CN105441134A - 一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物质热解气化炭电联产领域，提供一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***及方法，其***包括生物质热解气化炉、生物质炭收集***、高温除尘净化***、生物质气燃烧***、直燃锅炉***。前端的生物质气化炉生产出产品一：生物质炭；后端的直燃锅炉经汽轮发电机组获得产品二：电力。在发电的过程中兼顾制炭，不仅大幅度提高能源利用效率、降低排放，且炭电联产的经济效益远高于单纯发电的经济效益。本发明在保证经济利益最大化的同时兼顾了环保问题，实现了生物质能的高效综合利用。

Description

一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***及方法
技术领域
本发明属于生物质热解气化炭电联产领域，特别涉及一种新的生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***及方法。
背景技术
生物质直燃技术在人类的发展史中历史悠久，现代的生物质直燃发电技术具有技术成熟、设备简单、燃烧后的灰分用途广泛等优点。但也存在不足：对燃料尺寸要求较严格；为了维持一定的炉温耗能较高；碱金属含量较高的原料易致受热面腐蚀凝结；焚烧垃圾时由于水分较多、热值较低，导致垃圾不易着火，燃烧和燃尽困难。从本世纪80年代开始，经过20余年的努力，我国生物质气化技术也日趋完善，已完成了民用分布式生物质燃气供应***的示范和布局，并初步具备了规模化燃气制备和发电的产业技术基础。
目前生物质电厂的锅炉机组主要燃用稻壳、木片、各种秸秆（麦秸、玉米秸秆、棉秸秆、稻草等）、树根、树枝、薪柴等不同类型的混合燃料，随着生物质原料价格的上升，目前中温中压的电厂如果不供热难以实现盈利，高温高压的电厂也只能微利运行，如何提高经济效益是生物质电厂生存的关键，生物质原料在生物质电厂运行成本中占60%左右，研究如何提高优质原料的利用价值已成为生物质电厂发展的关键技术。
在此基础上提出的生物质热解气助燃直燃锅炉—炭电联产利用工艺的概念，采用本公司已申请专利的“一种大型下吸式固定床生物质气化炉”（申请号：201510885717.3）把直燃锅炉中流动性较好的原料如木片、锯末、玉米芯、稻壳、花生壳、麦糠、经破碎的小麦秸秆、玉米秸秆等先用生物质热解气化得到生物质炭和热解气，热解气再进入直燃锅炉助燃低品质的生物质原料燃烧。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的生物质热解气助燃直燃锅炉工艺，改善锅炉燃烧工况，达到缓解炉内结渣、降低NOx排放、提高生物质综合利用的经济效益和社会效益。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，包括生物质热解气化炉、高温除尘净化***、生物质气燃烧***、直燃锅炉***；所述生物质热解气化炉的出气口与高温除尘净化***的进气口相连通，高温除尘净化***的出气管与生物质气燃烧***的进气管相连通，生物质气燃烧***与直燃锅炉***通过设置于生物质气燃烧***末端的高温燃气喷口相连通。
本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，所述生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***还包括生物质炭收集***，所述生物质炭收集***与生物质热解气化炉通过设置于生物质热解气化炉底部的出炭螺旋相连接。
本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，所述高温除尘净化***包括一级高温除尘设备和二级高温除尘设备，一级高温除尘设备的出气口与二级高温除尘设备的进气口相连通。
本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，所述生物质气燃烧***包括高温燃气风机、生物质气燃烧器和高温燃气喷口，高温燃气风机分别连接二级高温除尘净化设备和生物质气燃烧器，生物质气燃烧器与直燃锅炉***通过高温燃气喷口相连通。
本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，所述直燃锅炉***包括直燃锅炉，所述高温燃气喷口设置于直燃锅炉侧壁的最底端。
使用本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法，包括以下步骤：
（1）将生物质经过生物质热解气化炉气化；
（2）生物质热解气化炉产出的热解气进入高温除尘净化***进行净化处理；
（3）经净化处理后的生物质热解气从生物质气燃烧***的高温燃气喷口喷入直燃锅炉。
本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法，步骤（1）所述生物质经过生物质热解气化炉气化后，产生的灰粉经生物质炭收集***进行收集、罐装、集尘。
