【CN109705921A】高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统及提高生物质燃气品质的方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910141662.3(22)申请日 2019.02.26(71)申请人 哈尔滨锅炉厂有限责任公司地址 150046 黑龙江省哈尔滨市香坊区三大动力路309号(72)发明人 于强 徐彦辉 韩升利 于景泽 殷亚宁 佟力 (74)专利代理机构 哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙) 23209代理人 陈润明(51)Int.Cl.C10J 3/56(2006.01)C10J 3/72(2006.01)C10J 3/84(2006.01) (54)发明名称高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统及提高生物质燃气品质的方法(57)摘要一种高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统及提高生物质燃气品质的方法属于可再生能源领域；现有生物质有效利用率较低；系统包括循环流化床气化炉与给料系统连通，循环流化床气化炉通过管道与送风机连通，循环流化床气化炉通过辅汽管道与电厂辅汽联箱连通，辅汽管道设置有阀组，且靠近循环流化床气化炉；循环流化床气化炉与旋风分离器连通，旋风分离器通过管道与旋风除尘器连通，旋风除尘器通过管道与燃气换热器连通，燃气换热器通过管道与燃气燃烧器连通，燃气燃烧器连通燃煤锅炉；提高了生物质有效利用率；方法包括高效利用水蒸气，实现生物质的空气-水蒸气气化，保证最佳气化效果，解决了耦合系统中生物质气化燃气品质低的
问题。
权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 109705921 A2019.05.03
CN 109705921
A1.一种高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统，其特征在于，包括循环流化床气化炉(1)、电厂辅汽联箱(2)、阀组(3)、辅汽管道(4)、旋风除尘器(5)、燃气换热器(6)、燃气燃烧器(7)、燃煤锅炉(8)和送风机(9)；所述循环流化床气化炉(1)的进料口与给料系统的出料口连通，所述循环流化床气化炉(1)的第一进气口通过管道与送风机(9)连通，所述循环流化床气化炉(1)的第二进气口通过辅汽管道(4)与电厂辅汽联箱(2)的输出口连通，所述辅汽管道(4)设置有阀组(3)，且靠近循环流化床气化炉(1)的第二进气口；所述循环流化床气化炉(1)的上输出口和下输入口分别与旋风分离器连通，所述旋风分离器的输出口通过管道与旋风除尘器(5)的输入口连通，所述旋风除尘器(5)的输出口通过管道与燃气换热器(6)的输入口连通，所述燃气换热器(6)的输出口通过管道与燃气燃烧器(7)的输入口连通，所述燃气燃烧器(7)输出口连通燃煤锅炉(8)的输入口。2.根据权利要求1所述一种高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统，其特征在于，所述给料系统包括储料场和生物质料仓；所述储料场的出料口通过传输带与生物质料仓的进料口连通，所述生物质料仓的出料口通过管道与循环流化床气化炉(1)的进料口连通。3.根据权利要求1所述一种高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统，其特征在于，还包括灰仓，所述灰仓的进灰口通过管道与旋风除尘器(5)的出灰口连通。4.根据权利要求1所述一种高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统，其特征在于，所述各路管道均设置有阀门。