一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统及运行方法

摘要

本发明公开了一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统及运行方法，包括生物质锅炉、电站锅炉和汽轮机，生物质锅炉焚烧产生的蒸汽替代一部分电站锅炉燃煤产生的蒸汽，蒸汽进入汽轮机做功或发电。在汽轮机上设置不同的接入点，将汽轮机划分为不同的工作区域。根据蒸汽的温度压力范围，选择合适的接入点进入汽轮机内。生物质锅炉焚烧后产生的烟气进入电站锅炉的烟气处理系统，和电站锅炉产生的烟气共用一套烟气处理系统。净化后的烟气有余热，可以和汽轮机抽汽共同作为干燥源，干燥生物质锅炉内的生物质燃料，提高燃烧效率。电站锅炉给水和汽轮机的冷凝水可以输送至生物质锅炉，提供产生蒸汽的水源。

说明书

技术领域

本发明属于生物质发电领域，特别涉及一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统及运行方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，是主要的能源结构。煤燃烧时产生能量，并通过发电动力装置转换成电能。但是煤燃烧不可避免的带来二氧化碳气体的排放。为了节能减排，通常需要其它燃料作为补充的能源结构，提高发电效率，降低污染排放。生物质能源资源丰富，具有可再生性、低污染性和广泛分布性等优势，开发利用生物质等可再生清洁能源对于改变能源使用方式和环境保护有重要意义。

生物质是指通过光合作用进行的各种有机体，生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式。生物质可以作为燃料。生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物废弃物、木材、木材废弃物。狭义的生物质燃料主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。自然界的生物质种类数以万计，但针对生物质发电利用的要求，能有效利用的并不是很多，根据国内生物质直燃发电企业多年的运行经验，能有效利用作为生物质燃料的主要有：粮食作物秸秆(稻草、麦草、玉米杆等)、林业废弃物(树皮、树枝、树根等)和人农产品深加工废弃产物(稻壳、花生壳等)。

生物质发电技术按其生物质燃料类型可为生物质直燃发电、生物质混合燃煤发电、生物质气化发电、生物质沼气发电等几种类型，目前这些生物质发电技术都遇到了烟气处理成本高、运行小时数不稳定及生物质燃料供应不稳定的问题。如何解决上述问题成为关系生物质发电技术发展的关键。

发明内容

本发明的目的就是利用现有大量存在的火电厂，将生物质锅炉与火电厂电站锅炉进行耦合，且生物质锅炉和电站锅炉共用一套烟气处理系统，从而极大降低生物质燃烧后的烟气处理成本，并利用生物质锅炉实现火电厂的燃料灵活性和负荷灵活性。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统，包括生物质锅炉、电站锅炉和汽轮机，所述生物质锅炉内有生物质燃料，包括入料口、炉渣排出口和生物质锅炉排烟联络管，所述电站锅炉包括汽包、过热器、省煤器、烟道和烟气处理系统，所述生物质锅炉的蒸汽和所述电站锅炉的蒸汽分别通过蒸汽联络管和所述汽轮机连通；所述生物质锅炉产生的烟气通过排烟联络管连通所述电站锅炉的烟气处理系统。通过生物质锅炉产生的蒸汽替代部分电站锅炉燃煤产生的蒸汽，有利于减少碳排放。生物质锅炉和电站锅炉共用一套烟气处理系统，无需设置额外的设备来净化生物质锅炉产生的烟气。

进一步的，所述电站锅炉的蒸汽通过第一蒸汽联络管和所述汽轮机连通，所述生物质锅炉的蒸汽通过第二蒸汽联络管和所述汽轮机连通，和/或经再热器通过再热热段蒸汽联络管所述汽轮机连通。生物质锅炉的蒸汽经再热器加热后进入所述汽轮机，提高进入的蒸汽的温度压力，提升所述汽轮机的工作效率。

进一步的，进入所述汽轮机中的蒸汽通过再热冷段蒸汽联络管经由所述再热器，通过再热热段蒸汽联络管和所述汽轮机连通。进入汽轮机中的蒸汽做功或者发电后温度会降低，经过所述再热器加热后，可以重复循环利用。

