一种优化污染物排放的发电装置及处理方法

技术领域

本发明涉及生物质耦合发电的技术领域，特别是涉及一种优化污染物排放的发电装置及处理方法。

背景技术

近年来，随着社会的不断发展，国家大力倡导能源的高效、清洁利用，对燃煤发电装置的污染排放不断的提出了新的要求，与此同时，树皮、木块、谷壳、木屑等常见的生物质燃料的高效利用也是行业所关注的焦点。

传统的生物质直燃发电工艺的效率约为22－32％，而生物质气化耦合其他发电方式的发电效率可以提高到35－40％，因而生物质气化耦合发电具有高效利用能源的特点。在生物质气化耦合燃煤机组发电系统中，也会带来污染物产生和排放的问题。

目前的该系统对其过程中产生的污染物的处理方式主要是依赖于燃煤机组自身的烟气超低排放处理装置，如低氮燃烧器、SNCR烟气脱硝反应器、脱硫反应器等，这样的设计方式虽然在一定程度减少了系统中NOx、SOx等气体污染物的排放，由于生物质气化的气体产物进到燃煤锅炉内与煤粉一并进入锅炉进行燃烧，即是具有气体和固体两种燃料进入锅炉，燃煤锅炉炉膛内部的低氮燃烧器就必须设置为与之向适应的气－固低氮燃烧器，而气态低氮燃烧器具有高精度、高流速的特点，固态低氮燃烧器具有较低精度、低流速的特点，两个燃烧器在同一有限的炉膛空间内的气体流场和温度场相互影响，要想炉膛内部流场和温度场尽可能地均匀和稳定，就要使得两种低氮燃烧器完成密切配合使用，这往往需要精确的检测和控制系统才能实现，大大的增加了集散控制系统的控制成本。同时，由于配合使用过程中难免会带来非稳态的燃烧震荡，如局部回火、局部脱火、燃烧温度不均匀等，进而使得气态低氮燃烧器脱除热力型NOx的效果不佳，使得脱氮效果减弱，干式低氮燃烧器的使用寿命也受到一定程度的影响，增加了维护和运行成本。

发明内容

本发明的目的是：提供一种优化气体污染物排放和提高低氮燃烧器使用寿命的发电装置和处理方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种优化污染物排放的发电装置，包括气化炉和电站锅炉，所述气化炉与所述电站锅炉之间设有脱销反应器和混合器，所述气化炉的出气口与所述脱销反应器连通，所述脱销反应器的出气口与所述混合器连通，所述混合器的进气口连接有水蒸气发生装置，所述混合器的出气口与所述电站锅炉连通。