5.根据权利要求1所述一种高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统，其特征在于，还包括流量测量装置(10)；所述流量测量装置(10)设置在辅汽管道(4)，且靠近循环流化床气化炉(1)的第二进气口的方向。6.根据权利要求1所述一种高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统，其特征在于，还包括加热装置(11)，所述加热装置(11)设置在辅汽管道(4)，且靠近循环流化床气化炉(1)的第二进气口的方向。7.一种基于权利要求1所述一种高效生物质气化耦合燃煤锅炉发电系统实现的提高生物质燃气品质的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、开启循环流化床气化炉(1)、电厂辅汽联箱(2)、旋风除尘器(5)、燃气换热器(6)、燃气燃烧器(7)、燃煤锅炉(8)、送风机(9)和给料系统；步骤b、通过给料系统向循环流化床气化炉(1)内输送生物质原料，同时通过送风机(9)向循环流化床气化炉(1)输送空气，通过电厂辅汽联箱(2)产生水蒸气，由辅汽管道(4)输送，通过阀组(3)包含的减压阀减压后，输送至循环流化床气化炉(1)；步骤c、循环流化床气化炉(1)内根据所述空气、水蒸气及生物质原料，完成空气-水蒸气气化，产出生物质燃气；步骤d、携带飞灰颗粒及焦油气的高温生物质燃气依次经过旋风分离器、旋风除尘器(5)及燃气换热器(6)，脱除飞灰颗粒，并降低高温生物质燃气温度；通过燃气换热器(6)后的低温生物质燃气经管道，直接经燃气燃烧器(7)喷入燃煤锅炉(8)炉膛进行燃烧放热，引用热二次风做助燃剂；步骤e，重复步骤b至步骤d，直到关闭循环流化床气化炉(1)、电厂辅汽联箱(2)、旋风除尘器(5)、燃气换热器(6)、燃气燃烧器(7)、燃煤锅炉(8)、送风机(9)和给料系统。8.根据权利要求7所述一种提高生物质燃气品质的方法，其特征在于，
所述降温后的生权 利 要 求 书1/2页
2CN 109705921 A
燃煤循环流化床锅炉改烧生物质燃料的改造方案
燃煤循环流化床锅炉改烧生物质燃料的改造方案
摘要：与其它固体燃料炉相比，循环流化床燃烧技术已相当成熟，具有锅炉热效率高、燃料适应性强、环保性能好、灰渣易综合利用等优点。为了建设环境友好型社会，国家加大了环境保护力度，改善了生态环境。小型燃煤锅炉已逐步淘汰。许多城市甚至“禁止使用煤炭”。企业为了生存，必然要对现有的锅炉设备或天然气锅炉项目进行改造或改造。大力发展生物质燃料及其燃烧技术，对优化我国能源结构、减少环境污染、促进经济可持续发展具有重要意义。本文介绍了将燃煤流化床锅炉改造为生物质流化床锅炉的方法。
关键词：燃煤；循环流化床锅炉；生物质燃料；改造方案
1概述
该锅炉原设计为热汽联产燃煤循环流化床合成锅炉，采用大容积的炉膛设计，下部卫燃带较高，保证了燃料燃烧温度和燃烬时间。
炉膛下部中下部为盘管，上部为水冷壁管，保证整个炉膛温度均匀。合适的给料高度配合输送风、播料风，使燃料输送畅通不堵塞。布风板上布置小蘑菇形式风帽，使从床料底部进入的一次风风量均匀，确保床料流化良好。炉膛下部为锅炉稳燃区，由布风板及耐火浇注料构成，布风板面积1.75m2，风帽按70*70正方形排列。炉前设计两个给料口，给料管入口处设计一股输送风，给料管出口处设计一股播料风。炉后设计一个返料口。卫燃带上方设计导热油盘管辐射受热面，5管并行。为了保护炉墙、降低炉膛温度，导热油盘管上方炉膛四周设计φ51*4光管水冷壁，并与全水冷旋风分离器焊接成全密封结构。为了控制炉膛下部的燃烧温度，在炉膛下部设置多层回流风，同时为了保障挥发份大量的燃烧，在炉膛中部设置有二次风。 炉膛出口设计有高温旋风分离器，采用全水冷壁结构，由φ42*4及δ4扁钢构成。与蒸汽炉锅筒之间的水循环为自然循环。
