一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統技術方案

本發明專利技術提供一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統，包括空分設施、垃圾預處理設施、垃圾氣化爐、高溫換熱器、農林生物質預處理設施、農林生物質烘焙裝置、磨煤機，所述空分設施將分離得到的O2作為氣化劑輸送至所述垃圾氣化爐，與生活垃圾一起氣化、得到的N2經所述高溫換熱器升溫后用于烘焙農林生物質；經烘焙后的農林生物質輸送至所述磨煤機、與煤粉一起粉碎；烘焙后的氣體對農林生物質或生活垃圾進行預熱。本發明專利技術將農林生物質、垃圾與煤有機耦合在一起，為發電鍋爐提供燃料合成氣，能聯合處理農林生物質和城市生活垃圾，垃圾中重金屬在氣化爐中被熔融處理為無害殘渣，具有工藝簡單、熱量利用率高、綜合效率高、綠色環保等優點。

A COUPLING SYSTEM OF AGRICULTURAL AND FORESTRY BIOMASS, WASTE AND COAL USED IN POWER PLANTS

【技術實現步驟摘要】
一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統
本專利技術涉及發電設施
，具體涉及一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統。
技術介紹
我國是能源消費大國，據統計，2016年我國能源消費總量達到43.6億噸標準煤。隨著我國經濟持續快速發展，對能源需求量日益增加，預計2050年將占世界能源消費總量的25％，成為世界第二大能源消費國。目前我國的能源結構依然以化石能源為主，2015年我國發電裝機容量達到16.4575×108kW，其中火電裝機容量為10.5388×108kW，約占總裝機容量的64.04％(發電量約占80％)。生物質根據來源可以細分為農林生物質和生活垃圾等。目前農林生物質耦合燃煤電廠的方式可以分為直接耦合、氣化后合成氣耦合以及蒸汽側耦合。直接耦合是將生物質單獨磨碎或與煤共磨后直接進入燃煤鍋爐；氣化后合成氣耦合是生物質通過氣化爐變成合成氣，然后將合成氣通入燃煤鍋爐；蒸汽側耦合是生物質通過單獨的鍋爐產生蒸汽，然后將蒸汽送入燃煤發電機組對應蒸汽參數的位置。生活垃圾由于含有較多的氯元素以及少量重金屬，在燃燒過程中會產生二噁英類劇毒物質，需要對其特別對待。由于生活垃圾來源較廣泛，暫無直接破碎后進入燃煤鍋爐的耦合方式。在專利CN107384484A中采用的方法為先將垃圾預處理后進入氣化爐制備合成氣，然后將合成氣送入到燃煤鍋爐燃燒，并通過向氣化爐床料中添加脫氯劑以控制合成氣中氯元素的含量；該方法中并沒有考慮高溫合成氣輸送的合理性及合成氣中熱量的利用。在申請號為201710928071.1中采用的方法為先將垃圾在單獨的垃圾焚燒爐中燃燒產生蒸汽送往對應的汽水系統中，煙氣則直接送入燃煤鍋爐的爐膛中經過高溫除二噁英，再經過燃煤電廠的污染物控制手段進行凈化，該方式中生活垃圾依舊是在垃圾焚燒爐中燃燒，溫度及效率都沒有在大型燃煤鍋爐中的要高。以上農林生物質和生活垃圾耦合燃煤電廠的現狀，現存問題如下：(1)農林生物質直接耦合是三種耦合方式中最簡單，效率最高的方式，但是由于生物質可磨性較差，單位質量生物質研磨功耗較高，國內暫時沒有大規模采用；(2)生活垃圾空氣氣化后合成氣中不可燃組分過多，單位體積合成氣的熱值較低，也會增加合成氣輸送階段的費用，空氣氣化時氣化爐的溫度也較低，不利于危險廢物的脫除；(3)針對城鄉結合部的燃煤電廠，需要同時消納農林生物質和生活垃圾，但暫時沒有合適方法可以將兩者有機結合。因此，需要對現有技術進行進一步的改造，提出更優化的設計。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統，將農林生物質、垃圾與煤有機結合，耦合在一起，為發電鍋爐提供燃料合成氣，能聯合處理農林生物質和城市生活垃圾，垃圾中重金屬在氣化爐中被熔融處理為無害殘渣，具有工藝簡單、熱量利用率高、綜合效率高、綠色環保等優點。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統，包括空分設施、垃圾預處理設施、垃圾氣化爐、高溫換熱器、農林生物質預處理設施、農林生物質烘焙裝置、磨煤機，所述空分設施將空氣分離得到的O2作為氣化劑輸送至所述垃圾氣化爐，與經所述垃圾預處理設施處理的生活垃圾一起氣化、得到的N2經所述高溫換熱器升溫后輸送至所述農林生物質烘焙裝置烘焙農林生物質；經烘焙后的農林生物質輸送至所述磨煤機、與煤粉一起粉碎；烘焙后的氣體進入所述農林生物質預處理設施或垃圾預處理設施對農林生物質或生活垃圾進行預熱。根據以上方案，所述空分設施得到的N2和O2的純度均不小于95％、且N2和O2的壓力均不小于0.2MPa。根據以上方案，所述垃圾氣化爐的氣化溫度為850～1100℃，氣化過程中加入調控垃圾灰熔點的碳酸鹽，所述碳酸鹽包括CaCO3、Na2CO3。所述碳酸鹽與生活垃圾中灰量的質量比為0:100～10:90，其中CaCO3和Na2CO3的質量百分比任意。