生物质与燃煤锅炉耦合发电系统及其发电量计算方法与流程

1.本发明属于生物质耦合燃煤发电领域，特别涉及生物质与燃煤锅炉耦合发电系统及其发电量计算方法。


背景技术：

2.随着全球对温室气体排放控制的日益关注，燃煤发电机组作为主要的co2排放源，为应对未来的碳达峰、碳中和目标，需要减少化石能源消耗，未来燃煤电厂将面临着碳减排和发电成本高的双重压力，对燃煤发电机组进行燃料替代将成为未来火电转型发展技术方向之一。
3.生物质作为一种自然界中以co2为载体，循环再生的能源物质，可以替代部分化石能源的使用，生物质以气体燃料、液体燃料和固体燃料等三种主要的利用形态方式存在，已经得到了人们的广泛使用，大力开发利用生物质，可以减少化石能源的消耗，降低化石能源燃烧所导致的co2排放量。
4.对于燃煤火电机组，为了减少co2排放量，在相同发电量的前提下，可通过燃烧低碳或者零碳燃料降低锅炉烟气中的co2排放量，还有一种方式是在锅炉尾部增加碳捕集装置，比如ccs/ccus装置，吸收烟气中的全部或者部分co2，将co2捕集下来后再进行封存或者利用，从而减少锅炉烟气对外的co2排放量。目前，采用掺烧生物质燃料降低燃煤消耗量是一种技术可行、经济合理的解决途径，已经在行业内进行多种技术路线的试验和示范，达到了预期的技术效果。
5.生物质耦合燃煤发电技术方式主要有三种：第一种是蒸汽侧耦合，将生物质锅炉产生的蒸汽与燃煤机组蒸汽进行耦合，根据不同的蒸汽参数，在燃煤发电机组中对应蒸汽参数的位置将生物质锅炉所产生的蒸汽混合接入，通过常规的燃煤发电机组和热力系统进行发电；第二种是烟气侧耦合，将生物质燃料在气化炉中先进行气化，转化为高温燃气经过除尘和降温后，再通过引风机将燃气送入到燃煤炉膛中，与煤粉耦合一起在炉膛中燃烧；第三种是燃料侧耦合，将生物质燃料通过制粉系统研磨后，形成生物质粉末，送入到特殊的燃烧器，喷入炉膛与煤粉耦合一起在炉膛中进行燃烧。
6.现有技术存在以下缺点：对于第一种技术，生物质锅炉受制于燃料收集量，一般容量较小，所产生的蒸汽参数较低，只能与汽轮机侧对应较低参数的蒸汽进行耦合，导致生物质锅炉所产生的蒸汽发电效率较低，并且随着机组在负荷变化情况下，容易出现生物质锅炉参数与汽轮机对应耦合点蒸汽参数不匹配的问题，造成能量损失或者无法运行，需要对生物质锅炉的蒸汽参数与燃煤发电机组的参数进行同步调节，实现难度较大。对于第二种技术，将生物质先气化，存在着气化热损失，并且气化过程较难控制，对燃料的适应性较差等技术难题，，生物质气化后所生成的合成气主要成分为h2和co，容易发生爆炸危险，并且气化过程中所产生的焦油，比较难以处理，对后续的计量装置和管道运行造成负面影响，需要特别考虑和解决。而第三种技术，将生物质燃料送入到特制制粉系统进行研磨制粉，由于生物质燃料中的纤维素、半纤维素等成分存在较强韧性，不容易磨碎，并且生物质燃料在制
粉过程中容易析出挥发分，在研磨过程中易发生着火或者爆炸事故，并且与生物质制粉系统附属的料仓等部位也容易发生堆积发热造成事故，第三种技术还存在一个难题在于计量困难，无法实时地计量出耦合过程中送入到煤粉炉膛中的生物质燃料发热量，无法准确对生物质发电的电量进行电价附加补贴。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本发明提供了一种生物质与燃煤锅炉耦合发电系统及其发电量计算方法，其主要目的就是将生物质燃料送入到绝热型的生物质炉膛内进行燃烧，燃烧后所产生的高温烟气再送入到燃煤锅炉炉膛内，通过测量烟气流量、温度和成分可以实时计算出送入到燃煤炉膛内的生物质发热量，从而得到生物质耦合发电所占电量份额和发电量。通过将生物质燃料(散料形式或颗粒燃料)送入到生物质绝热炉膛中，经过燃烧后产生高温烟气，通过控制高温烟气的含氧量，控制炉膛内的燃烧温度，将所产生的高温烟气，送入到燃煤锅炉炉膛中，与煤粉一起分级燃烧和实现煤粉炉膛内的nox还原反应，从而减少煤粉锅炉的燃料消耗量和降低nox生成浓度。利用生物质绝热炉膛产生的高温烟气成分和烟气温度，计算出高温烟气对应的焓值，与煤粉锅炉的排烟温度作为计算基准，可以实时地计算出送入煤粉炉膛内的生物质燃烧热量。