尾部按常规流化床锅炉设计对流受热面，分别有导热油对流管，蒸汽部分的省煤器、空气预热器。导热油对流受热面分三组设计，两组低温段、一组高温段，管子规格为φ32*4，材质为20GB3087，两管并行，总共63片，管内介质流速1.7m/s。蒸汽部分省煤器管采用φ32*4螺旋翅片管，两管进、两管出。省煤器出口管接至锅筒给水管座，锅筒再循环管接至省煤器进口小集箱。横向排数14排，纵向排数30排。空预器设计为两回程，管子规格为φ42*2，横向排数为16排，纵向排数为52排，管箱高度为2430mm。
燃煤锅炉改燃生物质的节能技术改造
燃煤锅炉改燃生物质的节能技术改造
摘要：生物质作为当前储量丰富且最具开发潜力的可再生资源，是可以代替煤炭的清洁能源。通过对生物质燃料进行理化特性分析，分析生物质代替煤炭的可行性。根据生物质燃烧机理和锅炉工作原理对燃煤锅炉进行节能改造，结合能效测试的方法对改造后锅炉进行测评，论证改造成果的节能减排效果。
关键词：燃煤锅炉；生物质颗粒；节能改造
工业锅炉及其设备是能源生产和消费中的一个关键环节。它的总能量供应能力已是电站锅炉的一倍，而且涉及生产领域多、与人民生活密切相关。但是，工业燃煤锅炉，这种燃料以煤炭为主，单机容量偏小，平均运行效率只有65%左右，这种高耗能低效率的使用现状，既破坏能源消费结构，又造成严峻的环境污染。我国作为一个农业生产大国，生物质资源丰富，年产农作物废弃物约7亿t。通过压缩的生物质燃料，密度相当于中质烟煤，火力持久，燃烧性能好，是可以代替煤炭作为家庭生活燃料、工业或生物质电厂发电的可再生清洁能源。
一、生物质燃料特点
生物质燃料由可燃质、无机物和水分组成，主要成分为碳、氢、氧、少量的氮和硫，并含有灰分和水分。通过实验室分析化验对生物质成分进行测定，实验结果见表1 [1]。
表1 生物质元素分析
样品名称 Car/% Har/% Nar/% Sar/%
生物质压块 42.04 6.83 0.73 0.03 生物质颗粒 39.36 5.62 0.58 0.02
由实验结果可知：通过元素分析，发现生物质燃料硫和氮含量较低，属于低硫、低氮燃料，具有低硫、低氮、低二氧化碳排放的特点，符合环保要求。实验室通过工业分析对生物质进行测定，实验结果见表2[1]。
表2 生物质工业分析
样品名称 Mad/% Aar/% FCd/% Vdaf/% Qar，net/MJ·kg-1 折标煤/kgce
生物质压块 5.62 13.98 23.72 74.27 13.52 0.46
生物质颗粒 5.27 13.25 15.27 76.60 13.23 0.45
生物质气化耦合燃煤发电技术应用
生物质气化耦合燃煤发电技术应用
生物质气化耦合燃煤发电技术是指将生物质气化产生的气体与燃煤的烟气混合燃烧，以发电为目的的技术。该技术可兼顾生物质清洁能源的环保特性，同时利用煤炭丰富资源的优势，提高能源利用效率。
生物质气化耦合燃煤发电技术的应用有以下几个方面：
1. 提高能源效率：生物质气化燃气发电技术可以利用生物质能源的高效利用率和煤炭资源的高能量密度，提高能源利用效率。
2. 降低环境污染：生物质气化耦合燃煤发电技术可以降低燃烧燃煤产生的二氧化碳等大气污染物的排放，达到环境治理和节能减排的目的。
3. 减少生物质浪费：生物质气化耦合燃煤发电技术可以有效利用生物质能源，减少生物质的浪费和环境压力。
4. 实现可持续发展：生物质气化耦合燃煤发电技术可以实现能源的可持续利用，促进经济和环保的协调发展。
总之，生物质气化耦合燃煤发电技术将成为未来能源发展的一个重要方向，对促进经济发展和环境保护具有重要意义。
燃煤与生物质气化耦合发电技术方案分析
InternalCombustionEngine&Parts
