二级旋风分离器6顶部出口连接所述高温燃气冷却器26的燃气进口，将高温燃气进行冷却，所述高温燃气冷却器26下方燃气出口连接燃煤机组，将冷却后的燃气输送到燃煤机组进行燃烧。
26.作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述循环装置包括循环泵32和移热换热器21，所述高温燃气冷却器26、循环泵32和移热换热器21形成闭路循环，通过闭路循环，使得温度维持，可有效防止生物质燃气中的焦油在高温燃气冷却器26换热面上析出导致的沾污、结焦问题，确保高温燃气冷却器26稳定、可靠运行。
27.作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述稳压罐22连接在所述高温燃气冷却器26和移热换热器21之间的管道上，通过稳压罐调节闭路循环的压力。
28.作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述稳压罐22上设置稳压罐进口31，高压水通过稳压罐进口31处进入调节压力，补水支管37调节液位，所述补水支管37一端通过补水泵33连接稳压罐22，另一端连接补水总管35，为了维持闭路循环回路内的高压水循环量，通过补水泵33往稳压罐22内补水。
29.作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述流化床气化炉4下方出口连接冷渣机9，冷渣机进水口11采用低压锅炉给水，冷渣机出水口12连接冷灰机进水口13，冷灰机出水口14连接所述补水总管35，采用低压锅炉给水作为燃气降温冷源，燃气降温的同时回收其显热间接用于发电。
30.作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述移热换热器21采用蒸发器或水/水换热器中的一种。
31.实施例1
32.生物质原料1存储在生物质原料仓2中，生物质通常指粒状生物质颗粒，生物质储仓2可储仓气化炉约6～8小时的生物质用量，生物质原料仓2的出料口设置在生物质原料仓2的下方，通过生物质原料仓2的出料口进入给料机3的进料口，给料机3的出料口连接流化床汽化炉4下方的进料口，将生物质原料1进入流化床汽化炉4，根据气化系统的规模大小，流化床气化炉4可设置多个进料口，多个进料口将原料分散送入气化炉，提升进料的均匀性，对炉内气化反应有利，同时，多个进料口增加流化床气化炉4的可用性，在本实施例中设置一个进料口，每个进料口对应设置1台给料机3，在本实施例中采用变频螺旋给料机，为了提升气化效果，将气化剂通过流化风机16从底部进入流化床汽化炉4，气化剂可以采用空气或者富氧空气或者纯氧作，在本实施例中采用空气，流化床气化炉4将生物质原料1以及流化风机16送入的空气在气化压力0～30kpag，温度740～760℃的条件下气化后产生低热值燃气，由于燃气夹杂着颗粒，从设置在流化床汽化炉4上方的出口进入一级旋风分离器5，流化床汽化炉4上设置第一回料口39和第二回料口40，颗粒物从一级旋风分离器5下方的出口进入回料器17，通过回料器17进入流化床气化炉4的第一回料口39进入，一级旋风分离器5的燃气仍含有大量飞灰，这些飞灰含有大量未完全气化的碳，设置二级旋风分离器6将这些飞灰分离下来返回气化炉内继续气化，一方面可以提升整体的碳转化率，另一方面可以降低燃气的含尘量，减缓后续燃气冷却器积灰的风险。一级旋风分离器5上方的出口连接二级旋风分离器6上方的入口，经过二次分离后，颗粒从二级旋风分离器6下方的出口进入冷灰
机7，由于一级飞灰时与炉膛压差较小，回料器17能够将颗粒送回流化床汽化炉4；二级飞灰与炉膛压差较大，无法通过回料器17送入，因此需要采用气力输送的方式送回；气力输送的设备要求将飞灰冷却，因此设置冷灰机7，二级旋风分离器6底部出口进入冷灰机7，冷灰机7的出口连接飞灰循环装置8，飞灰循环装置8连接第二回料口40，灰渣从流化床汽化炉4底部的出口进入冷渣机9，通过水将冷渣机9中的灰渣冷却，冷却后的灰渣进入渣斗10，一级旋风分离器5分离下来的颗粒物通过回料器17在回料风18的作用下以高温热态方式返回流化床气化炉4再气化，二级旋风分离器6分离下来的颗粒被冷灰机7冷却至120～160℃后通过飞灰循环装置8以气力输送的方式返回流化气化炉4再气化，流化床气化炉4、一级旋风分离器5、二级旋风分离器6、回料器17及其之间连接的管道等均采用耐火防磨内衬材料，可有效避免磨损和腐蚀问题，高温燃气在一级旋风分离器5和二级旋风分离器6的作用下分离颗粒物后从二级旋风分离器6上方的出口进入高温燃气冷却器26进行冷却。
