燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于生物质利用技术领域，公开了燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置及方法，本发明专利技术采用生物质超高速自平衡气化设备将生物质气化，燃气通过降温增压后送入燃煤锅炉炉膛内燃烧。燃气降温介质采用从汽轮机中压段抽取的～400℃蒸汽，与燃气换热后的蒸汽通过与空气的二次换热，产生高温空气供给气化炉。本发明专利技术实现了生物质气化耦合大型燃煤发电系统，利用大容量、高参数汽轮发电系统提高了生物质发电参数和效率，解决了现存的生物质直燃工艺发电规模小、效率低的问题，并适用于高碱性、高水分的生物质，扩大了生物质利用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质利用
，具体涉及燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置及方法。
技术介绍
生物质是传统的可再生资源，我国生物质能资源非常丰富，发展生物质发电产业大有可为。一方面，我国农作物播种面积有18亿亩，年产生物质约7亿吨。除部分用于造纸和畜牧饲料外，剩余部分都可做燃料使用。另一方面，我国现有森林面积约1.75亿公顷，森林覆盖率18.21%，每年通过正常的灌木平茬复壮、森林抚育间伐、果树绿篱修剪以及收集森林采伐、造材、加工剩余物等，可获得生物质资源量约8亿至10亿吨。此外，我国还有4600多万公顷宜林地，可以结合生态建设种植农植物，这些都是中国发展生物质发电产业的优势。2006年12月1日投产的国能单县30兆瓦生物质直燃发电项目是我国第一个生物质直燃发电项目，拉开了国内大规模生物质发电产业发展的序幕。从近几年的实践来看，我国生物质直燃发电项目单个装机规模普遍为12MW-30MW，装机规模小、受原料限制大、抗风险能力弱，发电效率通常在22%~26%的水平，发电效率非常低。大部分的生物质直燃发电项目即使获得0.75元/KW·h的电价补贴也难以生存。生物质气化在我国主要以使用低水分，高热值、高灰熔点、流动性好的生物质（例如稻壳、木屑等）为原料，其他原料容易导致生物质气化不稳定、气化过程中结渣、加料卡阻等问题，装置无法长期稳定运行。因此，需要一种合理的生物利用模式来提高原料利用的广泛性，提高生物质利用效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃的装置及方法。燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置，包括生物质超高速自平衡气化设备（1），所述生物质超高速自平衡气化设备（1）前端开设入料口（104），生物质超高速自平衡气化设备（1）的燃气出口与旋风分离器（2）的进口相连，旋风分离器（2）的出口与燃气换热器（3）的进口连接，燃气换热器（3）的出口与高温燃气风机（9）的一端相连，高温燃气风机（9）的另一端与锅炉（5）内部设置的燃气燃烧器（501）相连；锅炉（5）的尾气出口通过尾气增压混风设备（7）与生物质超高速自平衡气化设备（1）内设置的自平衡返料器风室（102）相连；锅炉（5）的蒸汽出口与汽轮机（6）相连，汽轮机（6）中压段设有蒸汽抽气口，蒸汽抽气口与燃气换热器（3）的进口相连，燃气换热器（3）的出口还后进入与空气换热器（10）的进口相连，空气换热器（10）的出口与除氧器（4）的进口相连，除氧器（4）的出口与锅炉（5）的进口相连；空气换热器（10）还设有空气进口与空气出口，空气进口与鼓风机（8）相连，空气出口与生物质超高速自平衡气化设备（1）内设置的自平衡气化设备风室（101）相连。作为上述技术方案的进一步描述：生物质超高速自平衡气化设备（1）底部为锥形。作为上述技术方案的进一步描述：生物质超高速自平衡气化设备（1）中部设有二次风入口（103）。作为上述技术方案的进一步描述：尾气增压混风设备（7）包括尾气增压风机和空气混比阀。作为上述技术方案的进一步描述：自平衡气化设备风室（101）及自平衡返料器风室（102）均设有风帽。