一种生物质掺烧系统及方法

技术领域

本发明属于燃煤耦合生物质发电技改工程技术领域，涉及一种生物质掺烧系统及方法。

背景技术

生物质能是一种储量巨大、分布广泛的可再生能源，目前大部分生物质秸秆都直接焚烧、还田，造成了巨大的能源浪费和环境污染，如何有效利用秸秆资源成为普遍关注的问题。如果能将各类生物质资源特别是农作物秸秆用于锅炉燃用发电或供热，不仅能够促进节能减排政策实施，还能够形成支农产业链为农民增收提供新渠道。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种生物质掺烧系统及方法，本发明能够将生物质秸秆用于锅炉燃发电或供热，并能够实现节能减排以及扩展生物质秸秆的用途。

本发明采用的技术方案如下：

一种生物质掺烧系统，包括干燥设备、破碎机、气料分离器、输送设备、料仓、送粉装置、秸秆燃烧器、电厂锅炉、除尘设备和炉烟风机，干燥设备的出料口与破碎机进料口连接，破碎机出料口与气料分离器的进口连接，气料分离器的气体出口与除尘设备入口连接，气料分离器的物料出口与输送设备入口连接，输送设备的出口与料仓的入口连接，秸秆燃烧器设置于电厂锅炉上，料仓的出口与电厂锅炉连接，送粉装置的出风口与料仓连接，干燥设备通过管道与电厂锅炉的尾部烟道连通，炉烟风机的入口与干燥设备连接，除尘设备设置于尾部烟道处，炉烟风机的出口与除尘设备入口和/或破碎机出口连接。

优选的，本发明生物质掺烧系统还包括粗加工设备，粗加工设备包括给料机、输送机和切割机，给料机的出口与输送机的入口连接，输送机的出口与切割机入口连接，切割机出口与干燥设备的入口连接。

优选的，给料机采用对辊双螺旋给料机，输送机采用波纹挡边皮带输送机，切割机采用旋切机。

优选的，气料分离器采用旋风分离器，旋风分离器物料出口设有接料斗，输送设备采用输料螺旋，输料螺旋的进料端设置于所述接料斗处，输料螺旋的出料端位于所述料仓处。

优选的，秸秆燃烧器设置于电厂锅炉最上层燃烧器之下的二次风喷口的位置。

优选的，除尘设备采用电除尘器。

优选的，送粉装置采用送粉风机或电厂锅炉的一次风机。

本发明还提供了一种生物质掺烧方法，该生物质掺烧方法采用本发明如上所述的生物质掺烧系统进行，包括如下过程：

将生物质于干燥设备中进行干燥，干燥过程中，炉烟风机将尾部烟道的烟气抽入干燥设备中，烟气与生物质接触并使生物质干燥；

破碎机对干燥设备干燥后的生物质进行破碎；

炉烟风机将干燥设备中的烟气送入除尘设备和/或破碎机出口，其中，除尘设备对炉烟风机输送的烟气以及尾部烟道中的烟气进行除尘，破碎机利用炉烟风机输送的烟气将破碎后的生物质输送给气料分离器；

气料分离器对烟气和破碎的生物质进行分离，分离得到的生物质经输送设备输送至料仓，分离得到的烟气送入除尘设备进行除尘；

送粉装置利用气体将料仓中的生物质送入秸秆燃烧器；

秸秆燃烧器将生物质送入电厂锅炉的炉膛进行燃烧。

优选的，经干燥设备干燥后的生物质含水率不超过15％，破碎机破碎后的生物质粒径不大于10mm，送粉装置利用烟气将料仓中的生物质送入秸秆燃烧器，烟气流速为30～40m/s，烟气与生物质的质量比控制在2以上，秸秆燃烧器将生物质送入电厂锅炉的炉膛进行燃烧。优选的，还包括对生物质的粗加工过程，经粗加工的生物质粒径为8-15mm，由炉烟风机输入干燥设备中的烟气温度不低于300℃，干燥设备干燥后得到的烟气温度不低于120℃。

