CN207294702U - 生物质气化-循环流化床锅炉联合发电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了生物质气化‑循环流化床锅炉联合发电***，属于生物质高效利用发电技术；目前生物质直燃发电技术成本高、规模小；生物质掺烧技术掺烧比例低，技术困难，成本高；气化发电技术不仅对燃气轮机、内燃机等发电设备有较高的技术要求，而且能源利用效率低，成本较高；针对以上技术难题，本实用新型通过生物质气化技术与循环流化床锅炉发电技术的联合生产，避免了生物质直燃发电和掺烧；在生物质气化***与循环流化床锅炉发电***之间设立热循环回路，进行高温燃气余热回收；在生物质气化***余热回收低温段设立空气预热***，提高气化炉入炉介质温度，提高***能源利用效率；本实用新型为生物质资源的开发利用提供一条便捷、低成本、安全高效的途径。

Description

生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***

技术领域

本实用新型属于生物质高效利用技术领域，具体属于生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***。

背景技术

我国的生物质产量大，分布广泛。传统的简单焚烧处理方式不仅造成了严重的环境污染问题，还造成了巨大的资源浪费。生物质能源本质上是来自于地壳的碳经过生物的光合作用存储太阳能，其利用过程是太阳能的释放和碳的“回归”过程。因此，生物质能源的利用不会造成额外的碳排放。生物质的清洁高效利用是优化我国能源结构、控制环境污染和减少“碳排放”的有效途径。

目前生物质的发电利用方式主要包括直燃发电技术、燃煤锅炉掺烧发电技术和生物质气化发电技术。生物质直燃发电技术即是利用生物质作为燃料，通过直接燃烧的方式产生高温高压蒸汽，再利用蒸汽带动汽轮机进行发电的技术。燃煤锅炉掺烧技术即是使用生物质替代部分煤炭作为燃料，使用燃煤锅炉和蒸汽轮机进行发电的技术。生物质气化发电技术则是首先将生物质在高温缺氧环境下进行气化，产生可燃气，然后使用燃气轮机或内燃机等设备进行发电的技术。

生物质直燃发电技术限于原料供应和技术发展阶段在当前情况下发电规模受到了很大的限制，而且发电效率亦不高。燃煤锅炉掺烧发电技术由于使用了燃煤锅炉作为燃烧设备，考虑到生物质本身的特性与煤炭差异很大，因此，在不改动或少改动原有生产设备的情况下掺烧比例受到了很大的限制。如果大比例掺烧则容易导致锅炉运行不稳定，容易产生生产事故。生物质气化发电技术则由于气化产生的可燃气含有较高浓度的焦油和其他杂质，对发电设备(燃气轮机、内燃机)等设备的要求高，造成成本高、技术困难。因此，研究开发技术上安全可靠、成本上经济合理的生物质发电技术是当前我国生物质清洁高效利用的重大课题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型目的在于提供一种生物质气化-循环流化床联合发电***，通过将生物质气化技术与循环流化床锅炉发电***进行耦合，利用生物质气化***产生的燃气作为循环流化床锅炉的部分燃料，并在生物质气化***和循环流化床锅炉***之间建立热循环，使用生物质气化余热高温部分对循环流化床锅炉给水或者汽机***蒸汽进行加热，同时使用气化余热低温部分加热气化空气和生物质原料，提高***的整体能量利用效率。