8.本发明采用的技术方案如下：一种生物质与燃煤锅炉耦合发电系统，所述系统包括依次相连的生物质炉膛、旋风除尘器、高温烟气测量装置、煤粉炉膛和空气预热器，所述煤粉炉膛包括主燃烧器、高温烟气燃烧器和分离燃尽风燃烧器；所述高温烟气燃烧器布置在所述主燃烧器和所述分离燃尽风燃烧器之间；或所述高温烟气燃烧器布置在所述主燃烧器区域。
9.进一步地，所述高温烟气测量装置包括依次相连的烟气取样装置、烟气预处理装置以及烟气流量和温度及成分测量装置；所述烟气取样装置布置在生物质锅炉高温烟气出口的通道中。
10.进一步地，所述旋风除尘器内设生物质锅炉飞灰出口、生物质锅炉循环灰出口、生物质锅炉高温含尘烟气入口以及生物质锅炉高温烟气出口；其中，所述生物质锅炉飞灰出口、生物质锅炉循环灰出口均与所述旋风除尘器底部相连；所述生物质锅炉高温含尘烟气入口与所述旋风除尘器入口相连；所述生物质锅炉高温烟气出口与高温烟气测量装置相连。
11.进一步地，所述生物质炉膛分别与生物质料仓和送风装置相连，且生物质炉膛内设有高温含尘烟气出口和生物质锅炉底渣出口。
12.进一步地，所述送风装置包括依次相连的送风机、关断挡板和调节挡板，且所述送风装置与所述生物质炉膛底部相连。
13.进一步地，所述送风装置包括依次相连的热一次风温度测量装置、热一次风流量测量装置、关断挡板和调节挡板，所述送风装置出口与生物质炉膛底部相连，所述送风装置入口与燃煤锅炉热一次风出口相连；所述燃煤锅炉热一次风出口与空气预热器相连。
14.进一步地，锅炉出口低温烟气测量装置布置在空气预热器出口的烟道上。
15.本发明还提供一种上述生物质与燃煤锅炉耦合发电系统的发电量计算方法，耦合
发电系统生物质发电量其中，w1为耦合发电系统在时间区间[t1，t2]内的生物质发电量；生物质燃烧产生的热量发电功率为pb＝q/qb*pe；pe为生物质与燃煤锅炉耦合发电系统的总发电功率；q为生物质燃烧后高温烟气被煤粉炉膛所吸收的热量；qb为燃煤炉膛整体吸热量。
[0016]
进一步地，生物质燃烧后高温烟气被煤粉炉膛所吸收的热量q的计算公式为：
[0017]
q＝v*[(h(t1，n2)-h(t2，n2))*γ
n2
(h(t1，o2)-h(t2，o2))*γ
o2
(h(t1，co2)-h(t2，co2))*γ
co2
(h(t1，h2o)-h(t2，h2o))*γ
h2o
]，
[0018]
其中，h(t1，n2)、h(t1，o2)、h(t1，co2)、h(t1，h2o)分别为n2、o2、co2、h2o在t1温度下的单位体积焓；h(t2，n2)、h(t2，o2)、h(t2，co2)、h(t2，h2o)分别为n2、o2、co2、h2o在t2温度下的单位体积焓；γ
n2
、γ
o2
、γ
co2
、γ
h2o
分别为高温烟气中n2、o2、co2、h2o对应的体积百分比；
[0019]
t1为进入煤粉炉膛的高温烟气温度，t2为空气预热器出口烟气温度；v为高温烟气体积流量。
[0020]
进一步地，燃煤炉膛整体吸热量qb的计算公式为：
[0021]
qb＝m
fw
*(h
st-h
fw
) m
rh
*(h
rho-h
rhi
) m
gj
*(h
st-h
gj
) m
rj
*(h
rho-h
rj
)，
[0022]
其中，m
fw
为给水的流量；h
st
为过热蒸汽出口的单位质量焓；h
fw
为给水的单位质量焓；m
rh
为再热蒸汽的入口流量；h
rho
为再热蒸汽出口的单位质量焓；h
rhi
为再热蒸汽入口的单位质量焓；m
gj
为过热器减温水的流量；h
gj
为过热器减温水的单位质量焓；m
rj
为再热器减温水的流量；h
rj
为再热器减温水的单位质量焓。
[0023]
进一步地，耦合发电系统中燃煤发电量为其中，w2为耦合发电系统在时间区间[t1，t2]内的燃煤发电量；pc为燃煤炉膛中煤粉燃烧产生的热量发电功率，pc＝(1-q/qb)*pe。
