一种生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统
技术领域
本实用新型属于生物质发电及煤气化领域，具体为利用煤气化热解炉产物煤气和兰炭，与生物质进行掺烧，提高生物质锅炉的燃烧稳定性和燃烧效率。
背景技术
生物质直燃发电和常规燃煤的热电机组相比，生物质直燃电厂在汽轮发电机组和绝大多数辅机系统上并无区别，设备的选型和运行管理方面可以直接套用燃煤电厂经验，唯一存在区别的是锅炉部分和燃料储运处理系统。从能源利用角度看，生物质直燃电厂采用成熟高效的水蒸汽动力循环，流程简单，能源转化效率高且可以很方便地扩大规模。
生物质燃料具有高氯、高碱、挥发分高、灰熔点低等特点，燃烧时易腐蚀锅炉，并产生结渣、结焦等，因此，对锅炉设计有特殊的技术要求。直接燃烧发电的锅炉主要根据燃烧方式分成固定床或流化床：固定床燃烧方式多采用往复式炉排、振动式炉排、链条式炉排、马丁炉(多见于垃圾炉)等炉型；流化床燃烧方式多采用流化床、循环流化床、二级流化床等炉型。在秸秆直燃锅炉的大型化方面，振动式炉排使用比较合适，往复式炉排及链条式炉排使用较少。因为振动式炉排活动件较少，动作时间短，设备可靠性及自动化水平高，维护量远远小于往复式炉排及链条式炉排。
目前国际上针对秸秆类生物质比较成熟的燃烧技术提供国是丹麦，其燃烧设备采用水冷振动炉排锅炉，该技术已经由国家电网公司旗下的国能生物发电有限公司引入国内，并在山东单县、河北威县、河北成安、山东垦利、山东高唐、江苏射阳、河南羧县、河南鹿邑等几十个生物质发电项目中采用。作为国际上目前唯一经过实证的秸秆直接燃烧技术，其特殊的炉排设计可以克服秸秆燃烧过程中低灰熔点造成的排渣困难；炉膛和受热熵的设计排布也能较好地缓解炉壁结渣、管束沉积以及高温受热面金属高温腐蚀问题。从单县等已投产项目的运行情况可以证实该燃烧技术的可行性。
目前国内运行的生物质锅炉设计值与实际运行时偏差太大，由于早期的生物质锅炉在设计时经验缺乏，参照燃煤锅炉水分设计在15％以内，而实际运行中入炉混合料的水分均在45％左右，因此燃料进入炉膛中产生的烟气量远大于设计值，存在引风机出力不足的问题，导致锅炉一二次风风量不能按需配给，燃料燃烧不充分；其次燃料中的水分偏大，刚进入炉膛中不易着火，经过一段时间的烘烤后，水变成水蒸汽，一旦炉排振动，聚集在料层下的水蒸汽瞬间释放，极易形成正压，燃料将从炉排上掀起进入到出渣系统中，同时大量热烟气反串，经给料机进入料仓，引起料仓爆燃，进而造成停炉的事故现象时有发生。
因此，很多生物质电厂考虑使用煤掺烧，来提高生物质锅炉的燃烧稳定性。但直接用煤，存在锅炉炉膛和燃烧系统需要改造等难点。
实用新型内容
本实用新型的一个目的在于提供一种生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统，将生物质热解气化为可燃热解混合气，再经过净化和分离，从而实现火电厂的热解制煤气和兰炭与生物质发电相耦合。
具体地，本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统，包括依次相连的生物质锅炉、汽轮机和发电机，所述系统还包括干馏热解气化装置，所述生物质锅炉上设有兰炭入料口，所述干馏热解气化装置产生的兰炭通过兰炭入料口进入生物质锅炉内掺烧以驱动发电。
进一步的，所述系统还包括与干馏热解气化装置相连的气体净化分离装置，所述生物质锅炉上还设有废气入料口和/或煤气燃烧器，所述气体净化分离装置产生的废气和/或煤气分别通过废气入料口和煤气燃烧器进入生物质锅炉内掺烧以驱动发电。
进一步的，所述系统还包括废气处理装置，所述废气处理装置与生物质锅炉相连，用于处理生物质锅炉产生的废气。
更进一步的，所述干馏热解气化装置包括相连的气化炉及兰炭处理装置，所述气化炉上设有煤进料口及兰炭出口，所述兰炭处理装置包括依次相连的熄焦装置、烘干机、筛焦装置及兰炭储存储装置。
再进一步的，所述气化炉设有蒸汽引入管，所述蒸汽引入管与汽轮机相连，用于将汽轮机产生的部分主蒸汽或抽汽引入气化炉。