作为优选方案，所述脱销反应器为SNCR脱硝反应器或SCR脱硝反应器。

作为优选方案，所述脱销反应器为所述SCR脱硝反应器时，所述SCR脱硝反应器内设置有蜂窝状的催化剂。

作为优选方案，所述电站锅炉的出气口连接有汽轮发电机组，所述水蒸气发生装置设置于所述汽轮发电机组。

作为优选方案，所述气化炉为固定床气化炉，所述固定床气化炉为上吸式固定床气化炉、下吸式固定床气化炉或上下复合式固定床气化炉。

作为优选方案，所述电站锅炉内设有气体低氮燃烧器。

作为优选方案，所述电站锅炉为硫化床燃煤锅炉。

作为优选方案，包括除尘器和烟囱，所述电站锅炉的烟气排气口与所述除尘器连通，所述除尘器的出气口与所述烟囱连通；

所述气化炉的进料口连接有生物质料仓。

一种优化污染物排放的处理方法，对气化炉产生的气化气进入电站锅炉前进行优化处理，包括以下步骤：

步骤1：所述气化炉排出的所述气化气通过脱硝反应器脱除热力型NOx；

步骤2：将所述脱销反应器排出的所述气化气与水蒸气在混合器内进行混合；

步骤3：所述混合器内的所述气化气输入所述电站锅炉进行燃烧。

作为优选方案，所述步骤2中，在所述混合器排出的所述气化气的温度设置在380℃－800℃；

所述水蒸气为汽轮机机组产生的过热蒸汽，所述过热蒸汽的温度设置在350℃。

本发明实施例一种优化污染物排放的发电装置与现有技术相比，其有益效果在于：在气化炉出气口和电站锅炉进气口之间设置脱硝反应器，能够在气化炉产生的气化气进入电站锅炉之前先将气化过程中形成的热力型NOx进行一次脱除，同时，在脱销反应器的出气口连接有混合器，混合器连接有水蒸气发生装置，水蒸气与气化气均进入混合器内，水蒸气与脱除热力型NOx的气化气在混合器内进行混合，使得进入电站锅炉的气化气与氧气预混燃烧的燃烧温度降低，从而降低了对低氮燃烧器的脱氮效果的要求。同时避免频繁启停燃烧器，延长燃烧器的使用寿命。通过脱销反应器和混合器的配合，降低电站锅炉产生的NOx量，有效降低热力型NOx的浓度，水蒸气的注入能抑制高温气化气在传输过程中焦油的析出，进而达到优化发电装置污染物排放的目的。

本发明实施例一种优化污染物排放的处理方法与现有技术相比，其有益效果在于：气化炉产生的气化气通过脱硝反应器，将气化过程中形成的热力型NOx进行一次脱除，水蒸气在混合器中的混入，使得气化气的湿度增加和温度下降，使得进入电站锅炉的气化气体与氧气预混燃烧的燃烧温度也得到了降低，从而降低了对低氮燃烧器的脱氮效果的要求，即使由于两种燃烧器配合使用应为控制不当所带来的负面影响可以得到一定程度上的消除，避免燃烧器频繁的启停，导致缩短使用寿命。通过脱销反应器和混合器的配合，降低电站锅炉产生的NOx量，有效降低热力型NOx的浓度，水蒸气的注入能抑制高温气化气在传输过程中焦油的析出，进而达到优化发电装置污染物排放的目的。

附图说明

图1是本发明实施例的发电装置的整体连接结构示意图。

图2是表1为方案1至4采用不同的技术方案对发电装置进行污染物排放进行优化得到的测试数据示意图。

图中：

10、气化炉；11、电站锅炉；12、除尘器；13、烟囱；14、生物质料仓；15、汽轮发电机组；16、煤仓；

20、脱销反应器；21、混合器；22、水蒸气发生装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图2所示，本发明实施例优选实施例的一种优化污染物排放的发电装置，包括气化炉10和电站锅炉11，气化炉10与电站锅炉11之间设有脱销反应器20和混合器21，气化炉10的出气口与脱销反应器20连通，脱销反应器20的出气口与混合器21连通，混合器21的进气口连接有水蒸气发生装置22，混合器21的出气口与电站锅炉11连通。

在本发明优化污染物排放的发电装置，气化炉10的气化产物依次流经脱硝反应器和混合器21，然后从电站锅炉11的进气口进入，在电站锅炉11的燃烧器中燃烧，燃烧后的形成烟气经过除尘器12后经由烟囱13排出大气；汽轮机发电机组与电站锅炉11的蒸汽出口相连接，用于将水蒸气的热能转化成电能。在气化炉10出气口和电站锅炉11进气口之间设置脱硝反应器，能够在气化炉10产生的气化气进入电站锅炉11之前先将气化过程中形成的热力型NOx进行一次脱除，同时，在脱销反应器20的出气口连接有混合器21，混合器21连接有水蒸气发生装置22，水蒸气与气化气均进入混合器21内，水蒸气与脱除热力型NOx的气化气在混合器21内进行混合，使得进入电站锅炉11的气化气与氧气预混燃烧的燃烧温度降低，从而降低了对低氮燃烧器的脱氮效果的要求。同时避免频繁启停燃烧器，延长燃烧器的使用寿命。通过脱销反应器20和混合器21的配合，降低电站锅炉11产生的NOx量，有效降低热力型NOx的浓度，水蒸气的注入能抑制高温气化气在传输过程中焦油的析出，进而达到优化发电装置污染物排放的目的。

