一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H2的装置及方法

技术领域

本发明属于化工及发电技术领域，具体涉及一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

背景技术

目前，煤与生物质耦合发电基本上是采用循环流化床气化炉作为生物质气化设备，该技术国内已成熟，但是气化产生的生物质炭出路成了问题，导致该技术经济性不高，难以大面积推广应用。

发明内容

本发明的目的是：为解决目前生物质耦合燃煤发电产生的生物质炭难以应用的问题，提供一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

本发明利用循环流化床气化炉自身条件将生物质炭水蒸气气化制氢，实现生物质炭高值化利用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

方案一：一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

螺旋给料机一顶部设有生物质给料口，螺旋给料机二顶部设有循环物料给料口，螺旋给料机一及螺旋给料机二的出料口分别与生物质循环流化床气化炉对应的进料口连通，生物质循环流化床气化炉顶部的燃气出口与高效旋风分离器一的燃气进口连通，高效旋风分离器一下端的出料口通过回料阀一与差速流化床气化炉的进料口一连通，差速流化床气化炉的出料口通过回料阀二与生物质循环流化床气化炉的回料进口连通；高效旋风分离器一顶部的燃气出口与过热器二的燃气入口连通，过热器二的燃气出口通过高温燃气风机与大型燃煤发电锅炉的燃气进口连通；差速流化床气化炉顶部的合成气出口与高效旋风分离器二的合成气入口连通，高效旋风分离器二下端的出料口与差速流化床气化炉的进料口二连通；高效旋风分离器二顶部的合成气出口依次与空气预热器三及过热器一的合成气入口连通，过热器一的合成气出口与除尘器的入口连通，除尘器的出口依次与高温水汽变换反应器、空气预热器二、低温水汽变换反应器、空气预热器一、冷凝器、有机胺洗涤器、压缩机及变压吸附系统连通，变压吸附系统的排气口通过管道与大型燃煤发电锅炉的炉膛连通。

进一步的是，大型燃煤发电锅炉的蒸汽出口通过管道与汽轮发电机组的进汽口连通，汽轮发电机组的低压缸抽汽出口依次通过过热器一、过热器二与差速流化床气化炉底部风室连通。

进一步的是，鼓风机的出口与空气预热器一的空气进口连通，空气预热器一的空气出口与空气预热器二的空气进口连通，空气预热器二的空气出口与空气预热器三的空气进口连通，空气预热器三的高温空气出口与生物质循环流化床气化炉底部风室连通。

一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

步骤一：向生物质循环流化床气化炉底部风室通入650-700℃高温空气；同时，生物质与循环物料分别通过螺旋给料机一和螺旋给料机二送入生物质循环流化床气化炉内，生物质在此气化热解，循环物料在此煅烧分解为CaO和MgO；由生物质循环流化床气化炉上端的燃气出口排出的900-950℃高温燃气进入高效旋风分离器一，通过高效旋风分离器一将高温燃气中携带的循环物料及生物质炭分离出来，并通过回料阀一蒸汽活化后送入差速流化床气化炉，活化后的生物质炭与700-750℃高温水蒸气在差速流化床气化炉内反应生成合成气；

步骤二：从高效旋风分离器一顶部的燃气出口排出的900-950℃高温燃气进入过热器二，将燃气温度降至450℃，之后，通过高温燃气风机送入大型燃煤发电锅炉内燃烧发电；

步骤三：大型燃煤发电锅炉产生的高温高压蒸汽送汽轮发电机组发电，从汽轮发电机组的蒸汽出口进入过热器一加热至380℃，然后进入过热器二加热至700-750℃，之后700-750℃过热蒸汽从差速流化床气化炉底部风室进入差速流化床气化炉内，蒸汽与生物质炭质量比＝1～3：1，生物质炭是生物质气化后的产物，为25～30％的生物质给料量；大型燃煤发电锅炉产生的烟气经烟气风机进入烟囱，排放至大气中；

