一种发电机组低碳排放燃烧系统的制作方法

一种发电机组低碳排放燃烧系统
所属技术领域
1.本发明涉及燃煤发电技术领域，特别是一种发电机组低碳排放燃烧系统。


背景技术：

2.燃煤电厂减碳排放已经是当前发展趋势，现有对燃煤电厂的研究多数侧重对大机组、大容量的燃烧系统的燃烧调整与优化，对前述燃烧系统本身的改进很少，小型机组仍然只有烧煤为主的锅炉。我国目前还保留着很多的小型机组，如果不改进达标低碳排放，就只能拆除处理，当前对于小型机组的低碳排放特别是零排放的燃烧研究十分匮乏，缺乏能实现小型机组做低碳排放的燃烧系统。


技术实现要素：

3.本发明针对现有煤电厂小型机组单纯烧煤而无法达标低碳排放的技术问题，提供一种发电机组低碳排放燃烧系统，所述燃烧系统可以通过对现有小型燃煤机组做改造，生物质和煤粉同时燃烧以做到低碳排放燃烧，并进一步实现零排放燃烧。进一步的燃烧时可以进行煤粉和/或生物质材料的各种燃烧方式，燃烧过程中也可以研究空气氧气混合及烟气循环利用对燃烧排放的不同影响，获取小型机组燃烧低碳排放研究数据，为后续深入研究小型机组燃烧低碳排放打下基础。
4.本发明解决技术问题采用的技术方案：一种发电机组低碳排放燃烧系统，包括煤粉燃烧单元和烟气净化单元，所述煤粉燃烧单元包括流化床锅炉，烟气净化单元包括旋风分离器、脱硝装置和脱硫装置及布袋除尘器，流化床锅炉通过第二烟气管道接烟气净化单元，烟气净化单元通过管道连通烟囱，流化床锅炉通过管道接空气罐进气，流化床锅炉的进料口接煤粉供源，其特征是所述燃烧系统还包括生物质燃烧单元，其包括生物质锅炉和生物质燃料存储仓及生物质燃气处理装置，生物质燃料存储仓通过生物质输气管道接生物质燃气处理装置，生物质燃气处理装置通过燃气管道接生物质锅炉，生物质锅炉通过管道接空气罐进气，生物质锅炉出气通过连第一烟气管道接烟气净化单元；所述烟气净化单元通过烟气总管接烟气回收罐，烟气回收罐通过管道接二氧化碳固定装置，二氧化碳固定装置通过管道接烟囱。本发明在现有煤粉燃烧的系统上增加了生物质燃烧单元，通过煤粉燃烧和生物质燃烧结合来减少单靠煤粉燃烧用量，并降低煤粉燃烧排放；同时两个锅炉的烟气能共用一套烟气净化单元处理，简化系统组成，去除二氧化碳处理后排放进大气，进一步实现小型机组的低碳排放燃烧。生物质燃烧单元以生物质燃气为能源燃烧工作，生物质燃料存储仓内存储生物质燃料如秸秆等，经干燥加压和气化处理后生成生物质燃气，生物质燃气通过生物质输气管道送入生物质燃气处理装置除去杂质做净化，净化后的生物质燃气再通过燃气管道送入生物质锅炉内，配合管道送入的空气燃烧工作；生物质锅炉和流化床锅炉燃烧后的烟气各自通过第一烟气管道与第二烟气管道送到烟气净化系统，完成脱硝、脱硫及去除烟气中杂质，净化后的烟气存入烟气回收罐内，然后送出经二氧化碳固定装置进一步除去二氧化碳，最后从烟囱排入大气；烟气回收罐可以暂存净化处理后的烟气，以合适
的速度向二氧化碳固定装置排放烟气，确保其正常高效工作，去除烟气中的二氧化碳；生物质锅炉和流化床锅炉公用同一空气罐，空气罐供气辅助燃烧。
5.作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述旋风分离器通过脱硝管道接脱硝装置，脱硝装置通过管道接布袋除尘器，布袋除尘器通过布袋除尘器管道接脱硫装置，脱硫装置通过脱硫出口管道接烟气总管；所述第一烟气管道和第二烟气管道汇合后接在旋风分离器的进口，旋风分离器上通过一杂质管道接回收箱；所述发电机组低碳排放燃烧系统还包括换热器，所述换热器通过其上热介质进、出口接入连脱硝装置和布袋除尘器的管道上，换热器通过其上冷介质进、出口接入连空气罐进气的管道。烟气净化单元内部的烟气依序经旋风分离器、脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置处理，处理时生物质锅炉和流化床锅炉燃烧生成的烟气先在旋风分离器内做颗粒杂质和气体的分离，气体送往脱硝装置作脱硝处理，颗粒杂质从杂质管道送入回收箱；脱硝后的烟气经过换热器与空气罐送出的空气作热交换，空气预热后送往生物质锅炉和流化床锅炉进行助燃；换热后的烟气经过布袋除尘器除尘和脱硫处理后，送到烟气回收罐。
