一种掺烧生物质的火电厂综合能源处置及服务系统的制作方法

1.本发明涉及一种火电厂综合能源处置及服务系统，具体涉及一种掺烧生物质的火电厂综合能源处置及服务系统。


背景技术：

2.欧洲最早提出综合能源系统概念并付诸实施，美国、日本、加拿大等国紧随其后，围绕智能电网、分布式能源、能源系统耦合与协同优化等方向，开展了大量研究实践。法国engie集团、美国opower能源管理公司，东京电力公司等发达国家能源企业早在二十年前便开展了相关探索。美国在2001年即提出了综合能源系统发展计划，以促进分布式能源和冷热电三联供技术的进步和推广应用，智能电网、需求侧管理提高电力系统灵活性作为重点发展方向。日本能源严重依赖进口，因此日本成为最早开展综合能源系统研究的亚洲国家。为实现其温室气体减排目标，发展综合能源系统，提升能效、促进可再生能源规模化开发成为必有之路，日本智能社区联盟提出了社区综合能源服务(电力、燃气、热力、可再生能源等)。
3.我国综合能源服务尚处在起步、示范阶段。目前，传统的能源产业，如电力企业、电网企业、燃气企业、设备商、节能服务公司、系统集成商及专业设计院等，都在策划综合能源服务转型。国内现有的综合能源业务主要集中在园区提供冷、热、水、电多能互补的综合能源服务，而发电企业在建或已投运综合能源项目多数以天然气为主要能源，构建分布式能源站，提供区域内电、冷、热、水、气等多联供服务。民营企业依托已有业务开展综合能源服务业务，如分布式风电、分布式光伏、智慧能源等。
4.现有的综合能源系统的主要出发点在网侧、用户侧，其主要技术路线为通过风光储、光储充以及各种热泵、蓄冷装置等构成的供能系统。国内发电企业已开展业务多为基于天然气分布式能源站的综合能源服务，但对于基于火电厂源侧的综合能源服务的研究尚未报道。
5.火电厂掺烧生物质的现有技术：
6.火电厂掺烧生物质的国外技术主要为生物质直燃耦合发电技术，在欧洲、北美、日韩等地已成为主流的生物质能发电技术，并被认为是火电厂从煤电到100％生物质发电的桥梁。英国于2012年已率先实现了大型煤粉炉100％燃烧生物质原料的转换，其生物质能行业已经与万吨远洋轮船、港口、铁路轨道、火车运输、大型火电厂、电网、储仓储能等大型基础设施密切结合，并已成为一种重要的清洁能源形式。全球最大的生物质电厂英国drax已于2012年-2018年陆续完成了4
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660mw
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100％生物质燃料转换，其生物质供电量已经连续5年超过100亿度、连续3年超过130亿度，相当于我国近百家典型30mw的小型生物质发电机组的上网电量总和。但是，国外大型火电机组燃用的生物质全部为木质颗粒，尚无成熟的农田秸秆类生物质发电项目。
7.目前生物质发电在我国主要还是采取小型纯生物质发电机组，其机组参数低，煤耗高，导致生物质发电成本居高不下，每年国家都要拿出大量资金对其进行财政补贴，成为
国家的财政的巨大负担。最近几年国内相关企业对生物质气化耦合发电的技术路线进行了探讨和研究，该技术通过将生物质在专门的气化炉内首先进行气化，生成的高温可燃气体送入大型锅炉内进行燃烧发电。由于其建设成本高，运行维护成本高、燃料整体发电效率低、焦油难以处理、高温可燃气体有一定安全隐患，政策支持不足等问题，国内的气化耦合技术都停止在示范项目阶段，并未大规模推广。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种掺烧生物质的火电厂综合能源处置及服务系统，该系统能够实现掺烧生物质的火电厂综合能源处置及服务，且成本较低。
9.为达到上述目的，本发明所述的掺烧生物质的火电厂综合能源处置及服务系统包括卸料单元、一号管带机、杂物及金属筛分单元、二号管带机、筒仓储料单元、三号管带机、炉前制粉单元、生物质粉输送及耦合单元、原火电厂燃料系统、制粉系统、锅炉、蒸汽轮机、发电机、厂用电网、公用电网、空分设备、电解制氢设备、公用气体制备设备、工业用汽设备、压缩式制冷设备、吸收式制冷设备、压缩式热泵及换热器；
10.卸料单元依次经杂物及金属筛分单元、一号管带机及二号管带机与筒仓储料单元的入口相连通，筒仓储料单元的出口经三号管带机、炉前制粉单元与生物质粉输送及耦合单元相连通；