[0024]
本发明还提供了上述生物质与燃煤锅炉耦合发电系统的另一种发电量计算方法，耦合发电系统生物质发电量pb＇为生物质燃烧产生的热量发电功率，pb＇＝q＇/qb＊pe；其中，pe为生物质与燃煤锅炉耦合发电系统的总发电功率；q＇为生物质燃烧后高温烟气被煤粉炉膛所吸收的热量；qb为燃煤炉膛整体吸热量。
[0025]
进一步地，生物质燃烧后高温烟气被煤粉炉膛所吸收的热量q＇的计算公式为：
[0026]
q＇＝v*[(h(t1，n2)-h(t2，n2))*γ
n2
(h(t1，o2)-h(t2，o2))*γ
o2
(h(t1，co2)-h(t2，co2))*γ
co2
(h(t1，h2o)-h(t2，h2o))*γ
h2o
]-v0*(h(t3，n2)*0.79 h(t3，o2)*0.21)；
[0027]
其中，h(t1，n2)、h(t1，o2)、h(t1，co2)、h(t1，h2o)分别为n2、o2、co2、h2o在t1温度下的单位体积焓；h(t2，n2)、h(t2，o2)、h(t2，co2)、h(t2，h2o)分别为n2、o2、co2、h2o在t2温度下的单位体积焓；h(t3，n2)、h(t3，o2)分别n2、o2在t3温度下的单位体积焓；γ
n2
、γ
o2
、γ
co2
、γ
h2o
分别为高温烟气中n2、o2、co2、h2o对应的体积百分比；
[0028]
t1为进入煤粉炉膛的高温烟气温度，t2为空气预热器出口烟气温度；t3为热一次风温度；v为高温烟气体积流量；v0为空气预热器出口分流到生物质炉膛的热一次风体积流量。
[0029]
进一步地，燃煤炉膛整体吸热量qb的计算公式为：qb＝m
fw
*(h
st-h
fw
) m
rh
*(h
rho-h
rhi
) m
gj
*(h
st-h
gj
) m
rj
*(h
rho-h
rj
)
[0030]
其中，m
fw
为给水的流量；h
st
为过热蒸汽出口的单位质量焓；h
fw
为给水的单位质量焓；m
rh
为再热蒸汽的入口流量；h
rho
为再热蒸汽出口的单位质量焓；h
rhi
为再热蒸汽入口的单位质量焓；m
gj
为过热器减温水的流量；h
gj
为过热器减温水的单位质量焓；m
rj
为再热器减温水的流量；h
rj
为再热器减温水的单位质量焓。
[0031]
进一步地，耦合发电系统中燃煤发电量为其中，w4为耦合发电系统在时间区间[t1，t2]内的燃煤发电量；pc＇为燃煤炉膛中煤粉燃烧产生的热量发电功率，pc＇＝(1-q＇/qb)*pe。
[0032]
与现有技术相比，本发明可以克服现有技术三种方案所存在的技术难题，并且对生物质燃料的适应性比较广泛，热力系统简单，运行和控制调节方式简易，计量直观，可以准确获得耦合发电的补贴电价。本发明设计的一种生物质与燃煤锅炉耦合发电系统及其发电量计算方法，具有以下有益效果：
[0033]
1)热力系统简单，易于实现，与存量的燃煤锅炉耦合一起发电技术可行，生物质燃烧与燃煤燃烧在两个独立的炉膛内进行，降低了两者燃烧耦合性，提升整体系统运行的灵活性；
[0034]
2)通过检测生物质燃料燃烧后的高温烟气流量、温度和成分即可利用热力学原理计算出送入煤粉锅炉中的热量，计量简单和精准，可以实时地检测耦合发电系统中生物质输入的能量及对应发电量，获得发电补贴；
[0035]
3)生物质绝热炉膛提升了生物质燃料的适应性，可以燃烧水分、灰分较高的劣质生物质燃料，对燃料的低位热值不敏感；
[0036]
4)通过旋风除尘等措施，将生物质燃烧后的飞灰进行分离，减少送入煤粉炉膛内的飞灰含量，减轻因生物质燃料中的碱金属对高温受热面的影响；
[0037]
5)耦合系统的生物质能源能量利用效率高，中高温的绝热炉膛提升了燃烧效率，减少底渣和飞灰含碳量，所生成的高温烟气经过燃煤锅炉多级受热面冷却降低温度后排出锅炉，系统热效率高于其它方式的生物质耦合发电技术。
[0038]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