进一步的，所述干馏热解气化装置采用富氧气化技术，利用富氧气体作为气化剂，将其引入气化炉以提高气化炉的产气率。
进一步的，所述气体净化及分离装置包括依次相连的集气槽、气液分离器、直冷塔、横管初冷器、电捕焦油器、脱硫净化装置，所述脱硫净化装置产生的煤气送入储气罐或对外输送的煤气管道，以瓶装气、撬罐车或管道气形式对外销售。
更进一步的，所述煤气燃烧器可耦合富氧燃烧技术，利用富氧燃烧技术提高煤气掺烧生物质的燃烧稳定性。
本实用新型的有益效果是：
(1)利用生物质发电厂生产兰炭和煤气并用于掺烧，增加生物质锅炉燃烧稳定性。
(2)利用生物质锅炉高温烟气作为气化剂，高效利用了烟气余热，降低气化炉能耗。
(3)利用生物质锅炉和汽轮机的高温抽汽作为气化剂，高效利用了抽汽水蒸汽余热和水蒸汽工质，降低气化炉能耗，提高了产气量。
(4)煤热解气化炉排放的废水、废气、废渣利用生物质发电机组的处理设施进行无害化处理。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所述的一种生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统的结构示意图；
图2为本实用新型中实施例1所述的干馏热解气化装置的结构示意图；
图3为本实用新型中实施例1所述的气体分离净化装置的结构示意图；
附图标记说明
为进一步清楚的说明本实用新型的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。
生物质锅炉-1、汽轮机-2、发电机-3、凝汽器-4、低压加热器-5、除氧器-6、给水泵-7、高压加热器-8、废气处理装置-9、气体分离净化装置-10、干馏热解气化装置-11、兰炭入料口-101、废气入料口-102、煤气燃烧器-103、集气槽-1001、气液分离器-1002、直冷塔-1003、横管初冷器-1004、电捕焦油器-1005、脱硫净化装置-1006、气化炉-1101、熄焦装置-1102、烘干机-1103、筛焦装置-1104
通过上述附图标记说明，结合本实用新型的实施例，可以更加清楚的理解和说明本实用新型的技术方案。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。
实施例1
如图1所示，一种生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统，包括依次相连的干馏热解气化装置11、气体分离净化装置10、生物质发电装置及废气处理装置9。型煤通过干馏热解气化装置11后得到兰炭及荒煤气，荒煤气经过气体分离净化装置10后产生废气及煤气，所述废气进入生物质发电装置内进行燃烧；所述兰炭、煤气用于外售或为生物质发电装置提供燃料以发电；燃料在生物质发电装置内燃烧产生的废气经过废气处理装置9处理后达标排放。
如图2所示，所述干馏热解气化装置11包括气化炉1101及与之相连的兰炭处理装置。所述干馏热解气化装置11采用富氧气化技术，利用富氧气体作为气化剂，以提高气化炉1101的产气率。所述气化炉1101上设有煤进料口及兰炭出口。作为优选，所述气化炉1101上还设有蒸汽引入管，所述蒸汽引入管与汽轮机2相连，用于将汽轮机2产生的部分主蒸汽或抽汽引入气化炉 1102内，参与型煤的干馏热解气化反应。作为本实用新型的一个示例，所述干馏热解气化装置11还设有与气化炉1101相连的空气风机，用于提供煤炭气化所需的空气。所述兰炭处理装置与气化炉1101相连，包括依次连接的熄焦装置1102、烘干机1103 和筛焦装置1104。所述熄焦装置1104采用清水熄焦、循环冷却熄焦、惰性气体干熄焦、氮气熄焦工艺中的任意一种。作为优选，本实用新型采用采用循环冷却熄焦工艺。干馏热解气化装置11 的气化炉1101经炭化燃烧后产生的兰炭，通过熄焦装置1102将兰炭熄焦生成含水兰炭，依次再经过烘干机1103的烘干和筛焦装置1104的筛焦后，生成成品兰炭，用于外售或通过兰炭入料口101进入生物质锅炉内掺烧。作为本实用新型的一个优选示例，所述兰炭处理装置还包括兰炭储存供给装置，所述兰炭储存供给装置与筛焦装置1104相连，用于制备兰炭的暂存。
