生物质及燃煤独立运行的煤粉锅炉生物质耦合发电系统的制作方法

1.本发明属于火力发电厂生物质耦合发电领域，涉及一种生物质及燃煤独立运行的煤粉锅炉生物质耦合发电系统。


背景技术：

2.根据我国电力发展规划，到2030年，可再生的风电和太阳能发电的总装机容量将达到12亿千瓦以上，从装机容量上看，将成为我国最主要的电源。但是，风电和太阳能发电也有短板，那就是“不可控”，装机的发电能力严重受限于昼夜日照、季节变化、天气阴晴、风力大小等自然气象条件的限制。据报道，2019年在全国非化石能源发电量占比仅为32.6％情况下，风电和光电就已经普遍面临并网难、消纳难、调度难等问题。因此，在在未来几十年内，在从煤电为主过渡到以新能源为主体的新型电力系统期间，作为我国电力稳定生产和供应“压舱石”的燃煤火电不可能退出我国的电力生产。因此，如何使煤电生产更高效、更清洁、更低碳，更灵活，就成为电力部门当前要研究和着手解决的迫切课题。
3.生物质发电和风力发电、太阳能发电等可再生能源电力一样，都是(近)零碳排放的电力生产方式，而且前者具有风力发电和太阳能发电所没有的优势，即在自然界，年度循环产生的农林固体剩余物资源量比较稳定，燃料可以运输储存以便常年比较均衡地使用。
4.利用大型高效燃煤机组混烧生物质燃料发电，是实现生物质发电的一种先进技术，不仅可以大幅度提高生物质发电的效率，节约生物质资源，而且可以明显降低煤电机组的碳排放量，提高煤——生物质耦合发电的灵活性，加强煤电生产的可持续性，是煤电走向低碳化一条现实可行的路径。
5.燃煤锅炉生物质耦合发电主要有间接耦合、并联耦合、直燃耦合三种技术路线。直燃耦合是指将生物质燃料处理成可以和煤粉混烧的状态直接送入炉膛实现混烧；间接耦合是指将生物质先在气化炉中进行气化，产生的生物质煤气喷入煤粉炉中实现混烧；并联耦合是指单独燃烧生物质的锅炉和单独燃烧煤粉的锅炉并列两个锅炉蒸汽参数相同，生物质锅炉产生的蒸汽并入煤粉炉的蒸汽管网，共用汽轮机进行发电。对于单机容量等于和大于300mw的燃煤机组，今后最主要的耦合混烧方式是直燃耦合。
6.目前生物质直燃耦合发电在国内应用较少。生物质原料的哈氏可磨性指数hgi极低，一般无法直接大量送入常规燃煤锅炉磨煤机进行磨制。有些厂将生物质燃料与煤送入同一磨煤机制粉，生物质成型燃料在给煤机上游与煤预混，在磨煤机中与煤共同制粉后由原送粉管道送至对应的煤粉燃烧器。该技术对电厂设备的改动极小甚至可以不做任何改动，但生物质耦合比例极低，一般认为长期连续生物质耦合比例在1％左右，不超过3％。
7.为提高生物质的耦合比例，并增强其运行灵活性，本发明提出一种生物质及燃煤可独立运行的煤粉锅炉生物质直燃耦合发电系统及方法。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种生物质及燃煤独立运行
的煤粉锅炉生物质耦合发电系统，该系统能够提高生物质的耦合比例，系统的运行灵活性较高。
9.为达到上述目的，本发明所述的生物质及燃煤独立运行的煤粉锅炉生物质耦合发电系统包括生物质原料仓、星型给料机、空气预热器、转向室、生物质燃料及输送介质混合前管道、生物质燃料及输送介质混合后管道、支管、煤粉输送管道、磨煤机、炉膛、原煤仓、给煤机、冷一次风机、磨煤机进口冷一次风管道、磨煤机进口热一次风管道及磨煤机进口冷热风混合后管道；
10.生物质原料仓的出口与星型给料机的入口相连；空气预热器的出口处及转向室上均设置有抽炉烟口，空气预热器的抽炉烟口与炉烟风机的入口相连通，转向室的抽炉烟口与炉烟风机的入口相连通，炉烟风机的出口与生物质燃料及输送介质混合前管道的入口相连通，星型给料机的出口与生物质燃料及输送介质混合前管道的入口相连通；
11.生物质燃料及输送介质混合前管道的出口经生物质燃料及输送介质混合后管道及支管与煤粉输送管道相连通，支管上设置有生物质输送管道隔绝门，煤粉输送管道的一端与磨煤机的出口相连通，煤粉输送管道的另一端与炉膛上的煤粉燃烧器相连通，煤粉燃烧器的入口处燃烧器进口一次风隔绝门；