[0040]
图1示出了根据本发明第一实施例的独立送风系统的生物质和燃煤锅炉耦合发电系统装置图；
[0041]
图2示出了根据本发明第二实施例的独立送风系统的生物质和燃煤锅炉耦合发电
系统装置图；
[0042]
图3示出了根据本发明第三实施例的非独立送风系统的生物质和燃煤锅炉耦合发电系统装置图；
[0043]
图4示出了根据本发明第四实施例的非独立送风系统的生物质和燃煤锅炉耦合发电系统装置图；
[0044]
图5示出了高温烟气测量装置的示意图。
[0045]
附图标记：1、生物质料仓；2、生物质炉膛；3、旋风除尘器；4、高温烟气测量装置；5、煤粉炉膛；6、主燃烧器；7、高温烟气燃烧器；8、分离燃尽风燃烧器；9、空气预热器；10、锅炉出口低温烟气测量装置；11、关断挡板；12、调节挡板；13、送风机；14、热一次风温度测量装置；15、热一次风流量测量装置；a1、生物质锅炉飞灰出口；a2、生物质锅炉循环灰出口；a3、生物质锅炉底渣出口；a4、生物质锅炉高温含尘烟气出口；a5、生物质锅炉高温烟气出口；a6、燃煤锅炉热一次风出口；4a、烟气取样装置；4b、烟气预处理装置；4c、烟气流量和温度及成分测量装置。
具体实施方式
[0046]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，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。
[0047]
本发明提供一种生物质与燃煤锅炉耦合发电系统，该系统包括依次相连的生物质炉膛2、旋风除尘器3、高温烟气测量装置4、煤粉炉膛5和空气预热器9，煤粉炉膛5包括主燃烧器6，高温烟气燃烧器7和分离燃尽风燃烧器8。图1和图3中，高温烟气燃烧器7布置在所述主燃烧器6和分离燃尽风燃烧器8之间；图2和图4中，高温烟气燃烧器7布置在主燃烧器6区域。
[0048]
图1至图4中，生物质炉膛2分别与生物质料仓1和送风装置相连，且生物质炉膛2内设有高温含尘烟气出口a4和生物质锅炉底渣出口a3。旋风除尘器3内设生物质锅炉飞灰出口a1、生物质锅炉循环灰出口a2、生物质锅炉高温含尘烟气入口以及生物质锅炉高温烟气出口a5；生物质锅炉飞灰出口a1、生物质锅炉循环灰出口a2均与旋风除尘器3底部相连；生物质锅炉高温含尘烟气入口与旋风除尘器3入口相连；生物质锅炉高温烟气出口a5与高温烟气测量装置4相连。空气预热器9与锅炉出口低温烟气测量装置10相连，锅炉出口低温烟气测量装置10布置在空气预热器9出口的烟道上。
[0049]
如图5所示为高温烟气测量装置4的示意图，高温烟气测量装置4有三部分组成，包括依次相连的烟气取样装置4a、烟气预处理装置4b以及烟气流量和温度及成分测量装置4c；烟气取样装置4a布置在生物质锅炉高温烟气出口a5的通道中，用于将高温烟气进行对外抽取和取样。烟气预处理装置4b用于将所抽取的烟气样气进行预处理，进一步进行除尘和保温，确保烟气温度不低于100℃；烟气流量和温度及成分测量装置4c用于对烟气样气进行温度、流量测量及烟气成分分析，烟气成分包括co2、n2、o2和h2o。
[0050]
本发明设计的一种生物质与燃煤锅炉耦合发电系统，其送风装置根据送入生物质炉膛2底部的一次风的来源，可设置两种不同形式的装置，如图1和图2所示，送风装置为独
立送风系统，包括依次相连的送风机13、关断挡板11和调节挡板12，且送风装置与生物质炉膛2底部相连。如图3和图4所示，送风装置为非独立送风系统，包括依次相连的热一次风温度测量装置14、热一次风流量测量装置15、关断挡板11和调节挡板12，送风装置出口与生物质炉膛2底部相连，送风装置入口与燃煤锅炉热一次风出口a6相连；燃煤锅炉热一次风出口a6与空气预热器9热端相连。
[0051]
综上，本发明将生物质燃料送入到绝热的生物质炉膛2内燃烧，通过控制送入炉底的一次风量，控制生物质炉膛2出口的高温烟气温度和含氧量，从生物质炉膛2生成的高温烟气先经过旋风除尘器3进行净化，净化后的烟气送入到煤粉炉膛5中。根据高温烟气燃烧器7喷口位置不同，分为两种方式：第一种方式将高温烟气燃烧器7布置在主燃烧器6和分离燃尽风燃烧器8之间，第二种方式将高温烟气燃烧器7布置在主燃烧器6中间区域。
