一种高水分生物质燃料发电系统和运行方法

技术领域

本发明属于热力发电领域，涉及热力系统优化设计，主要涉及高水分生物质燃烧预处理干燥和余热回收利用。

背景技术

生物质能源是一种可再生的能源，在化石能源面临耗尽枯竭的困境下，生物质能源由于易于获取、可再生、清洁的特点，能源构成占比在逐渐增加。生物质总量巨大，目前通过光合作用全球每年能够产生1730亿吨的生物有机质，其所蕴含的能量相当于全能源消耗量的10～20倍。生物质能源取自于自然界的生物体，水分含量通常较大，多者可到达到60％。能源密度低，是生物质燃烧发电的劣势，水分含量高导致燃烧不充分，锅炉排烟热损失大，燃生物质发电热效率普遍偏低。

生物质能源主要为农业废弃物、林木薪柴、加工业废弃物、生活垃圾、动物粪便等几个方面。生活垃圾中混有聚氯乙烯塑料等高氯含量的组分，锅炉尾部面临低温腐蚀问题，采用蒸汽干燥方式可以避免干燥设备受到腐蚀。通过使用预干燥方式降低高水分生物质燃料的含水量，可以优化能量配置，改善锅炉内部的燃烧过程，增大生物质发电厂的发电效率。

发明内容

针对生物质含水量大，多者可以达到50％，本发明提供了一种集成蒸汽干燥机的高水分生物质发电热力系统，能够有效降低入炉生物质的水分含量，提高锅炉燃烧效率，增大系统的发电效率。

为了增大高水分生物质热力系统的热效率，本发明的技术方案为：

一种高水分生物质燃料发电系统，包括燃生物质发电系统和干燥系统，其中燃生物质发电系统由锅炉1、汽轮机2、一级空气预热器11、二级空气预热器12、凝汽器21、凝结水泵22、低压加热器23、除氧器24、给水泵25、高压加热器26构成，干燥系统由蒸汽干燥机3、水处理装置31组成；系统连接关系如下：

锅炉1蒸汽出口分两路，一路与汽轮机2蒸汽入口相连，另一路与第二级空气预热器12抽汽入口相连，汽轮机2排汽口与凝汽器21排汽进口相连，凝汽器21凝结水出口与凝结水泵22相连，凝结水泵22出口依次与低压加热器23给水进出口、除氧器24给水进出口、给水泵25、高压加热器给水进出口26、锅炉1给水进口相连，低压加热器23抽汽进口、除氧器24抽汽进口与汽轮机2抽汽口相连，高压加热器26疏水出口与除氧器24疏水进口相连，低压加热器23疏水出口与凝汽器21热井相连；锅炉1空气入口经过二级空气预热器12、一级空气预热器11与环境连通；

第一级空气预热器11抽汽入口与汽轮机2除氧器抽汽口相连，疏水出口与除氧器24疏水进口相连；疏水出口与高压加热器26疏水进口相连；

汽轮机2与发电机通过机械传动设备相连；

蒸汽干燥机3干燥燃料出口与锅炉1燃料入口相连，疏水出口与高压加热器26疏水进口相连，干燥乏气出口与水处理装置31进口相连。

所述蒸汽干燥机3入口蒸汽压力为0.2～1.0Mpa，温度为160℃～330℃，高水分生物质从蒸汽干燥机3物料入口进入，伴随生物质通入质量比例为5％～10％的空气作为载气；所述蒸汽干燥机3出口乏气温度为85～110℃。

生物质燃料为城市垃圾时，锅炉1排烟温度为170℃～210℃。

空气预热器采用蒸汽加热的方式分两级进行，第一级空气预热器11将空气加热到90℃～110℃；第二级空气预热器12将空气加热至210℃～230℃。

所述蒸汽干燥机3干燥乏气可利用余热回收系统对余热进行回收；所述余热回收系统包括暖风器41、低温省煤器42，余热回收系统控制器43、干燥机乏气流量计44、暖风器乏气调节阀45、低温省煤器乏气调节阀46和低温省煤器给水调节阀47；所述余热回收系统连接关系如下：蒸汽干燥机3干燥乏气出口连接干燥机乏气流量计44，之后分两路，一路通过暖风器乏气调节阀45与暖风器41乏气进口相连，另一路通过低温省煤器乏气调节阀46与低温省煤器42乏气进口相连，暖风器41、低温省煤器42的不凝结气体出口与第二级空气预热器12空气入口相连；暖风器41的疏水出口与低温省煤42器疏水进口相连，低温省煤器42疏水出口与水处理装置31进口相连；暖风器41空气入口与环境相通、空气出口与第一级空气预热器11空气进口相连；低温省煤器42给水入口通过低温省煤器给水调节阀47与凝结水泵22出口相连，给水出口与除氧器24给水进口相连。

乏气经过暖风器41与低温省煤器42放热后，其中水分凝结后剩余不凝结气体温度为85～95℃，被送入第二级空气预热器12；若不设置余热回收系统，将乏气直接与环境放热后，不凝结气体送到第二级空气预热器12，凝结水送到水处理装置31。