步骤四：在差速流化床气化炉内，高温循环物料及高温过热蒸汽将差速流化床气化炉加热至780-900℃，生物质炭与高温蒸汽在此温度下反应生成合成气，合成气由H

步骤五：从差速流化床气化炉顶部出来的高温合成气首先进入高效旋风分离器二，将合成气携带的未反应的生物质炭和床料分离下来并送入差速流化床气化炉中循环气化；从高效旋风分离器二顶部出来的合成气依次通过空气预热器三、过热器一换热后降温至350℃，然后进入除尘器除尘，除尘后的合成气进入高温水汽变换反应器，之后，通过空气预热器二降温至190-200℃，然后进入低温水汽变换反应器，温度升至250-260℃之后，进入空气预热器一，将空气由室温预热至130-150℃，合成气温度降至120-150℃，之后依次进入冷凝器和有机胺洗涤器，脱除合成气中的CO

方案二：一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

螺旋给料机一顶部设有生物质给料口，螺旋给料机二顶部设有循环物料给料口，螺旋给料机一及螺旋给料机二的出料口分别与生物质循环流化床气化炉相对应的进料口连通，生物质循环流化床气化炉顶部的燃气出口与高效旋风分离器一的燃气进口连通，高效旋风分离器一下端的出料口通过回料阀一与差速流化床气化炉的进料口一连通，差速流化床气化炉的出料口通过回料阀二与流化床煅烧床的进料口连通，流化床煅烧床的出料口与生物质循环流化床气化炉的回料进口连通；高效旋风分离器一顶部的燃气出口与过热器二的燃气入口连通，过热器二的燃气出口通过高温燃气风机与大型燃煤发电锅炉的燃气进口连通；差速流化床气化炉顶部的合成气出口与高效旋风分离器二的合成气入口连通，高效旋风分离器二下端的出料口与差速流化床气化炉的进料口二连通；高效旋风分离器二顶部的合成气出口依次与空气预热器三及过热器一的合成气入口连通，过热器一的合成气出口与除尘器的入口连通，除尘器的出口依次与高温水汽变换反应器、空气预热器二、低温水汽变换反应器、空气预热器一、冷凝器、有机胺洗涤器、压缩机及变压吸附系统连通，变压吸附系统的排气口通过管道与大型燃煤发电锅炉的炉膛连通。

进一步的是，大型燃煤发电锅炉的蒸汽出口通过管道与汽轮发电机组进汽口连通，汽轮发电机组的低压缸抽汽出口依次通过过热器一、过热器二与差速流化床气化炉底部风室连通。

进一步的是，鼓风机的出口与空气预热器一的空气进口连通，空气预热器一的空气出口与空气预热器二的空气进口连通，空气预热器二的空气出口与空气预热器三的空气进口连通，空气预热器三的高温空气出口与生物质循环流化床气化炉底部风室连通。

一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

步骤一：向生物质循环流化床气化炉底部风室通入350-400℃中温空气；同时，生物质与循环物料通过螺旋给料机一及螺旋给料机二送入生物质循环流化床气化炉内，生物质在此气化热解，循环物料由石灰石、白云石和Ni催化剂组成；经生物质循环流化床气化炉的燃气出口排出的750-850℃高温燃气携带着生物质炭及循环物料进入高效旋风分离器一，通过高效旋风分离器一将高温燃气中携带的循环物料及生物质炭分离出来，并通过回料阀一蒸汽活化后送入差速流化床气化炉；

步骤二：从高效旋风分离器一顶部的燃气出口排出的高温燃气进入过热器二，将燃气温度降至450℃，之后，通过高温燃气风机送入大型燃煤发电锅炉内燃烧发电；

步骤三：大型燃煤发电锅炉产生的高温高压蒸汽通过管道送入汽轮发电机组发电，汽轮发电机组的蒸汽进入过热器一加热至380℃，然后进入过热器二加热至550-600℃过热蒸汽，之后550-600℃过热蒸汽从差速流化床气化炉底部风室进入差速流化床气化炉内；

步骤四：在差速流化床气化炉内，高温循环物料及高温过热蒸汽将差速流化床气化炉加热至600-700℃，原位吸收CO

步骤五：从差速流化床气化炉顶部出来的高温合成气首先进入高效旋风分离器二，将合成气携带的未反应的生物质炭和循环物料分离下来并送入差速流化床气化炉中循环气化；从高效旋风分离器二顶部出来的高温合成气依次经过空气预热器三及过热器一后降温至350℃，然后进入除尘器除尘，之后合成气进入高温水汽变换反应器，温升至380-450℃的合成气进入空气预热器二，合成气温度降至190-200℃并进入低温水汽变换反应器，合成气升温至250-260℃，之后进入空气预热器一，将空气由室温预热至130-150℃，合成气温度降至120-150℃，之后合成气进入冷凝器及有机胺洗涤器，合成气温度降至50-60℃，之后合成气经压缩机进入变压吸附系统，获得99.9％的H