[0052]
送入生物质炉膛2底部的一次风，根据来源不同，分为两种方式：第一种设置独立的送风系统，通过送风机13将冷风增压后送入到生物质炉膛2底部，通过调节挡板12进行风量调节，用于控制生物质炉膛2内的生物质燃料燃烧和控制出口高温烟气温度；第二种方式是将燃煤锅炉空气预热器9出口的热一次风分流一部分，送入到生物质炉膛2底部，作为生物质炉膛2燃烧的热风。第一种方式的优点在于生物质燃烧与煤粉炉膛5燃烧之间关联程度降低，负荷调节不相互干扰，有利于实现两个系统的独立和稳定运行，生物质炉膛2送风压力和流量需求可以灵活调节；第二种方式节省了送风机13的配置，送入生物质炉膛2的送风经过空气预热器9加热后温度较高，有利于生物质在生物质炉膛2内的燃烧，但是为了保持高温烟气温度，需要较多流量的热一次风来冷却烟气。
[0053]
生物质炉膛2的底部设置有生物质锅炉底渣出口a3，将绝热燃烧后的生物质所形成的大渣排出炉膛，在生物质炉膛2上部出口设置有旋风除尘器3，对生物质燃烧后生成的高温烟气进行除尘净化，然后经过高温烟气测量装置4后，将高温烟气送入到燃煤炉膛5中。被旋风除尘器3捕捉下来的飞灰，根据含碳量高低进行处理，若飞灰含碳量较高(例如飞灰含碳量大于1％)时，将飞灰全部或者部分到生物质炉膛2中继续参与循环燃烧，进一步降低含碳量；当含碳量较低(例如飞灰含碳量小于或等于1％)时，直接将飞灰排放，离开系统，送入到飞灰收集装置中去。
[0054]
上述的生物质炉膛2为绝热炉膛，内部砌有耐火材料，没有冷却装置和系统，确保生物质在其中充分的燃烧，并生成高温烟气，生物质燃烧后的底渣通过生物质炉膛底部2的排渣口排出锅炉，生物质燃料从生物质料仓1中经过输送装置送入到生物质炉膛中燃烧，其生物质炉膛2的燃烧形式为炉排、鼓泡床、流化床等形式，燃烧所需要的空气从生物质炉膛2底部送入。
[0055]
上述的高温烟气测量装置，用来检测高温烟气的温度、流量和烟气成分，其中，烟气温度和烟气成分中的o2浓度还将被用来监控生物质炉膛2的燃烧情况及送风量大小。其主要原理为，通过控制送风管道上的调节挡板12，调节送入生物质炉膛2中的送风量，用于生物质燃烧和调节高温烟气温度，在一定生物质燃料投入量的情况下，当增加送风量时，o2浓度增加，烟气温度降低；当减小送风量时，o2浓度降低，烟气温度升高。运行中通过o2浓度作为送风量的粗略调节，烟气温度为精细调节，采用串级控制调节系统对生物质炉膛2的送风量进行调节。
[0056]
下面根据高温烟气燃烧器7布置位置和生物质与燃煤锅炉耦合发电系统中是否设
置独立的送风机13解释图1至图4的四种装置图的工作原理。
[0057]
图3示出了根据本发明第三实施例的非独立送风系统的生物质和燃煤锅炉耦合发电系统装置图，其工作原理为：存储在生物质料仓1中的生物质燃料被送入到生物质炉膛2中，进行绝热燃烧；生成生物质锅炉高温含尘烟气，经生物质锅炉高温含尘烟气出口a4进入到旋风除尘器3中进行高温粉尘分离。在离心力的作用下，生物质锅炉高温含尘烟气净化后成为生物质锅炉高温烟气，经过生物质锅炉高温烟气出口a5，随后进入高温烟气测量装置4，进行烟气流量、温度和成分测量，之后被送入到煤粉炉膛5中。
[0058]
设置在煤粉炉膛5中的高温烟气燃烧器7，布置在主燃烧器6和分离燃尽风燃烧器8之间，生物质锅炉高温烟气通过高温烟气燃烧器7，送入到煤粉炉膛5内与主燃烧器6中的煤粉一起在煤粉炉膛5中燃烧和掺混，并且可以降低主燃烧器6区域的燃烧温度，较低含氧量的生物质高温烟气的温度低于煤粉炉膛中央火焰温度，可以有效地降低煤粉燃烧中产生的nox排放。
[0059]