具体的，如图2所示，采用了不同的污染物排放优化方案进行试验对比。

方案1：本发明技术方案在气化炉10与电站锅炉11之间安装有脱销反应器20和混合器21；

方案2：在气化炉10与电站锅炉11之间没有安装任何改善效果的装置；

方案3：本发明技术方案在气化炉10与电站锅炉11之间仅安装有脱销反应器20；

方案4：本发明技术方案在气化炉10与电站锅炉11之间仅安装有混合器21。

在方案1中，气化炉10产生中的气化气体经过脱销反应器20后，降低进入电站锅炉11前的气化气体中的NOx量，再通过在混合器21中与水蒸气混合，降低了气化气体与氧气的预混燃烧的温度，因此，减少了气化气体在电站锅炉11中燃烧产生NOx量。

在方案2中，气化炉10产生中的气化气体直接进入电站锅炉11，气化气体仍保持在气化炉10中出来时的较高温度，且含有的NOx量较高，气化气体与氧气的预混燃烧的温度较高，导致气化气体在电站锅炉11中燃烧产生较多的NOx。

在方案3中，气化炉10产生中的气化气体经过脱销反应器20后，降低进入电站锅炉11前的气化气体中的NOx量，虽然气化气体中的NOx量得到了处理，但由于气化气体的温度仍然处于较高的温度水平，因此，气化气体与氧气的预混燃烧的温度较高，导致气化气体在电站锅炉11中燃烧产生较多的NOx。

在方案4中，气化炉10产生中的气化气体通过在混合器21中与水蒸气混合，降低了气化气体与氧气的预混燃烧的温度，因此，减少了气化气体在电站锅炉11中燃烧产生NOx量，但由于没有经过脱硝处理，因此在电站锅炉11的排放气体中仍存在一定量的NOx。

从方案1至4的测试数据可以看出，本发明气化炉10与电站锅炉11之间设有脱销反应器20和混合器21，混合器21与水蒸气发生装置22连接，有效降低气化气与电站锅炉11中氧气的燃烧温度，同时降低电站锅炉11NOx量的产生量，有效提高燃烧器的使用寿命。

进一步的，如图1所示，脱销反应器20为SNCR脱硝反应器或SCR脱硝反应器。由于气化炉10出气口烟气的温度与生物质气化炉10的原料气化特性和炉型的选择密切相关，气化炉10出气口的温度在380－800℃之间不等，因此脱硝反应器的类型设置根据气化炉10出气口的气化产物气体的温度来确定。具体的，SNCR脱硝反应器的最佳脱硝反应的温度在650－800℃。SCR脱硝反应器的最佳脱硝反应的温度在380－400℃。

进一步的，脱销反应器20为SCR脱硝反应器时，SCR脱硝反应器内设置有蜂窝状的催化剂。在催化剂为五氧化二钒，五氧化二钒为强氧化剂，催化效率高，有效促进脱销反应。蜂窝状的催化剂，蜂窝状的催化剂具有大量通气孔，气化气通过通气孔与催化剂反应，增大了催化剂与气化气的反应面积，进一步提高脱销反应效率。

进一步的，如图1所示，电站锅炉11的出气口连接有汽轮发电机组15，水蒸气发生装置22设置于汽轮发电机组15。具体的，水蒸气发生装置22为汽轮发电机组15的高压缸或低压缸。通过混合器21的进气口与汽轮发电机组15的高压缸或低压缸连接，对高压缸或低压缸抽取水蒸气，使水蒸气流入混合器21与气化气进行混合。由于汽轮发电机组15为发电装置原有的组成部分，无需额外增加蒸汽发生装置，降低优化发电装置的改造成本。

进一步的，如图1所示，气化炉10为固定床气化炉10，固定床气化炉10为上吸式固定床气化炉10、下吸式固定床气化炉10或上下复合式固定床气化炉10，固定床气化炉10的具体气化方式根据生物质的种类确定。

进一步的，电站锅炉11内设有气体低氮燃烧器。通过气体低氮燃烧器将气化气和空气进行混合燃烧。

进一步的，如图1所示，电站锅炉11为硫化床燃煤锅炉。硫化床燃煤锅炉采用了高效、节能、低污染的外循环流化床锅炉燃煤新技术，硫化床燃煤锅炉燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫、NOx排放低、结构简单、操作方便。