为达到以上目的，本实用新型采用以下方案：

一种生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***，包括生物质循环流化床气化炉2，所述生物质循环流化床气化炉2的原料入口与生物质粉磨设备1的原料出口连通，生物质循环流化床气化炉2的气化气出口与生物质循环流化床气化炉分离器3的气化气入口连通；所述生物质循环流化床气化炉分离器3的固体物料出口连通生物质循环流化床气化炉2的返料入口，生物质循环流化床气化炉分离器3的气化气出口依次连通生物质气化气余热回收装置4、文丘里除尘装置5、生物质气化气洗涤塔6和生物质气化气储存柜7；所述生物质气化气储存柜7的气化气出口与循环流化床锅炉9的气化气入口连通，循环流化床锅炉9的烟气出口依次连通循环流化床锅炉分离器10、循环流化床余热回收装置11、除尘装置12、脱硫装置13和烟囱14；所述生物质气化气余热回收装置4的低温段空气预热器入口与风机16的空气出口连通，生物质气化气余热回收装置4的低温段空气预热器出口与生物质循环流化床气化炉2和生物质粉磨设备1的空气入口连通；所述文丘里除尘装置5和生物质气化气洗涤塔6的废水出口连通废水处理单元8；所述生物质粉磨设备1的预热空气出口与循环流化床锅炉除尘装置12的入口连通；所述生物质气化气余热回收装置4高温段的给水入口与循环流化床锅炉除氧器15的给水出口连通，生物质气化气余热回收装置4高温段的给水出口与循环流化床锅炉9的锅炉给水母管或高压加热器或汽机连通。

所述生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***的工作方法，生物质在生物质粉磨设备1中进行粉磨之后进入到生物质循环流化床气化炉2中进行气化产生生物质气化气；生物质气化气进入到生物质循环流化床气化炉分离器3将其中的固体物料分离返回生物质循环流化床气化炉2；生物质气化气在经过生物质气化气余热回收装置4时，在高温段通过气-水换热装置加热来水，在低温段通过气-气换热装置加热空气；生物质气化气在经过文丘里除尘装置5、生物质气化气洗涤塔6时，气化气中的颗粒物和焦油被洗脱，气化气得到净化；生物质气化气最后进入生物质气化气储存柜7进行储存；生物质气化气储存柜7中储存的生物质气化气通过管道通入到循环流化床锅炉9中进行掺烧，释放的能量产生蒸汽进行发电；循环流化床锅炉9燃烧产生的烟气在循环流化床锅炉分离器10中分离床料进行返料，然后在经过除尘装置12、脱硫装置13时分别脱除烟气中的颗粒物和二氧化硫，最后通过烟囱14排入大气；风机16的压缩空气通入到生物质气化气余热回收装置4的低温段进行换热，被加热的空气分为两路，其一进入到生物质循环流化床气化炉2作为气化剂，其二进入到生物质粉磨设备1对原料进行预热；生物质粉磨设备1的预热空气被送至循环流化床锅炉的除尘装置12的入口，以实现净化；文丘里除尘装置5和生物质气化气洗涤塔6产生的废水进入到废水处理单元8中进行处理后排放或者返回到文丘里除尘装置5和生物质气化气洗涤塔6中进行循环利用；来自循环流化床锅炉除氧器15的锅炉给水进入到生物质气化气余热回收装置4的高温段进行换热，被加热之后的锅炉给水送至循环流化床锅炉9的给水母管或者高压加热器或者汽机进行使用。

本实用新型有针对性的从以下三方面解决了生物质发电技术面临的关键难题：

1、由于原料限制，单独建立生物质直燃发电***或气化发电***功率受限，小功率情况下，生物质直燃发电***或气化发电***投资成本很高，单位发电量成本亦很高，因此，依托现有的循环流化床电厂同时利用生物质资源发电能够显著增强对原料供应波动的适应性，降低生物质资源利用的成本。

2、生物质直燃发电***和生物质掺烧技术由于原料特性对锅炉有特殊要求，技术困难，成本较高，且掺烧比例和规模限制很大；生物质气化燃气所具有的低热值、高焦油、高灰分和碱金属含量等特点导致使用燃气轮机或内燃机进行发电成本很高，这主要是因为功率较小、材料要求较高。使用生物质气化燃气直接进行蒸汽锅炉掺烧则可以避免这一问题。循环流化床锅炉对于燃料有着很好的适应性，因此，向循环流化床锅炉进行生物质气化燃气掺烧，可以有效解决以上问题。

