热电厂生物质耦合发电系统的制作方法

本实用新型属于生物质发电技术领域，尤其涉及一种热电厂生物质耦合发电系统。

背景技术：

生物质能属于可再生能源，我国生物质资源丰富，但生物质资源仅主要用作传统能源消耗，如炊事及供热。利用生物质能发电是生物质利用的一种重要方式之一，也是国家近些年大力提倡与鼓励的生物质利用方式。

现有生物质发电主要采用生物质直燃发电方式，即将生物质直接与煤混合燃烧，产生蒸汽，带动蒸汽轮机发电。生物质直燃发电具有如下技术缺陷：

1)生物质含水量高，与煤混烧后锅炉产生的烟气量较大，直接采用现有锅炉，烟气超过一定限度后热交换器很难适应，锅炉改造成本较高。

2)掺烧一定量的生物质，由于生物质的灰熔点较低，燃烧过程中设备容易产生结渣问题。特别是燃用含氯较多的生物质如秸秆和稻草等，当热交换器表面温度超过400℃时，还会产生高温腐蚀，对于发电系统的连续运行极为不利。

3)用于控制sox、nox排放的烟气净化系统，在燃烧生物质时，生物质中碱金属的存在，容易引起nox催化剂控制设备老化或失效。

4)直燃发电的综合发电效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种热电厂生物质耦合发电系统，以解决上述技术问题。

本实用新型提供了一种热电厂生物质耦合发电系统，包括生物质高速循环流化床气化系统、旋风分离器、回料装置、燃气冷却器；

生物质高速循环流化床气化系统反应区上端与旋风分离器进口连接，旋风分离器物料出口通过回料装置与生物质高速循环流化床气化系统反应区下端连接，旋风分离器生物质燃气出口与燃气冷却器连接，燃气冷却器通过生物质燃气喷嘴与燃煤锅炉及蒸汽发电系统连接；

生物质高速循环流化床气化系统包括气化炉、炉前料仓、螺旋给料机及气化炉鼓风机，炉前料仓通过螺旋给料机与气化炉连接，气化炉鼓风机与气化炉连接；气化炉及旋风分离器与灰渣系统连接。

进一步地，生物质燃气喷嘴设有空气冷却装置。

进一步地，回料装置设有返料风机。

进一步地，燃气冷却器的冷却介质采用导热油，用于通过燃煤锅炉及蒸汽发电系统的凝结水将旋风分离器生物质燃气出口输送的生物质燃气由750℃降至400℃。

进一步地，生物质燃气喷嘴设有燃气燃烧器，燃气燃烧器采用扩散式燃气燃烧器，生物质燃气喷口采用外混式燃气喷嘴。

借由上述方案，通过热电厂生物质耦合发电系统，采用生物质气化和燃煤发电机组耦合发电，避免了生物质与煤直接混合燃烧存在的结渣、腐蚀、nox催化剂控制设备老化或失效等问题，可以充分发挥电厂高效发电机组的特点，保证任何情况都有较高的发电效率，通过将生物质燃气送入大型燃煤锅炉中燃烧，利用已有汽轮发电机组发电，投资成本较低。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实用新型热电厂生物质耦合发电系统的结构示意图；

图2为本实用新型物质高速循环流化床气化系统、旋风分离器、回料装置的连接示意图。

图中标号：

1-物质高速循环流化床气化系统；2-旋风分离器；3-回料装置；4-燃气冷却器；5-燃煤锅炉及蒸汽发电系统；6-灰渣系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参图1及图2所示，本实施例提供了一种热电厂生物质耦合发电系统，包括生物质高速循环流化床气化系统1、旋风分离器2、回料装置3、燃气冷却器4；

生物质高速循环流化床气化系统1反应区上端与旋风分离器2进口连接，旋风分离器2物料出口通过回料装置3与生物质高速循环流化床气化系统1反应区下端连接，旋风分离器2生物质燃气出口与燃气冷却器4连接，燃气冷却器4通过生物质燃气喷嘴与燃煤锅炉及蒸汽发电系统5连接；