进一步的，如图1所示，包括除尘器12和烟囱13，电站锅炉11的烟气排气口与除尘器12连通，除尘器12的出气口与烟囱13连通；电站锅炉11中的烟气通过烟气排气口排出至除尘器12，通过除尘器12对烟气进行环保除尘后，烟气通过烟囱13排出至大气。

具体的，电站锅炉11与煤仓16连接，煤仓16中的煤输送至电站锅炉11与气化气燃烧。

气化炉10的进料口连接有生物质料仓14。生物质料仓14用于储存生物质，为气化炉10提供生物质原料。

一种优化污染物排放的处理方法，如图1至图2所示，对气化炉10产生的气化气进入电站锅炉11前进行优化处理，包括以下步骤：

步骤1：气化炉10排出的气化气通过脱硝反应器脱除热力型NOx；

步骤2：将脱销反应器20排出的气化气与水蒸气在混合器21内进行混合；

步骤3：混合器21内的气化气输入电站锅炉11进行燃烧。

本发明的降低污染物排放的处理方法，如图2所示，从图2的试验对比方案得出的对比数据可以看出，气化炉10产生的气化气通过脱硝反应器，将气化过程中形成的热力型NOx进行一次脱除，水蒸气在混合器21中的混入，使得气化气的湿度增加和温度下降，使得进入电站锅炉11的气化气体与氧气预混燃烧的燃烧温度也得到了降低，从而降低了对低氮燃烧器的脱氮效果的要求，即使由于两种燃烧器配合使用应为控制不当所带来的负面影响可以得到一定程度上的消除，避免燃烧器频繁的启停，导致缩短使用寿命。同时，水蒸气的注入也会对一顶程度上的抑制高温气化气在传输过程中焦油的析出。

进一步的，步骤2中，在混合器21排出的气化气的温度设置在380℃－800℃；气化气温度的降低，从而降低了与氧气预混燃烧的燃烧温度，进而降低了对低氮燃烧器的脱氮效果的要求，消除两种燃烧器配合使用应为控制不当所带来的负面影响，降低DCS系统的控制成本。作为优选的，混合器21排出的气化气的温度设置在380℃－390℃。

水蒸气为汽轮机机组产生的过热蒸汽，过热蒸汽的温度设置在350℃。本方案中的混合器21为将水蒸气和气化气进行混合的气－气混合器21，混合器21设有水蒸气进气口、气化气进气口和混合气体的出气口，混合气体的出气口与电站锅炉11连接，进入混合器21的水蒸气来自汽轮机机组的高压缸或者低压缸，在高压缸或低压缸抽出的水蒸气为过热蒸汽，过热蒸汽优选为350℃的过热蒸汽，为了防止过热蒸汽与气化气混合过程中产生结露，析出液体水导致腐蚀混合器21及传输管道，因此，过热蒸汽的过热度设置为不低于10℃。

综上，本发明实施例提供一种优化污染物排放的发电装置，气化炉10的气化产物依次流经脱硝反应器和混合器21后再流入电站锅炉11，气化气通过脱销反应器20将气化过程中形成的热力型NOx进行一次脱除，在混合器21内通过与水蒸气进行混合，降低与氧气预混燃烧的燃烧温度，从而降低了对低氮燃烧器的脱氮效果的要求，从而降低了对低氮燃烧器的脱氮效果的要求，降低电站锅炉11产生的NOx量，有效降低热力型NOx的浓度，水蒸气的注入能抑制高温气化气在传输过程中焦油的析出，进而达到优化发电装置污染物排放的目的。同时避免频繁启停燃烧器，延长燃烧器的使用寿命。

本发明实施例提供一种优化污染物排放的处理方法，对气化炉10产生的气化气进入电站锅炉11前对气化气进行热力型NOx脱除后，与水蒸气进行混合，降低与氧气预混燃烧的燃烧温度，降低电站锅炉11产生的NOx量，有效降低热力型NOx的浓度，水蒸气的注入能抑制高温气化气在传输过程中焦油的析出，进而达到优化发电装置污染物排放的目的。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。