33.高温燃气冷却器26、循环泵32和移热换热器21形成闭路循环回路，通过闭路循环回路，保证高温燃气冷却器26后换热管表面温度高于300℃，可有效防止生物质燃气中的焦油在高温燃气冷却器26换热面上析出导致的沾污、结焦问题，确保高温燃气冷却器26稳定、可靠运行。
34.闭路循环回路用于降低燃气温度，闭路循环回路的循环介质为高压水，高压水进入高温燃气冷却器26的温度范围为260～320℃，通常为270～300℃，进入闭路循环回路，高压水在燃气冷却器26中吸收高温燃气的热量从而自身温度升高，高压水将高温燃气的热量带至移热换热器21，高压水在移热换热器21中放热，将热量传递给低压锅炉给水，最终热量被低压锅炉给水带至燃煤机组的低压锅炉给水系统；温度降低后的高压水通过循环泵32重新冷却高温燃气冷却器26，吸收高温燃气热量。吸收燃气的热量后冷却介质温度升高，由于是闭路循环，冷却介质温度升高后必须将其温度降低，否则冷却介质的温度便会不断升高，损坏设备，因此设置移热换热器21是必要的。将吸收了燃气热量的冷却介质降温，把热量传递给移热换热器21的冷却介质。
35.在本实施例中，移热换热器21采用蒸发器，饱和蒸汽从移热换热器冷却出口36可以减压后送至回料风处作为回料风或送至燃煤机组低压蒸汽管网。蒸汽作为一种气化剂，可以调节燃气的品质，采用自产蒸汽作为回料风既可以提升气化炉燃气品质，同时简化了系统，无需专门设置回料风系统，节约投资；多余蒸汽并入蒸汽管网，提升整个燃煤机组的低压蒸汽供热能力。当燃煤机组为供热机组，蒸汽作为供热介质外售时，采用该方式经济性更高。
36.通过稳压罐22调节闭路循环回路的压力，稳压罐22连接在高温燃气冷却器26和移热换热器21之间的管道上，当压力过高时，通过排出稳压罐22内部分气体而使系统压力降低；当压力过低时，稳压罐22上设置稳压罐进口31，高压气体通过稳压罐进口31处进入调节压力，高压气体为高压惰性气体或高压蒸汽，在本实施例中采用高压蒸汽，补水支管37用来调节液位，为了维持闭路循环回路内的高压水循环量，通过补水泵35往稳压罐内补水，补水支管37一端通过补水泵33连接稳压罐22，另一端连接补水总管35。
37.稳压罐22排气时会带出少量水汽，为了维持闭路循环回路内的高压水的循环量，通过补水泵33往稳压罐22内补水，使稳压罐22的液位保持稳定且压力在6～18mpa，在本实施例中维持在7～14mpa，高压水通过循环泵32从燃气冷却器冷侧进水口19进入燃气冷却器
26，在循环泵32的作用下从燃气冷却器冷侧出水口20流出后进入移热换热器21的热侧，移热换热器冷侧34进水为低压锅炉给水。移热换热器冷侧34经过补水泵33进入稳压罐22，闭路循环回路内的高压水通常温度为270～300℃，压力7～14mpa，压力远高于其温度下的沸点，这样设置可以避免闭路循环内部高压水汽化。燃气冷却器26采用水管式设计，即燃气走壳程，高压水走管程，燃气冷却器26整体采用立式设计，270～300℃的高压水通燃气冷却器26的换热管时，换热管外表面温度约300～330℃，可有效避免与之接触换热的高温燃气的气态焦油因温度过低而冷凝。
38.流化床气化炉4下方出口连接冷渣机9，冷渣机出水口12连接连接冷灰机进水口13，冷灰机出水口14连接余热回收系统补水总管35，补水总管35通过支管分别与移热换热器冷侧进水34及补水泵33的进口连接，冷却介质取自燃煤机组低压锅炉给水系统的低压锅炉给水，低压锅炉给水通常指锅炉给水系统的凝结水泵出口至高压锅炉给水泵入口之间的锅炉水，低压锅炉给水回收灰渣的热量后与作为余热回收系统的补水，不足部分通过总管继续补充，可以降低补水温度与闭路循环回路温度的温差，避免温差过大造成设备损坏。
39.通过上述过程，700～800℃的高温燃气被冷却器26冷却至350～450℃，冷却后的燃气通过高温燃气冷却器26下方的出口通过燃气增压风机38和燃气计量25进入燃气燃烧器23，而后进入燃煤机组27内与煤共同燃烧，水冷壁24内的水同时吸煤与生物质燃气的热量蒸发为水蒸汽去发电，产生的燃煤锅炉底渣29从燃煤机组27底部的排渣口排出，产生的烟气28从锅炉尾部排出。
40.实施例2
41.参考图2，在本实施例中，移热换热器21采用水/水换热器，加热后的低压锅炉给水从移热换热器冷却出口36出去，可送至燃煤机组的除氧器。当燃煤机组为发电机组，厂区内有丰富的低压蒸汽可供自身使用时，采用水/水换热器的设计简单，投资少。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”、“垫设”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。