6.所述换热器冷介质出口连接的管道上接一气体混合罐，气体混合罐和换热器之间的管道为空气出口管道且其上设第一流量阀；气体混合罐通过带氧气流量阀的管道接氧气罐，气体混合罐输出侧的管道为气体混合管道，气体混合管道上设第二流量阀，气体混合管道远端设分叉形成生物质锅炉空气管和流化床锅炉空气管，生物质锅炉空气管和流化床锅炉空气管分别接生物质锅炉和流化床锅炉。工作时空气和氧气在气体混合罐内先均匀混合，混合完后再从管道送往生物质锅炉和流化床锅炉以增强助燃，较空气和氧气各自独立送入锅炉内部在锅炉内混合助燃更为高效。
7.所述氧气流量阀和氧气罐之间的管道上设置加热器。通过加热器对氧气罐送出的氧气做加热，氧气预热后送入气体混合罐与同样预热过的空气充分混合，避免氧气因为温度过低在和空气混合候明显降低混合气体的问题，影响供给生物质锅炉和流化床锅炉的助燃效果。
8.所述第二流量阀输出侧的管道上设置第一增压风机。第一增压风机能对送来的空氧气混合气体有效增压以维持管道供气，增压的空气与氧气混合气体分两路，分别送入燃烧煤粉的流化床锅炉与燃烧生物质可燃气体的生物质锅炉，提高两个锅炉的燃烧效果。
9.所述旋风分离器和脱硝装置之间接的管路为脱硝管道，脱硝管道上设分叉形成除尘器进口管并接一除尘器，除尘器排气口侧接管路并分叉成支路出口管道和除尘器出口管道两路，除尘器出口管道接烟气回收罐，支路出口管道远端接烟气助燃管道，烟气助燃管道上设烟气流量调节阀，烟气助燃管道在远端处设分叉形成支管接生物质锅炉与流化床锅炉。旋风分离器和脱硝装置之间的管路上设分叉并接入一除尘器，除尘器出口侧的管路再分叉成接回烟气回收罐的除尘器出口管道和接两个燃烧锅炉的支路出口管道，其中的支路出口管道还在远端接待分叉支管的烟气助燃管路，将烟气送入生物质锅炉和流化床锅炉继续燃烧以循环利用，提高生物质锅炉和流化床锅炉的燃烧效率，循环利用后的烟气可从管道送入烟气回收罐后经二氧化碳固定装置处理，向外排放，提升环保性。烟气助燃管路将烟气先除尘后增压，再重新送回生物质锅炉和/或流化床锅炉，与生物质和/或煤粉一并燃烧，降低氮氧化物的排放，其中生物质燃烧会产生一氧化碳和氮氧化物等污染气体。
10.所述脱硝管道上设分叉形成脱硝旁路管，脱硝旁路管另一端与脱硝装置出口侧的
管道汇合后接换热器的热介质进口；所述换热器和布袋除尘器之间的连接管道设分叉形成除尘器旁路管，除尘器旁路管另一端与布袋除尘器出口侧接脱硫装置的管道汇合；所述布袋除尘器和脱硫装置之间的连接管道设分叉形成脱硫旁路管，脱硫旁路管另一端接入烟气总管。三个旁路管使气体走管道绕开脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置成为可能，旁路管有多种使用方式。燃烧初期煤和生物质气体等混合燃烧产生的杂质较多，此时三个旁路管在生物质锅炉和流化床锅炉点火燃烧初期可以走烟气，使烟气绕过脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置送入烟气回收罐，保护前述三个设备，三个旁路管都打开，待锅炉正常燃烧后三个旁路管关闭，烟气经过脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置做相应处理后送入烟气回收罐。