CN207674430U - 一种循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，包括气化***和燃煤锅炉***，气化***主要包括流化床气化炉和旋风分离器，燃煤锅炉***主要包括燃煤锅炉、省煤器、SCR脱硝装置和独立燃烧室；气化原料在流化床气化炉内气化，生成的可燃气体经旋风分离器进行气固分离，除尘后的可燃气体分两路送入燃煤锅炉***，一路送入独立燃烧室中充分燃烧产生辅助加热烟气，另一路送入燃煤锅炉直接燃烧，燃煤锅炉产生的烟气经省煤器后与所述辅助加热烟气混合后进入SCR脱硝装置。根据锅炉负荷高低，调整气化***与燃煤锅炉***的耦合方式，以保障该耦合发电***在高低负荷下都能够稳定运行并保障尾部烟气SCR装置的脱硝效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤及生物质气化领域，具体涉及一种循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***。
背景技术
我国有大量的大型燃煤电厂由于容量富余以及用电负荷的变化，需要调峰运行，即锅炉机组低负荷运行。然而目前燃煤锅炉低负荷运行面临的一大问题是，低负荷工况运行时，烟气温度较低，无法达到SCR脱硝***的脱硝要求，从而导致脱硝效果得不到保障，燃煤电厂的灵活性调峰能力受到限制。另一方面，我国作为农业大国，每年都会积存极大数量的生物质原料却无法得到有效利用，其中部分被简单焚烧处理，能源利用效率低下且加重环境污染，且生物质的单独燃烧或气化利用受到燃料特性、资源分布及其物流成本限制，难以实现大规模集中高效利用。因此生物质能源的高效合理利用及能源产业污染排放问题是摆在全世界能源专家面前的一项技术难题。
生物质气化耦合大型燃煤电厂混燃发电技术是生物质资源大规模高效、洁净利用的重要途径之一。该技术是指气化原料在常压下发生部分氧化还原反应并生成CO、H2、CH4和其他碳氢化合燃气的过程。
循环流化床气化炉操作气速范围在鼓泡流化床和气流床之间，具有较大的滑移速度，炉膛内物料会在气化剂作用下***，呈现流化态；循环流化床气化炉烟气出口设有分离器，可将气化气内所携带的飞灰和炭粒分离出来，并返料至气化炉进行二次反应，以提高碳的转化率。CFB气化炉具有炉膛温度分布均匀，气化速度快，处理量大，气化效率高的特点。
燃煤电厂无法实现灵活性调峰的具体原因在于：低负荷运行工况时，一方面炉内煤粉燃烧器着火和稳定燃烧困难，影响锅炉稳定安全运行，另一方面进入SCR脱硝装置的烟气温度过低无法实现较好的脱硝。实际生产中，发电机组可能处于各种负荷之下，低负荷下(如20％～30％)燃烧发电烟气温度处于300℃以下。而当前电力行业使用的选择性催化还原技术(SCR)中采用的催化剂工作温度要求一般在300℃-400℃之间，因此，一旦处于低负荷工况，SCR脱硝效果就无法达到NOx排放控制要求。由此可见，通过生物质/煤气化耦合大型燃煤机组实现低负荷灵活性调峰的发电技术，是解决上述问题的有效方法。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种循环流化床气化耦合燃煤机组灵活性调峰发电***，根据锅炉负荷高低，调整气化***及其所产生的燃气与燃煤锅炉***的耦合方式，以保障该耦合发电***在高低负荷下都能够稳定运行并保障尾部烟气SCR装置的脱硝效果。
一种循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，包括气化***和燃煤锅炉***，气化***主要包括流化床气化炉和旋风分离器，燃煤锅炉***主要包括燃煤锅炉、省煤器、SCR脱硝装置和独立燃烧室；
气化原料在流化床气化炉内气化，生成的可燃气体经旋风分离器进行气固分离，除尘后的可燃气体分两路送入燃煤锅炉***，一路送入独立燃烧室中充分燃烧产生辅助加热烟气，另一路送入燃煤锅炉直接燃烧，燃煤锅炉产生的烟气经省煤器后与所述辅助加热烟气混合后进入SCR脱硝装置。
本实用新型通过循环流化床气化***，以生物质资源或煤炭气化产生燃气(含CO、H2、CH4等)的低成本生产方式，同时根据锅炉负荷高低，调整气化***及其所产生的燃气与燃煤锅炉***的耦合方式，以保障该耦合发电***在高低负荷下都能够稳定运行并保障尾部烟气SCR装置的脱硝效果。