12.原煤仓的出口经给煤机与磨煤机的燃料侧入口相连；
13.冷一次风机的出口分为两路，其中一路与空气预热器的空气入口相连，另一路与磨煤机进口冷一次风管道的入口相连通，空气预热器的空气出口与磨煤机进口热一次风管道的入口相连通，磨煤机进口冷一次风管道的出口及磨煤机进口热一次风管道的出口通过管道并管后经磨煤机进口冷热风混合后管道与磨煤机的干燥介质侧入口相连通。
14.生物质原料仓的出口经仓式布料机、一级破碎机、封罩式皮带输送机、二级粉碎机、螺旋输送机及生物质粉仓与星型给料机的入口相连。
15.空气预热器的抽炉烟口经冷炉烟隔绝门、冷炉烟调节挡板及冷炉烟管道与炉烟风机的入口相连通。
16.转向室的抽炉烟口经热炉烟隔绝门、热炉烟调节挡板及热炉烟管道与炉烟风机的入口相连通。
17.磨煤机进口冷一次风管道设置有磨煤机进口冷一次风调节挡板。
18.磨煤机进口热一次风管道上设置有磨煤机进口热一次风调节挡板。
19.支管上设置有可调缩孔。
20.冷炉烟管道、热炉烟管道、生物质燃料及输送介质混合前管道、生物质燃料及输送介质混合后管道、煤粉输送管道及磨煤机进口冷热风混合后管道上均设置有压力测点及温度测点。
21.生物质燃料及输送介质混合前管道及磨煤机进口冷热风混合后管道上均设置有流量测点。
22.仓式布料机及封罩式皮带输送机均设置有除铁模块。
23.本发明具有以下有益效果：
24.本发明所述的生物质及燃煤独立运行的煤粉锅炉生物质耦合发电系统在具体操作时，通过增加一套生物质原料存储、初步破碎、二次粉碎、生物质粉仓存储、炉烟干燥及输送系统，将粒径满足要求的生物质颗粒送入炉膛进行燃烧，生物质的耦合比例较高。不增设
预干燥设备，通过抽取冷、热炉烟将生物质在输送中直接进行干燥，结构简单、易操作、安全防爆、全程可调节；采用炉烟作为一次风，避免煤粉燃烧器因掺烧生物质而导致烧损变形；通过设置生物质输送管道隔绝门及燃烧器进口一次风隔绝门，实现单独纯烧生物质或煤粉的灵活切换，由于生物质燃料与煤粉颗粒在煤粉燃烧器前的煤粉管道上进行耦合，两套系统相对独立，实际改造可在不停炉的条件下进行。
附图说明
25.图1为本发明的系统示意图。
26.其中，1为生物质原料仓、2为仓式布料机、3为一级破碎机、4为封罩式皮带输送机、5为二级粉碎机、6为螺旋输送机、7为生物质粉仓、8为星型给料机、9为热炉烟隔绝门、10为热炉烟调节挡板、11为热炉烟管道、12为冷炉烟隔绝门、13为冷炉烟调节挡板、14为冷炉烟管道、15为炉烟风机、16为生物质燃料及输送介质混合前管道、17为生物质燃料及输送介质混合后管道、18为生物质输送管道隔绝门、19为煤粉输送管道、20为燃烧器进口一次风隔绝门、21为炉膛、22为煤粉燃烧器、23为转向室、24为空气预热器、25为除尘器、26为冷一次风机、27为磨煤机进口冷一次风管道、28为磨煤机进口冷一次风调节挡板、29为磨煤机进口热一次风管道、30为磨煤机进口热一次风调节挡板、31为原煤仓、32为给煤机、33为磨煤机、34为煤粉输送管道隔绝门。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。
28.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
29.参考图1，本发明所述的生物质及燃煤独立运行的煤粉锅炉生物质耦合发电系统包括生物质原料仓1、星型给料机8、空气预热器24、转向室23、生物质燃料及输送介质混合前管道16、生物质燃料及输送介质混合后管道17、支管、煤粉输送管道19、磨煤机33、炉膛21、原煤仓31、给煤机32、冷一次风机26、磨煤机进口冷一次风管道27、磨煤机进口热一次风管道29及磨煤机进口冷热风混合后管道；
30.生物质原料仓1的出口经仓式布料机2、一级破碎机3、封罩式皮带输送机4、二级粉碎机5、螺旋输送机6及生物质粉仓7与星型给料机8的入口相连。
31.空气预热器24的出口处及转向室23上设置有抽炉烟口，空气预热器24的抽炉烟口经冷炉烟隔绝门12、冷炉烟调节挡板13及冷炉烟管道14与炉烟风机15的入口相连通，转向