本系统在点火燃烧前还可以用空气吹扫，空气罐送来的空气沿管道送入锅炉吹扫，此时三个旁路管要关闭，锅炉出来的空气可以吹扫脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置后送入烟气回收罐；待脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置吹扫完毕后，再打开三个旁路管并同时关闭脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置三者进口，使吹扫空气走三个旁路管吹扫并绕开脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置，然后送入烟气回收罐。
11.所述支路出口管道上设置第二增压风机。第二增压风机的作用是对送往锅炉的烟气增压，确保管道内烟气持续稳定供给生物质燃烧炉和流化床锅炉燃烧，维持烟气循环利用的效率，同时烟气增压后进入锅炉可以降低氮氧化物的排放。
12.所述煤粉供源为煤粉仓，煤粉仓的出料口接煤粉输送皮带，煤粉输送皮带远端对接第一输送皮带和第二输送皮带，第一输送皮带和第二输送皮带远端分别接流化床锅炉和生物质锅炉供煤粉。流化床锅炉和生物质锅炉通过皮带传送接同一公共的煤粉仓，煤粉仓出来的煤粉通过前端的煤粉输送皮带和后端的第一及第二输送皮带接力传输送往不同锅炉。
13.本发明将煤粉燃烧和生物质燃烧结合降低煤粉燃烧排放，同时两个锅炉的烟气可以共用一套烟气净化单元处理，然后经去除二氧化碳处理后排放进大气，实现小型机组的低碳排放燃烧。更进一步的，本发明可以通过不同组合的燃烧方式研究空气氧气混合及烟气对燃烧排放的影响。
附图说明
14.图1：本发明所述系统结构示意图。
15.图中：1.生物质燃气处理装置、1-1.燃气管道、2.生物质输气管道、3.生物质燃料存储仓、4.煤粉仓、5.煤粉输送皮带、5-1.第一输送皮带、5-2.第二输送皮带、6.生物质锅炉、6-1.第一烟气管道、7.流化床锅炉、7-1.第二烟气管道、8.旋风分离器、8-1.除尘器进口管、8-2.脱硝管道、8-3.脱硝旁路管、8-4.杂质管道、8-5.回收箱、9.脱硝装置、10.除尘器、10-1.除尘器出口管道、11.换热器、12.空气罐、13.空气出口管道、13-1.第一流量阀、13-2.第二流量阀、13-3.气体混合管道、13-4.第一增压风机、14.气体混合罐、15.布袋除尘器、15-1.除尘器旁路管、15-2.布袋除尘器管道、16.脱硫装置、16-1.脱硫旁路管、16-2.脱硫出口管道、16-3.烟气助燃管道、16-4.烟气总管、16-5.烟气流量调节阀、16-6.流化床锅炉空气管、16-7.生物质锅炉空气管、17.第二增压风机、17-1.支路出口管道、18.烟气回收罐、19.二氧化碳固定装置、20.烟囱、21.氧气罐、22.加热器、22-1.氧气流量阀。
具体实施方式
16.下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
17.如图1所示，一种发电机组低碳排放燃烧系统，包括煤粉燃烧单元、烟气净化单元和生物质燃烧单元及换热器11，生物质燃烧单元包括生物质锅炉6和生物质燃料存储仓3及生物质燃气处理装置1，生物质燃料存储仓3通过生物质输气管道2接生物质燃气处理装置1，生物质燃气处理装置1通过燃气管道1-1接生物质锅炉6，生物质锅炉6通过管道接空气罐12进气，生物质锅炉6出气通过连第一烟气管道6-1接烟气净化单元；所述煤粉燃烧单元包括流化床锅炉7，流化床锅炉7通过管道接空气罐12进气，流化床锅炉7的进料口接煤粉供源，流化床锅炉7通过第二烟气管道7-1接烟气净化单元；所述烟气净化单元包括旋风分离器8、脱硝装置9和脱硫装置16及布袋除尘器15，所述第一烟气管道6-1和第二烟气管道7-1汇合后接在旋风分离器8的进口，旋风分离器8上通过一杂质管道8-4接回收箱8-5，旋风分离器8通过脱硝管道8-2接脱硝装置9，脱硝装置9通过管道接布袋除尘器15，布袋除尘器15通过布袋除尘器管道15-2接脱硫装置16，脱硫装置16通过脱硫出口管道16-2接烟气总管16-4，烟气总管16-4接烟气回收罐18，烟气回收罐18通过管道接二氧化碳固定装置19，二氧化碳固定装置19通过管道接烟囱20；所述换热器11通过其上热介质进、出口接入连脱硝装置9和布袋除尘器15的管道上，换热器11通过其上冷介质进、出口接入连空气罐12进气的管道。