3、由于燃气轮机和内燃机技术的限制，使得生物质气化发电***的能源利用效率较低，而采用余热回收的工艺方案则成本较高，因此，在生物质气化***和循环流化床工艺***之间进行联合热循环，对气化炉排气口的余热进行回收利用，并入循环流化床热循环***，能够显著提高整个***的能源利用效率。

综上所述，本实用新型创新性的将生物质气化***与循环流化床锅炉发电***进行联合生产，通过科学合理的工艺***设计，能够为生物质资源的开发利用提供一条便捷、低成本、安全有效的途径，这对于推动我国的生物质资源开发利用具有重大现实意义。这正是本实用新型涉及的生物质气化-循环流化床联合发电技术主要的贡献。

本实用新型主要的技术特征包括以下几点：

1、生物质气化生产与循环流化床锅炉生产过程进行结合，生物质气化过程产生的燃气经过净化、降温之后在气化气储存柜进行储存，供给循环流化床锅炉进行掺烧发电，掺烧发电可以直接通过在锅炉炉膛上布置燃气入口来实现；

2、在生物质气化炉和燃气净化***之间增加余热回收装置，来自循环流化床锅炉给水除氧器的给水进入余热回收装置的高温段(上部)，使得给水被加热，之后进入高压加热器或锅炉给水母管或汽机发电，生物质气化炉出口高温烟气的部分显热被回收利用；

3、在生物质气化炉余热回收装置的低温段(下部)设置空气预热***，来自风机的压缩空气在低温段被加热，然后分为两路，一路进入生物质气化炉提供气化剂，另一路进入原料预处理***对原料进行预热。气化剂和原料的预热能够减少生物质的无用消耗，从而提高生物质气化气的热值。对原料预热之后的含尘空气排向循环流化床锅炉除尘装置进行处理后排放，也可以在原料预处理装置后设立小型除尘装置对含尘预热空气进行除尘后排入循环流化床发电***烟囱排放。

4、生物质气化炉采用循环流化床，其中床料添加白云石作为焦油裂解的催化剂。经过余热回收装置之后的燃气除尘除焦采用文丘里除尘和喷淋塔的组合，产生的废水经废水处理单元之后再次循环利用或外排。

本实用新型通过将生物质气化和循环流化床发电***进行联合生产，有力的克服了现有的生物质发电技术缺陷。本实用新型能够实现安全便捷、成本较低、效率较高的生物质能源利用。

附图说明

图1为满足本实用新型生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***。

具体实施方式

本实用新型为生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***，附图1展示了该***。本***分为生物质气化生产***、循环流化床锅炉生产***和余热回收利用***，下文首先进行***综合说明，再对各***的具体参数和注意细节进行详细说明。

生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***综合说明：

生物质在生物质粉磨设备1中进行粉磨之后进入到生物质循环流化床气化炉2中进行气化产生生物质气化气；生物质气化气进入到生物质循环流化床气化炉分离器3将其中的固体物料分离返回生物质循环流化床气化炉2；生物质气化气在经过余热回收装置4时，在高温段通过气-水换热装置加热来水，在低温段通过气-气换热装置加热空气；生物质气化气在经过文丘里除尘装置5、生物质气化气洗涤塔6时，气化气中的颗粒物和焦油被洗脱，气化气得到净化；生物质气化气最后进入生物质气化气储存柜7进行储存；生物质气化气储存柜7中储存的生物质气化气通过管道通入到循环流化床锅炉9中进行掺烧，释放的能量产生蒸汽进行发电；循环流化床锅炉9燃烧产生的烟气在循环流化床锅炉分离器10中分离床料进行返料，然后在经过除尘装置12、脱硫装置13时分别脱除烟气中的颗粒物和二氧化硫，最后通过烟囱14排入大气；风机16的压缩空气通入到生物质气化气余热回收装置4的低温段进行换热，被加热的空气分为两路，其一进入到生物质循环流化床气化炉2作为气化剂，其二进入到生物质粉磨设备1对原料进行预热；生物质粉磨设备1的预热空气被送至循环流化床锅炉的除尘装置12的入口，以实现净化；文丘里除尘装置5和生物质气化气洗涤塔6产生的废水进入到废水处理单元8中进行处理后排放或者返回到文丘里除尘装置5和生物质气化气洗涤塔6中进行循环利用；来自循环流化床锅炉除氧器15的锅炉给水进入到生物质气化气余热回收装置4的高温段进行换热，被加热之后的锅炉给水送至循环流化床锅炉9的给水母管或者高压加热器或者汽机进行使用。