室23的抽炉烟口经热炉烟隔绝门9、热炉烟调节挡板10及热炉烟管道11与炉烟风机15的入口相连通，炉烟风机15的出口与生物质燃料及输送介质混合前管道16的入口相连通，星型给料机8的出口与生物质燃料及输送介质混合前管道16的入口相连通。
32.生物质燃料及输送介质混合前管道16的出口经生物质燃料及输送介质混合后管道17及支管与煤粉输送管道19相连通，煤粉输送管道19的一端与磨煤机33的出口相连通，煤粉输送管道19的另一端与炉膛21上的煤粉燃烧器22相连通，煤粉燃烧器22的入口处燃烧器进口一次风隔绝门20。
33.原煤仓31的出口经给煤机32与磨煤机33的燃料侧入口相连。
34.冷一次风机26的出口分为两路，其中一路与空气预热器24的空气入口相连，另一路与磨煤机进口冷一次风管道27的入口相连通，磨煤机进口冷一次风管道27设置有磨煤机进口冷一次风调节挡板28，空气预热器24的空气出口与磨煤机进口热一次风管道29的入口相连通，磨煤机进口热一次风管道29上设置有磨煤机进口热一次风调节挡板30，磨煤机进口冷一次风管道27的出口及磨煤机进口热一次风管道29的出口通过管道并管后经磨煤机进口冷热风混合后管道与磨煤机33的干燥介质侧入口相连通。
35.粒径满足要求的生物质颗粒在生物质燃料及输送介质混合后管道17内充分干燥后，然后经支管进入到煤粉输送管道19内，其中，通过生物质输送管道隔绝门18完全隔离煤粉输送系统，以上各隔绝门距离耦合点应尽可能短，以防止煤粉或生物质颗粒沉积。
36.支管上设置有可调缩孔，其中，支管的数目与煤粉输送管道19的数目及煤粉燃烧器22的数据均相同，且一一对应，在工作时，通过可调缩孔平衡燃烧生物质时同层各支煤粉燃烧器22的出力。
37.冷炉烟管道14、热炉烟管道11、生物质燃料及输送介质混合前管道16、生物质燃料及输送介质混合后管道17、煤粉输送管道19及磨煤机进口冷热风混合后管道上均设置有压力测点及温度测点。
38.生物质燃料及输送介质混合前管道16及磨煤机进口冷热风混合后管道上均设置有流量测点，用以控制输送介质管道的风速。
39.一级破碎机3及二级粉碎机5均并联布置3台，以满足实际出力需要。
40.仓式布料机2及封罩式皮带输送机4均设置有除铁模块，以除去生物质中夹杂的含铁物质，避免破碎机刀具受损。
41.生物质破碎过程中产生的废气，送入除尘器25中，利用原环保设施净化处理后达标排放。
42.本发明的具体工作过程为：
43.当生物质掺烧系统运行时，开启生物质输送管道隔绝门18，关闭煤粉输送管道隔绝门34，储存于生物质原料仓1中的原始生物质经仓式布料机2一级除铁进入一级破碎机3中进行初步破碎，将物料直径破碎至50mm以下，然后进入封罩式皮带输送机4中进行两级除铁，再送入二级粉碎机5中粉碎至直径2～5mm以下，粉碎后满足粒径要求的生物质颗粒经螺旋输送机6送入生物质粉仓7中进行储存；转向室23输出的高温炉烟与空气预热器24输出的的低温炉烟混合后经炉烟风机15升压后作为生物质颗粒的输送介质；通过星型给料机8将生物质颗粒送入生物质燃料及输送介质混合后管道17内进行干燥，通过调节混合后烟气的流量及温度将干燥后的混合物温度控制在对应的水蒸气露点之上；充分干燥后的生物质颗
粒与烟气混合物，经支管及煤粉燃烧器22进入炉膛21燃烧。通过调节支管上的调节缩孔，以平衡各支煤粉燃烧器22的出力，通过调整混合烟气的流量，控制各支管中烟气的流速。
44.当燃煤系统运行时，开启煤粉输送管道隔绝门34，关闭生物质输送管道隔绝门18。原煤仓31中的原煤经给煤机32进入磨煤机33制粉后，再经干燥空气携带至煤粉输送管道19，最后进入煤粉燃烧器22中进行燃烧。
45.本发明适用于各种燃烧方式的煤粉锅炉，且对农林生物质种类没有特殊要求，只需满足粉碎后的生物质粒径满足2～5mm以下即可，当耦合一层燃烧器时，生物质掺烧比例可达20％左右。
46.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。