被旋风分离器3分离下来的高温飞灰，根据其中含碳量大小，确定流向，当含碳量较低时，比如低于或等于1％，生物质锅炉飞灰经生物质锅炉飞灰出口a1离开系统；当含碳量较高比如大于1％时，旋风分离器分离下来的飞灰经生物质锅炉循环灰出口a2进入到生物质炉膛2中，再次经过燃烧，进一步降低含碳量；生物质锅炉底渣出口a3布置在生物质炉膛2的底部，将生物质炉膛2内生物质燃烧形成的大渣对外排放。
[0060]
空气预热器9热端出口的燃煤锅炉热一次风分流一部分，依次经过热一次风温度测量装置14和热一次风流量测量装置15，进行热风温度测量和分流热一次风流量的测量后，再依次经过关断挡板11和调节挡板12后，所分流的热一次风被送入到生物质炉膛2底部，用作生物质燃料在炉膛内的燃烧和高温烟气的冷却用风。
[0061]
在空气预热器9冷端烟气通道上布置锅炉出口低温烟气测量装置10，用来检测锅炉出口的烟气温度，并作为计算生物质高温烟气进入煤粉炉膛5的热量计算基准。通过热力计算方法，可以实时地检测和计量送入煤粉炉膛5中的生物质热量，从而可以精准计量出耦合发电系统中生物质所发出的电功率和发电量。
[0062]
图4示出了根据本发明第四实施例的非独立送风系统的生物质和燃煤锅炉耦合发电系统装置图，该装置与图3的差别之处在于高温烟气燃烧器7的布置位置位于主燃烧器6区域，将生物质炉膛2产生的高温烟气送入到主燃烧器6中间位置，其优点在于可以适应煤粉炉膛5在不同负荷下的燃烧工况要求，生物质锅炉高温烟气可以有效地降低主燃烧器6区域的燃烧温度，实现煤粉的分级燃烧，降低煤粉燃烧过程的产生的nox。其它热力系统装置连接关系及功能、作用、工作原理与图3相同，不再赘述。
[0063]
图1示出了根据本发明第一实施例的独立送风系统的生物质和燃煤锅炉耦合发电系统装置图；该装置与图3的差别之处在于设立了独立的生物质锅炉送风系统，不再采用煤粉炉膛5的热一次风分流，而是设置独立的送风机13，将冷风增压后，依次经过关断挡板11和调节挡板12，送入到生物质炉膛2的底部；另外计算进入煤粉炉膛5中的生物质热量计算方法不同于图3中装置的计算方法，需要通过高温烟气测量装置4和锅炉出口低温烟气测量装置10，即可计算出对应的热量及份额，同时计算出耦合系统中生物质的发电功率和发电电量。
[0064]
图2示出了根据本发明第二实施例的独立送风系统的生物质和燃煤锅炉耦合发电
系统装置图；该装置的生物质热量计算方法、耦合系统中生物质的发电功率和发电电量与图1中的装置原理相同，不再赘述。
[0065]
上述不同形式的装置图的热量计量的基本原理如下：
[0066]
对于独立送风系统的装置，如图1和图2所示，进入煤粉炉膛5的生物质锅炉高温烟气温度为t1，单位为℃；生物质锅炉高温烟气体积流量为v，单位为nm3/s；生物质锅炉高温烟气的主要成分为n2、o2、co2、h2o，对应的体积百分比分别为γ
n2
、γ
o2
、γ
co2
、γ
h2o
，均由高温烟气测量装置4测量得到。空气预热器9出口低温烟气温度为t2，单位为℃，由锅炉出口低温烟气测量装置10测量得到。t1温度下的高温烟气对应总焓h
t1
是由烟气中不同成分(n2、o2、co2、h2o)对应总焓之和，其中n2、o2、co2、h2o单位体积焓分别为h(t1，n2)、h(t1，o2)、h(t1，co2)、h(t1，h2o)，单位为kj/nm3，则t1温度下的高温烟气对应的总焓为：
[0067]ht1
＝v＊(h(t1，n2)＊γ
n2
h(t1，o2)＊γ
o2
h(t1，co2)＊γ
co2
h(t1，h2o)＊γ
h2o
) (1)
[0068]
其中，h
t1
为高温烟气在t1温度下对应的总焓，单位为kw；v为高温烟气的体积流量，单位为nm3/s；h(t1，n2)、h(t1，o2)、h(t1，co2)、h(t1，h2o)分别为n2、o2、co2、h2o在t1温度下的单位体积焓，单位为kj/nm3；γ
n2
、γ
o2
、γ
co2
、γ
h2o
分别为生物质锅炉高温烟气中n2、o2、co2、h2o对应的体积百分比。
[0069]
同样，锅炉排烟t2温度下的低温烟气对应总焓为h
t2
，则：
[0070]ht2
＝v＊(h(t2，n2)＊γ
n2
h(t2，o2)＊γ
o2