生物质高速循环流化床气化系统1包括气化炉、炉前料仓、螺旋给料机及气化炉鼓风机，炉前料仓通过螺旋给料机与气化炉连接，气化炉鼓风机与气化炉连接；气化炉及旋风分离器2与灰渣系统6连接，灰渣系统6的灰渣可用于有机肥制备。

该热电厂生物质耦合发电系统采用生物质气化和燃煤发电机组耦合发电，避免了生物质与煤直接混合燃烧存在的结渣、腐蚀、nox催化剂控制设备老化或失效等问题，可以充分发挥电厂高效发电机组的特点，保证任何情况都有较高的发电效率，通过将生物质燃气送入大型燃煤锅炉中燃烧，利用已有汽轮发电机组发电，投资成本较低。

在本实施例中，回料装置3设有返料风机。

在本实施例中，燃气冷却器4的冷却介质采用导热油，用于通过燃煤锅炉及蒸汽发电系统5的凝结水将旋风分离器2生物质燃气出口输送的生物质燃气由750℃降至400℃。

回火是由于燃气-空气的混合物从燃气喷口进入炉膛的速度小于火焰传播速度造成的，当混合气体流速小于火焰传播速度时，火焰可能逆流传播进喷嘴，使燃烧在喷嘴内进行，针对生物质燃气着火特性需要设计防回火措施。在本实施例中，生物质燃气喷嘴的燃气燃烧器采用扩散式燃气燃烧器，生物质燃气喷口采用外混式燃气喷嘴，燃烧稳定，不产生负压、空气不被吸入，不会发生回火。生物质燃气喷嘴设置空气冷却装置，防止燃气喷嘴过热加快燃气火焰传播速度。

在本实施例中，生物质燃气喷嘴入口设有燃气净化器，用于对生物质燃气进行净化处理。

在本实施例中，燃气冷却器4入口燃气温度：750℃，入口燃气量：18000nm³/h，出口燃气温度：400℃。

在本实施例中，气化炉鼓风机采用变频离心式鼓风机，流量：16000m³/h，温度：20℃，全压：12000pa，功率：90kw。

在本实施例中，返料风机采用罗茨式风机，流量：1500m³/h，温度：20℃，全压：30000pa，功率：22kw。

下面对本实用新型作进一步详细说明。

生物质气化是指生物质在气化介质的参与下，通过一系列的热化学反应过程，转化为可燃气体的过程。生物质气化所产生的可燃气体主要有效成分为co、h2、ch4以及部分烷烃类气体，统称为生物质燃气。气化和燃烧都是可燃物与氧发生反应，但是燃烧过程中提供充足的氧气，燃烧后的产物是co2和水等不可再燃烧的烟气，并放出大量的热量，即燃烧主要是将原料的化学能转化为热能的过程；而生物质气化是在一定的热力学条件下，只提供有限氧的情况下使生物质发生不完全燃烧，生成co、h2、ch4等小分子气体，即气化是将化学能的载体由固态转化为气态，气化反应过程中放出的热量则小很多，气化产气再燃烧则可进一步释放出其具有的化学能。

本实施例生物质气化耦合发电是将气化炉产生的燃气送入现有锅炉，即在燃煤电厂的基础上增加一套生物质气化设备，将生物质燃气直接送入锅炉中燃烧。这种混合燃烧方式通用性较好，对原燃煤系统影响较小。生物质气化混合燃烧发电只需要改造现有燃煤锅炉燃烧器，增加生物质燃气喷口(喷嘴)。将生物质燃气净化后通入，与煤进行混烧，产生的蒸汽进入原有汽轮发电机发电。本实施例利用了大型燃煤发电厂的高效率，生物质发电效率较高；同时通过进行在线监测燃气流量、热值、燃气温度以及电站锅炉的发电效率，能够实现生物质燃气发电部分的单独核算。