如图3所示，所述气体分离净化装置10包括煤气提炼装置及煤气净化装置。所述煤气提炼装置与干馏热解气化装置11相连，包括依次连接的集气槽1001、气液分离器1002和直冷塔 1003。气化炉1101产生的荒煤气收集在集气槽1001内，之后通过气液分离器1102进行气液分离并产生煤气，所述煤气进入直冷塔1003冷却，产生高纯度的煤气，最终进入煤气净化装置。所述煤气净化装置与所述直冷塔1003相连，包括横管初冷器 1004、电捕焦油器1005和脱硫净化装置1006。作为优选，所述横管初冷器1004与冷水池相连以建立循环水路并为横管初冷器 1004提供冷量来源。经直冷塔1003的煤气进入横管初冷器1004 内进行二次冷却，之后通过电捕焦油器1005将煤气中的焦油进一步分离；作为优选，所述横管初冷器1004与电捕焦油器1005 之间设有第一风机，用于加强向电捕焦油器1005抽入煤气；产生的煤气在经过脱硫净化装置1006以去除煤气中的硫，最终产生洁净的成品煤气，最终送入储气罐或对外输送的煤气管道或者进入煤气燃烧器103内掺烧，以提高生物质锅炉1的运行稳定性。作为本实用新型的一个示例，所述电捕焦油器1005和脱硫净化装置1006之间设有第二风机，所述第二风机用于加强向脱硫净化装置1006吹入煤气。
所述生物质发电装置包括依次相连冷凝器4、低压加热器5、除氧器6、给水泵7、高压加热器8、生物质锅炉1、汽轮机2，所述生物质发电装置还包括发电机3，所述发电机3与汽轮机2 相连用以发电。所述生物质锅炉1上设有兰炭入料口101，还设有废气入料口102、煤气燃烧器103中的至少1种。作为优选，所述生物质锅炉1上设有兰炭入料口101、废气入料口102、煤气燃烧器103。所述煤气燃烧器103可耦合富氧燃烧技术，利用富氧燃烧技术提高煤气掺烧生物质的燃烧稳定性。所述兰炭入料口 101与干馏热解气化装置11相连，所述废气入料口102、煤气燃烧器103均与气体分离净化装置10相连。所述生物质锅炉1的燃料包括木质废弃物、甘蔗渣、动物粪便、生物燃料如稻壳、葵花子壳、高粱秆、玉米秆、豆秆等。作为优选，所述生物质锅炉1 的燃料为玉米杆。发电时，一方面通过生物质燃料的燃烧将生物质锅炉1内的水转化为高压蒸汽以驱动发电；同时根据生物质种类、锅炉内的燃烧情况，选择性的加入兰炭、废气、煤气中的一种进行掺烧。另一方面，水体通过给水泵7泵入高压加热器8进行预加热，预加热后的水体进入运行中的生物质锅炉1以产生高压蒸汽，高压蒸汽进入汽轮机2内，将高压蒸汽的热能转化为动能，进而带动发电机3产生电能，升压后并入国家电网。所述汽轮机2的排汽可进入冷凝器4或除氧器6；当排汽进入冷凝器4 后液化成水，上述水体通过低压加热器5进行初次加热，再经除氧器6处理后经给水泵7回到高压加热器8进行重复利用。优选的，低压加热器5、高压加热器8均可通过汽轮机2的排汽进行水体加热。
所述废气处理装置9与生物质锅炉1相连，作为优选，所述废气处理装置9包括依次连接的烟气处理装置、活性炭吸附装置和除尘器，从生物质锅炉1产生的尾气经过烟气处理装置进行脱硝、脱硫以进行初次净化，之后通过活性炭吸附装置进行二次净化，通过除尘器除去固体颗粒，达标后排放。
实施例2
一种生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统，所述系统利用汽轮机 2的抽汽作为气化炉1101的气化剂对型煤进行热解气化以产生兰炭、煤气，产生的兰炭、煤气根据需要分别通过兰炭入料口 101、煤气燃烧器103进入生物质锅炉1内进行掺烧稳燃，产生的高压蒸汽进入汽轮机2内做功以带动发电机3产生电能。同时生物质锅炉1产生的尾气进入废气处理装置9经处理达标后排放。
