一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的装置系统及方法与流程

本发明涉及生物质能源，尤其涉及一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的装置系统及方法。

背景技术：

1、随着社会发展，化石能源的需求量在不断增加，而化石能源的不可再生性以及其供能时对环境的影响使得人们开始大力研究替代能源。生物质以及污泥在循环流化床掺烧发电领域的应用越来越广泛，相关的技术越来越成熟。

2、生物质是一种清洁可再生能源，生物质是全生命周期分析意义上的碳“零排放”的能源。污泥是污水中各种物质在被处理时沉积转化而来的，污泥干化技术、污泥燃烧技术、尾气处理技术等有关污泥燃烧发电的配套技术在不断发展，大大增强了污泥的无害化处理能力。

3、生物质和污泥与化石燃料相比具有碱金属含量高、氯含量高、挥发分含量高、灰分熔点低、热值低等特点，在循环流化床锅炉内燃烧时，会导致床料烧结，高、低温腐蚀等问题。

4、cn115468180a公开了一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统及方法，煤粉锅炉内隔开设置有粉料燃烧器和生物质烘焙气燃烧器，方法包括；使用烘焙子系统对生物质原料进行烘焙预处理，烘焙预处理后产生固体烘焙生物质和生物质烘焙气；将固体烘焙生物质送入研磨制粉子系统研磨处理为烘焙生物质粉状燃料；提供煤粉，利用送风子系统向烘焙生物质粉状燃料及煤粉中通入一次风，一次风携带煤粉和烘焙生物质粉状燃料进入粉料燃烧器后在炉膛中燃烧；并将生物质烘焙气直接通入生物质烘焙气燃烧器后在炉膛中与煤粉耦合燃烧，实现氮氧化物的双重减排。

5、cn112944314a公开了一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统及运行方法，包括生物质锅炉、电站锅炉和汽轮机，生物质锅炉焚烧产生的蒸汽替代一部分电站锅炉燃煤产生的蒸汽，蒸汽进入汽轮机做功或发电。在汽轮机上设置不同的接入点，将汽轮机划分为不同的工作区域。根据蒸汽的温度压力范围，选择合适的接入点进入汽轮机内。生物质锅炉焚烧后产生的烟气进入电站锅炉的烟气处理系统，和电站锅炉产生的烟气共用一套烟气处理系统。净化后的烟气有余热，可以和汽轮机抽汽共同作为干燥源，干燥生物质锅炉内的生物质燃料，提高燃烧效率。电站锅炉给水和汽轮机的冷凝水可以输送至生物质锅炉，提供产生蒸汽的水源。

6、cn110564432a公开了一种燃煤耦合生物质发电系统及方法，系统包括生物质热解单元、储存加工单元、加压气化单元和燃煤发电单元。先将生物质原料就近热解转化为生物油和热解炭，然后加工成生物油浆和有机酸钙；生物油浆利用加压气化炉生产高温燃气，并直接送入燃煤锅炉混燃发电。所述系统实现了生物质、污泥等废弃物资源的高效转化和利用，可满足大型燃煤电厂耦合生物质发电的规模需求，同时联产高附加值的炭产品，有机酸钙还可以用于循环流化床锅炉炉内脱硫脱硝。

7、但上述系统均是燃煤与单一燃料的耦合燃烧，对掺烧范围具有限制性，能量利用效率低且二氧化碳排放量较高。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的装置系统及方法，采用煤粉耦合生物质可燃气和污泥在循环流化床锅炉内进行富氧燃烧，显著提高煤粉的掺烧能力与范围，而且通过合理设置煤粉、生物质可燃气和污泥进入循环流化床锅炉的位置，实现分层掺烧，大幅度降低了氮氧化物的排放量；利用循环流化床锅炉产生的烟气对氧气预热以及污泥干化，提高能量的利用效率以及系统的经济性。此外，还设置了二氧化碳压缩捕集装置对燃烧产生的二氧化碳进行捕集，实现了碳的负排放。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的装置系统，所述装置系统包括依次连接的生物质预燃室、循环流化床锅炉、旋风分离装置、省煤装置和空气预热装置；