11.原火电厂燃料系统的出口经制粉系统与生物质粉输送及耦合单元相连通，生物质粉输送及耦合单元的出口与锅炉上的燃烧器相连通；
12.锅炉的蒸汽出口与蒸汽轮机的入口相连通，蒸汽轮机的乏汽出口与工业用汽设备、吸收式制冷设备及换热器的放热侧相连通，蒸汽轮机的输出轴与发电机的驱动轴相连通，发电机的输出端与厂用电网及公用电网相连接，厂用电网与空分设备、电解制氢设备、公用气体制备设备、压缩式制冷设备及压缩式热泵相连接。
13.卸料单元包括卸料车间及转运机，杂物及金属筛分单元包括筛分及杂物排除装置及磁性金属分离器，卸料车间依次经转运机、一号管带机、筛分及杂物排除装置、磁性金属分离器及二号管带机与筒仓储料单元的入口相连通。
14.筒仓储料单元包括大筒仓，大筒仓的底部出口处设置有筒仓出料螺旋。
15.炉前制粉单元包括炉前小料仓及锤式磨煤机，生物质粉输送及耦合单元包括气力输送系统及煤粉管道，筒仓储料单元的出口经三号管带机、炉前小料仓、锤式磨煤机及气力输送系统与煤粉管道相连通；
16.原火电厂燃料系统的出口经制粉系统与煤粉管道相连通，煤粉管道的出口与锅炉上的燃烧器相连通。
17.还包括惰化系统；惰化系统的出口与大筒仓及炉前小料仓相连通。
18.空分设备的氮气出口与惰化系统的入口相连通。
19.还包括储热设备；压缩式热泵的出口及换热器的吸热侧出口与储热设备。
20.还包括储冷设备；压缩式制冷设备的出口及吸收式制冷设备的出口与储冷设备相连通。
21.还包括储电站，储电站与公用电网及厂用电网相连接。
22.还包括供暖设备及供冷设备；压缩式热泵的出口及换热器的吸热侧出口与供暖设备相连通；压缩式制冷设备的出口及吸收式制冷设备的出口与及供冷设备相连通。
23.本发明具有以下有益效果：
24.本发明所述的掺烧生物质的火电厂综合能源处置及服务系统在具体操作时，通过直燃耦合的方式掺烧生物质，充分利用原燃煤机组的高参数、超低排放的优势，以较低的造价实现生物质直燃耦合掺烧，有效降低碳排放，提高生物质资源能源化利用水平；另外，利用生物质燃烧器灵活调整生物质掺烧比例，生物质挥发分高，易燃烧，可以在低负荷下提高生物质掺烧比例，发挥其稳燃的作用，低负荷下炉膛热负荷低，避免生物质高比例掺烧后结焦高温腐蚀等问题，提高机组的深度调峰能力及灵活性。同时需要说明的是，本发明可以处置生物质及供电，还可以供热、供冷、供汽、供公用气体，成本更低，掺烧生物质后的综合能源系统调峰能力更强。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图。
26.其中，1为卸料单元、2为卸料车间、3为转运机、4为一号管带机、5为杂物及金属筛分单元、6为筛分及杂物排除装置、7为磁性金属分离器、8为二号管带机、9为筒仓储料单元、10为大筒仓、11为筒仓出料螺旋、12为三号管带机、13为惰化系统、14为炉前制粉单元、15为炉前小料仓、16为锤式磨煤机、17为生物质粉输送及耦合单元、18为气力输送系统、19为煤粉管道、20为原火电厂燃料系统、21为制粉系统、22为锅炉、23为蒸汽轮机、24为发电机、25为厂用电网、26为公用电网、27为储电站、28为空分设备、29为电解制氢设备、30为公用气体制备设备、31为工业用汽设备、32为压缩式制冷设备、33为吸收式制冷设备、34为压缩式热泵、35为换热器、36为储冷设备、37为储热设备、38为供冷设备、39为供暖设备。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
28.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
29.参考图1，本发明所述的掺烧生物质的火电厂综合能源处置及服务系统包括卸料单元1、一号管带机4、杂物及金属筛分单元5、二号管带机8、筒仓储料单元9、三号管带机12、惰化系统13、炉前制粉单元14、生物质粉输送及耦合单元17、原火电厂燃料系统20、制粉系统21、锅炉22、蒸汽轮机23、发电机24、厂用电网25、公用电网26、储电站27、空分设备28、电
解制氢设备29、公用气体制备设备30、工业用汽设备31、压缩式制冷设备32、吸收式制冷设备33、压缩式热泵34、换热器35、储冷设备36、储热设备37、供冷设备38及供暖设备39；
