一种生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电方法与流程

本发明属于生物质能源利用技术领域，具体涉及一种生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电方法。

背景技术：

目前，最接近的现有技术：目前用于发电的生物质通常是指生活垃圾、秸秆等农林废弃残余物、污水处理及水体产生的污泥等物质。这些生物质给社会带来了极大环境问题：秸秆田间直焚，垃圾污泥围城。尤其是生活垃圾，恶臭、占地、污染地下水源，形势更加严峻。

目前生物质的主流解决方案，就是生物质焚烧发电。焚烧发电主要工艺流程：生物质燃料收集进厂，而后经料斗和输送装置送入焚烧炉。如是生活垃圾、污水处理厂及水体污泥等生物质能源，还需要存储在储坑里并防止沥滤液外渗污染。焚烧炉通常是链条炉，生物质燃料在焚烧炉内经过干燥段、燃烧段和燃尽段所构成的炉床，有效地进行焚化，燃烧后留下的炉渣经炉床末端排出。炉渣由湿式出渣装置排向灰渣贮坑，然后由灰渣吊车抓取并装车外运，进行填埋或综合利用。焚烧炉出来高温烟气经锅炉产生高温高压蒸汽，推动汽轮发电机组发电，完成生物质发电工艺过程。

现有的生物质发电工艺过程存在以下问题：

(1)处理垃圾、污泥的焚烧发电项目存在二噁英污染，以垃圾、污泥做燃料的生物质发电项目，由于工艺上的原因，排放的烟气多少都会含有一些二噁英。这也使得这类发电项目得不到周边群众支持，难于落地。

(2)投资大，由于生物质面广、难集中的特点，大多数生物质焚烧发电项目都存在机组小，导致发电效率低，投资远大于常规火电厂。特别是垃圾焚烧发电项目，更始因为烟气二噁英治理增大了投资成本。

(3)经济性差，生物质发电项目，机组远小于常规火电厂，机组蒸汽压力、温度等运行参数偏低，发电效率低下；投资成本大；人工、维护等运维成本远高于常规火电厂。这些因素导致项目综合经济性差，需要靠政策扶持才能盈利。

(4)建设周期时间长。生物质发电项目建设，包括一整套发电厂的建设，建设规模大，时间长。

现有技术存在的问题是：

(1)现有的生物质发电工艺过程存在处理垃圾、污泥的焚烧发电项目存在二噁英污染，也因此存在落地难的问题。

(2)现有的生物质发电工艺过程投资大。

(3)现有的生物质发电工艺过程经济性差，综合经济性差。

(4)现有的生物质发电工艺过程存在建设周期时间长。

解决上述技术问题的意义：在煤粉锅炉电站附近，低成本解决生活垃圾、农林废弃残余物、污泥对环境的影响，节约大量投资，减少占用良田好土，减少污染源，对生态文明建设做出巨大贡献。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电方法。

本发明是这样实现的，一种生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电方法，所述生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电方法的生物质通过热解气化系统转化为可燃气体，输送到煤粉锅炉电站燃烧发电，实现能源利用；具体为：生物质在热解气化系统中，经预处理粉碎干燥后，进入热解气化炉热解气化为可燃气体，再将可燃气体输送到煤粉锅炉电站燃烧发电。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电方法的生物质热解气化系统，所述生物质能源热解气化系统包括：

预处理单元，用于对生物质进行粉碎、烘干预处理；

热解气化炉单元，用于将预处理后的生物质热解气化为可燃气体；

计量控制单元，用于控制和计量输送给煤粉锅炉电站的可燃气体；

存储燃气站单元，用于存储热解气化炉生产的可燃气体或释放出可燃气体供煤粉锅炉电站使用。

进一步，所述预处理单元将生物质粉碎，并将沥滤液泵入粉碎的原料中一起烘干；包括生物质存储仓、粉碎装置、烘干装置、沥滤液泵、沥滤液抽送管道。

进一步，所述热解气化炉单元将气化炉顶部干馏可燃气体抽送到气化炉内部燃烧，并利用可燃气体热能加热空气供预处理单元使用；包括热解气化炉体、密封进料装置、炉内进料管、干馏燃气管、干馏燃气风机、干馏燃气火嘴、中段热解气化燃气抽气管、换热器、换热风机、旋转炉栅、炉栅传动电机、灰盘、热解气化新风风机、除尘器。