作为上述技术方案的进一步描述：燃气燃烧器（501）布置在两层煤粉燃烧器之间。燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃的方法，包括以下步骤：（1）生物质原料、床料通过入料口（104）加入生物质超高速自平衡气化设备（1），生物质超高速自平衡气化设备（1）产生高温燃气，底部锥段的运行速度为3-7m/s，底部密相区温度低于生物质灰熔点以下50~150℃，中部稀相区温度600~920℃，燃气出口温度450-900℃，通过旋风分离器（2）除尘后，燃气经燃气换热器（3）换热，温度降至350-550℃，高温燃气风机（9）将降温后的燃气送入锅炉（5）炉膛内燃气燃烧器（501）燃烧；（2）锅炉（5）燃烧后的尾气一部分经过尾气增压混风设备（7）增压后，供给至自平衡返料器风室（102），作为返料风使用，通过尾气增压混风设备（7）调节空气加入量控制返料风的含氧量，控制自平衡返料器风室（102）温度为生物质灰熔点以下50~200℃；（3）锅炉（5）产生的高参数蒸汽经汽轮机（6）做功后，从中压段抽出一部分蒸汽，温度约300-450℃，通入燃气换热器（3）将燃气降温，换热后的蒸汽再进入空气换热器（10）与空气换热，换热后的蒸汽进入除氧器（4），除氧器（4）与锅炉（5）相连；（4）鼓风机（8）将常温空气送入空气换热器（10），得到300-500℃高温空气，高温空气送入自平衡气化设备风室（101）作为气化剂使用。作为上述技术方案的进一步描述：所述生物质原料的含水量不高于50%，生物质灰中K、Na含量不超过40%，生物质长度不大于10cm。作为上述技术方案的进一步描述：入料口（104）处为微负压，负压范围为0~-500Pa。作为上述技术方案的进一步描述：所述床料为耐磨粗床料颗粒，包括石英砂和/或氧化铝球，粒径为0.5~5mm。作为上述技术方案的进一步描述：步骤（2）所述返料风的含氧量为1%~21%。本专利技术的原理是：根据生物质化学元素分析，生物质是主要由C、H、O等元素组成的，在高温条件下较易热解挥发产生可燃性气体。本专利技术采用生物质超高速自平衡气化设备，通过控制生物质超高速自平衡气化设备底部速度，降低底部密相区温度，同时在生物质超高速自平衡气化设备中部设置二次风入口，提高稀相区温度，保证生物质完全气化，均匀温度场，避免高碱性生物质碱金属析出造成床料结渣。生物质超高速自平衡气化设备将生物质热解气化成450-900℃具有550-1400Kcal/Nm³热值的生物质燃气。由于生物质超高速自平衡气化设备内生物质反应时间段、反应强度高，必须保证生物质原料的连续供应，为了适应流动性较差的生物质，本专利技术采用负压给料即控制进料口处压力为微负压。负压压头来源于后部高温燃气风机。由于燃气温度较高，而现阶段的高温燃气风机稳定运行的工况温度＜550℃，所以本专利技术采用燃气换热器对生物质燃气进行降温。同时根据生物质燃气中焦油在350℃以下会大量析出的特殊性，一旦焦油析出将会大量的吸附在燃气换热器表面，大大降低换热效率，导致换热器失效，风机温度过高而停运。综合换热介质温度及能源合理利用角度，选用已在高压段做功后的~400℃中压蒸汽对高温燃气进行降温，由于已在汽轮机中膨胀做功，所以此时蒸汽的有效焓降已经大大减少。降温后的燃气经高温燃气风机喷入炉内燃烧。燃气燃烧器布置在两层煤粉燃烧器之间，煤粉燃烧器的高温温度场保证了低热值的生物质燃气的稳定燃烧，而生物质燃气的燃烧温度较煤粉的燃烧温度低200-500℃，能够有效降低炉膛燃烧的高温区温度，平衡温度场的温度梯度，从而抑制热力型NOx的生产。蒸汽经燃气换热器后，进入空气预热器，将空气加热至高温，低温蒸汽回送至除氧器。通过将能量换热给空气，提高生物质超高速自平衡气化设备气化剂温度，改善炉内气化条件，稳定炉内温度场，同时回收的能量能通过燃烧再次传递至汽轮机做功，提高了能量的品质。生物质超高速自平衡气化设备自平衡返料器中返料风使用锅炉尾气并增加空气调节配比手段，能控制生物质循环灰中的半焦在自平衡返料器中的反应进程，对于生物质循环灰的温度已接本文档来自技高网...

