一种煤电耦合生物质碳化利用系统及锅炉装置 |
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| 申请号 | CN202311746009.2 | 申请日 | 2023-12-18 | 公开(公告)号 | CN117739351A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 大唐东北电力试验研究院有限公司; | 发明人 | 李宽; 李健; 李强; 姚雪骏; 孔祥添; 谷增义; 董鸿业; 李闯; | ||||
| 摘要 | 一种 煤 电耦合 生物 质 碳 化利用系统及 锅炉 装置，属于生物质 能源 技术领域，解决了现有的生物质炭化炉存在的生物质碳化不稳定、锅炉受热面影响较大、适用范围窄、 密封性 差等问题。所述系统包括：烟气 抽取 单元、生物质碳化单元、可燃气输送单元、生物碳收集单元和燃烧单元；所述烟气抽取单元用于抽取烟气；所述生物质碳化单元包括：生物质给料装置和碳化处理装置；所述生物质给料装置用于将生物质输送给所述碳化处理装置，所述碳化处理装置用于将所述生物质进行碳化处理；所述 生物炭 收集单元用于收集生物炭；所述燃烧单元用于燃烧碳化后的可燃气体。本 发明 适用于固废减量化、无害化处理场景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种煤电耦合生物质碳化利用系统，其特征在于，所述系统包括：烟气抽取单元(1)、生物质碳化单元、生物炭收集单元(4)和燃烧单元； |
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| 说明书全文 | 一种煤电耦合生物质碳化利用系统及锅炉装置技术领域背景技术[0002] 生物质是一种宝贵的资源，不仅具有能源属性，还具有原料属性。生物质热解碳化产生的可燃气可以实现生物质的能源利用，产生的生物炭和灰分，可以还田以改良土壤，能够实现生物质的“负”碳特性；同时生物炭还可用作吸附剂，成为加工原料；生物炭也可成为燃料，实现能源的进一步利用。生物质热解碳化能够实现生物质的能源和原料属性，正成为当下生物质利用研究的热门课题。 [0003] 相对于单独建设生物质碳化炉，现代燃煤电厂锅炉具有烟气温度区域宽、温度参数稳定、氧量低、容量大的特点，对生物质碳化利用优势明显，同时燃煤电厂具有丰富的热、汽、电资源，可以降低投资成本。但是现在的生物质碳化炉普遍存在生物质碳化不稳定、锅炉受热面影响较大、适用范围窄、密封性差等问题。 发明内容[0004] 本发明为解决现有的生物质炭化炉存在的生物质碳化不稳定、锅炉受热面影响较大、适用范围窄、密封性差等问题，提出了一种煤电耦合生物质碳化利用系统及锅炉装置。 [0005] 所述系统包括： [0006] 烟气抽取单元、生物质碳化单元、生物炭收集单元和燃烧单元； [0007] 所述烟气抽取单元用于抽取烟气； [0008] 所述生物质碳化单元包括：生物质给料装置和碳化处理装置；所述烟气抽取单元将抽取的烟气输送至所述碳化处理装置底部的烟气入口，所述生物质给料装置用于将生物质输送给所述碳化处理装置的生物质料入口，所述碳化处理装置用于将进入其内部的生物质进行碳化处理，并将处理后的生物质输送给所述生物炭收集单元的收集管道入口； [0009] 所述生物炭收集单元包括：收集管道、收纳腔，处理后的生物炭经所述收集管道进入到所述收纳腔内部； [0011] 进一步地，提供优选方案：所述碳化处理装置内部设置有振动炉排，所述振动炉排设置于所述碳化处理装置的腰部位置。 [0012] 进一步地，提供优选方案：所述碳化处理装置的生物质料入口位于所述振动炉排的上方。 [0013] 进一步地，提供优选方案：所述振动炉排上设置有数个清洁板，用于清洁所述振动炉排。 [0014] 进一步地，提供优选方案：所述系统还包括监视单元，所述监视单元包括数个压力检测部件，所述数个压力检测部件分布在所述振动炉排的下部和所述碳化处理装置的出口处，用于检测所述振动炉排的下部区域的压力和所述碳化处理装置的出口处的压力。 [0015] 进一步地，提供优选方案：所述生物炭收集单元设置于所述碳化处理装置的下方。 [0016] 进一步地，提供优选方案：所述引风机的入风口设置有调节挡板，出风口设有隔离挡板。 [0017] 进一步地，提供优选方案：所述引风机的入风口设有温度检测部件和压力检测部件，用于检测所述入风口的温度和压力；所述引风机出风口设有温度检测部件和压力检测部件，用于检测所述出风口的温度和压力。 [0018] 进一步地，提供优选方案：所述生物质给料装置设有锁气器，用于防止烟气灌入所述生物质给料装置。 [0019] 一种煤电耦合生物质碳化利用锅炉装置，包括锅炉系统和上述任意一种或多种方案组合成的一种煤电耦合生物质碳化利用系统，所述煤电耦合生物质碳化利用系统中的烟气抽取单元的抽取端设置于所述锅炉系统的末级再热器后方的水平烟道位置，或末级过热器后方的水平烟道位置。 [0020] 本发明的有益效果： [0021] 1、本发明提出的系统能够安全高效地进行煤电耦合生物质热解碳化，实现生物质能源化、资源化、无害化利用。 [0022] 2、本发明利用生物质产生的可燃气，能够降低燃煤电厂的碳排放。 [0023] 3、所述系统产生的生物炭还田时，能实现“负”碳效果，创造一定的社会效益。 [0024] 4、所述系统产生的可燃气及产品生物炭，可以为电厂创造一定的经济效益； [0025] 5、本发明按照生物质的碳化规律，利用燃煤锅炉烟气温度分布特性，使生物质碳化更稳定，锅炉受热面影响更小。 [0026] 6、所述系统利用现有锅炉设备和系统，增加设备少，整体投资少。 [0027] 7、本发明提出的系统适应性强，适用于各类型的锅炉。 [0028] 8、所述系统采用负压运行方式，环境友好，实现无污染物排放。 [0029] 9、所述系统设置全面的温度、压力监视系统，具备高度自动化运行的能力。 [0030] 10、所述系统兼容性好，给料系统可以适应现有各项技术路线。 [0031] 11、所述生物质给料系统、振动炉排排出口、生物炭收集系统设计合理的密封方式，既能保证系统的严密性，又能防止烟气出现短路。 [0032] 12、所述振动炉排采用下部进风方式，使炉排的物料处于浅沸腾状态，可以增加物料的碳化速度，降低物料的下漏。 [0034] 14、碳化系统出入口温度选取科学，既能实现高效碳化，又能够避免副产物焦油堵塞，污染系统。 [0035] 15、振动炉排具备在线清洁能力，以保证碳化系统的连续经济性运行。 [0036] 16、系统设置的送入位置能保证产生的可燃气得到充分燃烧，且对锅炉燃烧稳定性影响小。 [0037] 本发明利用自身技术优势以及完善的环保设施，实现低成本、大规模、高清洁地进行生物质碳化利用，创造可观的经济效益和社会效益。 [0039] 图1为实施方式一所述的一种煤电耦合生物质碳化利用锅炉装置的结构示意图，其中，1为烟气抽取单元，2为碳化处理装置，3为生物质给料装置，4为生物炭收集单元，5为引风机，6为上组燃烧器，7为下组燃烧器，G为锅炉炉膛； [0040] 图2为图1中所述的生物给料装置的放大图； [0041] 图3为实施方式一所述的一种煤电耦合生物质碳化利用系统中的燃烧单元的结构示意图，其中，a为温度测点，b为压力测点，c为隔离挡板，d为调节挡板，e为温度测点，f为压力测点； [0042] 图4为实施方式三、实施方式四所述的碳化处理装置的内部结构示意图，其中，1‑1为烟气入口，1‑2为烟气出口，3‑1为生物质料入口，3‑2为生物质料出口，21为振动炉排，22为清洁板，g为逆止密封装置，h为电动隔离门，i为电动隔离门，j为热电偶。 