0引言生物质燃料属于一种可再生能源，利用生物质能发电，不仅可以开发新能源，节约煤炭，改善我国能源结构，减少CO2、SO2和烟尘的排放量，保护环境，而且可以充分利用当地资源，增加农民收入，增强企业经济效益和生存能力，具有重要意义。燃煤与生物质耦合发电是目前最高效、最清洁的利用生物质的技术路线，也是电力十三五规划重点推荐的技术路线。1工艺技术方案本文以2伊1000MW燃煤与生物质耦合发电工程为例进行详细分析，该发电工程拟采用大容量、高参数、高效率等最先进燃煤电站技术和低氮燃烧、高效脱硫、脱硝、除尘等环保协同治理技术，确保实现能耗最低、效率最高、超净排放的清洁生产目标。并结合当前对生物质气化研究的最新技术成果，探索生物质燃气与燃煤发电的耦合示范试点。生物质气化技术是生物质在循环流化床内气化，产生的低热值燃气，通过热燃气输送管道送入锅炉燃烧室与煤混合燃烧的技术。作为一种理想的气化原料，生物质可以在较低的温度下迅速转化为气体燃料，且气化后的燃气在燃煤锅炉中很容易燃烧。气化产生的燃气温度为750益左右，燃气只需冷却到400-450益，冷却的热量通过燃煤锅炉的冷凝水回收，不浪费，然后通过燃气加压风机把燃气送入燃煤锅炉中燃烧，在此温度下，焦油不会凝结，并且这种方式可将生物质灰与煤灰分离处置，减少对锅炉的影响，对生物质灰可充分回收利用。相比直接燃烧而言，气化利用技术有很多优点：淤技术性能：原料预处理过程简单，可以适应多种生物质原料，扩大了原料的来源；不必采用较高的运行温度，克服了生物质灰熔点低、具有腐蚀性、粘结性的问题对燃煤锅炉的困扰；燃气在较高温度下从气化炉进入燃煤锅炉，焦油不会冷凝。于环境效益：由于生物质燃气部分取代燃煤，减少了CO2、SO2的排放，同时低热值燃气在锅炉中的燃烧减少了NOX的排放。盂经济性：由于利用既有大型高效发电系统，极大地提高了生物质能转化为电能的效率；气化技术通过改变生物质原料的形态来提高能量转化效率，获得高品位能源，为生物质与煤的利用提供了优化的机会。榆灵活性：本项目的技术路线可以适用于不同容量等级的燃煤发电机组，生物质气化再燃发电可以充分利用电厂既有的高效发电设备，保证在任何规模下都有较高的发电效率。工艺技术方案分为生物质原料处理、生物质上料系统、循环流化床气化炉，燃气导热油降温系统、燃气输送系统、床料补充系统、生物质燃气再燃系统、燃气成份监测及计量系统、电气控制、保护及吹扫系统等组成。下面分别介绍几个主要系统。1.1生物质原料处理本项目选用生物质燃料，主要用农、林废弃物为燃料。（表1）1.2循环流化床气化炉循环流化床气化炉是在气化炉炉膛下部有一个密相区，燃烧与气化反应都在密相区发生。在从安装在布风板上的风帽进入的气化剂（空气）作用下，物料颗粒、砂子、气化剂充分接触，受热均匀，在炉内呈“流化”状态，气化反应速度快，产气率高。本循环流化床气化炉是采用高温分离循环流化床、燃用木质燃料、秸杆的气化炉。该循环流化床气化炉具有高效，高温分离，灰循环安全易控；运行可靠性高，启动迅速等特点。气化炉由前部、中部及尾部三个竖井组成。前部竖井是绝热炉膛，为支撑结构，炉膛四周由t=8mm钢板组成，自下而上依次为风室、布风板、风帽、密相区、悬浮段。中部竖井是气化炉旋风分离器，采用支承结构，气化炉旋风分离器下部接回送装置。尾部除尘分离器，同样采用支承结构，除尘分离器下部接水冷螺旋冷灰机，使最终排除的灰温度不大于100益。炉膛、旋风分离器、除尘分离器之间由金属膨胀节柔性连通。气化室及分离器内部均设有防磨内衬以及保温，外置金属护板。在气化炉左侧，设置惰性床料给料装置，包括斗提机、沙仓、螺旋给料机等组成。由10根型钢柱承受气化炉、除尘分离器及惰性床料给料系统及本体附属设施全部重量。气化炉采用床下油点火，在进风室的风道内布置了0裕轻柴油点火燃烧器。正常运行时，气化炉炉膛温度始终控制在700-750益左右，并且控制气化风量，使炉膛区域要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院周高强（1976-），男，河南南乐人，工程师，从事电厂热机设计工作。燃煤与生物质气化耦合发电技术方案分析周高强（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）摘要院目前国内燃煤与生物质耦合发电处于示范阶段，论文通过可靠的技术数据论证了燃煤与生物质耦合发电具有客观的经济效益，为燃煤与生物质耦合发电项目的实施具有一定的参考价值。关键词院生物质气化；循环流化床；生物质燃气·133·