进一步的是，石灰石、白云石、Ni基催化剂三者的质量比为＝1:1:1。

进一步的是，合成气进入有机胺洗涤器，脱除合成气中剩余的粉尘、微量H

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明解决了现有技术生物质炭难以推广应用的问题，并且将生物质炭转化为H

附图说明

图1是本发明的一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

图2是本发明的一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

图3是图1的A处局部放大图，为顺时针旋转90°后的局部放大图；

图4是图1的B处局部放大图；

图5是图2的C处局部放大图，为顺时针旋转90°后的局部放大图；

图6是图2的D处局部放大图。

上述附图中涉及的部件名称及对应的附图标记如下：

螺旋给料机一1-1、螺旋给料机二1-2、生物质循环流化床气化炉2、差速流化床气化炉3、高效旋风分离器一4、高效旋风分离器二5、回料阀一6、回料阀二7、过热器一8、过热器二9、空气预热器一10、空气预热器二11、空气预热器三12、高温燃气风机13、除尘器14、冷凝器15、大型燃煤发电锅炉16、高温水汽变换反应器17、低温水汽变换反应器18、有机胺洗涤器19、压缩机20、变压吸附系统21、流化床煅烧床22、烟气风机23、烟囱24、汽轮发电机组25、鼓风机26、生物质给料口27、循环物料给料口28、灰仓29。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1、图3及图4所示，本实施方式披露了一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

螺旋给料机一1-1顶部设有生物质给料口27，螺旋给料机二1-2顶部设有循环物料给料口28，螺旋给料机一1-1及螺旋给料机二1-2的出料口分别与生物质循环流化床气化炉2对应的进料口连通，生物质循环流化床气化炉2顶部的燃气出口与高效旋风分离器一4的燃气进口连通，高效旋风分离器一4下端的出料口通过回料阀一6与差速流化床气化炉3的进料口一连通，差速流化床气化炉3的出料口通过回料阀二7与生物质循环流化床气化炉2的回料进口连通；

高效旋风分离器一4顶部的燃气出口与过热器二9的燃气入口连通，过热器二9的燃气出口通过高温燃气风机13与大型燃煤发电锅炉16的燃气进口连通，大型燃煤发电锅炉16的烟气出口通过烟气风机23与烟囱24连通；

差速流化床气化炉3顶部的合成气出口与高效旋风分离器二5的合成气入口连通，高效旋风分离器二5下端的出料口与差速流化床气化炉3的进料口二连通；

高效旋风分离器二5顶部的合成气出口依次与空气预热器三12及过热器一8的合成气入口连通，过热器一8的合成气出口与除尘器14的入口连通，除尘器14的出口依次与高温水汽变换反应器17、空气预热器二11、低温水汽变换反应器18、空气预热器一10、冷凝器15、有机胺洗涤器19、压缩机20及变压吸附系统21连通，变压吸附系统21的排气口通过管道与大型燃煤发电锅炉16的炉膛连通；除尘器14底部的排尘口与灰仓29连通。

大型燃煤发电锅炉16的蒸汽出口通过管道与汽轮发电机组25的进汽口连通，汽轮发电机组25的低压缸抽汽出口依次通过过热器一8、过热器二9与差速流化床气化炉3底部风室连通；

鼓风机26的出口与空气预热器一10的空气进口连通，空气预热器一10的空气出口与空气预热器二11的空气进口连通，空气预热器二11的空气出口与空气预热器三12的空气进口连通，空气预热器三12的高温空气出口与生物质循环流化床气化炉2底部风室连通。

具体实施方式二：如图1、图3及图4所示，本实施方式披露了一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