4、所述装置系统还包括第一级干化装置、第二级干化装置、第一级预热装置、第二级预热装置、除尘装置、深冷空分装置和二氧化碳压缩捕集装置；

5、所述省煤装置、第二级干化装置、第二级预热装置、除尘装置和二氧化碳压缩捕集装置依次连接；

6、所述空气预热装置、第一级干化装置、第一级预热装置和除尘装置依次连接；

7、所述深冷空分装置与第一级预热装置连接。

8、本发明所述的燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的装置系统设置了生物质预燃室，将其产生的生物质可燃气送入炉内进行燃烧，解决了焦油冷凝的问题并减少了进入炉内灰渣；煤粉、污泥以及生物质可燃气在循环流化床锅炉内富氧燃烧，提高了烟气中二氧化碳的浓度，使得二氧化碳的捕集封存成为可能，实现了二氧化碳的负排放；使用深冷空分装置制备氧气，并利用烟气对深冷空分装置产生的氧气进行两级预热，并且对湿污泥进行两级干燥，充分利用烟气的热量，提高了能量的利用率，具有大规模推广应用前景。

9、本发明所述生物质预燃室紧邻循环流化床锅炉，大大缩短了生物质可燃气进入循环流化床锅炉的流动距离，这极大程度上解决了长距离输送引起的焦油冷凝的问题。

10、优选地，所述生物质预燃室与生物质燃料输送管道连接。

11、优选地，所述循环流化床锅炉与煤粉输送管道连接。

12、优选地，所述第一级干化装置、第二级干化装置和循环流化床锅炉连接。

13、优选地，所述第一级干化装置与污泥输送管道连接。

14、优选地，所述旋风分离装置分别与生物质预燃室和循环流化床锅炉连接。

15、优选地，所述深冷空分装置、第一级预热装置、第二级预热装置和循环流化床锅炉依次连接。

16、优选地，所述第二级预热装置分别与生物质预燃室和循环流化床锅炉连接。

17、优选地，所述除尘装置和二氧化碳压缩捕集装置之间还设置有脱硫装置。

18、优选地，所述脱硫装置经烟气管道与循环流化床锅炉连接。

19、优选地，所述装置系统包括依次连接第三级预热装置和反渗透处理装置。

20、优选地，所述第三级预热装置分别与空气预热装置和除尘装置相连。

21、优选地，所述反渗透处理装置与锅炉给水管道连接。

22、优选地，所述旋风分离装置和省煤装置之间还设置有过热装置。

23、本发明所述过热装置的热量传递给锅炉给水，形成高温高压蒸汽，带动汽轮机发电。

24、第二方面，本发明还提供一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的方法，所述方法采用第一方面所述的燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的装置系统进行；所述方法包括如下步骤：

25、深冷空分装置产生的氧气经第一级预热装置和第二级预热装置预热后变为预热后氧气，与经过省煤装置后的一部分烟气混合形成的第一混合气，在循环流化床锅炉中形成氧气/二氧化碳燃烧氛围；

26、生物质燃料、所述预热后氧气和经过空气预热装置后的一部分烟气混合形成的第二混合气共同进入生物质预燃室进行预燃，产生的生物质可燃气从循环流化床锅炉的第一区域进入；

27、湿污泥经第一级干化装置和第二级干化装置干化后变为干污泥颗粒，在第一混合气携带下，从循环流化床锅炉的第二区域进入；

28、煤粉从循环流化床锅炉的第三区域进入；

29、可燃气、干污泥颗粒和煤粉在循环流化床锅炉炉膛进行富氧燃烧，循环流化床锅炉产生的烟气经旋风分离装置分离后，依次进入省煤装置、第二级干化装置和第二级预热装置进行换热；进入所述省煤装置的烟气，其中一部分依次进入空气预热装置、第一级干化装置和第一级预热装置进行换热；

30、全部烟气最终均经除尘装置除尘后，进入二氧化碳压缩捕集装置，实现二氧化碳的封存捕集。

31、本发明所述的燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的方法合理设置煤粉、生物质可燃气和污泥进入循环流化床锅炉的位置，实现分层掺烧，充分利用不同燃料的特异性差异，既减少了氮氧化物的生成量又增强了掺烧后的燃烧稳定性；其中，生物质可燃气被送入锅炉燃烧的还原区进行燃烧，这样做可以在解决生物质难以破碎的问题的同时解决循环流化床微负压运行时进入炉膛的空气引起的氮氧化物生成量增加的问题，降低了氮氧化物排放量；循环流化床锅炉采用富氧燃烧的燃烧方式，使用的氧气全部来自深冷空分装置，减少了氧气存储运输等成本，提高了系统的经济性；利用烟气中的热量对湿污泥进行两级干燥，干污泥颗粒的含水量大大降低，相比于湿污泥，干污泥颗粒更加容易进行加工处理，并且污泥的燃烧特性得到了改善。