所述气化原料为煤或生物质，采用成本低廉的气化原料(生物质/煤) 进行气化产气，在与燃煤发电机组耦合这种大规模工业应用场合下，不仅降低了总体成本和长期投资，而且充分发挥了循环流化床所具有的燃料适应性好、气固相混合剧烈，循环回路温度均匀等技术优势，因此从长期效益来看，具有可行性和推广意义。同时实现了生物质的高效洁净利用，既具有比直接燃烧、与煤炭直接混燃等方式更高的利用率，又能有效减少尾气中氮氧化物成分，减少污染排放。
当以生物质作为气化原料时，燃煤锅炉高负荷运行情况下，生物质经气化产生燃气送入大型高参数燃煤锅炉耦合燃烧利用，从而实现生物质的高效发电；低负荷运行工况下，利用气化燃气实现炉内煤粉稳定燃烧和保持进入SCR烟气温度，实现燃煤机组的灵活性调峰。当以煤炭作为气化原料时，燃煤锅炉在高负荷运行情况下，循环流化床气化***可以运行也可以停止运行，而低负荷运行情况下，利用气化燃气实现锅炉机组的灵活性调峰运行。
所述气化原料在气化前破碎/筛分成粒径为适当粒径的颗粒，具体来说，所述气化原料为生物质时，在气化前破碎/筛分成粒径为0-20mm的颗粒，所述气化原料为煤时，在气化前破碎/筛分成粒径为0-10mm的颗粒。
优选地，所述气化原料经破碎/筛分后存入料仓，再经给料器连续给入所述的流化床气化炉。
所述流化床气化炉以空气或空气/水蒸气作为气化剂。
优选地，所述旋风分离器包括两级，可燃气体经一级旋风分离器进行气固分离，分离后的再循环粒子通过返料器送回流化床气化炉；从一级旋风分离器出来的可燃气体进入二级旋风分离器，进一步将可燃气体中的固体颗粒物分离，分离下来的灰通过水冷螺旋冷灰器后，降温后进行收集回收。通过设置两级旋风分离器，可在进入燃煤锅炉前回收绝大部分的生物质灰，避免锅炉的结渣及碱金属导致的一系列后续问题(如受热面腐蚀等)。
进一步地，当所述气化***为负压***时，由于受高温燃气风机设备的限制，需要先通过燃气换热器将可燃气体冷却到350～400℃后经燃气风机加压后再分两路送入燃煤锅炉***。
所述燃煤锅炉***还包括分流调节阀，除尘后的可燃气体通过分流调节阀分两路送入燃煤锅炉***。
可燃气体视不同负荷进行不同处理，高负荷下可全部送入燃煤锅炉，与燃煤混合燃烧，利用原有发电***进行高效发电；低负荷情况下，在进入燃煤锅炉前，通过分流调节阀引导一定比例可燃气体通入所述独立燃烧室，进行充分燃烧产生辅助加热烟气；剩余可燃气体仍然进入燃煤锅炉与煤炭混燃发电，利用可燃气体容易着火燃烧的特性促进煤粉的着火及稳定燃烧，实现较低负荷下锅炉炉内稳定燃烧运行，产生的烟气与上述辅助加热烟气充分混合后再进入SCR脱硝***进行脱硝处理，保证SCR脱硝装置的可靠运行。
其中，高负荷是指在额定负荷70％以上的负荷条件，低负荷是指在额定负荷20～30％负荷条件。
本***可适应各类负荷，同时始终保持烟气脱硝效果，优选地，在额定负荷20～30％负荷条件下，8～20％的可燃气体送入独立燃烧室中充分燃烧产生辅助加热烟气，剩余的可燃气体送入燃煤锅炉直接燃烧。
进入所述SCR脱硝装置前的混合气体的温度为300～400℃，通过本***处理后，提升了脱硝装置前待处理气体的温度，从而改善脱硝效果。
进一步地，经SCR脱硝装置后的尾气通过空气预热器加热空气后再通过尾气处理装置排出，加热后的空气送入燃煤锅炉中。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本***利用可燃气体易着火且燃烧稳定的优势，用于辅助煤炭稳燃，即通过混燃的方式保障燃煤锅炉在各类工况尤其低负荷条件下都能够稳定安全运行。
(2)本***针对低负荷运行工况，特别设计了分流一部分可燃气体独立燃烧并与进入SCR低温烟气混合的流程，以提高进入脱硝***烟气的温度，解决了燃煤锅炉低负荷状况下烟气温度无法达到SCR脱硝温度窗口的问题，因此无需另行设置燃气换热器及高温燃气风机，节约能源，简化流程。
(3)本***可实现低温气化，控制碱金属的析出量，同时可在进入燃煤锅炉前回收绝大部分的生物质灰，避免锅炉的结渣及碱金属导致的一系列后续问题(如受热面腐蚀等)。
(4)本***采用煤及生物质热燃气利用技术，燃料适应性好，气固相混合剧烈，***整体热效率高。本***易与现有锅炉匹配，改造工作量小。
附图说明
图1为本实用新型负压循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***示意图；图中，1-加压给料器，2-流化床气化炉，3-一级旋风分离器，4-空压机，5-返料器，6-二级旋风分离器，7-出灰口，8-燃气换热器，9-高温燃气风机，10-分流调节阀，11-燃煤锅炉，12-煤仓，13-燃烧器，14-省煤器， 15-汽轮发电机组，16-独立燃烧室，17-引风机，18-SCR脱硝装置，19-空气预热器，20-鼓风机，21-尾气处理装置；