生物质耦合发电 标准
生物质耦合发电 标准
生物质耦合发电的技术标准
前言
生物质耦合发电是一种利用生物质（如木质纤维、农作物残渣、动物废物）作为燃料的能源生产技术。它通过热化学过程将生物质转化为电能，同时利用废热为其他工业或民用场所提供热能。
技术特性
生物质耦合发电系统的技术特性包括以下方面：
燃料:
- 燃料类型：木质纤维、农业残留物、动物废物
- 水分含量：低至 20%
- 尺寸要求：小颗粒或粉末
热化学过程:
- 气化：在高温条件下，无氧情况下将生物质转化为合成气
- 燃烧：合成气与空气反应，释放热量
- 燃气轮机发电：热量驱动燃气轮机发电
能量转换效率:
- 能量转换效率：高达 35%
废热利用:
- 废热温度：高温（500-600°C）
- 用途：为工业或民用场所提供热能，用于供暖、工艺加热等
排放控制
生物质耦合发电系统需要满足严格的排放标准，以控制对环境的影响。排放控制措施包括：
- 烟气脱硫：去除二氧化硫 (SO2)
- 烟气脱硝：去除氮氧化物 (NOx)
- 颗粒物控制：去除颗粒物
- 二氧化碳捕集和封存 (CCS)：捕集和储存二氧化碳 (CO2)
设计和施工标准
生物质耦合发电系统的设计和施工应符合以下标准：
- 锅炉和热交换器设计：遵循 ASME 规范
- 燃气轮机发电机：遵循 IEEE 规范
- 环境保护：遵守当地和国家法规
- 安全和可靠性：遵循行业最佳实践
运行和维护
生物质耦合发电系统的安全高效运行至关重要。运营和维护要求包括：
- 定期检查和维护：确保系统可靠运行
- 燃料质量监测：确保燃料符合规格
- 排放监测：遵守环境法规
煤粉炉掺烧生物质发电技术研究进展
煤粉炉掺烧生物质发电技术研究进展
摘要：燃煤耦合生物质发电技术在欧美国家被广泛应用，我国十三五规划中也大力支持此项技术发展，但目前起步晚，发展速度有限。本文对生物质与煤混合燃烧的特性、结渣特性与污染物排放特点综合分析，进一步讨论了燃煤电站与生物质燃烧特性结合的发电方式，对技术瓶颈作出分析，为燃煤电站的改造与发展提出建议。
关键词：煤粉炉；掺烧；生物质发电；技术
1生物质掺烧发电技术存在问题
1.1生物质破碎系统匹配度不高
其特点是适用范围不够，粉碎的颗粒大小也不一致。这一问题容易使某些类型的生物量不能被用于开发；而颗粒尺寸的不均匀会使气体在输送时发生阻塞。通过调查发现，有的发电厂只采用少量的生物质原材料，以防止因粉碎颗粒大小不均而造成的容易堵塞，无法充分发挥本地其他类型的生物质原材料。今后的生物质混合燃烧工程要考虑到不同地区的生物质类型，选用合适的破碎机和运输装置。
1.2原材料价格高
当前，我国生物质资源的掺混利用发电的原材料采购价格较高。通过调查发现，部分工程的原料采购费用由最初50-150元/吨上升到300-400元/吨，再加上近年来煤价低迷，导致了大量的原料价格发生了较大的变化，很多掺烧工程都出现了亏损。在建设生物质掺烧工程时，需事先考虑当地生物质类型、价格、运输距离、收集方式、是否存在竞争、农民是否愿意提供秸秆资源等问题，并根据当地政府补助政策，测算出相应生物质价格下的掺烧发电费用，确定合理的掺烧比例。
1.3加热面上的烧结渣 生物质中碱性元素较为丰富，但又存在大量的 Cl，在高温下容易在加热表面发生燃烧，造成受热表面的烧焦和腐蚀。然而，由于生物质的灰分含量很少，只要合理地调节物料的混合比，就不会对受热表面产生任何的变化，而且还可以通过加入其它的助燃剂来防止煤粉的结焦。另外，部分试验还表明，在飞灰中加入生物质后，飞灰中钾、铬的含量增加，而其物理、化学性质没有显著的改变。通过对飞灰的性能指标的测定，证明了在实验区加入生物量不会对飞灰在建筑业中的使用产生任何的负面作用。