本发明具有如下有益效果：

本发明生物质掺烧系统利用干燥设备能够实现对生物质的干燥，满足电厂锅炉的燃烧要求；干燥设备通过管道与电厂锅炉的尾部烟道连通，炉烟风机的入口与干燥设备连接，因此利用炉烟风机能够将电厂锅炉尾部烟道中温度较高的烟气吸入干燥设备，使烟气与生物质接触，实现对生物质的干燥，同时利用炉烟风机还能够将干燥设备中已经过换热的较低温度的烟气输送给除尘设备，利用除尘设备对该部分烟气进行除尘，防止粉尘污染；炉烟风机的出口与破碎机出口连接，能够使得破碎机破碎得到的细小生物质输送给气料分离器，该输送方式较为便捷，无需使用额外的输送设备，节约成本，由于使用烟气对破碎的生物质进行输送，利用气料分离器对生物质与烟气的混合气进行分离，无需额外使用能量用于分离，同时还能够将较为细小的生物质随着烟气排出，最终被除尘设备所捕获，防止了细小的生物质对锅炉燃烧造成不良影响，同时还防止了粉尘的污染；综上，本发明生物质掺烧系统能够实现生物质的有效利用，利用电厂锅炉其生物质进行燃烧，用于发电或供热，具有较好的经济、生态和社会效益。在生物质再生利用过程中，排放的CO

进一步的，通过设置粗加工设备能够将较大的生物质切割为较小的生物质，便于干燥设备的干燥，提高干燥效率，同时降低了破碎机的处理难度。

进一步的，秸秆燃烧器设置于电厂锅炉最上层燃烧器之下的二次风喷口的位置，这种布置方式，不影响主燃烧器的布置与运行，对于锅炉燃用劣质煤时，不致因喷口占用而带不上负荷。而燃烧器区偏上部布置秸秆燃烧器，对原来的低氮燃烧没有影响，且利于降低NOx的生成量。

附图说明

图1为本发明生物质掺烧系统的结构框图。

其中，1为生物质料场、2为对辊双螺旋给料机、3为波纹挡边皮带输送机、4为旋切机、 5为干燥设备、6为炉烟风机、7为电除尘器、8为尾部烟道、9为电厂锅炉、10为旋风分离器、 11为破碎机、12为输送设备、13为料仓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参照图1，本发明生物质掺烧系统，包括干燥设备5、破碎机11、气料分离器、输送设备、料仓、送粉装置、秸秆燃烧器、电厂锅炉9、除尘设备和炉烟风机6，干燥设备5的出料口与破碎机11进料口连接，破碎机11出料口与气料分离器的进口连接，气料分离器的气体出口与除尘设备入口连接，气料分离器的物料出口与输送设备入口连接，输送设备的出口与料仓的入口连接，秸秆燃烧器设置于电厂锅炉9上，料仓的出口与电厂锅炉9连接，送粉装置的出风口与料仓连接，干燥设备5通过管道与电厂锅炉9的尾部烟道8连通，炉烟风机6的入口与干燥设备5连接，除尘设备设置于尾部烟道8处，炉烟风机6的出口与除尘设备入口和/或破碎机 11出口连接。

作为本发明优选的实施方案，本发明生物质掺烧系统还包括粗加工设备，粗加工设备包括给料机、输送机和切割机，给料机的出口与输送机的入口连接，输送机的出口与切割机入口连接，切割机出口与干燥设备5的入口连接。

作为本发明优选的实施方案，给料机采用对辊双螺旋给料机，输送机采用波纹挡边皮带输送机，切割机采用旋切机。

作为本发明优选的实施方案，气料分离器采用旋风分离器，旋风分离器的物料出口设有接料斗，输送设备采用输料螺旋，输料螺旋的进料端设置于所述接料斗处，输料螺旋的出料端位于所述料仓处，输料螺旋用于将接料斗中的生物质输送给料仓，料仓中的生物质再进入锅炉进行燃烧。