进一步，所述计量输送给电厂可燃气体的燃烧发热量，控制输送电站锅炉的可燃气体快速关短、开通，并根据电厂需要调节存储燃气站存储或输送可燃气体；包括可燃气体输送管、可燃气体输送泵、流量计、热值监测仪、控制及热值计量装置、快关阀门、存储燃气站双向调节阀。

进一步，所述存储燃气站单元可存储可燃气体，在电厂需要时加大可燃气体供应速度，在电厂不需要时存储可燃气体。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述生物质热解气化系统的农林废弃残余物发电工艺，所述农林废弃残余物发电工艺包括：当使用秸秆等农林废弃残余物做生物质燃料时，农林废弃残余物在预处理单元经过粉碎、烘干后，进入热解气化炉热解气化，产生可燃气体，通过计量控制单元计量和控制，存储燃气站根据需要存储和加大供应电厂可燃气体燃烧发电。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述生物质热解气化系统的污水处理、水体污泥的发电工艺，所述污水处理、水体污泥的发电工艺包括：当使用污水处理、水体等污泥做生物质燃料时，污泥在预处理单元经过粉碎、烘干，由于污泥烘干排气有异味，烘干排气排空前须加装出臭器除异味后才能排空；同时污泥热解气化。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述生物质热解气化系统的生活垃圾的发电工艺，所述生活垃圾的发电工艺包括：在预处理单元在粉碎前加装除铁器进行除铁，烘干排气排空前加装出臭器除异味后才能排空；同时污泥热解气化。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述生物质热解气化系统的发电站。

本发明通过耦合已经建成的煤粉锅炉电站，实现生物质发电，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)投资小，煤粉锅炉电站，锅炉、汽轮机、发电、除灰脱硫脱氮环保设施等都为现成，利用本发明只需要投资生物质热解气化系统，并且传统生物质发电项目小，投资高，投资额度大幅节约。

(2)发电效率高。影响发电效率的主要指标是蒸汽的温度和压力，煤粉锅炉电站蒸汽的温度和压力比是生物质发电项目高处很多。

(3)更环保，无二噁英。煤粉锅炉电站机组大，烟气处理投入、运维都比生物质发电项目强，并且在采用垃圾发电时，不会产生二噁英。

(4)运维简单，费用低。本发明只考虑气化热解系统的运维，热解气化系统结构简单，运行需要人力少，运维费用比低。

(5)投资时间短，见效快。仅投资生物质热解气化系统，不需要考虑发电项目的建设，投资时间短，见效快。

附图说明

图1是本发明实施例提供的生物质能源热解气化系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的实施例1的工作原理示意图；

图3是本发明实施例提供的实施例2的工作原理示意图；

图4是本发明实施例提供的实施例3的工作原理示意图；

图中：1、热解气化系统；2、煤粉锅炉电站；3、预处理单元；4、热解气化炉单元；5、计量控制单元；6、存储燃气站单元；7、生物质存储仓；8、粉碎装置；9、沥滤液泵；10、沥滤液抽送管道；11、烘干装置；12、热解气化炉体；13、密封进料装置；14、干馏燃气管；15、炉内进料管；16、换热器；17、换热风机；18、除尘器；19、中段热解气化燃气抽气管；20、干馏燃气风机；21、干馏燃气火嘴；22、旋转炉栅；23、灰盘；24、热解气化新风风机；25、可燃气体输送管；26、炉栅传动电机；27、控制及热值计量装置；28、流量计；29、存储燃气站双向调节阀；30、热值监测仪；31、可燃气体输送泵；32、快关阀门；33、烘干排气出臭器；34、除铁器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有的生物质发电工艺过程存在处理垃圾、污泥的焚烧发电项目存在二噁英污染，投资大，经济性差，综合经济性差，建设周期时间长的问题。本发明通过耦合已经建成的煤粉锅炉电站，实现生物质发电。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的生物质能源热解气化系统包括：预处理单元3、热解气化炉单元4、计量控制单元5、存储燃气站单元6。

预处理单元3，对生物质进行粉碎、烘干预处理。

热解气化炉单元4，将预处理后的生物质热解气化为可燃气体。

计量控制单元5，控制和计量输送给煤粉锅炉电站的可燃气体。

存储燃气站单元6，存储热解气化炉生产的可燃气体，或释放出可燃气体供煤粉锅炉电站使用。

在本发明的优选实施例中，预处理单元3将生物质粉碎，并将沥滤液泵入粉碎的原料中一起烘干，避免沥滤液产生污染，具体包括生物质存储仓7、粉碎装置8、沥滤液泵9、沥滤液抽送管道10、烘干装置11。