步骤一：高温空气(650-700℃)从生物质循环流化床气化炉2底部风室进入生物质循环流化床气化炉2，生物质循环流化床气化炉2为绝热炉膛，流化速度为6-10m/s，循环倍率为30-100，空气当量系数α＝0.15-0.25；生物质(加入量为10～50t/h，生物质为秸秆成型燃料、稻壳或木质成型燃料)与循环物料(循环物料由石灰石和白云石组成，石灰石与白云石的质量比为1：1)分别通过螺旋给料机一1-1和螺旋给料机二1-2送入生物质循环流化床气化炉2内，生物质在此气化热解，循环物料在此煅烧分解为CaO和MgO；由生物质循环流化床气化炉2上端的燃气出口排出的高温燃气(900-950℃)携带着生物质炭及循环物料(石灰石及白云石煅烧产物)进入高效旋风分离器一4，通过高效旋风分离器一4将高温燃气中携带的循环物料及生物质炭分离出来，并通过回料阀一6蒸汽活化后送入差速流化床气化炉3，活化后的生物质炭与700-750℃高温水蒸气在差速流化床气化炉3内反应生成合成气(生成的合成气含有H

步骤二：从高效旋风分离器一4顶部的燃气出口排出的900-950℃高温燃气进入过热器二9，将蒸汽温度由380℃加热至700-750℃，燃气温度降至450℃，之后，通过高温燃气风机13送入大型燃煤发电锅炉16内燃烧发电，发电效率为40％以上；

步骤三：大型燃煤发电锅炉16产生的高温高压蒸汽送汽轮发电机组25发电(功率：300-1000MW)，从汽轮发电机组25的低压缸抽取0.2-0.3MPa，温度为200-250℃蒸汽，进入过热器一8加热至380℃(加热到380℃可避免过热器二9表面不会沾污焦油，因为过热器二9壁面温度会大于400℃,燃气中的大分子焦油呈气态)，然后进入过热器二9加热至700-750℃，之后700-750℃过热蒸汽从差速流化床气化炉3底部风室进入差速流化床气化炉3内，蒸汽与生物质炭质量比＝1～3：1，生物质炭是生物质气化后的产物，为25～30％的生物质给料量(木质生物质炭为木质成型燃料的25％，农业秸秆为30％)；大型燃煤发电锅炉16产生的烟气经烟气风机23进入烟囱24，排放至大气中；

步骤四：在差速流化床气化炉3内，高温循环物料及高温过热蒸汽将差速流化床气化炉3加热至780-900℃，生物质炭与高温蒸汽在此温度下反应生成合成气，合成气由H

步骤五：从差速流化床水蒸气气化炉3顶部出来的高温合成气首先进入高效旋风分离器二5，将合成气携带的未反应的生物质炭和床料分离下来并送入差速流化床气化炉3循环气化(提高气化效率)，从高效旋风分离器二5顶部出来的高温合成气依次经过空气预热器三12、过热器一8换热后降温至350℃，然后进入除尘器14(除尘器14可以是现有成熟的陶瓷滤管除尘器14或金属滤袋除尘器14，也可以选用能够耐350℃以上温度的其他除尘器14)除尘，除尘效率达到99.9％以上，合成气中粉尘含量≤5mg/m

具体实施方式二的效果是：生物质循环流化床气化炉2产生的生物质炭进入差速流化床气化炉3产生富氢合成气，H

具体实施方式三：如图2、图5及图6所示，本实施方式披露了一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

螺旋给料机一1-1顶部设有生物质给料口27，螺旋给料机二1-2顶部设有循环物料给料口28，螺旋给料机一1-1及螺旋给料机二1-2的出料口分别与生物质循环流化床气化炉2相对应的进料口连通，生物质循环流化床气化炉2顶部的燃气出口与高效旋风分离器一4的燃气进口连通，高效旋风分离器一4下端的出料口通过回料阀一6与差速流化床气化炉3的进料口一连通，差速流化床气化炉3的出料口通过回料阀二7与流化床煅烧床22的进料口连通，流化床煅烧床22的出料口与生物质循环流化床气化炉2的回料进口连通；

高效旋风分离器一4顶部的燃气出口与过热器二9的燃气入口连通，过热器二9的燃气出口通过高温燃气风机13与大型燃煤发电锅炉16的燃气进口连通，大型燃煤发电锅炉16的烟气出口通过烟气风机23与烟囱24连通；