32、本发明所述第二混合气中的氧气含量少于生物质完全燃烧所需的氧气量，生物质在生物质预燃室中不完全燃烧，生成可燃性气体通入循环流化床锅炉中进行燃烧。

33、本发明所述生物质预燃室产生的灰渣被排出后，进行集中处理。

34、优选地，所述第一区域、第二区域和第三区域在循环流化床锅炉中从上至下依次排列，这样可以实现煤在最下层，干污泥颗粒在中层，生物质可燃气在最上层，这种掺烧方式充分利用了不同燃料的特点，增强炉内燃烧的稳定性，降低氮氧化物排放量。

35、优选地，所述第一混合气还从循环流化床锅炉的底部进入，即从循环流化床锅炉的一次风进风口进入。

36、优选地，进入空气预热装置的烟气，其中一部分进入第三级预热装置被冷凝，产生的冷凝水进入反渗透处理装置处理，经锅炉给水管道输送给循环流化床锅炉；冷凝后的烟气进入除尘装置除尘。

37、本发明反渗透处理装置处理后的冷凝水水质达到锅炉用水的要求，输送给循环流化床锅炉使用，节约了水资源。

38、优选地，所述除尘装置除尘后的烟气经脱硫装置脱硫后，其中一部分经烟气管道返回循环流化床锅炉。

39、作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：

40、深冷空分装置产生的氧气经第一级预热装置和第二级预热装置预热后变为预热后氧气，与从经过省煤装置后的一部分烟气混合形成的第一混合气，在循环流化床锅炉中形成氧气/二氧化碳燃烧氛围；

41、生物质燃料、所述预热后氧气和经过空气预热装置后的一部分烟气混合形成的第二混合气共同进入生物质预燃室进行预燃，产生的生物质可燃气从循环流化床锅炉的第一区域进入；

42、湿污泥经第一级干化装置和第二级干化装置干化后变为干污泥颗粒，在第一混合气携带下，从循环流化床锅炉的第二区域进入；

43、煤粉从循环流化床锅炉的第三区域进入；

44、可燃气、干污泥颗粒和煤粉在循环流化床锅炉炉膛进行富氧燃烧，循环流化床锅炉产生的烟气经旋风分离装置分离后，依次进入过热装置和省煤装置；省煤装置出口的烟气分为第一烟气和第二烟气，所述第一烟气依次进入第二级干化装置和第二级预热装置进行换热；

45、所述第二烟气进入空气预热装置换热后，分为第三烟气和第四烟气，所述第三烟气依次进入第一级干化装置和第一级预热装置进行换热；换热结束后的两部分烟气均进入除尘装置除尘后进入脱硫装置脱硫；

46、所述第四烟气进入第三级预热装置换热，烟气中冷凝产生的冷凝水进入反渗透处理装置处理，经锅炉给水管道输送给循环流化床锅炉；换热后的烟气进入除尘装置除尘再进入脱硫装置脱硫；

47、一部分脱硫后的烟气进入二氧化碳压缩捕集装置，实现二氧化碳的封存捕集；另一部分脱硫后的烟气经烟气管道返回循环流化床锅炉；

48、所述第一区域、第二区域和第三区域在循环流化床锅炉中从上至下依次排列；所述第一混合气还从循环流化床锅炉的底部进入。

49、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

50、(1)本发明提供的一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的装置系统利用烟气中的热量对湿污泥进行两级干燥，得到的干污泥颗粒含水量大大降低，更加容易进行加工处理，并且污泥的燃烧特性得到了改善；

51、(2)本发明提供的一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的装置系统中煤粉、污泥以及生物质可燃气在循环流化床锅炉内富氧燃烧，提高了烟气中二氧化碳的浓度，并利用二氧化碳压缩捕集装置，实现了碳的负排放；

52、(3)本发明提供的一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的方法生物质预燃室产生的生物质可燃气被送入锅炉燃烧的还原区进行燃烧，在解决生物质难以破碎的问题的同时解决循环流化床微负压运行时进入炉膛的空气引起的氮氧化物生成量增加的问题，达到降低氮氧化物排放量的目的；合理设置了可燃气、干污泥颗粒和煤粉进入循环流化床锅炉的位置，实现了分层掺烧，充分利用了不同燃料的特点，增强炉内燃烧的稳定性，降低氮氧化物排放量；

53、(4)本发明提供的一种燃煤耦合生物质及污泥的负碳排放的方法中循环流化床锅炉采用富氧燃烧的方式，使用的氧气全部来自深冷空分装置，减少了氧气存储运输等成本，提高了系统的经济性；而且深冷空分装置产生的氧气由烟气进行加热，在高效利用烟气能量提高锅炉效率的同时增强了炉内燃烧的稳定性。