在本发明的优选实施例中，热解气化炉单元4将热解气化炉体12顶部干馏可燃气体抽送到热解气化炉体12内部燃烧，并利用可燃气体热能加热空气供预处理单元3使用，具体包括热解气化炉体12、密封进料装置13、干馏燃气管14、炉内进料管15、换热器16、换热风机17、除尘器18、中段热解气化燃气抽气管19、干馏燃气风机20、干馏燃气火嘴21、旋转炉栅22、灰盘23、热解气化新风风机24、炉栅传动电机26。

在本发明的优选实施例中，计量控制单元5，用于计量输送给电厂可燃气体的燃烧发热量，控制输送电站锅炉的可燃气体快速关短、开通，并根据电厂需要调节存储燃气站存储或输送可燃气体，具体包括可燃气体输送管25、控制及热值计量装置27、流量计28、存储燃气站双向调节阀29、热值监测仪30、可燃气体输送泵31、快关阀门32。

在本发明的优选实施例中，存储燃气站单元6用于存储可燃气体，在电厂需要时加大可燃气体供应速度，在电厂不需要时存储可燃气体。

本发明实施例提供的生物质能源热解气化方法包括：生物质通过热解气化系统转化为可燃气体，输送到煤粉锅炉电站燃烧发电，实现能源利用；具体为：生物质在热解气化系统中，经预处理粉碎干燥后，进入热解气化炉热解气化为可燃气体，再将可燃气体输送到煤粉锅炉电站燃烧发电。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

实施例1：

本发明实施例提供的通用生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电工艺，适用于秸秆等农林废弃残余物；具体包括：当使用秸秆等农林废弃残余物做生物质燃料时，农林废弃残余物在预处理单元经过粉碎、烘干后，进入热解气化炉热解气化，产生可燃气体，通过计量控制单元计量和控制，存储燃气站根据需要存储和加大供应电厂可燃气体燃烧发电。

实施例2：

本发明实施例提供适用于污水处理、水体等污泥的生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电工艺具体包括：当使用污水处理、水体等污泥做生物质燃料时，污泥在预处理单元经过粉碎、烘干，由于污泥烘干排气有异味，烘干排气排空前须加装出臭器33除异味后才能排空。

同时污泥热解气化，会产生少量的二噁英，在电站锅炉燃烧发电过程中会自然消除。

本发明的耦合煤粉锅炉电站燃烧发电过程中，消除二噁英的机理如下：

(1)高温燃烧分解二噁英。

二噁英在温度850℃及以上的环境超过3秒，就能有效分解。并且温度越高，分解速度越快。

本发明的耦合煤粉锅炉电站的锅炉炉膛燃烧，烟气温度分布从火焰中心1400℃降低到炉膛顶部出口900-1100℃，高温区滞留时间超过4秒，温度和时间都远大于分解二噁英的标准。

(2)避免二噁英在烟气冷却过程中重新合成。

烟气合成二噁英的条件：烟气处在二噁英生成温度300℃～500℃环境、存在游离状态未燃尽有机物、存在游离状态氯元素。通常的做法是，烟气充分燃烧，去除烟气中游离状态未燃尽有机物；去除烟气中游离状态氯元素；烟气快速冷却，在300℃～500℃温度环境不超过1秒。

本发明的耦合煤粉锅炉电站的锅炉，所用燃煤含有30-40％的灰份，这部分灰中含有大量的氧化钙，高温环境中呈熔融状态，能有效吸收氯元素，电站锅炉烟气中因此不存在游离状态氯元素，没有合成二噁英需要的游离状态氯元素；电厂煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，绝大部分可燃物都在炉内烧尽，少量未燃尽的碳被表面为玻璃状物质覆盖，烟气中不含游离的有机物质，没有合成二噁英需要的游离状态有机物；电站锅炉烟气从500℃降低到300℃时间不到1秒，没有合成二噁英需要的时间。

实施例3：

本发明实施例提供适用于生活垃圾的生物质热解气化系统耦合煤粉锅炉电站发电工艺，具体包括：当使用生活垃圾做生物质燃料时，由于垃圾通常会杂有一定的废弃钢铁，并且异味严重，在预处理单元在粉碎前加装除铁器34进行除铁，烘干排气排空前加装出臭器33除异味后才能排空。同时污泥热解气化，会产生的二噁英，在电站锅炉燃烧发电过程中会自然消除。

同时生活垃圾热解气化，会产生一定的二噁英，在电站锅炉燃烧发电过程中会自然消除，机理如上所述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。