具体实施方式[0043] 下面将结合本发明的附图对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。 [0044] 实施方式一 [0045] 参照图1说明本实施方式。 [0046] 本实施方式所述的一种煤电耦合生物质碳化利用系统包括： [0047] 烟气抽取单元1、生物质碳化单元、生物炭收集单元4和燃烧单元； [0048] 所述烟气抽取单元用于抽取烟气； [0049] 所述生物质碳化单元包括：生物质给料装置3和碳化处理装置2；所述烟气抽取单元1将抽取的烟气输送至所述碳化处理装置2底部的烟气入口1‑1，所述生物质给料装置3用于将生物质输送给所述碳化处理装置2的生物质料入口3‑1，所述碳化处理装置2用于将进入其内部的生物质进行碳化处理，并将处理后的生物质输送给所述生物炭收集单元4的收集管道入口； [0050] 所述生物炭收集单元4包括：收集管道、收纳腔，处理后的生物炭经所述收集管道进入到所述收纳腔内部； [0051] 所述燃烧单元包括：引风机5和燃烧器，所述引风机5用于将所述碳化处理装置2内部气体引入到所述燃烧器内，所述燃烧器用于燃烧引入的气体中的可燃气体。 [0052] 本实施方式还提供一种煤电耦合生物质碳化利用锅炉装置，所述装置包括锅炉系统和所述的一种煤电耦合生物质碳化利用系统，所述煤电耦合生物质碳化利用系统中的烟气抽取单元(1)的抽取端设置于所述锅炉系统的末级再热器后方的水平烟道位置，或末级过热器后方的水平烟道位置。 [0053] 具体地： [0054] 所述烟气抽取单元1的抽取点设置于所述锅炉装置的末级再热器后方的水平烟道位置，或者末级过热器后方的水平烟道位置，能够降低烟气抽取对锅炉受热面温度的影响，可以利用水平烟道的入孔进行烟气的抽取，以降低改造的工程量。烟气抽取温度要求在500℃以上，900℃以下，能保证碳化效果，降低碳化后的焦油对锅炉的影响。 [0055] 本实施方式所述的烟气抽取位置的选择，能够保证在机组任意负荷下，烟气温度在700‑800℃之间，达到生物质碳化利用的设计理想温度。 [0056] 在抽取点的后方管道处设置电动隔离门，以方便系统的切除和投运。 [0057] 所述引风机5设置在所述系统的尾部，即烟气流向的最末端，能够防止碳化后的气体泄露，污染环境，同时能够保证整个系统处于负压之下。 [0058] 本实施方式所述的系统高效可靠稳定运行、投切方便、环境友好、对现有锅炉影响小。 [0059] 实施方式二 [0060] 参照图2说明本实施方式。 [0061] 本实施方式是对实施方式一所述的一种煤电耦合生物质碳化利用系统中所述的生物质给料装置3的进一步举例说明。 [0062] 本实施方式所述的生物质给料装置3中设有锁气器，用于防止烟气灌入所述生物质给料装置3，所述锁气器包括支撑轴、支撑杆和配重块，所述支撑轴用于支撑所述支撑杆，且所述支撑杆能够以其与所述支撑轴连接处为支点进行摆动，所述配重块置于所述支撑杆的任意一端。 [0063] 具体地： [0064] 为了适应碳化系统的负压特性，生物质给料装置中设计一个锁气器，当生物质给料达到自密封要求后，锁气器功能消失，系统可以连续给料。该锁气器的设计，可以使给料系统实现连续给料或者间断给料，且给料方式可以适用于现存的各项技术路线。 [0065] 实施方式三 [0066] 参照图4说明本实施方式。 [0067] 本实施方式是对实施方式一所述的一种煤电耦合生物质碳化利用系统中所述的碳化处理装置2的进一步举例说明。 [0068] 本实施方式所述的碳化处理装置2内部设置有振动炉排21，所述振动炉排21设置于所述碳化处理装置2的腰部位置。 [0069] 具体地： [0070] 所述碳化处理装置2的生物质料入口3‑1位于所述振动炉排21的上方，并与所述生物质给料装置3的出料口相连，所述生物炭收集单元4设置于所述碳化处理装置2的下方。 [0071] 生物质碳化处理系统采用振动炉排方式，炉排通过液压支撑方式进行上下抬升，通过左右晃动实现炉排的振动功能。炉排的上下调节和炉排的振动频率调整决定生物质在振动炉排上的停留时间，以改变生物质的处理效果和处理能力。 [0072] 气流从振动炉排21下部的烟气入口1‑1进入，使物料处于浅沸腾状态，可增加物料的碳化速度，实现从干燥到碳化的过程。振动炉排21的出口布置有逆止密封装置g，以进一步防止生物炭收集单元4密封不严，而出现空气漏入的情况，同时具备防止烟气短路的功能。 [0073] 在振动炉排21下部布置有生物炭收集通道，以接收振动炉排漏下的物料，该物料行程与烟气行程形成逆流换热，一是降低从振动炉排21上的落入量，二是落入后也能保证被快速碳化。 [0074] 振动炉排21下部漏入的物料形成的生物炭和主路生物炭以电动门h进行隔离，以防止烟气短路现象发生；在电动门前布置有热电偶j，当温度降低到一定范围后，开启电动门进行生物炭向主路的排放。主路生物炭和罐之间布置电动隔离门i，以降低向碳化系统的漏风；当碳罐更换时，也进行与碳化系统的隔离。 [0075] 实施方式四 [0076] 参照图4说明本实施方式。 [0077] 本实施方式是对实施方式三所述的一种煤电耦合生物质碳化利用系统中所述的振动炉排21的进一步举例说明。 [0078] 本实施方式所述的振动炉排21上设置有数个清洁板22，用于清洁所述振动炉排21。 [0079] 具体地 [0080] 所述清洁板上设置有一对相互垂直的液压杆，清洁板依靠液压系统进行伸缩驱动，依靠重力对振动炉排进行清理，清洁板采用分片布置，平时收缩到两侧碳化墙内，当清洁时，振动炉排归零位(水平)，清洁板在液压杆的驱动下伸到振动炉排上部，对振动炉排进行清理。在振动炉排下部和碳化系统出口位置设置有压力测点，以监视堵塞情况，判断是否启动清洁板。 [0081] 实施方式五 [0082] 本实施方式是对实施方式一所述的一种煤电耦合生物质碳化利用系统的进一步举例说明。 [0083] 本实施方式所述的系统还包括监视单元，所述监视单元包括数个压力检测部件，所述数个压力检测部件分布在所述振动炉排21的下部和所述碳化处理装置2的出口处，用于检测所述振动炉排21的下部区域的压力和所述碳化处理装置2的出口处的压力。 [0084] 实施方式六 [0085] 参照图4说明本实施方式。 [0086] 本实施方式是对实施方式一所述的一种煤电耦合生物质碳化利用系统中所述的燃烧单元的进一步举例说明。 [0087] 在所述碳化处理装置2中经过碳化后的可燃气体经过通道送入燃烧单元。 [0088] 所述引风机5的入口处设置有调节挡板d、温度测点和压力测点；出口处设置有隔离挡板c、温度测点和压力测点。 [0089] 本实施方式推荐风机采取变频方式，这是由于烟气含尘，长期运行会对挡板造成磨损，降低系统的调节性能，风机出入口温度不低于300℃，为了降低锅炉燃烧系统的影响，提升碳化后的可燃气体消纳能力，建议碳化后的可燃气体送入上组燃烧器6和下组燃烧器7之间。 |
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