本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法，其特征在于：步骤（3）所述经净化处理后的生物质热解气的热量不超过直燃锅炉的30%。
本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法，步骤（3）所述经净化处理后的生物质热解气从生物质气燃烧***的高温燃气喷口喷入直燃锅炉的喷入速度为25~35m/s。
本发明的有益效果在于：
前端的生物质气化炉生产出产品一：生物质炭；后端的直燃锅炉经汽轮发电机组获得产品二：电力。在发电的过程中兼顾制炭，生物质炭可广泛应用于钢厂保温炭、蚊香碳、活性炭、烧烤炭和炭基肥等，市场需求量大、价格较高，不仅大幅度提高能源利用效率、改善锅炉的燃烧工况、减少锅炉结渣、降低排放（SO2仅十分之一），还解决了生物质热解气化单独制炭产生燃气的浪费和焦油、废水的污染问题，并且炭电联产的经济效益远高于单纯发电的经济效益。本发明在保证经济利益最大化的同时兼顾了环保问题，实现了生物质能的高效综合利用。
附图说明
图1为本发明一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***结构示意图。
附图标记：10，生物质热解气化炉；11，出炭螺旋；20，生物质炭收集***；30，高温除尘净化***；31，一级高温除尘设备；32，二级高温除尘设备；40，生物质气燃烧***；41，高温燃气风机；42，生物质气燃烧器；43，高温燃气喷口；50，直燃锅炉***；51，直燃锅炉。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
***结构：
如图1所示，一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，包括生物质热解气化炉10、生物质炭收集***20、高温除尘净化***30、生物质气燃烧***40、直燃锅炉***50；生物质炭收集***20与生物质热解气化炉10通过设置于生物质热解气化炉10底部的出炭螺旋11相连接，生物质热解气化炉10的出气口与高温除尘净化***30的进气口相连通，高温除尘净化***30的出气管与生物质气燃烧***40的进气管相连通，生物质气燃烧***40与直燃锅炉***50通过设置于生物质气燃烧***40末端的高温燃气喷口43相连通。
高温除尘净化***30包括一级高温除尘设备31和二级高温除尘设备32，一级高温除尘设备31的出气口与二级高温除尘设备32的进气口相连通。生物质气燃烧***40包括高温燃气风机41、生物质气燃烧器42和高温燃气喷口43，高温燃气风机41分别连接二级高温除尘净化设备32和生物质气燃烧器42，生物质气燃烧器42与直燃锅炉***50通过高温燃气喷口43相连通。直燃锅炉***50包括直燃锅炉51，高温燃气喷口43设置于直燃锅炉51侧壁的最底端。
工作原理：
使用本发明所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法：将生物质经过生物质热解气化炉10气化后，生物质热解气的主要成分为CO、H2、CH4、CO2、N2，其中可燃组分CO15～20%；H23～10%；CH44～12%。生物质气热值1000～1200Kcal/Nm3。一方面，生物质热解气进入一级高温除尘设备31和二级高温除尘设备32净化，除去生物质热解气化炉10带出的烟尘和残炭，然后再由直燃锅炉51底部的高温燃气喷口43喷入直燃锅炉***50，喷入速度为25~35m/s，助燃由直燃锅炉51进料口输送的生物质燃料，热量不超过直燃锅炉的30%。另一方面，生物质经过生物质热解气化炉10气化后，产生的灰粉经生物质炭收集***20进行收集、罐装、集尘。
实施例1：30MW生物质发电机组
1.原有***：1台130t/h高温高压生物质直燃锅炉+1套30MW汽轮发电机组。
(1)年生物质消耗量：设备年运行小时数按7000h计，年生物质最大消耗量21.34*104吨。
(2)进风量：16.77*104m3/h。
(3)副产物：灰渣。
2.本发明***：2台原料处理能力为3t/h生物质热解气化炉+1台130t/h高温高压生物质直燃锅炉+1套30MW汽轮发电机组。
(1)年生物质消耗量：利用生物质热解气助燃炉内低品质的生物质原料，生物质热解气的能量与锅炉燃料能量比为15%，直燃锅炉年耗料量减少至18.51*104吨，整套工艺年耗料量为22.71*104吨，相比较于直燃发电***年增加耗料量13705.08吨。
(2)进风量：热解气从生物质直燃锅炉进料口下方喷入燃烧，喷入速度25m/s～35m/s时，直燃锅炉的进风量15.67*104m3/h；减少锅炉一次风用量7%，改善锅炉的燃烧效果，减少NOx的生成。
(3)副产物：生物质热解气化炉年产炭11340吨，直燃锅炉减少灰渣4432.12吨。
3.增加经济效益：按照本工艺建成30MW生物质发电厂的总投资增加600万。生物质原料400元/吨，原料年增加费用548.20万元；生物质炭粉1200元/吨，增加炭粉效益1360.80万元；锅炉灰渣50元/吨，灰渣减少收益22.16万元；合计本工艺增加收益790.44万元，运营一年即可收回全部投资获得利润190.44万元。