具体的，型煤进入干馏热解气化装置11的气化炉1101内，同时利用蒸汽引入管向气化炉1101内通入汽轮机2产生的抽汽以进行热解气化反应；产生的半成品兰炭进入熄焦装置1102内进行清水息焦，产生的含水兰炭进入烘干机1103内除去水分，并通过筛焦装置1104后得到成品兰炭，最终通过兰炭入料口101 进入生物质锅炉1内掺烧；同时热解气化产生的荒煤气进入气体分离净化装置10内除去焦油及硫分以产生洁净的煤气，最终通过煤气燃烧器103进入生物质锅炉1内掺烧；同时，生物质锅炉 1利用玉米杆、煤气、兰炭作为燃料，将水加热生成高压蒸汽；根据燃烧情况选择加入煤气、兰炭的量。燃烧产生的尾气进入废气处理装置9处理，达标后排放。高压蒸汽进入汽轮机2内做功，最终带动发电机3产生电能。汽轮机2产生的抽汽一部分进入气化炉1101内作为气化剂；另一部分则进入凝汽器4内凝结成水，并依次通过低压加热器5、除氧器6、给水泵7、高压加热器8 后进入生物质锅炉1进行循环。
本实用新型所述的生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统，不仅能产生高附加值的兰炭、煤气，而且可根据需要，将兰炭、煤气送入生物质锅炉1内进行掺烧，提高生物质锅炉1的运行稳定性，并驱动汽轮机2以带动发电机3产生电能，从而形成完整的“生化电”系统，实现生物质发电及增效的双重目标。
实施例3
一种生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统，所述系统通过干馏热解气化装置11将型煤转化为兰炭及荒煤气，所述兰炭用于对外销售，所述荒煤气通过气体分离净化装置10以产生洁净的煤气，所述煤气通过煤气燃烧器103进入生物质锅炉1内进行掺烧稳燃，生物质锅炉1产生的高压蒸汽进入汽轮机2内做功以带动发电机3产生电能。
具体的，型煤进入干馏热解气化装置11的气化炉1101内进行热解气化反应；产生的半成品兰炭进入熄焦装置1102内进行惰性气体干息焦后进入通过筛焦装置1104后得到成品兰炭并用于对外销售；同时热解气化产生的荒煤气进入气体分离净化装置 10内除去焦油及硫分以产生洁净的煤气，最终通过煤气燃烧器 103进入生物质锅炉1内掺烧；而生物质锅炉1利用豆杆、煤气作为燃料，将水加热生成高压蒸汽；根据燃烧情况选择加入煤气的量。燃烧产生的尾气进入废气处理装置9处理，达标后排放。高压蒸汽进入汽轮机2内做功，最终带动发电机3产生电能。汽轮机2产生的抽汽则进入凝汽器4内凝结成水，并依次通过低压加热器5、除氧器6、给水泵7、高压加热器8后进入生物质锅炉1进行循环。
实施例4
一种生物质锅炉掺烧兰炭的发电系统，所述系统通过干馏热解气化装置11将型煤转化为兰炭及荒煤气，所述兰炭用于对外销售，所述荒煤气通过气体分离净化装置10以产生洁净的煤气，所述煤气通过煤气燃烧器103进入生物质锅炉1，同时向生物质锅炉1内通入富氧气体，利用富氧燃烧技术进行掺烧稳燃，提高生物质锅炉1的运行稳定性，生物质锅炉1产生的高压蒸汽进入汽轮机2内做功以带动发电机3产生电能。
具体的，型煤进入干馏热解气化装置11的气化炉1101内进行热解气化反应；产生的半成品兰炭进入熄焦装置1102内进行清水息焦，产生的含水兰炭进入烘干机1103内除去水分，并通过筛焦装置1104后得到成品兰炭并用于对外销售；同时热解气化产生的荒煤气进入气体分离净化装置10内除去焦油及硫分以产生洁净的煤气以及废气，所述煤气可通过煤气燃烧器103进入生物质锅炉1内；所述废气通过废气入料口102进入生物质锅炉 1内；而生物质锅炉1利用豆杆、及部分废气作为燃料，并向生物质锅炉1内通入富氧气体，并利用通入的煤气进行稳燃燃烧。燃烧产生的尾气进入废气处理装置9处理，达标后排放。同时将水加热生成高压蒸汽；根据燃烧情况选择加入煤气的量。高压蒸汽进入汽轮机2内做功，最终带动发电机3产生电能。汽轮机2 产生的抽汽则进入凝汽器4内凝结成水，并依次通过低压加热器 5、除氧器6、给水泵7、高压加热器8后进入生物质锅炉1进行循环。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。