进一步的，所述生物质锅炉采用富氧燃烧技术，提升生物质锅炉的燃料效率和炉膛内的温度。

进一步的，所述电站锅炉给水和/或汽轮机的冷凝水通过给水管路连通所述生物质锅炉，生物质锅炉直接焚烧使水变成蒸汽，有利于水循环及节约资源。

进一步的，所述生物质锅炉排烟联络管的一端和所述生物质锅炉连通，另一端设置在所述省煤器、空气预热器或烟气处理系统之前。

进一步的，所述生物质锅炉内的生物质燃料包括生物质成型燃料、生物质气或生物质油中的至少一种。

进一步的，所述烟气处理系统排放的炉烟气和/或汽轮机抽汽通过干燥管和所述入料口连接。所述生物质锅炉与电站锅炉排放的炉烟气和/或汽轮机抽汽可以作为热源对所述生物质锅炉内的生物质燃料进行干燥。干燥后的生物质燃料可以燃烧更充分，且无需安装其他干燥设备。

根据上述电站锅炉耦合生物质锅炉系统，本发明还提供一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统的运行方法，包括如下步骤：

A1.利用所述生物质锅炉与电站锅炉经所述烟气处理系统净化后的炉烟气，和/或汽轮机抽汽作为热源对所述生物质燃料进行干燥处理，干燥后的生物质燃料送入所述生物质锅炉内焚烧；

A2.将所述电站锅炉给水和/或汽轮机的冷凝水通过给水管路输送至所述生物质锅炉内，提供所述生物质锅炉焚烧产生蒸汽的水源；

A3.所述电站锅炉产生的蒸汽经过热器加热后进入所述汽轮机，所述生物质锅炉产生的蒸汽通过第二蒸汽联络管和所述汽轮机连通，和/或经再热器通过再热热段蒸汽联络管和所述汽轮机连通，根据所述生物质锅炉和所述电站锅炉燃烧产生的蒸汽的压力和温度，选择蒸汽进入所述汽轮机的接入点，所述汽轮机内的蒸汽温度下降时，可以根据其温度压力与所述再热冷段接入点连通，经所述再热器加热后进入所述汽轮机，实现对所述汽轮机功或带动发电机发电；

A4.将A1中生物质锅炉焚烧后的烟气通过所述生物质锅炉排烟联络管进入所述电站锅炉的烟气处理系统，和所述电站锅炉燃烧产生的烟气混合后净化处理，并排放至所述入料口。

本发明还提供一种电站锅炉耦合生物质锅炉碳减排方法，利用所述生物质锅炉替代电站锅炉产生的蒸汽进入所述火电厂汽轮机带动发电机发电，这部分蒸汽产生的发电量按此火电厂的发电效率换算出燃煤量，这部分燃煤量所能产生的碳排放量就是所述生物质锅炉产生的碳减排量；具体计算方法如下：

B1.根据所述生物质锅炉的蒸汽流量、压力、温度，以及蒸汽进入所述汽轮机的接入点，计算所述生物质锅炉的蒸汽在所述汽轮机内带动发电机的发电量；

B2.根据所述生物质锅炉产生蒸汽的发电量，计算替代的燃煤量；

B3.根据替代燃煤量，计算所述生物质锅炉产生的碳减排量。

本发明取得的有益效果是：

(1)利用生物质燃料在生物质锅炉内直径焚烧产生的蒸汽替代部分电站锅炉燃煤产生的蒸汽。生物质燃料通常是废弃物，不仅可以使生物质燃料二次利用，且可以实现火电厂的碳减排；

(2)生物质锅炉排放的烟气利用电站锅炉的烟气处理系统即脱硫脱硝除尘装置，降低生物质锅炉的烟气处理设备投资；

(3)利用电站锅炉及生物质锅炉排放的烟气或汽轮机抽汽作为生物质燃料的干燥热源，降低生物质燃料进入生物质锅炉前的含水率，提高生物质锅炉的锅炉效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的电站锅炉耦合生物质锅炉系统的结构示意图；

图2为本发明另外一个实施例所述的电站锅炉耦合生物质锅炉系统的结构示意图。

附图标记说明：

1.生物质锅炉，2.电站锅炉，3.汽轮机，4.汽包，5.过热器，6.省煤器，61.进口端，62.出口端，7.烟气处理系统，8.第一蒸汽联络管，9.第二蒸汽联络管，10.再热热段蒸汽联络管，11.再热冷段蒸汽联络管，12.再热器，13.生物质锅炉排烟联络管，14.给水管路，15.高压缸接入点，16.中压缸接入点，17.低压缸接入点，18.再热冷段接入点，19.入料口，20.炉渣排出口，21.烟道，22.干燥管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

