[发明专利]基于轻型燃机与生物质直燃炉排型锅炉耦合的联合循环热力系统

说明书

发明提供一种基于轻型燃机与生物质直燃炉排型锅炉耦合的联合循环热力系统，本发明降低了轻型燃机和生物质直燃炉排型锅炉的NO_X排放量；生物质直燃炉排型锅炉内最高燃烧温度低于950℃，从根本上解决了结渣问题；轻型燃机排烟中的热量和氧气得到合理应用，锅炉输入热量大幅增加，系统发电效率明显提高；提高了可再生能源的发电量，化石能源的消耗和碳排放量也随之降低。本发明达到高效、节能、减排的效果，符合目前国家发展低碳经济的产业政策，有助于实现我国新的二氧化碳达峰目标与碳中和愿景。

技术领域

本发明属于天然气与生物质两种燃料综合利用的技术领域，尤其是涉及轻型燃机与生物质直燃炉排型锅炉耦合的热力系统。

背景技术

天然气属于较为清洁的化石能源，通常作为燃气轮机或内燃机的驱动燃料。生物质是自然界中储量最大、范围最广、能源型式最稳定的可再生能源。在当前二氧化碳排放日益严格的背景下，生物质燃料以其“碳中性”的特点将成为我国能源结构改革中重要组成部分。生物质利用的技术路线较多，包括直接燃烧、固态气化、与化石能源掺烧、发酵制沼气、压块制成型燃料等，其中直接燃烧发电的成本最低，热效率虽然低于40％，但在生物质利用技术方案中已达到较高水平，热力系统也相对简单。通常采用的直燃锅炉型式有生物质直燃炉排型锅炉和循环流化床锅炉，生物质直燃炉排型锅炉的燃烧温度高、灰熔点低、热力型NO_X生成量偏高，近年来国内生物质电厂更倾向于选择循环流化床锅炉，但循环流化床锅炉的热效率普遍较低，生物质灰掺杂了循环床料无法回收利用，而且对燃料颗粒度要求较高，需要对生物质散料进行破碎压块，导致燃料成本大幅提高，电厂严重依赖电价补贴来维持运营，市场竞争力较差。

基于生物质直燃炉排型锅炉存在的问题，行业内已经研究出多种生物质与传统能源的耦合热力系统，以提高生物质燃料的利用，目前做法一般有以下5种：

1、生物质散料或成型颗粒与燃煤混合后，直接投入燃煤锅炉燃烧

其存在的主要问题：

1)生物质灰熔点低，大型燃煤锅炉的炉温通常高于1600℃，因此存在炉内灰渣熔融后在炉内结渣的问题；

2)生物质燃料的特性与燃煤存在较大不同，磨损指数较低、水分波动大、热值低，原有的燃煤锅炉需要改造上料系统、磨煤系统、配风系统；

3)生物质掺烧比例低，以往工程经验生物质的掺烧比例上限是20～30％，否则会影响锅炉的燃烧效果；

4)生物质燃料的碱金属含量较高，排烟中的碱金属化合物极易导致燃煤锅炉的SCR脱硝催化剂中毒，进而缩短催化剂寿命；

5)生物质发电量无法计量，生物质发电无补贴。

2、生物质锅炉烟气与燃煤锅炉的烟气混合处理

其存在的主要问题：

1)生物质锅炉的建设需要尽量靠近燃煤锅炉，以减少烟道的距离，对于单独建设的生物质电厂来说并不适用；

2)生物质排烟中的碱金属化合物极易导致燃煤锅炉的SCR脱硝催化剂中毒，进而缩短催化剂寿命。

3)生物质发电量无法计量，生物质发电无补贴。

3、生物质经气化炉气化后，投入燃煤锅炉燃烧

其存在的主要问题：

1)气化炉的连续运行时间短，生物质气化系统复杂，气化成本较高；

2)生物质气化副产品焦油不易处理；

3)气化气回喷至燃煤锅炉燃烧，燃烧器区域局部易超温，导致炉内结渣；

4)生物质气化后燃烧的效率远低于生物质燃料直接燃烧。

4、生物质经气化炉气化后，燃气与天然气混合进入燃气轮机燃烧