实施例2：15MW生物质发电机组
1.原有***：1台75t/h中温中压生物质直燃锅炉+1套15MW汽轮发电机组。
(1)年生物质消耗量：设备年运行小时数按7000h计，年生物质最大消耗量11.82*104吨。
(2)进风量：9.31*104m3/h。
(3)副产物：灰渣。
2.本发明***：2台原料处理能力为2t/h生物质热解气化炉+1台75t/h中温中压生物质直燃锅炉+1套15MW汽轮发电机组。
(1)年生物质消耗量：利用生物质热解气助燃炉内低品质的生物质原料，生物质热解气的能量与锅炉燃料能量比为25%，直燃锅炉年耗料量减少至9.49*104吨，整套工艺年耗料量为12.99*104吨，相比较于直燃发电***年增加耗料量11420.90吨。
(2)进风量：热解气从生物质直燃锅炉进料口下方喷入燃烧，喷入速度25m/s～35m/s时，直燃锅炉的进风量8.39*104m3/h；减少锅炉一次风用量10%，改善锅炉的燃烧效果，减少NOx的生成。
(3)副产物：生物质热解气化炉年产炭9450吨，直燃锅炉减少灰渣3536.87吨。
3.增加经济效益：按照本工艺建成15MW生物质发电厂的总投资增加500万。生物质原料400元/吨，原料年增加费用456.84万元；生物质炭粉1200元/吨，增加炭粉效益1134.00万元；锅炉灰渣50元/吨，灰渣减少收益17.68万元；合计本工艺增加收益677.16万元，运营一年即可收回全部投资获得利润177.16万元。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，其特征在于：包括生物质热解气化炉（10）、高温除尘净化***（30）、生物质气燃烧***（40）、直燃锅炉***（50）；所述生物质热解气化炉（10）的出气口与高温除尘净化***（30）的进气口相连通，高温除尘净化***（30）的出气管与生物质气燃烧***（40）的进气管相连通，生物质气燃烧***（40）与直燃锅炉***（50）通过设置于生物质气燃烧***（40）末端的高温燃气喷口（43）相连通。
2.根据权利要求1所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，其特征在于：所述生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***还包括生物质炭收集***（20），所述生物质炭收集***（20）与生物质热解气化炉（10）通过设置于生物质热解气化炉（10）底部的出炭螺旋（11）相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，其特征在于：所述高温除尘净化***（30）包括一级高温除尘设备（31）和二级高温除尘设备（32），一级高温除尘设备（31）的出气口与二级高温除尘设备（32）的进气口相连通。
4.根据权利要求3所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，其特征在于：所述生物质气燃烧***（40）包括高温燃气风机（41）、生物质气燃烧器（42）和高温燃气喷口（43），高温燃气风机（41）分别连接二级高温除尘净化设备（32）和生物质气燃烧器（42），生物质气燃烧器（42）与直燃锅炉***（50）通过高温燃气喷口（43）相连通。
5.根据权利要求4所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺的***，其特征在于：所述直燃锅炉***（50）包括直燃锅炉（51），所述高温燃气喷口（43）设置于直燃锅炉（51）侧壁的最底端。
6.使用如权利要求5所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将生物质经过生物质热解气化炉（10）气化；
（2）生物质热解气化炉（10）产出的热解气进入高温除尘净化***（30）进行净化处理；
（3）经净化处理后的生物质热解气从生物质气燃烧***（40）的高温燃气喷口（43）喷入直燃锅炉（51）。
7.根据权利要求6所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法，其特征在于：步骤（1）所述生物质经过生物质热解气化炉（10）气化后，产生的灰粉经生物质炭收集***（20）进行收集、罐装、集尘。
8.根据权利要求6所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法，其特征在于：步骤（3）所述经净化处理后的生物质热解气的热量不超过直燃锅炉（51）热量的30%。
9.根据权利要求6所述的一种生物质热解气助燃直燃锅炉工艺***的方法，其特征在于：步骤（3）所述经净化处理后的生物质热解气从生物质气燃烧***（40）的高温燃气喷口（43）喷入直燃锅炉（51）的喷入速度为25~35m/s。
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