如附图1所示，一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统，包括生物质锅炉1、电站锅炉2和汽轮机3。所述电站锅炉2是依托现有的火电厂燃煤系统建设。所述电站锅炉2内设置有汽包4、过热器5、省煤器6、烟道21和烟气处理系统7。所述省煤器6安装于所述烟道21内。所述烟气处理系统7包括脱硫塔、脱硝装置和除尘器，并安装于所述烟道21的尾部。所述生物质锅炉1利用生物质作为燃料，包括入料口19、炉渣排出口20和生物质锅炉排烟联络管13。

将生物质燃料通过所述入料口19送入生物质锅炉1内，所述生物质燃料焚烧后产生蒸汽、炉渣和烟气。所述炉渣经过所述炉渣排出口20排出，所述生物质锅炉1产生的蒸汽沿着第二蒸汽联络管9进入所述汽轮机3内，也可以经再热器12加热后，通过再热热段蒸汽联络管10进入所述汽轮机3内。送风机将冷空气送入所述电站锅炉2尾部的空气预热器，空气预热器吸收排放的烟气的热量，将冷空气加热成热空气后输送至所述电站锅炉2，一部分对燃煤进行干燥，另一部分直接引向燃煤燃烧(图中未标出)。所述电站锅炉2内的燃煤燃烧后，通过所述汽包4进行汽水分离和蒸汽净化。分离净化后的蒸汽输送至所述过热器5进一步加热到所需要的温度后，经由第一蒸汽联络管8进入所述汽轮机3内。所述生物质锅炉1产生的蒸汽和所述电站锅炉2产生的蒸汽耦合，共同对所述汽轮机3做功或者实现发电。通过所述生物质锅炉1产生的蒸汽替代一部分所述电站锅炉2产生的蒸汽，有利于减少所述电站锅炉2的消耗使用，实现火电厂的碳排放。经过所述汽包4分离后得到的水沿着所述省煤器6的进口端61通过所述省煤器6，并可提供所述电站锅炉2供水。

同时，所述生物质锅炉1产生的含硫、含氮和含尘烟气通过所述生物质锅炉排烟联络管13沿着所述烟道21进入所述烟气处理系统7。所述电站锅炉2燃煤燃烧后的烟气也经过所述烟道21排入所述烟气处理系统7。所述生物质锅炉1产生的烟气和所述电站锅炉2产生的烟气都使用所述烟气处理系统7，经过所述脱硫塔、脱硝装置和除尘器净化处理后排放，降低对环境的污染。脱硝装置可以采用SNCR脱硝技术，除尘器可以采用旋风分离一次除尘和雾化喷淋二次除尘。所述生物质锅炉1和所述电站锅炉2共用一套烟气处理系统7，可以降低对所述生物质锅炉1的烟气处理设备的投资。

所述生物质锅炉1产生的烟气和所述电站锅炉2产生的烟气在所述烟道21内混合，安装于所述烟道21内的省煤器6吸收混合烟气的热量，不仅可以降低混合烟气的排烟温度，而且可以加热经所述汽包4分离的水。当水循环利用时，由于提前预热，可以在把水加热生产蒸汽的过程中节省燃料。

实施例2

一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统，所述汽轮机3上设置有高压缸接入点15、中压缸接入点16、低压缸接入点17和再热冷段接入点18。所述接入点将所述汽轮机3划分为不同的工作区域。所述接入点处设置有用以采集蒸汽温度压力值的感应装置和阀门。所述感应装置设置有固定的温度压力范围。当所述生物质锅炉1或所述电站锅炉2产生的蒸汽与某一接入点上感应装置相对应的温度压力范围符合时，相对应的阀门便会打开，蒸汽便进入与此接入点连接的汽轮机3的工作区域，实现对所述汽轮机3的做功或发电。进入所述汽轮机3内的蒸汽完成做功或发电后温度会降低，所述再热冷段接入点18处设置的感应装置便可感应到，并将所述温度降低的蒸汽通过所述再热冷段接入点18排出后经过再次加热，送入所述汽轮机3内。