低温省煤器42给水进口温度与低压加热器23给水进口温度相同，出口水温误差控制在10℃范围内；暖风器41将空气预热到60～70℃；低温省煤器42由蒸汽凝结段和疏水放热段组成，暖风器41中乏气含有的蒸汽凝结后的疏水与低温省煤器42疏水在疏水放热段汇集后冷却至60～70℃，之后送入水处理装置31。

所述蒸汽干燥机3凝结水出口焓值低于500～600kJ·kg

余热回收系统可以仅仅设置低温省煤器42或者暖风器41，也可以不设置余热回收装置。

所述一种高水分生物质燃料发电系统的运行方法，其特征在于：高水分生物质燃料伴随载气从蒸汽干燥机3入口进入，吸收蒸汽干燥机中抽汽热量，部分自由水变为气态，在载气的携带下从蒸汽干燥机乏气出口离开蒸汽干燥机3，高水分生物质燃料的水分含量减小后进入锅炉1中燃烧释放热量；

锅炉1中水吸收热量后成为高温蒸汽，高温蒸汽进入汽轮机2做功，汽轮机3排汽进入凝汽器21中凝结，之后依次经过凝结水泵22、低压加热器23和低温省煤器42、除氧器24，在给水泵25加压后进入高压加热器26，最后进入锅炉完成工质的循环；其中低压加热器23抽汽放热后由热井汇入凝结水，除氧器24抽汽与给水直接混合放热，第二级空气预热器12疏水在高压加热器26放热后汇集到除氧器24；

暖风器41、第一级空气预热器11、第二级空气预热器12依次对空气进行加热；

干燥机乏气流量计44测量乏气流量后将参数送至余热回收系统控制器43，余热回收系统控制器43运算后根据干燥数调节阀门开度，控制余热回收系统的工作状态；当干燥数≤0.08，余热回收系统控制器43打开暖风器乏气调节阀45，关闭低温省煤器乏气调节阀46，干燥机乏气全部进入暖风器41；当干燥数>0.08时候，余热回收系统控制器43打开低温省煤器乏气调节阀46与低温省煤器给水调节阀47并且调节阀门开度大小，干燥乏气分两路，一路流量维持不变进入暖风器41预热空气，剩余部分为另一路进入低温省煤器42加热凝结水，暖风器41中乏气中蒸汽凝结后的疏水与低温省煤器42疏水在疏水段汇集后进一步冷却，之后送入水处理装置31；乏气经过暖风器41与低温省煤器42放热后，其中水分凝结后剩余不凝结气体送回第二级空气预热器12加热后送至锅炉1处理；

干燥数的计算公式如下：

式中：m

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、本发明利用汽轮机低压抽汽对高水分生物质进行预干燥，降低水分含量，增大发电效率，减小生物质燃烧的烟气量，大幅度降低燃生物质锅炉造价；

2、本发明增加余热回收系统利用干燥过程产生的余热，进一步提高生物质发电厂的热效率；

3、本发明通过余热回收系统处理干燥乏气，将乏气中不凝结气体回收后送入锅炉处理，乏汽中水蒸气经过余热回收系统放热后凝结水进入水处理装置进行处理后排放，使得干燥过程产生的污染物质得到有效处理。

附图说明

图1为本发明系统示意图。

图中：1为锅炉；2为汽轮机；3为蒸汽干燥机；11为一级空气预热器；12为二级空气预热器；21为凝汽器；22为凝结水泵；23为低压加热器；24为除氧器；25为给水泵；26为高压加热器；31为水处理装置；41为暖风器；42为低温省煤器；43为余热回收系统控制器；44为干燥机乏气流量计；45为暖风器乏气调节阀；46为低温省煤器乏气调节阀；47为低温省煤器给水调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和工作原理对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种高水分生物质燃料发电系统，由燃生物质发电系统和干燥系统构成，其中燃生物质发电系统由锅炉1、汽轮机2、一级空气预热器11、二级空气预热器12、凝汽器21、凝结水泵22、低压加热器23、除氧器24、给水泵25、高压加热器26构成，干燥系统由蒸汽干燥机3、水处理装置31组成。系统连接关系如下：

锅炉1蒸汽出口分两路，一路与汽轮机2蒸汽入口相连，另一路与第二级空气预热器12抽汽入口相连，汽轮机2排汽口与凝汽器21排汽进口相连，凝汽器21凝结水出口与凝结水泵22相连，凝结水泵22出口依次与低压加热器23给水进出口、、除氧器24给水进出口、给水泵25、高压加热器26给水进出口、锅炉1给水进口相连，低压加热器23抽汽进口、除氧器24抽汽进口与汽轮机2抽汽口相连，高压加热器26疏水出口与除氧器24疏水进口相连，低压加热器23疏水出口与凝汽器21热井相连；锅炉1空气入口经过二级空气预热器12、一级空气预热器11与环境连通；