h(t2，co2)＊γ
co2
h(t2，h2o)＊γ
h2o
) (2)
[0071]
其中，h
t2
为低温烟气在t2温度下对应的总焓，单位为kw；v为高温烟气的体积流量，单位为nm3/s；h(t2，n2)、h(t2，o2)、h(t2，co2)、h(t2，h2o)分别为n2、o2、co2、h2o在t2温度下的单位体积焓，单位为kj/nm3；γ
n2
、γ
o2
、γ
co2
、γ
h2o
分别为生物质锅炉高温烟气中n2、o2、co2、h2o对应的体积百分比。
[0072]
生物质燃烧后高温烟气被煤粉炉膛5所吸收的热量为q，单位为kw；其计算公式为：
[0073]
q＝h
t1
－h
t2
＝v＊[(h(t1，n2)－h(t2，n2))＊γ
n2
(h(t1，o2)－h(t2，o2))＊γ
o2
(h(t1，co2)－h(t2，co2))＊γ
co2
(h(t1，h2o)－h(t2，h2o))＊γ
h2o
](3)
[0074]
对于上述公式(3)，h(t2，n2)、h(t2，o2)、h(t2，co2)、h(t2，h2o)和h(t1，n2)、h(t1，o2)、h(t1，co2)、h(t1，h2o)只与烟气温度t2，t1及烟气成分有关系。因此，只要测量出高温烟气流量v、高温烟气温度t1、低温烟气温度t2和不同烟气成分体积百分比，即可实时地计算出燃煤炉膛5所吸收的生物质热量q。
[0075]
对于非独立送风系统的装置，如图3和图4所示，空气预热器9出口分流到生物质炉膛2的热一次风体积流量为v0，单位为nm3/s，热一次风温度为t3，单位为℃。t3温度下的热一次风总焓为h
t3
，其计算方法为：
[0076]ht3
＝v0＊(h(t3，n2)＊0.79 h(t3，o2)＊0.21)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0077]
其中，h(t3，n2)、h(t3，o2)分别n2、o2在t3温度下的单位体积焓，kj/nm3；v0为空气预热器9出口分流到生物质炉膛2的热一次风体积流量，nm3/s；进入煤粉炉膛5的高温烟气温度为t1，单位为℃；烟气体积流量为v，单位为nm3/s；高温烟气的主要成分为n2、o2、co2、h2o，对应的体积百分比分别为γ
n2
、γ
o2
、γ
co2
、γ
h2o
，空气预热器9出口烟气温度为t2，单位为℃。
[0078]
生物质燃烧后高温烟气被煤粉锅炉所吸收的热量为q＇，单位为kw：
[0079]
q＇＝h
t1
－h
t2
－h
t3
＝v＊[(h(t1，n2)－h(t2，n2))＊γ
n2
(h(t1，o2)－h(t2，o2))＊γ
o2
(h(t1，co2)－h(t2，co2))＊γ
co2
(h(t1，h2o)－h(t2，h2o))＊γ
h2o
]－v0＊(h(t3，n2)＊0.79 h(t3，o2)＊0.21)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0080]
对于上述公式(5)，h(t2，n2)、h(t2，o2)、h(t2，co2)、h(t2，h2o)和h(t1，n2)、h(t1，o2)、h(t1，co2)、h(t1，h2o)、h(t3，n2)、h(t3，o2)只与烟气温度t2，t1，t3及烟气成分有关系，因此，只要测量出高温烟气流量v、分流热一次风流量v0、高温烟气温度t1、低温烟气温度t2、热一次风温度t3和不同烟气成分体积百分比，即可实时地计算出燃煤炉膛5所吸收的生物质热量q＇。
[0081]
图1至图4生物质与燃煤锅炉耦合发电系统中，燃煤炉膛5的整体吸热量为qb，其计算公式为：
[0082]
qb＝m
fw
*(h
st-h
fw
) m
rh
*(h
rho-h
rhi
) m
gj
*(h
st-h
gj
) m
rj
*(h
rho-h
rj
) (6)
[0083]
其中，m
fw
为给水的流量，单位为kg/s；h
st
为过热蒸汽出口的单位质量焓，单位为kj/kg；h
