燃煤电站锅炉炉烟输送生物质直燃耦合发电系统及方法与流程

1.本发明属于火力发电厂生物质耦合发电领域，涉及一种燃煤电站锅炉炉烟输送生物质直燃耦合发电系统及方法。


背景技术：

2.生物质能是一种储量巨大、分布广泛、优质清洁的可再生能源，妥善利用生物质能将对co2减排产生巨大作用。
3.我国生物质发电起源于2005～2006年，其技术参照和引进了以丹麦为代表的小型炉排炉生物质发电技术以及以芬兰为代表的小型流化床生物质发电技术。这种小型固体废弃物处理模式的实质是新建小型直燃锅炉发电机组，收集和处理电厂周边小直径范围的农林废弃物，对燃料进行低程度的破碎、打包、预处理后直接入炉燃烧发电或供热供汽。其主要优点是对燃料预处理的要求低；其缺点是小型机组效率极低(供电效率一般低于22～26％)、单位建设成本很高、运行维护成本及人工成本高。
4.与新建小型生物质直燃锅炉发电机组相比，大型火力发电厂的生物质耦合发电具有显著的建设投资成本低、运行维护成本低、生物质原料发电效率高(供电效率一般高于40％)等优点。
5.生物质耦合发电主要有间接耦合、并联耦合、直燃耦合三种。
6.其中，间接耦合是指生物质原料首先经过气化炉气化产生可燃气体，然后经过燃气余热回收进行燃气温度控制后，将可燃气体送入燃煤锅炉内共同燃烧。生物质气化技术因气化效率低、焦油含量高、气化炉结焦等问题，关键技术的研究还需进一步提高和完善，且气化炉成本较高。
7.并联混燃是指专门配置一套完全独立的生物质锅炉，将生物质和煤燃烧后的蒸汽混合后进入汽轮机发电，相当于建立煤粉炉与生物质锅炉的母管制锅炉机组。该方式能利用多种生物质燃料，特别适用于高碱金属和氯化物的生物质，燃烧后的生物质灰和煤灰互相分离，有利于生物质灰的资源化利用，但存在蒸汽参数匹配、代价过于高昂等问题。
8.直燃耦合是指只改变生物质燃料的物理形态，对生物质进行粉碎后，与燃煤在同一锅炉内混合燃烧发电，是一种系统结构简单、成本低、效率高的生物质直燃耦合发电技术路线，也是生物质耦合发电的主要方式。
9.目前生物质直燃耦合发电在国内应用较少。有些厂采用磨煤机耦合方案，即将生物质成型燃料与煤送入同一磨煤机制粉，生物质成型燃料在给煤机上游与煤预混，在磨煤机中与煤共同制粉后由原送粉管道送至对应的煤粉燃烧器。该技术对电厂设备的改动极小甚至可以不做任何改动，但生物质耦合比例极低，一般认为长期连续生物质耦合比例在1％左右，不超过3％。此方式还会降低磨煤机的性能，长期进行会对磨煤机设备造成超常的磨损，也因为生物质燃料的高挥发性、低临界温度等而具有较高的安全风险。降低磨出口温度运行时，还会对排烟温度及锅炉效率产生较大影响，严重影响系统安全稳定。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃煤电站锅炉炉烟输送生物质直燃耦合发电系统及方法，该系统及方法能够实现燃煤与生物质的高效耦合发电，同时降低磨损，保证系统安全稳定运行。
11.为达到上述目的，本发明所述的燃煤电站锅炉炉烟输送生物质直燃耦合发电系统包括生物质储料仓、第一皮带输送机、第一破碎机、第二皮带输送机、第二破碎机、生物质粉仓、给料机、炉烟风机、空气预热器、混合干燥管道及炉膛，炉膛的出口经转向室与空气预热器相连通；
12.生物质储料仓的出口与第一皮带输送机的入口相连通，第一皮带输送机的出口与第一破碎机的入口相连通，第一破碎机的出口与第二皮带输送机的入口相连通，第二皮带输送机的出口与第二破碎机的入口相连通，第二破碎机的出口与生物质粉仓的入口相连通，生物质粉仓的出口与给料机的入口相连通；
13.空气预热器的出口及转向室的抽炉烟口与炉烟风机的入口相连，给料机的出口及炉烟风机的出口与混合干燥管道的一端，混合干燥管道的另一端与炉膛上的各生物质燃烧器相连通。
14.第二皮带输送机上设有除铁装备。
15.混合干燥管道经若干支管与炉膛上的各生物质燃烧器相连通，其中，一根支管对应一个生物质燃烧器。
16.支管上设置有调节缩孔。
17.空气预热器的出口与冷炉烟管道的一端相连接，转向室的抽炉烟口与热炉烟管道的一端相连通，冷炉烟管道的另一端及热炉烟管道的另一端与炉烟风机的入口相连。
18.冷炉烟管道上设置有第一调节阀。
19.热炉烟管道上设置有第二调节阀。
20.给料机为双级星型给料机。
21.本发明所述的燃煤锅炉炉烟输送生物质直燃耦合发电方法包括以下步骤：
22.生物质储料仓中的原始生物质经第一皮带输送机进入第一破碎机中进行初步破碎，将物料直径破碎至50～100mm以下，然后经第二皮带输送机送入第二破碎机中粉碎至直径2～5mm以下，粉碎后的生物质粉末送入生物质粉仓中进行储存；从转向室处抽取的高温炉烟与空气预热器处抽取的烟气汇流后通过炉烟风机升压，然后与给料机输出的生物质粉末汇流后进入混合干燥管道内进行干燥，最后经炉膛上的生物质燃烧器喷入炉膛中进行燃烧。
23.本发明具有以下有益效果：