作为本发明优选的实施方案，秸秆燃烧器设置于电厂锅炉9最上层燃烧器之下的二次风喷口的位置。将秸秆燃烧器设置于此处，能够使生物质燃料在燃烧器区上部送入，燃烧生成的烟气有再循环的作用，可降低煤粉燃烧污染物生成。

作为本发明优选的实施方案，除尘设备采用电除尘器。

作为本发明优选的实施方案，送粉装置采用送粉风机或电厂锅炉的一次风机。

本发明还提供了一种生物质掺烧方法，该生物质掺烧方法采用本发明如上所述的生物质掺烧系统进行，包括如下过程：

将生物质于干燥设备5中进行干燥，干燥过程中，炉烟风机6将尾部烟道8的烟气抽入干燥设备5中，烟气与生物质接触并使生物质干燥；

破碎机11对干燥设备5干燥后的生物质进行破碎；

炉烟风机6将干燥设备5中的烟气送入除尘设备和/或破碎机11出口，其中，除尘设备对炉烟风机6输送的烟气以及尾部烟道8中的烟气进行除尘，破碎机11利用炉烟风机6输送的烟气将破碎后的生物质输送给气料分离器；

气料分离器对烟气和破碎的生物质进行分离，分离得到的生物质经输送设备输送至料仓，分离得到的烟气送入除尘设备进行除尘；

送粉装置利用气体将料仓中的生物质送入秸秆燃烧器；

秸秆燃烧器将生物质送入电厂锅炉9的炉膛进行燃烧。

作为本发明优选的实施方案，经干燥设备5干燥后的生物质含水率不超过15％，破碎机 11破碎后的生物质粒径不大于10mm，送粉装置利用烟气将料仓中的生物质送入秸秆燃烧器，烟气流速为30～40m/s，烟气与生物质的质量比控制在2以上，秸秆燃烧器将生物质送入电厂锅炉9的炉膛进行燃烧。采用烟温输送秸秆物料在于避免热风输送在管道内的提前着火燃烧，经处理后的生物质比煤粉更容易燃烧，因此烟气流速采用30～40m/s、烟气与生物质的质量比控制在2以上，能够使得生物质大量、充分燃烧，实现更高效的利用。

作为本发明优选的实施方案，还包括对生物质的粗加工过程，经粗加工的生物质粒径为 8-15mm，由炉烟风机6输入干燥设备5中的烟气温度不低于300℃，干燥设备5干燥后得到的烟气温度不低于120℃。

实施例

本实施例生物质掺烧系统，包括对辊双螺旋给料机2、波纹挡边皮带输送机3、旋切机4、炉烟管道、炉烟风机6、干燥设备5、旋风分离器10、破碎机11、输送螺旋和斗提机12及电站锅炉9和尾部烟道8和电除尘器7。对辊双螺旋给料机2的出口与波纹挡边皮带输送机3的入口对应，波纹挡边皮带输送机3的出口与旋切机4入口对应，干燥设备采用干燥机，旋切机4出口与干燥设备5的入口对应，干燥设备5的出料口与破碎机11进料口对应，破碎机11出料口与旋风分离器10的进口对应，旋风分离器10的气体出口与电除尘器7入口连接，旋风分离器10的物料出口与输送螺旋和斗提机12入口连接，输送螺旋和斗提机12的出口与料仓13的入口连接，秸秆燃烧器设置于电厂锅炉9最上层燃烧器之下的二次风喷口的位置，料仓13的出口与秸秆燃烧器连接，送粉装置采用送粉风机，送粉风机的出风口与料仓13连接，干燥设备5通过炉烟管道与电厂锅炉9的尾部烟道8连通，炉烟风机6的入口与干燥设备5连接，电除尘器7设置于尾部烟道8处，炉烟风机6的出口与电除尘器7入口以及破碎机11出口连接。

