生物质炭气联产耦合生物质发电系统及生物质发电方法与流程

本发明涉及生物质发电技术领域，尤其是涉及一种生物质炭气联产耦合生物质发电系统及生物质发电方法。

背景技术：

在生物质直燃发电过程中，由于生物质燃烧产生的生物质灰中碱金属含量高，极易导致锅炉尾部烟道空气预热器发生积灰及低温腐蚀。尤其是在冬季运行时，由于进入末端空预器空气管中的空气温度较低，在空预器烟气接触面上极易形成凝露，进而造成生物质灰粘结于空预器外壁，加重空预器的低温腐蚀。空预器积灰及低温腐蚀导致锅炉排烟温度持续上涨，锅炉阻力持续增大，严重影响锅炉的稳定高效运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种生物质炭气联产耦合生物质发电系统及生物质发电方法，以解决生物质直燃锅炉的空预器积灰及低温腐蚀问题。

第一方面，本发明提供的生物质炭气联产耦合生物质发电系统，包括：进料设备、炭气联产设备、燃气净化设备、换热器、生物质直燃锅炉、燃气提纯设备、脉冲吹灰设备和锅炉鼓风机；

所述进料设备与所述炭气联产设备连通，所述炭气联产设备的烟气出口与所述换热器流体连通，所述炭气联产设备的燃气出口与所述燃气净化设备流体连通；

所述换热器的烟气出口与所述生物质直燃锅炉的燃烧腔流体连通；

所述锅炉鼓风机的进风口与所述换热器的空气出口流体连通，所述锅炉鼓风机的出风口与所述生物质直燃锅炉的空预器流体连通；

所述燃气净化设备的燃气出口与所述燃气提纯设备流体连通，所述燃气提纯设备的纯化燃气出口与所述脉冲吹灰设备流体连通，所述脉冲吹灰设备的气体出口与所述生物质直燃锅炉流体连通。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述燃气净化设备的燃气出口与所述生物质直燃锅炉的燃烧腔流体连通。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述燃气净化设备的燃气出口与所述燃烧腔的燃尽区连通；

所述换热器的烟气出口与所述燃烧腔的高温燃烧区连通。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述燃气净化设备的燃气出口与所述炭气联产设备的加热腔体流体连通。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述燃气提纯设备的杂质气体出口与所述生物质直燃锅炉的燃烧腔流体连通。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述生物质直燃锅炉的受热器件的蒸汽出口与汽轮机流体连通，所述汽轮机与发电机传动连接。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述生物质直燃锅炉、烟气处理设备、引风机和烟囱依次流体连通。

第二方面，本发明提供的生物质发电方法采用第一方面提供的生物质炭气联产耦合生物质发电系统，且包括以下步骤：

将生物质送入炭气联产设备中，所述生物质发生热解炭化反应并转化形成生物炭和可燃气体，将所述可燃气体通入燃气净化设备进行净化；

将净化后的洁净燃气通入所述生物质直燃锅炉的燃烧腔和所述燃气提纯设备中；

经所述燃气提纯设备提纯后的一部分气体通入所述生物质直燃锅炉的燃烧腔，经所述燃气提纯设备提纯后的另一部分气体通入脉冲吹灰设备，所述脉冲吹灰设备将气体吹送至所述生物质直燃锅炉中；

将所述炭气联产设备的加热腔体中的烟气通入换热器，经所述换热器换热后的烟气通入所述燃烧腔中，经所述换热器加热后的空气通入所述生物质直燃锅炉的空预器中。

结合第二方面，本发明提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，自所述燃气净化设备通入所述燃烧腔的燃气燃烧空气分配系数小于1。

结合第二方面，本发明提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述换热器烟气出口的烟气温度为250℃～450℃，且所述换热器烟气出口的烟气携带的热量大于550kcal/nm³。