差速流化床气化炉3顶部的合成气出口与高效旋风分离器二5的合成气入口连通，高效旋风分离器二5下端的出料口与差速流化床气化炉3的进料口二连通；

高效旋风分离器二5顶部的合成气出口依次与空气预热器三12及过热器一8的合成气入口连通，过热器一8的合成气出口与除尘器14的入口连通，除尘器14的出口依次与高温水汽变换反应器17、空气预热器二11、低温水汽变换反应器18、空气预热器一10、冷凝器15、有机胺洗涤器19、压缩机20及变压吸附系统21连通，变压吸附系统21的排气口通过管道与大型燃煤发电锅炉16的炉膛连通；除尘器14底部的排尘口与灰仓29连通；

大型燃煤发电锅炉16的蒸汽出口通过管道与汽轮发电机组25进汽口连通，汽轮发电机组25的低压缸抽汽出口依次通过过热器一8、过热器二9与差速流化床气化炉3底部风室连通；

鼓风机26的出口与空气预热器一10的空气进口连通，空气预热器一10的空气出口与空气预热器二11的空气进口连通，空气预热器二11的空气出口与空气预热器三12的空气进口连通，空气预热器三12的高温空气出口与生物质循环流化床气化炉2底部风室连通。

具体实施方式四：如图2、图5及图6所示(差速床低温)，本实施方式披露了一种生物质气化耦合大型燃煤发电联产H

步骤一：中温空气(350-400℃)从生物质循环流化床气化炉2底部风室进入生物质循环流化床气化炉2，生物质循环流化床气化炉2为绝热炉膛，流化速度为5-6m/s，循环倍率为20-30，空气当量系数α＝0.20-0.30；同时生物质与循环物料(循环物料由石灰石、白云石和Ni催化剂组成，石灰石与白云石及Ni催化剂的质量比＝1:1:1，生物质的加入量10～50t/h，生物质为秸秆成型燃料、稻壳或木质成型燃料)分别通过螺旋给料机一1-1及螺旋给料机二1-2送入生物质循环流化床气化炉2内，生物质在此气化热解；生物质循环流化床气化炉2上端的燃气出口温度为750-850℃，经生物质循环流化床气化炉2的燃气出口排出的750-850℃高温燃气携带着生物质炭及循环物料(石灰石、白云石和Ni催化剂)进入高效旋风分离器一4，通过高效旋风分离器一4将高温燃气中携带的循环物料及生物质炭分离出来，并通过回料阀一6进蒸汽活化后送入差速流化床水蒸气气化炉3；蒸汽活化的目的是提高生物质炭的制氢活性；

步骤二：从高效旋风分离器一4顶部的燃气出口排出的高温燃气进入过热器二9，将蒸汽温度由380℃加热至550-600℃，燃气温度降至450℃，之后，通过高温燃气风机13送入大型燃煤发电锅炉16内燃烧发电，发电效率达到40％以上；大型燃煤发电锅炉16燃烧产生的烟气经烟气风机23进入烟囱24，排放至大气中；

步骤三：大型燃煤发电锅炉16产生的高温高压蒸汽通过管道送入汽轮发电机组25发电(功率：300-1000MW)，汽轮发电机组25的低压缸抽取0.2-0.3MPa、温度为200-250℃蒸汽，进入过热器一8加热至380℃，然后进入过热器二9加热至550-600℃过热蒸汽，之后550-600℃过热蒸汽从差速流化床气化炉3底部风室进入差速流化床气化炉3内；

步骤四：在差速流化床气化炉3内，高温循环物料及高温过热蒸汽将差速流化床气化炉3加热至600-700℃，蒸汽与生物质炭质量比＝1～3：1，原位吸收CO

步骤五：从差速流化床气化炉3顶部出来的高温合成气(其中：H

具体实施方式四的效果是：生物质循环流化床气化炉2产生的生物质炭进入差速流化床气化炉3，在600-700℃下原位吸收CO

本发明同样适用于将“大型燃煤发电锅炉”替换为“燃气锅炉”，将循环流化床气化炉产生的生物质燃气在“燃气锅炉”内燃烧，用于发电或供热。

本发明中的差速流化床气化炉3的差速流化床结构已在公开号CN102876339B、公开日2013年12月25日、名称为“一种气化、裂解反应装置”的发明专利中披露。

以上仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。