图2为本实用新型正压循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***示意图；图中，1-加压给料器，2-流化床气化炉，3-一级旋风分离器，4-空压机，5-返料器，6-二级旋风分离器，7-出灰口，10-分流调节阀，11-燃煤锅炉，12-煤仓，13-燃烧器，14-省煤器，15-汽轮发电机组，16-独立燃烧室，17-引风机，18-SCR脱硝装置，19-空气预热器，20-鼓风机，21-尾气处理装置。
具体实施方式
为更好地说明本实用新型，下面结合本实用新型实施案例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
如图1所示，在负压***下(负压***指的是内部压力低于外界大气压力的锅炉***)，本实用新型循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，包括气化***和燃煤锅炉***，气化***主要包括流化床气化炉2和旋风分离器3,6，燃煤锅炉***主要包括燃煤锅炉11、省煤器14、SCR脱硝装置18和独立燃烧室16；
选取松木锯屑作为生物质原料进行气化，经破碎/筛分工序，制得平均粒径在0-20mm范围内的颗粒储存于生物质料仓中备用。
生物质通过加压给料器1以20t/h的速率连续给入流化床气化炉2，以空压机4送入的空气作为气化剂在流化床气化炉2内进行气化，生成可燃气体。高温燃气夹带固体离开流化床气化炉2后，进入一级旋风分离器 3进行气固分离，分离下来的再循环粒子通过返料器5送回流化床气化炉 2内。另一部分飞灰通过二级旋风分离器6除去，分离下来的灰通过出灰口7进行收集回收。剩下的含有O2，N2，CO，CO2，H2S，NOx等成分的可燃气体先经过燃气换热器8冷却(冷却后的燃气温度不低于所含焦油冷凝温度；受热面壁面温度不低于焦油冷凝温度)，由高温燃气风机9加压后经过分流调节阀10送往燃煤锅炉***。
气化***耦合600MWe燃煤锅炉，燃煤锅炉的原料储存于煤仓12中备用，经燃烧器13燃烧后进入燃煤锅炉11，当锅炉工作在高负荷时，将全部可燃气体送入燃煤锅炉11内与煤混燃，加热蒸汽推动汽轮发电机组 15发电；低负荷(20％～30％)下，可燃气体被净化后，经过分流调节阀 10使15％～20％的气体被分流至独立燃烧室16充分燃烧升温至 1000～1200℃，由引风机17供给空气；剩余80％～85％的可燃气体作为燃料送入燃煤锅炉11；锅炉出来的烟气经省煤器14后，与独立燃烧室16 的尾气混合成300℃～400℃的气体，送入SCR脱硝装置18除去氮氧化物，经过空气预热器19加热空气之后再通过尾气处理装置21排出，空气预热器19由鼓风机20供给空气，空气经加热后送入燃煤锅炉11。
本实施例中生物质原料松木锯屑的工业分析、元素分析结果如表1所示，经气化后得到的生物质可燃气体的组成及体积分数如表2所示。
表1.生物质原料松木锯屑工业分析、元素分析。
表1中，Mad％表示全水含量；Aad％表示灰分含量；Vad％表示挥发分含量；FCad％表示固定碳含量；Qb,ad表示高位发热量；Qnet,ad表示低位发热量；Cad％表示碳元素含量；Had％表示氢元素含量；Nad％表示氮元素含量；St,ad％表示全硫含量；Oad％表示氧元素含量。
表2.生物质可燃气体组成及体积分数
| 气体成分 | H2 | CO | CH4 | CnHm | CO2 |
| 体积分数 | 4.25％ | 26.16％ | 5.08％ | 1.23％ | 12.48％ |
实施例2
如图2所示，在正压***下(正压***指的是内部压力大于外界大气压力的锅炉***)，本实用新型循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，包括气化***和燃煤锅炉***，气化***主要包括流化床气化炉2和旋风分离器3,6，燃煤锅炉***主要包括燃煤锅炉11、省煤器14、SCR脱硝装置18和独立燃烧室16；
以扎赉诺尔煤作为气化原料进行气化，经破碎/筛分工序，制得平均粒径在0-10mm范围内的颗粒储存于料仓中备用。
煤经加压给料器1以25t/h的速率连续给入流化床气化炉2，以空压机4送入的空气作为气化剂在流化床气化炉2内进行气化，生成可燃气体。高温燃气夹带固体颗粒离开流化床气化炉2后，进入一级旋风分离器3进行气固分离，分离下来的再循环粒子通过返料器5送回流化床气化炉2内。另一部分飞灰通过二级旋风分离器6除去，分离下来的灰通过出灰口7进行收集回收。剩下的含有O2，N2，CO，CO2，NOx等成分的可燃气体经过分流调节阀10送往燃煤锅炉***。