本发明实施例带来了以下有益效果：

(1)采用进料设备与炭气联产设备连通，炭气联产设备的烟气出口与换热器流体连通，换热器空气出口与锅炉鼓风机流体连通，锅炉鼓风机的出口与生物质直燃锅炉的空预器流体连通，利用炭气联产设备排出的高温烟气对流经换热器的空气进行加热，加热后的空气通入空预器，提高空预器入口空气温度，从而可减缓空预器积灰及低温腐蚀。

(2)采用炭气联产设备燃气出口与燃气净化设备流体连通，燃气净化设备燃气出口与燃气提纯设备流体连通，燃气提纯设备燃气出口与脉冲吹灰设备流体连通，脉冲吹灰设备气体出口与生物质直燃锅炉流体连通，利用燃气对锅炉低温过热器或省煤器或空预器等位置进行脉冲吹灰，进一步减缓锅炉积灰及低温腐蚀。

(3)采用燃气净化设备气体出口与生物质直燃锅炉燃烧腔的燃尽区流体连通，利用燃气中的还原性气体，降低锅炉烟气中氮氧化物浓度。

(4)采用换热器烟气出口与生物质直燃锅炉高温燃烧区流体连通，利用生物质直燃锅炉的稳定燃烧环境实现烟气的燃尽，同时有助于降低锅炉烟气中热力型氮氧化物的生成。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的生物质炭气联产耦合生物质发电系统的示意图。

图标：1－进料设备；2－炭气联产设备；201－加热腔体；3－燃气净化设备；4－换热器；5－生物质直燃锅炉；501－燃烧腔；502－受热器件；503－空预器；6－燃气提纯设备；7－脉冲吹灰设备；8－汽轮机；9－发电机；10－烟气处理设备；11－引风机；12－烟囱；13－锅炉鼓风机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的生物质炭气联产耦合生物质发电系统，包括：进料设备1、炭气联产设备2、燃气净化设备3、换热器4、生物质直燃锅炉5、燃气提纯设备6、脉冲吹灰设备7和锅炉鼓风机13；

进料设备1与炭气联产设备2连通，炭气联产设备2的烟气出口与换热器4流体连通，炭气联产设备2的燃气出口与燃气净化设备3流体连通；

换热器4的烟气出口与生物质直燃锅炉5的燃烧腔501流体连通；

锅炉鼓风机13的进风口与换热器4的空气出口流体连通，锅炉鼓风机13的出风口与生物质直燃锅炉5的空预器503流体连通；

燃气净化设备3的燃气出口与燃气提纯设备6流体连通，燃气提纯设备6的纯化燃气出口与脉冲吹灰设备7流体连通，脉冲吹灰设备7的气体出口与生物质直燃锅炉5流体连通。

具体地，进料设备1送料进入炭气联产设备2，炭气联产设备2产生的烟气通入换热器4，通过烟气对流经换热器4的空气进行加热，炭气联产设备2产生的燃气通入燃气净化设备3。高温烟气流经换热器4后排出，排出的烟气通入生物质直燃锅炉5的燃烧腔501，从而确保烟气中的可燃物充分燃烧。被换热器4加热的空气通入锅炉鼓风机13，进入锅炉鼓风机13的热空气被输送至生物质直燃锅炉5的空预器503，从而避免空预器503低温腐蚀。其中，外部空气与换热器4加热后的空气在锅炉鼓风机13进气口处混合，混合后的空气温度为20℃～50℃。此外，炭气联产设备2产生的燃气经燃气净化设备3净化处理，净化处理后的燃气送至生物质直燃锅炉5中，利用燃气中的还原性气体，降低锅炉烟气中氮氧化物浓度。脉冲吹灰设备7将高速脉冲烟气喷至生物质直燃锅炉5的过热器、省煤器或空预器503，减少锅炉积灰，从而减缓锅炉低温腐蚀。