18.进一步的，所述换热器11冷介质出口连接的管道上接一气体混合罐14，气体混合罐14和换热器11之间的管道为空气出口管道13且其上设第一流量阀13-1；气体混合罐14通过带氧气流量阀22-1的管道接氧气罐21，氧气流量阀22-1和氧气罐21之间的管道上设置加热器22，气体混合罐14输出侧的管道为气体混合管道13-3，气体混合管道13-3上设第二流量阀13-2，第二流量阀13-2输出侧的管道上设置第一增压风机13-4，气体混合管道13-3远端设分叉形成生物质锅炉空气管16-7和流化床锅炉空气管16-6，生物质锅炉空气管16-7和流化床锅炉空气管16-6分别接生物质锅炉6和流化床锅炉7。
19.进一步的，所述脱硝管道8-2上还设分叉形成除尘器进口管8-1并接一除尘器10，除尘器10排气口侧接管路并分叉成支路出口管道17-1和除尘器出口管道10-1两路，除尘器出口管道10-1接烟气回收罐18，支路出口管道17-1上设置第二增压风机17，支路出口管道17-1远端接烟气助燃管道16-3，烟气助燃管道16-3上设烟气流量调节阀16-5，烟气助燃管道16-3在远端处设分叉形成支管接生物质锅炉6与流化床锅炉7。
20.脱硝管道上还设另一分叉形成脱硝旁路管8-3，脱硝旁路管8-3另一端与脱硝装置9出口侧的管道汇合后接换热器11的热介质进口；换热器11和布袋除尘器15之间的连接管道设分叉形成除尘器旁路管15-1，除尘器旁路管15-1另一端与布袋除尘器15出口侧接脱硫装置16的管道汇合；所述布袋除尘器15和脱硫装置16之间的连接管道设分叉形成脱硫旁路管16-1，脱硫旁路管16-1另一端接入烟气总管16-4。
21.本实施例中的煤粉供源为同一各煤粉仓4，煤粉仓4的出料口接煤粉输送皮带5，煤粉输送皮带5远端对接第一输送皮带5-1和第二输送皮带5-2，第一输送皮带5-1和第二输送皮带5-2远端分别接流化床锅炉7和生物质锅炉6供煤粉。
22.本发明工作时分为三步：第一步系统吹扫，先对管路进行吹扫清洁；第二步燃烧准备，将可燃物质送入对应锅炉做准备；第三步燃烧，对锅炉点火进行燃烧。
23.第一步时，首先打开空气罐12，将空气放出，空气罐内的空气流出沿着管道穿过换热器内的冷介质管路，通过第一流量阀13-1可以调节空气管放出的空气量及空气流速，空气沿着管道进入气体混合罐14，继续用第二流量阀13-2调节空气流量，使空气进入第一增压风机13-4作增压，增压后的空气高温、高速、高流量送入流化床锅炉7和生物质锅炉6，对两个锅炉的炉膛作吹扫；吹扫后的空气分别从前述两个锅炉上对接的第一烟气管道6-1和第二烟气管道7-1流出汇合送入旋风分离器8分离，分离后的杂质经杂质管道8-4送入回收箱8-5回收，分离后的气体从旋风分离器8出来穿过脱硝装置9、换热器11内部热介质管道、布袋除尘器15和脱硫装置16进入烟气总管16-4，再入烟气回收罐18回收，此时脱销旁路管8-3、除尘器旁路管15-1和脱硫旁路管16-1、除尘器进口管道8-1均处于关闭状态；待脱硝装置和布袋除尘器及脱硫装置吹扫完毕后，关闭三个设备进口，并打开脱销旁路管8-3、除尘器旁路管15-1和脱硫旁路管16-1，使得吹扫空气绕开三个设备走旁路管吹扫送入烟气回收罐18，除尘器也可以根据实际需要进行空气吹扫，吹扫空气也送入烟气回收罐18。