本实施例选用生物质高速循环流化床气化系统，其技术路线如下：破碎好的生物质原料在高速循环流化床气化系统中完成高效气化，产生燃气经过除尘后以热燃气的方式直接送入大型电站锅炉燃烧，利用燃煤发电厂发电系统实现高效发电。具体地，生物质在床料的辅助流化作用下，在炉内经历聚集、沉降、吹散、上升再聚集的物理衍变过程；循环床中气体、生物质、床料发生剧烈的传热传质和接触反应，形成炉内循环。同时气体对生物质和床料的微小颗粒实现快速夹带，经过旋风分离器分离出未完全反应的生物质和床料，由回料装置送回反应区，形成了炉外的物料循环。高温的气化气通过旋风出口排出，得到生物质燃气。气化炉内外两种循环平衡的建立，能够保证反应进程稳定。

生物质高速循环流化床气化系统包括炉前料仓、螺旋给料机、气化炉鼓风机、气化炉燃气冷却系统、气化炉加沙系统、气化炉辅机冷却水系统、气化炉氮气系统、气化炉点火油系统、压缩空气系统。

炉前料仓：料仓容积：36m³；拨料器数量：3个。

螺旋给料机：螺旋直径：560mm；螺距：450mm；输送量：0～8t/h。

气化炉燃气冷却系统：采用导热油为媒介，利用凝结水将燃气温度由750℃降至400℃，凝结水取自低温加热器入口，凝结水温度由103.8℃温升至143.8℃，升温后的凝结水直接送至除氧器。

气化炉加沙系统：在气化炉侧设置一沙仓，采用机械加沙系统，在启动阶段及运行时向气化炉内加沙，保证流化效果。

气化炉辅机冷却水系统：气化炉辅机冷却水接自主机开式水泵出口母管，经增压后送至气化岛，用于气化炉排渣、排冷及引风机油站的冷却。

气化炉氮气系统：为保证事故工况的气化炉等设备的安全，设置15m³液化氮气储罐，并设置2台气温式气化器，用于事故工况系统充氮保护及系统吹扫。

气化炉点火油系统：每台气化炉设置一台点火燃烧器，用于气化炉点火，燃油接自电厂供油管道，启动点火燃烧器油耗约为：200kg/h。

压缩空气系统：气化装置灰采用气力输送，需要耗压缩空气2标立每分钟；部分阀门采用气动，需要仪表压缩空气，上述压缩空气拟从已有压缩空气系统接取，不单独增设压缩空气制备设备。

在一具体实施例中，某生物质气化耦合发电改造项目年可利用9.12×10⁴t生物质燃料，有利于缓解当地秸杆散烧产生的大气污染，通过将气化炉产生的生物质燃气送至660mw燃煤机组锅炉燃烧，有利于减少大气污染物排放。与露天散烧同等质量的设计秸秆(100％玉米秸秆)相比，每年可减少烟尘排放量约3018t、so2排放量约65t、nox排放量约302t。本改造项目年发电量11.408×10⁷kwh，有利于减少煤炭资源消耗。与目前发电量相当的燃煤火电厂相比，按消耗标准煤320g/kwh计，每年可节约标准煤36505.6t；若烟尘排放量按0.031g/kwh计，so2排放量按0.113g/kwh计，nox排放量按0.159g/kwh计，则每年可减少烟尘排放量3.54t、so2排放量12.89t、nox排放量18.14t。因此，从环境保护及节约煤炭资源角度来看，具有明显的环境效益和经济效益。

本实施例提供的热电厂生物质耦合发电系统采用高速循环流化床气化炉，提高了气化效率和产气率；利用燃气－导热油－电厂凝结水组合换热技术和高温燃气输送设备和技术，解决了焦油沉积难题；采用生物质气化热燃气旋流再燃技术，实现生物燃气在大型超临界燃煤电站锅炉高效稳定利用，实现了生物质热燃气送入现有660mw超临界参数锅炉与煤混燃，为生物质能工业化高效利用开辟了一种新途径。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。