气化***耦合600MWe燃煤锅炉，燃煤锅炉的原料储存于煤仓12中备用，经燃烧器13燃烧后进入燃煤锅炉11，当锅炉工作在高负荷时，将全部可燃气体送入燃煤锅炉11内与煤混燃，加热蒸汽推动汽轮发电机组 15发电；低负荷(20％～30％)下，可燃气体被净化后，经过分流调节阀 10使9％～12％气体被分流至独立燃烧室16充分燃烧升温至1100～1300℃，由引风机17供给空气；剩余88％～91％的可燃气体作为燃料直接送入燃煤锅炉11；锅炉出来的烟气经省煤器14后，与独立燃烧室16的尾气混合成 300℃～400℃的气体，送入SCR脱硝装置18除去氮氧化物，之后经过空气预热器19加热空气之后再通过尾气处理装置21排出，空气预热器19 由鼓风机20供给空气，空气经加热后送入燃煤锅炉11。
本实施例中扎赉诺尔煤的工业分析、元素分析结果如表3所示，经气化后得到的扎赉诺尔煤可燃气体的组成及体积分数如表4所示。
表3.扎赉诺尔煤工业分析、元素分析
表3中，Mad％表示全水含量；Aad％表示灰分含量；Vad％表示挥发分含量；FCad％表示固定碳含量；Q表示热值；Cad％表示碳元素含量； Had％表示氢元素含量；Nad％表示氮元素含量；St,ad％表示全硫含量；Oad％表示氧元素含量。
表4.扎赉诺尔煤可燃气体组成及体积分数
| 气体组成 | H2 | CO | CH4 | CO2 |
| 体积分数 | 31.9％ | 40.1％ | 4.16％ | 20.8％ |
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，包括气化***和燃煤锅炉***，气化***主要包括流化床气化炉和旋风分离器，燃煤锅炉***主要包括燃煤锅炉、省煤器、SCR脱硝装置和独立燃烧室；
气化原料在流化床气化炉内气化，生成的可燃气体经旋风分离器进行气固分离，除尘后的可燃气体分两路送入燃煤锅炉***，一路送入独立燃烧室中充分燃烧产生辅助加热烟气，另一路送入燃煤锅炉直接燃烧，燃煤锅炉产生的烟气经省煤器后与所述辅助加热烟气混合后进入SCR脱硝装置。
2.根据权利要求1所述的循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，所述气化原料为煤或生物质。
3.根据权利要求2所述的循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，所述气化原料为生物质时，在气化前破碎/筛分成粒径为0-20mm的颗粒；所述气化原料为煤时，在气化前破碎/筛分成粒径为0-10mm的颗粒。
4.根据权利要求3所述的循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，所述气化原料经破碎/筛分后存入料仓，再经给料器连续给入所述的流化床气化炉。
5.根据权利要求1所述的循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，所述旋风分离器包括两级，可燃气体经一级旋风分离器进行气固分离，分离后的再循环粒子通过返料器送回流化床气化炉；从一级旋风分离器出来的可燃气体进入二级旋风分离器，分离下来的灰通过水冷螺旋冷灰器后，降温后进行收集回收。
6.根据权利要求1所述的循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，所述燃煤锅炉***还包括分流调节阀，除尘后的可燃气体通过分流调节阀分两路送入燃煤锅炉***。
7.根据权利要求1所述的循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，在额定负荷20～30％负荷条件下，8～20％的可燃气体送入独立燃烧室中充分燃烧产生辅助加热烟气，剩余的可燃气体送入燃煤锅炉直接燃烧。
8.根据权利要求1所述的循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，进入所述SCR脱硝装置前的混合气体的温度为300～400℃。
9.根据权利要求1所述的循环流化床气化耦合燃煤机组调峰发电***，其特征在于，经SCR脱硝装置后的尾气通过空气预热器加热空气后再通过尾气处理装置排出，加热后的空气送入燃煤锅炉中。
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