在本实施例中，如附图1所示。进入所述汽轮机3的蒸汽具有不同的温度压力，因此所述汽轮机3由高到低呈梯形分布，蒸汽在所述汽轮机3内逐级做功。所述电站锅炉2内的燃煤燃烧后，经过所述汽包4汽水分离后，得到的蒸汽再经所述过热器5进一步加热。由于所述电站锅炉2燃烧产生的蒸汽为主蒸汽，温度和压力最高。所述高压缸接入点15处设置的感应装置能采集到由所述电站锅炉2产生的蒸汽的温度压力范围，此时所述高压缸接入点15处的阀门便会打开。所述电站锅炉2产生的蒸汽沿着所述第一蒸汽联络管8和所述高压缸接入点15进入所述汽轮机3。由所述生物质锅炉1产生的蒸汽，可以直接进入所述汽轮机3，也可以经过再热器12再次加热后进入所述汽轮机3。所述低压缸接入点17的感应装置可以感应到所述生物质锅炉1直接产生的蒸汽的温度压力范围，打开对应的阀门。由于来自所述生物质锅炉1的蒸汽经过进一步的加热，温度升高，所述中压缸接入点16的感应装置能感应到经再热器12进一步加热后的蒸汽的温度压力范围，使对应的阀门打开。所述生物质锅炉1产生的蒸汽一部分便可以沿着第二蒸汽联络管9，通过低压缸接入点17进入所述汽轮机3，另一部分先经过所述再热器12加热后，沿着再热热段蒸汽联络管10通过中压缸接入点16进入所述汽轮机3。

再热冷段蒸汽联络管11的一端和所述再热冷段接入点18连接，另一端和所述再热器12接通。进入所述汽轮机3内的蒸汽，若温度下降，可以触发所述再热冷段接入点18的感应装置使阀门打开。这部分温度降低的蒸汽通过所述再热冷段接入点18，流经所述再热冷段蒸汽联络管11至所述再热器12进行加热。加热后的蒸汽沿着再热热段蒸汽联络管10通过中压缸接入点16进入所述汽轮机3。进入所述汽轮机3内的蒸汽具有不同的温度压力范围，在所述接入点处设置温度压力的感应装置，使蒸汽分别进入所述汽轮机3的不同工作区域。能够使所述汽轮机平稳运行，提高蒸汽利用率。

在第一蒸汽联络管8、第二蒸汽联络管9、再热热段蒸汽联络管10和再热冷段蒸汽联络管11上设置逆流阀，防止蒸汽回流，提高装置的安全性。

实施例3

一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统，当所述生物质燃料含有大量的水分时，需要对其进行干燥处理后在焚烧。所述生物质锅炉1焚烧后产生的蒸汽和所述电站锅炉2燃烧后产生的蒸汽，在所述烟道21内混合后，经过所述烟气处理系统7的脱硫塔、脱硝装置和除尘器净化处理的炉烟气，仍然具有一定的热量。净化处理后的炉烟气可以作为干燥热源来烘干所述生物质燃料中的水分。所述汽轮机3的抽汽也可以作为干燥热源。如附图2所示，通过所述烟气处理系统7净化后的烟气的余热和所述汽轮机3的抽汽，经过干燥管22和所述入料口19连通，干燥所述生物质燃料，为生物质燃料提供充足的干燥热源，有效降低干燥设备的运行成本，降低水分含量，避免资源浪费。

实施例4

一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统，所述电站锅炉2燃烧后，经过所述汽包4进行水汽分离，高温蒸汽用于使所述汽轮机3做功或发电，分离后得到的水经过所述省煤器6加热后，可以沿着给水管路14流入所述生物质锅炉1内。这部分水可以提供所述生物质锅炉1焚烧产生水蒸气的水源，同时经过所述省煤器6加热后的水，在进入所述生物质锅炉1前就进行了预热，更有利于蒸汽的产生。进入所述汽轮机3的水蒸气，在所述汽轮机3完成做功或发电后，水蒸气可以通过冷凝器的冷凝作用，将冷凝后的水沿着所述给水管路14输送至所述生物质锅炉1内。所述电站锅炉1的给水和所述汽轮机3的冷凝水可以提供所述生物质锅炉1燃烧产生蒸汽的水源。