24.本发明所述的燃煤电站锅炉炉烟输送生物质直燃耦合发电系统及方法在具体操作时，通过第一破碎机将生物质原材料初步破碎，再经第二破碎机将生物质粉碎至2～5mm以下，避免因生物质中纤维素含量高导致采用常规共磨掺烧工艺时引起制粉系统出力降低、磨煤机堵塞等问题，同时降低磨损，保证系统安全稳定运行；通过炉烟进行干燥及携带输送，生物质干燥在管道内完成，无需为生物质原料单独设置干燥设备，节省了初始投资，且炉烟中氧含量低，可以避免生物质粉末在系统内燃烧所带来的安全性问题；通过独立设置的生物质燃烧器，实现煤粉与生物质的高效耦合发电，对锅炉原燃烧系统的改造较小，且
生物质掺烧系统可以独立控制运行，避免对原锅炉燃烧系统的影响；另外，燃煤锅炉耦合生物质发电，将生物质燃料从最上层燃烧器或还原区送入炉内，由于其高挥发分，在欠氧条件下燃烧会产生大量的ch
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和nh
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等基团，在适当的温度停留时间下，能够有效将no
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中的n还原为hcn或n2，并且生物质燃料自身n含量也较低，与煤混燃时炉膛温度水平也会有所降低，从而进一步抑制燃料型和热力型no
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的生成。
附图说明
25.图1为本发明的系统示意图。
26.其中，1为生物质储料仓、2为第一皮带输送机、3为第一破碎机、4为第二皮带输送机、5为第二破碎机、6为生物质粉仓、7为给料机、8为炉烟风机、9为空气预热器、10为冷炉烟管道、11为热炉烟管道、12为生物质燃烧器、13为炉膛。
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，本发明所述的燃煤电站锅炉炉烟输送生物质直燃耦合发电系统包括生物质储料仓1、第一皮带输送机2、第一破碎机3、第二皮带输送机4、第二破碎机5、生物质粉仓6、给料机7、炉烟风机8、空气预热器9、冷炉烟管道10、热炉烟管道11、混合干燥管道及炉膛13，炉膛13的出口经转向室与空气预热器9相连通；
30.生物质储料仓1的出口与第一皮带输送机2的入口相连通，第一皮带输送机2的出口与第一破碎机3的入口相连通，第一破碎机3的出口与第二皮带输送机4的入口相连通，第二皮带输送机4的出口与第二破碎机5的入口相连通，第二破碎机5的出口与生物质粉仓6的入口相连通，生物质粉仓6的出口与给料机7的入口相连通。
31.空气预热器9的出口与冷炉烟管道10的一端相连接，转向室的抽炉烟口与热炉烟管道11的一端相连通，冷炉烟管道10的另一端及热炉烟管道11的另一端与炉烟风机8的入口相连。
32.给料机7的出口及炉烟风机8的出口与混合干燥管道的一端，混合干燥管道的另一端经若干支管与炉膛13上的各生物质燃烧器12相连通，支管上设置有调节缩孔，其中一根支管对应一个生物质燃烧器12。
33.第二皮带输送机4上设有除铁装备。
34.本发明所述的燃煤锅炉炉烟输送生物质直燃耦合发电方法，包括以下步骤：
35.生物质储料仓1中的原始生物质经第一皮带输送机2进入第一破碎机3进行初步破碎，将物料直径破碎至50～100mm以下，然后进入第二皮带输送机4中，第二皮带输送机4上设有除铁装备，通过除铁装备除去生物质中夹杂的含铁物质，第二皮带输送机4将初步破碎及除铁后的生物质送入第二破碎机5中粉碎至直径2～5mm以下，粉碎后的生物质粉末送入生物质粉仓6中进行储存；从转向室处抽取的高温炉烟与空气预热器9处抽取的烟气汇流后经挡板调节混合，再通过炉烟风机8升压，然后与给料机7输出的生物质粉末汇流后进入混合干燥管道内进行干燥，通过调节混合烟气的流量及温度，使得干燥后的生物质粉末温度控制在水蒸气露点以上，充分干燥后的生物质粉末与烟气的混合物经支管送入炉膛13上的生物质燃烧器12中，通过调节各支管上的调节缩孔，以平衡各生物质燃烧器12的出力。
36.另外，冷炉烟管道10上设置有第一调节阀，热炉烟管道11上设置有第二调节阀，通过调节第一调节阀的开度及第二调节阀的开度，以调节混合烟气的温度，使得干燥后的生物质粉末温度控制在对应的水蒸气露点以上。
37.本发明结合燃煤电站锅炉设备和运行状况，通过适当改造现有燃煤电站锅炉，增加一套生物质存储、粉碎、输送及燃烧设备，实现了生物质与燃煤的高效直接掺烧，设备简单、复杂程度小、运行可靠、初投资较低，并且避免了对原锅炉燃烧系统的影响，新增加一层生物质燃烧器12时掺烧比例可达20％以上，具有显著的经济效益和社会效益。
38.本发明在生物质制料过程中，不增设预干燥设备，通过抽取冷、热炉烟将生物质在输送管道中直接进行干燥后通过生物质燃烧器12喷入炉膛13，结构简单、易操作、安全防爆、全程可调节。
39.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。