生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***各***说明：

1.生物质气化生产***

固定床生物质气化炉并不适合大型工业生产，所产生的燃气热值低，焦油含量也较高，净化处理复杂，而流化床生物质气化炉，特别是循环流化床生物质气化炉能够适应大规模的工业生产，产生的燃气热值高，焦油含量也较低，因此，本实用新型选用循环流化床气化炉作为生物质气化设备。考虑到循环流化床的进料有一定的尺寸要求，为此，***包含一套原料粉碎设备即生物质粉磨设备1，可以将秸秆等较大尺寸的原料粉碎至较小尺寸。此外，为了进一步降低所生产的生物质燃气焦油含量，在循环流化床的床料中添加白云石，理想的白云石成分构成为CaCO₃/MgCO₃＝1-1.5，粒径为2-7mm。

为了便于余热回收，在生物质气化炉出口增设了余热回收***，在后文详细说明。生物质燃气的净化主要包括除尘除焦，由于循环流化床锅炉本身产生的焦油含量较低，向床料中增加白云石又进一步降低了生物质燃气中的焦油含量，因此，本***不需要增加焦油裂解***，仅仅采用文丘里***和喷淋塔即可以实现燃气的净化。来自于循环流化床锅炉发电***的给水和废水处理***的出水在文丘里除尘装置5的喉管处喷入烟道，与燃气进行混合，燃气中的焦油和飞灰被洗脱下来，沉降到文丘里除尘装置5底部，此后燃气进入到生物质气化气洗涤塔6中，喷淋层的来水亦为循环流化床锅炉发电***的给水和废水处理***，燃气中的飞灰和焦油进一步被洗脱，沉降到生物质气化气洗涤塔6底部。燃气经过两级净化之后进入生物质气化气储存柜7存储。而文丘里除尘装置5、生物质气化气洗涤塔6底部的含有燃气中焦油、飞灰等杂质的废水排出塔外，进入废水处理***。

一般来说，废水处理***包括过滤吸附、曝气、沉淀和生化处理四个单元。在过滤吸附单元，可以充分利用生物质气化之后剩余的灰分进行，这些灰分具有较大的比表面积，能够充分吸附废水中的焦油等杂质。在曝气单元，通过大量向废水中充氧，废水中高浓度的有机物不断发生氧化，能够迅速降低有机物浓度。然后通过沉淀单元将废水中的固体物质进行去除，此时的废水已经能够使用生化方法处理，因此，最后再通过生化处理单元后即可达到再回收要求。

2.循环流化床锅炉生产***

一般的循环流化床锅炉发电***包含了锅炉本身、省煤器和空预器等余热利用装置、除尘器、脱硫装置等。在本实用新型中，循环流化床锅炉9的燃料主要以煤炭为主，同时进行生物质气化燃气的掺烧。生物质气化燃气的掺烧可以通过在锅炉的布风板上方与进煤口一同布置进气口来实现。考虑到进气口的布置位置炉膛内处于正压，因此，进行掺烧的生物质气化燃气的压力须大于等于播煤风或一次风的风压。