在本发明实施例中，燃气净化设备3的燃气出口与生物质直燃锅炉5的燃烧腔501流体连通。

具体的，燃气净化设备3处理后的燃气通入生物质直燃锅炉5的燃烧腔501，利用燃气中的还原性气体，降低燃烧腔501所产生的氮氧化物浓度。

进一步的，燃气净化设备3的燃气出口与燃烧腔501的燃尽区连通；

换热器4的烟气出口与燃烧腔501的高温燃烧区连通。

具体的，经燃气净化设备3净化处理后的燃气在燃烧腔501的燃尽区进行燃烧放热，经换热器4换热后的烟气通入燃烧腔501的高温燃烧区，实现烟气中可燃物的燃尽。

进一步的，燃气净化设备3的燃气出口与炭气联产设备2的加热腔体201流体连通。采用净化后的燃气作为加热腔体201的加热燃料，无需外部供能。

进一步的，燃气提纯设备6的杂质气体出口与生物质直燃锅炉5的燃烧腔501流体连通。将杂质气体通入燃烧腔501，混合在杂质气体中的可燃物在燃烧腔501内充分燃烧。

进一步的，生物质直燃锅炉5的受热器件502的蒸汽出口与汽轮机8流体连通，汽轮机8与发电机9传动连接。

具体的，受热器件502包括：过热器、水冷壁和省煤器，受热器件502受热产生水蒸气，水蒸气通入汽轮机8，通过汽轮机8驱动发电机9从而实现发电。

进一步的，生物质直燃锅炉5、烟气处理设备10、引风机11和烟囱12依次流体连通。其中，生物质直燃锅炉5的烟道与引风机11流体连通，引风机11的出气口与烟囱12流体连通。

具体的，生物质直燃锅炉5内产生的烟气经引风机11驱动排入烟囱12中，烟气经烟囱12的顶部开口排出。生物质直燃锅炉5与引风机11之间设有烟气处理设备10，烟气处理设备10包括：脱硫脱硝装置和除尘装置，烟气依次流经脱硫脱硝装置和除尘装置，从而减少污染物排放量。

进一步的，炭气联产设备2的底部连接有炭冷却设备，炭气联产设备2制成的生物炭进入炭冷却设备中，炭冷却设备对生物炭进行冷却降温。

进一步的，换热器4的空气入口与补充风机流体连通，补充风机可抽吸外部空气，外部空气通入换热器4，并在换热器4中被加热。

实施例二

如图1所示，本发明实施例提供的生物质发电方法采用实施例一提供的生物质炭气联产耦合生物质发电系统，且包括以下步骤：

将生物质送入炭气联产设备2中，生物质发生热解炭化反应并转化形成生物炭和可燃气体，将可燃气体通入燃气净化设备3进行净化；

净化后的洁净气体分别通入炭气联产设备2的加热腔体201、生物质直燃锅炉5的燃烧腔501和燃气提纯设备6中。燃气在炭气联产设备2的加热腔体201和生物质直燃锅炉5的燃烧腔501中燃烧放热；燃气在燃气提纯设备6中完成提纯，产生的纯化气体通入脉冲吹灰设备7，在脉冲吹灰设备7中燃烧后喷入生物质直燃锅炉5相应位置；燃气提纯设备6产生的杂质气体送入生物质直燃锅炉5燃烧腔501进行燃尽；

将炭气联产设备2的加热腔体201中排出的高温烟气通入换热器4，以对空气进行加热，通过锅炉鼓风机13将加热后的空气通入生物质直燃锅炉5的空预器503；完成换热后的烟气送入生物质直燃锅炉5的燃烧腔501燃尽。

在本发明实施例中，自燃气净化设备3通入燃烧腔501的燃气燃烧空气分配系数小于1。

换热器4烟气出口的烟气温度在250℃～450℃之间，换热器4烟气出口的烟气携带的热量大于550kcal/nm³，燃气在炭气联产设备2的腔体中未完全燃烧，且燃气携带一定热量，以避免烟气对生物质直燃锅炉5的燃烧温度产生过大的影响。炭气联产设备2的碳化温度为400℃～900℃，通入空预器503的空气温度低于40℃，充分利用了烟气的热量，且可以避免空预器503低温腐蚀。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。