本实施例的生物质掺烧系统在工作时，秸秆等生物质入厂后先堆放在秸秆料场1，经由对辊双螺旋给料机2、波纹挡边皮带输送机3进入旋切机4完成粗加工，粗加工得到的大块物料进入干燥设备5，在干燥机内被炉烟风机6从锅炉尾部抽过来的300℃以上烟气干燥，干燥后的炉烟温度不低于120℃，再由炉烟风机6送入电除尘器7入口以及输送破碎后的物料进入旋风分离器10；干燥之后的秸秆物料由炉烟直接送入破碎机11，破碎至直径2mm以下，经旋风分离器10分离物料与炉烟后，物料经输料螺旋和斗提机12暂时存储于料仓13中；

料仓13中的物料经送粉风机来的输粉风送至锅炉9炉膛上部参与燃烧，然后的尾气经尾部烟道8进入电除尘器7，最终排至大气，灰渣则进入除尘器灰斗料仓。

本实施例中，上料时秸秆经人工利用机械推入双螺旋对辊给料机2，经波纹挡边皮带输送机3送至旋切机4，期间因输送皮带走向变更，需要经历几次转运。秸秆通过旋切机破碎为8-15mm的碎料，为秸秆的进一步粉碎做准备。刚收割的秸秆一般含湿率较高，不适合直接粉碎或燃烧，因此须经干燥设备进行干燥，干燥可以采用热烟气、热风或蒸汽，因电厂获得热烟气较容易，且热烟气与秸秆接触不担心燃烧问题，因此选择用热烟气将秸秆干燥到含水率15％以下，设备选型中尽量选择非接触传热的干燥设备。秸秆经干燥后，进入破碎机，可以破碎至 2mm粒径以下。一般煤粉炉掺烧秸秆，不必将秸秆破碎的过细，可按输料要求，破碎至8-10mm 以下即可经风机送入炉内燃烧。

破碎后的秸秆经旋风分离器分离物料后，超细粉尘由尾气送入电除尘器入口；旋风分离器分离下来的物料，经输粉螺旋和斗提机，输送至炉前的料仓。料仓不宜过大，以保证破碎或输粉环节故障时，秸秆仍能正常掺烧，以便锅炉有改变运行方式的缓冲时间。送粉可以采用冷一次风，如一次风机出力不足，可以单独设置送粉风机。

根据锅炉燃烧器设计特点，秸秆入炉位置选定在最上层燃烧器之下的二次风喷口。在掺烧秸秆期间，该喷口用于输送秸秆入炉，原二次风门可以适当关小，作为秸秆喷口的周界风使用；停用秸秆期间，该喷口作为普通二次风喷口，因为布置秸秆燃烧器，占用了一定空间，该喷口面积大大缩小。这种布置方式，不影响主燃烧器的布置与运行，对于锅炉燃用劣质煤时，不致因喷口占用而带不上负荷。而燃烧器区偏上部布置秸秆燃烧器，对原来的低氮燃烧没有影响，且利于降低NOx的生成量。

本发明的生物质掺烧系统是一种简单高效的生物质掺烧系统，系统简单、能够灵活高效的实现生物质掺烧，本发明妥善地利用了生物质能，能够对CO

(1)电厂对生物质燃料的需求，可以形成一个以收购、加工、运输、设备生产和维修为主要内容的产业链，能很好地解决农民就业问题，增加农民收入，有利于促进当地经济发展和社会稳定。

(2)符合能源发展需求，可有效弥补化石燃料短缺，减少传统污染物和温室气体等的排放，有效保护生态环境，促进生物质燃料市场的形成。

(3)提供了一条生物质高效利用的科学途径。在我国许多农村，30～40％生物质秸秆用于炊事，热能利用率仅5～8％；生物质直燃电厂热电转化效率多在30％以下，较大容量火电机组能量利用水平低，且造价高，经济性差；本发明将生物质掺烧可减少化石燃料的消耗，使能源资源配置更为合理。