24.第二步时，提前将煤粉仓4中的煤提前经煤粉输送皮带5及第一输送皮带5-1、第二输送皮带5-2运到流化床锅炉7与生物质锅炉6的各自炉膛内；打开氧气罐21，氧气过加热器22加热后送入气体混合罐14，与罐内的空气混合；混合气体通过管路上的第一增压风机13-4做增压，输气过程中可以使用氧气流量控制阀22-1调节氧气流量，用第二流量阀13-2调节混合气体的流量；同时在生物质燃料存储仓3内储存的大量生物质材料如秸秆等经过干燥加压和气化处理后生成生物质燃气，生物质燃气通过生物质燃气管道2送入生物质燃气处理装置1内除去杂质做净化，净化后的生物质燃气通过燃气管道1-1送入生物质锅炉6，等待和富氧混合气体及煤粉混合燃烧。
25.第三步时，燃烧可以是共同燃烧、单独燃烧及烟气助燃三种方式，其中共同燃烧为生物质锅炉和流化床锅炉都点燃，单独燃烧分为生物质锅炉或流化床锅炉择一燃烧，烟气助燃为烟气送入对应的两个锅炉帮助燃烧。
26.共同燃烧时，生物质锅炉6和硫化床锅炉7都工作燃烧，生物质锅炉6燃烧生成烟气通过第一烟气管道6-1排出，流化床锅炉7燃烧生成烟气通过第二烟气管道7-1排出，两个锅炉排出的烟气汇合进入旋风分离器8，旋风分离器8分离出烟气中的大颗粒杂质，其中杂质进入杂质管道8-4再入杂质回收箱8-5储存起来定期处理，处理后的烟气排出经过脱硝管道8-2送入脱硝装置9作脱硝处理，此时除尘器进口管8-1和脱硝旁路管8-3均处于关闭，脱硝后的烟气进入换热器11对过换热器的空气进行加热，换热后的烟气进入布袋除尘器15进行除尘，经布袋除尘器管道15-2送至脱硫装置16作脱硫处理，此时除尘器旁路管15-1和脱硫旁路管16-1均关闭；脱硫装置16出来的烟气经脱硫出口管道16-2送入烟气总管16-4，再入烟气回收罐18回收，烟气回收罐18出来的烟气经过二氧化碳固定装置19作二氧化碳捕捉与处理，处理后的烟气经烟囱20排入大气。
27.单独燃烧煤粉时，只有煤粉从煤粉仓4出来依次通过煤粉输送皮带5、第一输送皮带5-1送入流化床锅炉7燃烧，生物质锅炉不燃烧；反之单独燃烧生物质时，煤粉仓4内的煤粉通过煤粉输送皮带5、第二输送皮带5-5送入生物质锅炉6，并与送入生物质仓3的生物质燃气混合燃烧。烟气助燃时，需要打开除尘器进口管8-1，使旋风分离器8出来的烟气先从对应分支管道进入除尘器10先除尘，然后经支路出口管道17-1送入第二增压风机17，增压后再经烟气助燃管道16-3送往对应的生物质锅炉6或流化床锅炉7内帮助燃烧，进一步降低氮
氧化物的排放。
28.在锅炉燃烧初期阶段由于杂质较多，可以选择打开脱销旁路管8-3、除尘器旁路管15-1和脱硫旁路管16-1，使烟气绕过脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置送入烟气回收罐，保护前述三个设备，此时三个旁路管都打开，待锅炉正常燃烧后三个旁路管关闭，烟气正常经过脱硝装置、布袋除尘器和脱硫装置做相应处理后送入烟气回收罐。
29.燃烧结束后，停止供煤粉和/或生物质燃气，并继续提供氧气和空气，待煤粉和/或生物质燃气都完全烧尽，停止氧气罐21供气并关闭氧气流量阀22-1，继续提供空气降低锅炉的炉膛温度，同时利用空气将剩余烟气都吹往旋风分离器8分离处理，分离后烟气分成两路排出，一路烟气继续通过换热器11、布袋除尘器15及脱硫装置16、烟气回收罐18，另一路烟气经过除尘器进口管8-1、除尘器10后送入烟气回收罐18，烟气回收罐18回收的烟气再经二氧化碳固定装置19处理后从烟囱20排入大气，关闭空气罐12和第一流量阀13-1。
30.本发明所述燃烧系统能进行煤粉和/或生物质材料的各种燃烧，如单一锅炉的燃烧或两个锅炉同步燃烧或烟气循环助燃等，燃烧过程可以研究空气氧气混合及烟气循环利用对燃烧排放的不同影响，获取小型机组燃烧低碳排放研究数据，以便后续深入研究。