根據以上方案，所述高溫換熱器為耐高溫金屬材質換熱器，包括管殼式換熱器、盤管式換熱器等，高溫合成氣體與N2直接換熱，從而將垃圾合成氣中的溫度降為450～500℃，N2的溫度增加到300～400℃。根據以上方案，所述農林生物質烘焙裝置的烘焙溫度為250～350℃。根據以上方案，所述磨煤機將煤粉和烘焙過的農林生物質進行共磨后的粒度不大于100μm，然后送入發電鍋爐的燃燒器內，與所述垃圾氣化爐產生的合成氣一起燃燒發電。本專利技術的空分設施用于將空氣中的N2和O2分離；垃圾預處理設施將生活垃圾預處理得到生活垃圾氣化原料；垃圾氣化爐將生活垃圾中的可燃物質轉化為可燃氣體，不可燃氣體轉化為熔渣；高溫換熱器將生活垃圾合成氣的熱量傳遞到N2中；農林生物質預處理設施對農林生物質進行預熱；農林生物質烘焙裝置能有效降低農林生物質氫氧元素比例，提高能量密度的裝置；磨煤機將煤和烘焙過的生物質處理到燃煤鍋爐需要的粒度。本專利技術的有益效果是：1)本專利技術通過應用空分后的純氧作為生活垃圾的氣化劑，可有效提高垃圾合成氣單位體積的熱值，降低合成氣體積流量，減少輸入的能耗成本；2)本專利技術可以有效提高氣化爐內的反應溫度，有助于底灰的熔融和二噁英類的分解；3)本專利技術將通過高溫換熱器換熱后的N2送往農林生物質烘焙裝置，簡化了系統，并有效利用了垃圾合成氣中的熱量；4)本專利技術烘焙后的生物質可磨性大大增加，可直接進入燃煤電廠的磨煤機與煤共磨后進入燃煤鍋爐參與燃燒5)本專利技術將農林生物質、生活垃圾與燃煤電廠耦合方式有機結合，且條件可控，能量利用效率高，可實現農林生物質和生活垃圾與燃煤電廠的規?；詈侠?。附圖說明圖1是本專利技術的系統結構示意圖。圖中：1、空分設施；2、垃圾預處理設施；3、垃圾氣化爐；4、高溫換熱器；5、農林生物質預處理設施；6、農林生物質烘焙裝置；7、磨煤機；8、發電鍋爐。具體實施方式下面結合附圖與實施例對本專利技術的技術方案進行說明。實施例1，見圖1：本專利技術提供一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統，包括空分設施1、垃圾預處理設施2、垃圾氣化爐3、高溫換熱器4、農林生物質預處理設施5、農林生物質烘焙裝置6、磨煤機7，生活垃圾為某A地區產生的，經所述垃圾預處理設施2干燥、破碎后，水分含量為20％，灰分含量為20％，尺寸粒徑＜150mm，然后以1t/h的速率輸送至所述垃圾氣化爐3中，所述空分設施1得到的純度＞95％的O2以280Nm3/h的速率作為氣化劑送入所述垃圾氣化爐3中，調控垃圾灰熔點的CaCO3和Na2CO3按質量比1:1以5kg/h的速率輸入所述垃圾氣化爐3中，所述垃圾氣化爐3中溫度為900℃，生活垃圾氣化得到850℃的合成氣流量為1500Nm3/h；合成氣經過所述高溫換熱器6溫度降為500℃，將所述空分裝施1同時生成的純度＞95％、流速為1100Nm3/h的N2由25℃升至330℃，升溫后的N2在農林生物質烘焙裝置6中將處理熱值為8.8MJ/kg的小麥秸稈(農林生物質)0.5t/h，停留時間為30min，烘焙結束后，小麥秸稈烘焙產物的熱值為10.65MJ/kg，剩余物為0.38t/h，研磨小麥秸稈烘焙產物過1.6mm篩子時，磨粉機的功耗與研磨原小麥秸稈相比，降低至原有能耗的81.34％；烘焙后的小麥秸稈與煤粉一起經所述磨煤機7共磨至粒度小于100μm，然后送入發電鍋爐8本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統，其特征在于，包括空分設施、垃圾預處理設施、垃圾氣化爐、高溫換熱器、農林生物質預處理設施、農林生物質烘焙裝置、磨煤機，所述空分設施將空氣分離得到的O2作為氣化劑輸送至所述垃圾氣化爐，與經所述垃圾預處理設施處理的生活垃圾一起氣化、得到的N2經所述高溫換熱器升溫后輸送至所述農林生物質烘焙裝置烘焙農林生物質；經烘焙后的農林生物質輸送至所述磨煤機、與煤粉一起粉碎；烘焙后的氣體進入所述農林生物質預處理設施或垃圾預處理設施對農林生物質或生活垃圾進行預熱。

【技術特征摘要】
1.一種電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統，其特征在于，包括空分設施、垃圾預處理設施、垃圾氣化爐、高溫換熱器、農林生物質預處理設施、農林生物質烘焙裝置、磨煤機，所述空分設施將空氣分離得到的O2作為氣化劑輸送至所述垃圾氣化爐，與經所述垃圾預處理設施處理的生活垃圾一起氣化、得到的N2經所述高溫換熱器升溫后輸送至所述農林生物質烘焙裝置烘焙農林生物質；經烘焙后的農林生物質輸送至所述磨煤機、與煤粉一起粉碎；烘焙后的氣體進入所述農林生物質預處理設施或垃圾預處理設施對農林生物質或生活垃圾進行預熱。2.根據權利要求1所述的電廠使用的農林生物質、垃圾與煤共耦合系統，其特征在于，所述空分設施得到的N2和O2的純度均不小于95％、且N2和O2的壓力均不小于0.2MPa。3.根據權利要求1所述的電廠使用的農林生物質、垃圾與煤...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡曉煒，趙淵，胡克勤，余橋，胡燦，羅康，
申請(專利權)人：武漢凱迪電力工程有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北,42