一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统及工艺，属于燃煤锅炉节能减排技术领域,应用在燃煤锅炉的主燃区进风侧，包括气化装置、取样装置和流量控制装置，生物质固态燃料和气化剂在所述气化装置内产生生物质燃气，所述生物质燃气通过管道连通到所述流量控制装置，所述流量控制装置输出所述生物质燃气到所述主燃区的周界风口进行掺燃，所述取样装置设置在所述气化装置和流量控制装置之间的管道上取样检测所述生物质燃气。本发明专利技术掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，在对现有技术中的燃煤锅炉不做出改变的情况下，保证生物质能源的高效利用的同时精确控制减少污染物NO

A coal-fired boiler system and technology mixed with biomass gas

【技术实现步骤摘要】
一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统及工艺
本专利技术涉及燃煤锅炉节能减排
，尤其涉及一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统及工艺。
技术介绍
生物质能源用于发电和冶金行业以作为煤的替代燃料，主要利用方式有固体燃料直接燃烧以及与煤粉的掺烧，其次利用较多的为采用气化技术生产生物质燃气与煤粉掺烧。生物质固体燃料的直接燃烧以及与煤粉进行掺烧时，多将固体生物质燃料像原煤一样经过研磨、破碎处理，再进行干燥后通入锅炉内燃烧放热。但这种直燃生物质燃料的方式对锅炉型式要求较高，这是由于生物质种类的多样性，其自身热值以及细化程度也会有所变动，直燃生物质燃料的锅炉对负荷调节的能力较强。虽然有不少实例表明，固体生物质的燃烧可以在一定程度上减少煤耗以及污染物NOx的排放，但是其在燃烧过程中也会造成锅炉的结焦、结渣以及磨损等现象，使锅炉设备的维护成本加大，再加上生物质固体燃料的季节性和区域性差异，使得这一清洁能源也只能在特定某一时期得到集中利用，终归会对工业锅炉负荷的调节带来不利影响。一直以来，固体燃料的气化工艺不断发展，它们的气化产物热量的连续性和可测量性是气化工艺区别于原燃料最大的特点。近年来，生物质固体燃料的气化热解也开始应用于工业生产实践中，有研究表明，生物质燃气的燃烧比生物质固体燃料直燃燃烧效率更高。而生物质燃气的热值可测量性和易存储性使得在电厂调峰时并不会受到负荷变化的冲击。本专利技术提供了一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统及工艺，在对现有技术中的燃煤锅炉不做出改变的情况下，保证生物质能源的高效利用的同时精确控制减少污染物NOx的排放。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统及工艺，在对现有技术中的燃煤锅炉不做出改变的情况下，保证生物质能源的高效利用的同时精确控制减少污染物NOx的排放。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，应用在燃煤锅炉的主燃区进风侧，包括气化装置、取样装置和流量控制装置，生物质固态燃料和气化剂在所述气化装置内产生生物质燃气，所述生物质燃气通过管道连通到所述流量控制装置，所述流量控制装置输出所述生物质燃气到所述主燃区的周界风口进行掺燃，所述取样装置设置在所述气化装置和流量控制装置之间的管道上取样检测所述生物质燃气。进一步的，所述气化装置和取样装置之间还依次设置有净化装置、换热装置和储气罐，所述净化装置用于去除所述生物质燃气的灰尘和焦油，所述换热装置用于降低所述生物质燃气的温度，所述储气罐用于存储所述生物质燃气。进一步的，所述净化装置具体采用静电旋风除焦器和除尘器，所述净化装置底部设置有用于收集焦油和灰尘的收集器。进一步的，所述换热装置的冷媒为所述燃煤锅炉二次风，冷却过程中对二次风进行预热。进一步的，所述储气罐上设置有温控仪表。进一步的，所述流量控制装置包括依次管道连通的阀门和流量计，所述阀门具体采用流量控制阀，所述流量计具体采用转子流量计。相应的本专利技术还提供一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统的掺燃工艺，利用上述掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统对燃煤锅炉进行生物质燃气掺燃，其具体工作步骤包括：第一步，所述生物质固体燃料和气化剂按照一定比例投入所述气化装置内，在所述气化剂的作用下，所述生物质固体燃料在一定温度和压力条件下进行热解气化。气化的产物为初级所述生物质燃气，初级所述生物质燃气在净化装置中进行净化处理，在换热装置中降温处理，处理后的生物质燃气被贮存在储气罐中。随后开启取样阀门后，使用取样装置抽出储气罐中的少量燃气开展燃气的成分测定及热值分析；第二步，对所述燃煤锅炉的额定工况下纯煤粉燃烧进行热力计算，得到该工况下炉膛输入总热量以及风煤参数。在保证输入炉膛总热量不变的条件下，根据锅炉所燃煤样的成分，也根据第一步中所述生物质燃气成分测定及热值分析结果，开展掺烧所述生物质燃气工况的热力计算，得到所述生物质燃气的掺烧体积流量；第三步，进行所述生物质燃气的掺烧工况时，将周界风口作为所述生物质燃气的喷入口，阀门和流量计用以调节所述生物质燃气的进口流量。在主燃烧区，一次风口进风与煤粉混合后进行剧烈燃烧，从周界风口通入的所述生物质燃气与高温燃烧的煤粉进行混合，一方面作为输入燃料燃烧放热，另一方面所述生物质燃气组分中的还原性气体与主燃烧区内产生的NOx发生反应，将NOx还原为N2。进一步的，第一步中所述气化剂选取空气、水蒸汽或氧气，生物质固体燃料与气化剂按照一定比例进行反应会生成烷烃，氢气以及一氧化碳等可燃气体，气化产物温度一般在700～900℃。所述生物质燃气的主要成分包括CH4、H2、CO、N2以及CO2等，其中CH4、H2和CO的含量占40％～60％。进一步的，第一步中，所述换热装置使所述生物质燃气温度降到300℃～400℃，即所述生物质燃气温度与二次风热风温度相接近。进一步的，第二步中，掺烧所述生物质燃气工况的热力计算中，在不改变或小幅调整周界风口尺寸的条件下，通过所述生物质燃气的成分及热值，综合考虑周界风口设计风速合理选取生物质燃气喷入速度。减少一次风口入风比率，适当调整燃尽风口、二次风口等入风的比率，使得主燃烧区内各燃烧器喷口的速度变化在合理范围内。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：本专利技术一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，通过在主燃区的周界风口喷入气化装置产生的生物质燃气，生物质燃气经过取样装置进行取样检测，开展燃气的成分测定及热值分析。对给定燃煤锅炉的额定工况下纯煤粉燃烧进行热力计算，得到该工况下炉膛输入总热量以及风煤参数。在保证输入炉膛总热量不变的条件下，根据锅炉所燃煤样的成分，根据上述的生物质燃气成分测定及热值分析结果，开展掺烧生物质燃气工况的热力计算，得到生物质燃气的掺烧体积流量。因此可以得到精确的生物质燃气的掺烧体积流量，有利于生物质能源的高效利用和减少污染物NOx的排放。生物质燃气从周界风口的高速通入，可以起到周界风的作用，即增加一次风气流的刚度防止气流偏斜，冷却一次风喷口的同时，起到助燃和还原污染物NOx的作用。此外，通过静电旋风除焦器和除尘器组合的净化装置能够有效去除所述生物质燃气中的焦油和灰尘，避免焦油掺燃产生环境污染，避免灰尘积累堵塞管道，通过收集器的设置便于定期集中处理废弃物；通过所述风冷式换热器的设置，对高温的所述生物质燃气进行降温的同时可以对二次风进行预热，提高了余热利用，节约了能源；通过温控仪表的设置，便于对储气罐内的所述生物质燃气的温度进行控制。通过阀门和流量计的设置，便于根据热力计算得到的生物质燃气的掺烧体积流量进行控制，便于精确控制。生物质燃气的主要成分包括CH4、H2、CO、N2以及CO2等，其中CH4、H2和CO的含量占40％～60％，便于准确测定其成分信息及热值大小，换热装置使生物质燃气温度降至合适范围300℃～400℃，即生物质燃气温度与二次风热风温度相近不会对主燃区炉膛造成冲击，有利于燃烧稳定。附图说明下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术掺燃生物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，应用在燃煤锅炉的主燃区(15)进风侧，其特征在于：包括气化装置(3)、取样装置(8)和流量控制装置，生物质固态燃料(1)和气化剂(2)在所述气化装置(3)内产生生物质燃气，所述生物质燃气通过管道连通到所述流量控制装置，所述流量控制装置输出所述生物质燃气到所述主燃区(15)的周界风口(17)进行掺燃，所述取样装置(8)设置在所述气化装置(3)和流量控制装置之间的管道上取样检测所述生物质燃气。/n