经过燃烧之后的烟气进入到省煤器、空预器之中，烟气余热被不断回收，用来加热锅炉蒸汽和一、二次风。除尘装置能够脱除烟气中飞灰，现有的生产***大多为布袋除尘器。虽然很多循环流化床锅炉拥有炉内喷钙脱硫***，但考虑到现有的环保标准较严格，因此，很多电厂还安装了单独的脱硫装置，一般为半干法脱硫装置，最后烟气排入大气当中。

3.余热回收利用***

本实用新型在生物质气化***和循环流化床发电***之间设计了联合循环生产***，以提高整个***的能源利用效率。

1)本实用新型要求将循环流化床发电***锅炉经由低压加热器之后进入到除氧器中的给水通过管路引入生物质气化炉余热回收装置4高温段，一般来讲，该高温段的燃气温度能达到700-800℃以上，通过换热器，该部分给水被加热而燃气温度降低，从而回收了燃气余热，提高了能源利用效率。经过加热之后的给水可以回收至高压加热器或锅炉给水母管或汽机，给水的去向主要取决于设计过程中，根据换热计算给水加热之后的状态。在大部分情况下，由于生物质气化的规模远小于循环流化床锅炉的规模，因此，该部分给水的规模可以根据去向进行不同的设计。

2)在生物质气化余热回收装置4的低温段，来自于风机的压缩空气被加热，同时对生物质气化燃气进行进一步降温，回收余热能量。被加热之后的空气一部分进入到生物质循环流化床气化炉作为气化剂进行生产，另一部分则对原料进行加热。由于加热原料之后的空气含尘，因此，可以单独设立除尘器进行除尘后进行排放，收集的尘随原料一起进入气化炉，也可以直接将该部分含尘空气送入循环流化床的除尘***。由于规模较小，该部分尘不会对原除尘***飞灰理化性质产生明显影响。

Claims (3)

1.一种生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***，其特征在于：包括生物质循环流化床气化炉(2)，所述生物质循环流化床气化炉(2)的原料入口与生物质粉磨设备(1)的原料出口连通，生物质循环流化床气化炉(2)的气化气出口与生物质循环流化床气化炉分离器(3)的气化气入口连通；所述生物质循环流化床气化炉分离器(3)的固体物料出口连通生物质循环流化床气化炉(2)的返料入口，生物质循环流化床气化炉分离器(3)的气化气出口依次连通生物质气化气余热回收装置(4)、文丘里除尘装置(5)、生物质气化气洗涤塔(6)和生物质气化气储存柜(7)；所述生物质气化气储存柜(7)的气化气出口与循环流化床锅炉(9)的气化气入口连通，循环流化床锅炉(9)的烟气出口依次连通循环流化床锅炉分离器(10)、循环流化床余热回收装置(11)、循环流化床锅炉除尘装置(12)、脱硫装置(13)和烟囱(14)；所述生物质气化气余热回收装置(4)的低温段空气预热器入口与风机(16)的空气出口连通，生物质气化气余热回收装置(4)的低温段空气预热器出口与生物质循环流化床气化炉(2)和生物质粉磨设备(1)的空气入口连通；所述文丘里除尘装置(5)和生物质气化气洗涤塔(6)的废水出口连通废水处理单元(8)；所述生物质粉磨设备(1)的预热空气出口与循环流化床锅炉除尘装置(12)的入口连通；所述生物质气化气余热回收装置(4)高温段的给水入口与循环流化床锅炉除氧器(15)的给水出口连通，生物质气化气余热回收装置(4)高温段的给水出口与循环流化床锅炉(9)的锅炉给水母管或高压加热器或汽机连通。

2.根据权利要求1所述的一种生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***，其特征在于：所述循环流化床锅炉除尘装置(12)为布袋除尘器。

3.根据权利要求1所述的一种生物质气化-循环流化床锅炉联合发电***，其特征在于：所述脱硫装置(13)为半干法脱硫装置。