【技术保护点】
燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置，其特征在于：包括生物质超高速自平衡气化设备（1），所述生物质超高速自平衡气化设备（1）前端开设入料口（104），生物质超高速自平衡气化设备（1）的燃气出口与旋风分离器（2）的进口相连，旋风分离器（2）的出口与燃气换热器（3）的进口连接，燃气换热器（3）的出口与高温燃气风机（9）的一端相连，高温燃气风机（9）的另一端与锅炉（5）内部设置的燃气燃烧器（501）相连；锅炉（5）的尾气出口通过尾气增压混风设备（7）与生物质超高速自平衡气化设备（1）内设置的自平衡返料器风室（102）相连；锅炉（5）的蒸汽出口与汽轮机（6）相连，汽轮机（6）中压段设有蒸汽抽气口，蒸汽抽气口与燃气换热器（3）的进口相连，燃气换热器（3）的出口还与空气换热器（10）的进口相连，空气换热器（10）的出口与除氧器（4）的进口相连，除氧器（4）的出口与锅炉（5）的进口相连；空气换热器（10）还设有空气进口与空气出口，空气进口与鼓风机（8）相连，空气出口与生物质超高速自平衡气化设备（1）内设置的自平衡气化设备风室（101）相连。

【技术特征摘要】
1.燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置，其特征在于：包括生物质超高速自平衡气化设备（1），所述生物质超高速自平衡气化设备（1）前端开设入料口（104），生物质超高速自平衡气化设备（1）的燃气出口与旋风分离器（2）的进口相连，旋风分离器（2）的出口与燃气换热器（3）的进口连接，燃气换热器（3）的出口与高温燃气风机（9）的一端相连，高温燃气风机（9）的另一端与锅炉（5）内部设置的燃气燃烧器（501）相连；锅炉（5）的尾气出口通过尾气增压混风设备（7）与生物质超高速自平衡气化设备（1）内设置的自平衡返料器风室（102）相连；锅炉（5）的蒸汽出口与汽轮机（6）相连，汽轮机（6）中压段设有蒸汽抽气口，蒸汽抽气口与燃气换热器（3）的进口相连，燃气换热器（3）的出口还与空气换热器（10）的进口相连，空气换热器（10）的出口与除氧器（4）的进口相连，除氧器（4）的出口与锅炉（5）的进口相连；空气换热器（10）还设有空气进口与空气出口，空气进口与鼓风机（8）相连，空气出口与生物质超高速自平衡气化设备（1）内设置的自平衡气化设备风室（101）相连。2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置，其特征在于：所述生物质超高速自平衡气化设备（1）底部为锥形且生物质超高速自平衡气化设备（1）中部设有二次风入口（103）。3.根据权利要求1所述的燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置，其特征在于：所述尾气增压混风设备（7）包括尾气增压风机和空气混比阀。4.根据权利要求1所述的燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置，其特征在于：所述自平衡气化设备风室（101）及自平衡返料器风室（102）均设有风帽。5.根据权利要求1所述的燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃装置，其特征在于：所述燃气燃烧器（501）布置在两层煤粉燃烧器之间。6.权利要求1所述的燃煤锅炉前置生物质超高速自平衡气化混燃的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：张守军，张齐生，范晓旭，周建斌，张守峰，庄会永，鲁万宝，赵成武，吴银龙，李益瑞，
申请(专利权)人：合肥德博生物能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34