30.卸料单元1包括卸料车间2及转运机3，杂物及金属筛分单元5包括筛分及杂物排除装置6及磁性金属分离器7，筒仓储料单元9包括大筒仓10及筒仓出料螺旋11，炉前制粉单元14包括炉前小料仓15及锤式磨煤机16，生物质粉输送及耦合单元17包括气力输送系统18及煤粉管道19；
31.卸料车间2依次经转运机3、一号管带机4、筛分及杂物排除装置6、磁性金属分离器7及二号管带机8与筒仓储料单元9的入口相连通，筒仓储料单元9的出口经三号管带机12、炉前小料仓15、锤式磨煤机16及气力输送系统18与煤粉管道19相连通；
32.原火电厂燃料系统20的出口经制粉系统21与煤粉管道19相连通，煤粉管道19的出口与锅炉22上的燃烧器相连通；
33.惰化系统13的出口与大筒仓10及炉前小料仓15相连通；锅炉22的蒸汽出口与蒸汽轮机23的入口相连通，蒸汽轮机23的乏汽出口与工业用汽设备31、吸收式制冷设备33及换热器35的放热侧相连通，蒸汽轮机23的输出轴与发电机24的驱动轴相连通，发电机24的输出端与厂用电网25及公用电网26相连接，储电站27与公用电网26相连接，厂用电网25与储电站27、空分设备28、电解制氢设备29、公用气体制备设备30、压缩式制冷设备32及压缩式热泵34相连接，空分设备28的氮气出口与惰化系统13的入口相连通；
34.压缩式热泵34的出口及换热器35的吸热侧出口与储热设备37及供暖设备39相连通；压缩式制冷设备32的出口及吸收式制冷设备33的出口与储冷设备36及供冷设备38相连通。
35.输入介质为生物质、煤，输出介质为电、蒸汽、冷介质、热介质。
36.本发明的具体工作过程为：
37.生物质颗粒燃料通过汽车进入卸料车间2，从卸料车间2通过转运机3转运至一号管带机4，一号管带机4将生物质颗粒送入筛分及杂物排除装置6，将杂物及大块筛除，再进入磁性金属分离器7中将生物质料中的金属筛除掉，再通过二号管带机8进入大筒仓10，通过大筒仓10存储生物质料，大筒仓10下方设置有筒仓出料螺旋11，筒仓出料螺旋11从大筒仓10取出生物质颗粒料经三号管带机12输送至炉前制粉单元14，经过锤式磨煤机16经气力输送系统18送至煤粉管道19中进行耦合，最终进入燃烧器中。由于生物质易燃易爆，在每个分单元均加装了滤芯式除尘器用于除尘，在大筒仓10及炉前小料仓15设置惰化系统13，除尘器反吹用压缩空气来自于原燃煤机组，惰化系统13的充氮来自于空分设备28。
38.燃煤和掺烧的生物质燃料进入锅炉22内燃烧，使输入端燃料的化学能转化为热能，加热循环工质产生高品位蒸汽，高品位蒸汽进入蒸汽轮机23中做功，带动发电机24发电产生电能。做功后的蒸汽，品位逐渐降低到特定品位后，从蒸汽轮机23直接抽取，通过管网，供给园区内的工业用汽设备31、吸收式制冷设备33及换热器35使用。
39.发电机24产生的电能，一部分进入公用电网26，另一部分进入厂用电网25。电能通过厂用电网25，供给园区内的空分设备28、电解制氢设备29及公用气体制备设备30使用，得到氮气、氧气、氢气等各种气体产物；还可以供给园区内的压缩式制冷设备32及压缩式热泵34使用。
40.当火电厂需要进行深度调峰时，发电机24产生的多余电能，通过厂用电网25，送入
储电站27中作为中继存储；当火电厂发生非正常停机时，储电站27可临时为厂用电网25及公用电网26供给电能。
41.压缩式制冷设备32与吸收式制冷设备33可共同产出冷介质。冷介质通过管网，供给园区内的供冷设备38使用。管网中设置储冷设备36作为缓冲，通过实时调节管网中的冷介质流分配，保证园区供冷量及需冷量的平衡。
42.压缩式热泵34与换热器35可共同产出热介质。热介质通过管网，供给园区内的供暖设备39使用。管网中设置储热设备37作为缓冲，通过实时调节管网中的热介质流分配，保证园区供暖量及需暖量的平衡。
43.需要说明的是，本发明在原火电厂燃煤机组的基础上，从碳减排、提高生物质资源化利用水平、提高火电厂综合能源服务水平的角度出发，以直燃耦合的方式实现燃煤锅炉22的生物质掺烧，利用火电厂原燃煤机组，可以从汽轮机抽汽，以实现供汽、供热，利用蒸汽作为吸收式热泵的热源来实现供冷，利用厂用电成本低的优势，可以为公用气体生产系统，如空分、电解氢等供电，以制备电厂或工业园区所用的公用气体。