实施例5

一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统，所述生物质锅炉1内的生物质燃料可以为生物质成型燃料、生物质气或生物质油中的至少一种。为了使燃烧更充分，可以采用富氧燃烧技术，在所述生物质锅炉1内通入90％的纯氧提高生物质燃料的燃烧温度和燃烧效率。当所述生物质燃料为生物质成型燃料，如秸秆、污泥、菌渣和城镇绿化废物等固体时，在所述生物质锅炉1内安装破碎装置。所述生物质燃料经过所述生物质锅炉1和所述电站锅炉2排放的烟气和所述汽轮机3抽汽作用干燥后，将固体的生物质燃料进行破碎处理，增大燃烧面积，提高燃烧效率，有利于所述生物质锅炉1的蒸汽排放。

实施例6

所述生物质锅炉排烟联络管13的一端和所述生物质锅炉1连通，另一端可以和所述烟道21内的省煤器6、空气预热器或烟气处理系统7任一装置相连。所述生物质锅炉1和电站锅炉2排放的烟气有一定的热量。当所述生物质锅炉排烟联络管13的一端设置于所述省煤器6的出口端62处时，在本实施例中出口端62也可以作为进口端。所述电站锅炉2燃煤产生蒸汽的用水，经由所述出口端62被所述生物质锅炉排烟联络管13排放的高温烟气加热，通过所述省煤器6进入所述汽包4的水汽混合物的温度都提高。当所述生物质锅炉排烟联络管13的一端设置于所述空气预热器之前时，可以提供热源，加热进入所述空气预热器的冷空气，提高干燥燃煤的效率和进入燃烧器空气的温度。在附图1和2中，当所述生物质锅炉排烟联络管13的一端设置于所述烟气处理系统7之前时，即烟气排入烟气处理系统7的进烟位置之前，净化后排放的烟气具有一定的热量，能作为干燥热源来干燥所述生物质锅炉1内的生物质燃料。

实施例7

一种电站锅炉耦合生物质锅炉系统的运行方法，包括如下步骤：

A1.利用所述生物质锅炉与电站锅炉经所述烟气处理系统净化后的炉烟气，和/或汽轮机抽汽作为热源对所述生物质燃料进行干燥处理，干燥后的生物质燃料送入所述生物质锅炉内焚烧；

A2.将所述电站锅炉给水和/或汽轮机的冷凝水通过给水管路输送至所述生物质锅炉内，提供所述生物质锅炉焚烧产生蒸汽的水源；

A3.所述电站锅炉产生的蒸汽经过热器加热后进入所述汽轮机，所述生物质锅炉产生的蒸汽通过第二蒸汽联络管和所述汽轮机连通，和/或经再热器通过再热热段蒸汽联络管和所述汽轮机连通，根据所述生物质锅炉和所述电站锅炉燃烧产生的蒸汽的压力和温度，选择蒸汽进入所述汽轮机的接入点，所述汽轮机内的蒸汽温度下降时，可以根据其温度压力与所述再热冷段接入点连通，经所述再热器加热后进入所述汽轮机，实现对所述汽轮机做功或带动发电机发电；

A4.将A1中生物质锅炉焚烧后的烟气通过所述生物质锅炉排烟联络管进入所述电站锅炉的烟气处理系统，和所述电站锅炉燃烧产生的烟气混合后净化处理，并排放至所述入料口。

实施例8

本实施例具体说明根据所述生物质锅炉1产生的蒸汽流量、压力、温度及进入所述汽轮机3的焓值及排汽焓值计算对应碳减排的方法。

利用所述生物质锅炉1替代所述电站锅炉2燃煤产生的蒸汽进入火电厂汽轮机3带动发电机发电，这部分蒸汽产生的发电量按此火电厂的发电效率换算出的燃煤量，这部分燃煤量所能产生的碳排放量就是所述生物质锅炉1产生的碳减排量，具体计算步骤、公式和方法如下：

步骤1：生物质锅炉产生的蒸汽进入汽轮机的发电量：

P

＝D

其中P

D

h

h

η

η

步骤2：根据P

D

其中D

P

b

q

η

η

步骤3：燃烧D

根据相关资料服道：1吨标准煤完全燃烧产生的CO

即碳排放量E

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。