第一级空气预热器11抽汽入口与汽轮机2除氧器抽汽口相连，疏水出口与除氧器24疏水进口相连；第二级空气预热器12疏水出口与高压加热器26疏水进口相连；

汽轮机2与发电机通过机械传动设备相连；

蒸汽干燥机3干燥燃料出口与锅炉1燃料入口相连，疏水出口与高压加热器26疏水进口相连，干燥乏气出口与水处理装置31进口相连。

作为本发明的优选实施方式，所述蒸汽干燥机3入口蒸汽压力为0.2～1.0Mpa，温度为160℃～330℃，高水分生物质从蒸汽干燥机3物料入口进入，伴随生物质通入质量比例为5％～10％的空气作为载气；所述蒸汽干燥机3出口乏气温度为85～110℃。

作为本发明的优选实施方式，生物质燃料为城市垃圾时，锅炉1排烟温度为170℃～210℃。

作为本发明的优选实施方式，空气预热器采用蒸汽加热的方式分两级进行，第一级空气预热器11将空气加热到90℃～110℃；第二级空气预热器12将空气加热至210℃～230℃。

作为本发明的优选实施方式，所述蒸汽干燥机3干燥乏气利用余热回收系统对余热进行回收，所述余热回收系统包括暖风器41、低温省煤器42，余热回收系统控制器43、干燥机乏气流量计44、暖风器乏气调节阀45、低温省煤器乏气调节阀46和低温省煤器给水调节阀47；系统连接关系如下：蒸汽干燥机3干燥乏气出口连接干燥机乏气流量计44，之后分两路，一路通过暖风器乏气调节阀45与暖风器41乏气进口相连、通过低温省煤器乏气调节阀46与低温省煤器42乏气进口相连，暖风器41、低温省煤器42的不凝结气体出口与第二级空气预热器12空气入口相连；暖风器41的疏水出口与低温省煤42器疏水进口相连，低温省煤器42疏水出口与水处理装置31进口相连；暖风器41空气入口与环境相通、空气出口与第一级空气预热器11空气进口相连；低温省煤器42给水入口通过低温省煤器给水调节阀47与凝结水泵22出口相连，给水出口与除氧器24给水进口相连。

作为本发明的优选实施方式，乏气经过暖风器41与低温省煤器42放热后，其中水分凝结后剩余不凝结气体温度为85～95℃，被送入第二级空气预热器12；若不设置余热回收系统，将乏气直接与环境放热后，不凝结气体送到第二级空气预热器12，凝结水送到水处理装置31。

作为本发明的优选实施方式，低温省煤器42给水进口温度与低压加热器23给水进出口温度相同，出口水温误差控制在10℃范围内；暖风器41将空气预热到60～70℃；低温省煤器42由蒸汽凝结段和疏水放热段组成，暖风器41中乏气含有的蒸汽凝结后的疏水与低温省煤器42疏水在疏水放热段汇集后冷却至60～70℃，之后送入水处理装置31。

作为本发明的优选实施方式，所述蒸汽干燥机3凝结水出口焓值低于500～600kJ·kg

此外本发明在条件不足时，余热回收系统可以仅仅设置低温省煤器42或者暖风器41，也可以不设置余热回收装置。

所述一种高水分生物质燃料发电系统的运行方法：高水分生物质燃料伴随载气从蒸汽干燥机3入口进入，吸收干燥机中抽汽热量，部分自由水变为气态，在载气的携带下从蒸汽干燥机乏气出口离开蒸汽干燥机3，高水分生物质燃料的水分含量减小后进入锅炉1中燃烧释放热量；

锅炉1中水吸收热量后成为高温蒸汽，高温蒸汽进入汽轮机2做功，汽轮机3排汽进入凝汽器21中凝结，之后依次经过凝结水泵22、低压加热器23和低温省煤器42、除氧器24，在给水泵25加压后进入高压加热器26，最后进入锅炉完成工质的循环；其中低压加热器23抽汽放热后由热井汇入凝结水，除氧器24抽汽与给水直接混合放热，第二级空气预热器12疏水在高压加热器26放热后汇集到除氧器24；

暖风器41、第一级空气预热器11、第二级空气预热器12依次对空气进行加热；

干燥机乏气流量计44测量乏气流量后将参数送至余热回收系统控制器43，余热回收系统控制器43运算后根据干燥数调节阀门开度，控制余热回收系统的工作状态；当干燥数≤0.08，余热回收系统控制器43打开暖风器乏气调节阀45，关闭低温省煤器乏气调节阀46，干燥机乏气全部进入暖风器41；当干燥数>0.08时候，余热回收系统控制器43打开低温省煤器乏气调节阀46与低温省煤器给水调节阀47并且调节阀门开度大小，干燥乏气分两路，一路流量维持不变进入暖风器41预热空气，剩余部分为另一路进入低温省煤器42加热凝结水，暖风器41中乏气中蒸汽凝结后的疏水与低温省煤器42疏水在疏水段汇集后进一步冷却，之后送入水处理装置31；乏气经过暖风器41与低温省煤器42放热后，其中水分凝结后剩余不凝结气体送回第二级空气预热器12加热后送至锅炉1处理。