【技术特征摘要】
1.一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，应用在燃煤锅炉的主燃区(15)进风侧，其特征在于：包括气化装置(3)、取样装置(8)和流量控制装置，生物质固态燃料(1)和气化剂(2)在所述气化装置(3)内产生生物质燃气，所述生物质燃气通过管道连通到所述流量控制装置，所述流量控制装置输出所述生物质燃气到所述主燃区(15)的周界风口(17)进行掺燃，所述取样装置(8)设置在所述气化装置(3)和流量控制装置之间的管道上取样检测所述生物质燃气。


2.根据权利要求1所述的掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，其特征在于：所述气化装置(3)和取样装置(8)之间还依次设置有净化装置(4)、换热装置和储气罐(6)，所述净化装置(4)用于去除所述生物质燃气的灰尘和焦油，所述换热装置用于降低所述生物质燃气的温度，所述储气罐(6)用于存储所述生物质燃气。


3.根据权利要求2所述的掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，其特征在于：所述净化装置(4)具体采用静电旋风除焦器和除尘器，所述净化装置(4)底部设置有用于收集焦油和灰尘的收集器(5)。


4.根据权利要求2所述的掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，其特征在于：所述换热装置的冷媒为所述燃煤锅炉二次风，冷却过程中对二次风进行预热。


5.根据权利要求2所述的掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，其特征在于：所述储气罐(6)上设置有温控仪表(7)。


6.根据权利要求1所述的掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统，其特征在于：所述流量控制装置包括依次管道连通的阀门(9)和流量计(10)，所述阀门(9)具体采用流量控制阀，所述流量计(10)具体采用转子流量计。


7.一种掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统的掺燃工艺，其特征在于：利用上述的掺燃生物质燃气的燃煤锅炉系统对所述燃煤锅炉进行生物质燃气掺燃，其具体工作步骤包括：
第一步，所述生物质固体燃料(1)和气化剂(2)按照一定比例投入所述气化装置(3)内，在所述气化剂(2)的作用下，所述生物质固体燃料(1)在一定温度和压力条件下进行热解气化。气化的产物为初级所述生物质燃气，初级所述生物质燃气在净化装置(4)中进行净化处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李加护，王小涛，高硕，张猛，提梦桃，谢英柏，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13