fw
为给水的单位质量焓，单位为kj/kg；m
rh
为再热蒸汽的入口流量，单位为kg/s；h
rho
为再热蒸汽出口的单位质量焓，单位为kj/kg；h
rhi
为再热蒸汽入口的单位质量焓，单位为kj/kg；m
gj
为过热器减温水的流量，单位为kg/s；h
gj
为过热器减温水的单位质量焓，单位为kj/kg；m
rj
为再热器减温水的流量，单位为kg/s；h
rj
为再热器减温水的单位质量焓，单位为kj/kg。
[0084]
对于大型燃煤锅炉，燃煤炉膛5一般包括水冷壁、过热器、再热器和省煤器四大结构部件，给水进入锅炉后，先进入省煤器中吸收锅炉尾部烟气的热量，升高温度后的给水进入到汽包中，汽包作为汽水结合部件，将水冷壁中产生的汽水混合物进行分离，饱和水和省煤器出口的给水混合后继续进入水冷壁中循环加热，吸收炉膛内部辐射热量，进行蒸发；饱和蒸汽经过汽包内部的汽水分离后进入到过热器中，进行加热成符合汽轮机要求的过热蒸汽，然后进入汽轮机高压缸膨胀做功，从高压缸排出温度和压力降低后的蒸汽再次进入到锅炉再热器中，吸收热量后，产生符合要求的再热蒸汽，进入汽轮机的中压缸和低压缸进行膨胀做功发电。由于锅炉在运行中，为了保持过热蒸汽和再热蒸汽的温度不超限，分别设置了过热减温水和再热减温水，分别利用给水和给水泵抽头部位的减温水对过热蒸汽和再热蒸汽进行喷水减温，使其达到设计温度。
[0085]
因此，图1和图2所示生物质和燃煤锅炉耦合发电系统中由生物质燃烧产生的热量所产生的发电功率pb计算公式为：
[0086]
pb＝q/qb＊peꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0087]
其中，pe为耦合发电系统的总发电功率，单位为kw；pb为生物质的发电功率，单位为kw；
[0088]
燃煤炉膛5中由煤粉燃烧产生的热量所产生的发电功率pc的计算公式为：
[0089]
pc＝pe－pb＝(1－q/qb)＊peꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0090]
图3和图4所示生物质和燃煤锅炉耦合发电系统中由生物质燃烧产生的热量所产生的发电功率pb＇计算公式为：
[0091]
pb＇＝q＇/qb＊peꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0092]
其中，pe为耦合发电系统的总发电功率，单位为kw；pb＇为生物质的发电功率，单位为kw；
[0093]
燃煤炉膛5中由煤粉燃烧产生的热量所产生的发电功率pc＇的计算公式为：
[0094]
pc＇＝pe－pb＇＝(1－q＇/qb)＊peꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0095]
通过计算公式(1)-(10)，可以实时地计算出耦合发电系统中生物质发电功率和燃煤发电功率，通过对公式(7)、(9)或者(8)、(10)进行时间积分：
[0096][0097]
其中p为pb或者pb＇时，w为耦合发电系统在时间区间[t1，t2]内的生物质发电量，单位为kwh；当p为pc或者pc＇时，w为耦合发电系统在时间区间[t1，t2]内的燃煤发电量，单位为kwh。
[0098]
综上，本发明通过设置单独燃烧生物质的炉膛，将生物质燃料燃烧生成高温烟气，经过除尘后，清洁的高温烟气经过计量和成分分析后，送入燃煤锅炉炉膛中，与煤粉一起在煤粉炉膛中进行燃烧，煤粉锅炉由于输入生物质燃烧所形成的高温烟气，可以减低燃煤的消耗量。生物质高温烟气通过煤粉锅炉的各级受热面降温冷却后，最后通过空气预热器排出锅炉，通过测量送入煤粉炉膛内的烟气流量、温度和烟气成分及空气预热器出口烟气温度，可以实时计算出送入煤粉炉膛内的热量，从而可以计算出生物质耦合发电的发电量。
[0099]
尽管参照前述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精神和范围。