煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统及方法

1.本发明涉及发电领域，具体为一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统及方法。

背景技术：

2.燃煤锅炉作为碳排放的重要来源，亟需创新技术尽快实现碳减排。同时，随着环保标准要求的日益提高，燃煤锅炉的污染物排放仍需进一步降低。
3.生物质是一种“零碳排放”的可再生能源，是化石燃料的潜在替代能源之一。但生物质燃烧过程中存在效率低、成本高、碱金属导致的结渣严重等问题。在各种生物质能利用技术中，生物质混烧被认为是最有产业化推广潜力的途径，并在欧美等很多国家已经有成功运行的案例。在已有的大规模化石燃料燃烧装置中，通过掺混一定比例的生物质燃料实现生物质燃烧利用，可以在不增加过多投资、不影响已有工艺参数的基础上，立竿见影地降低煤炭等化石燃料的消耗、直接降低碳排放量，还能有效降低锅炉燃烧污染物排放。
4.我国现有发电机组大多为煤粉炉，具有效率高、运行稳定、发电量大等优势。将生物质与煤耦合燃烧技术应用在煤粉炉上，无论是新建电厂还是改造电厂，都可以快速实现超低污染物排放、低碳排放的大规模发电。
5.如果将未经处理的生物质原料与煤直接混合研磨制粉，则生物质掺混比例需控制在极低范围内，因此目前国内生物质与煤直接耦合燃烧发电应用较少。若要实现煤粉锅炉的生物质与煤直接耦合燃烧，需将生物质原料制成与煤粉粒径相同的粉状燃料。但生物质原料相比于煤含水量高、质地软，可磨性指数低，而现有制粉技术对原料的可磨性要求较高；同时，生物质原料来源广泛，生物质种类、粒径存在差异，生物质原料的可磨性也会随着季节、地域、气候等变化，将不同可磨性的生物质统一进行破碎制粉的难度大、成本高。因此，生物质原料的给料困难成为了限制煤粉锅炉生物质与煤直接耦合燃烧的突出问题。目前解决该问题的现有技术主要是采用生物质与煤间接耦合的方式，如使用生物质气化气与煤耦合燃烧，但这种方法存在气化效率低、设备成本高等问题。
6.总之，目前尚不存在将不同种类、粒径的生物质通过程序化处理即可与煤直接耦合燃烧同时降低煤粉炉污染物排放的技术手段。

技术实现要素：

7.针对以上问题，本发明提供了一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统及方法，通过烘焙处理将生物质原料处理为能够使用现有研磨制粉技术进行研磨制粉的烘焙生物质并产生含有可燃性成分的生物质烘焙气，将烘焙生物质与生物质烘焙气在煤粉锅炉的不同部位与煤粉耦合燃烧从而解决生物质原料给料问题并实现煤粉锅炉内氮氧化物的减排。
8.本发明提供一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统，包括通过管道连通的烘焙子系统、研磨制粉子系统及煤粉锅炉，其中：煤粉锅炉包括隔开设置的粉料燃烧器和生物质烘焙气燃烧器；烘焙子系统用于将生物质原料进行烘焙处理，烘焙处理后产生固体烘焙生物质和生物质烘焙气；研磨制粉子系统用于将固体烘焙生物质研磨加工为烘焙生物质粉状
燃料及将原煤研磨加工为煤粉；系统还包括送风子系统，送风子系统提供一次风，一次风携带煤粉和烘焙生物质粉状燃料进入粉料燃烧器后在煤粉锅炉的炉膛中燃烧；且烘焙子系统出口的生物质烘焙气直接进入煤粉锅炉内的生物质烘焙气燃烧器后在炉膛中燃烧，实现氮氧化物的双重减排。
9.根据该技术方案，生物质原料首先经过烘焙处理，产生的烘焙生物质可磨性相对于生物质原料大大提高，并达到能够使用现有磨煤技术进行研磨制粉的要求，解决了生物质原料制粉困难、给料困难的问题，降低了生物质燃料使用的成本；一次风携带煤粉和烘焙生物质粉状燃料进入粉料燃烧器后在煤粉锅炉的炉膛中燃烧，由于烘焙生物质挥发分含量较高，燃烧过程中形成大量还原性气体，还原性气体对来自煤粉锅炉底部的氮氧化物进行还原；生物质原料经烘焙产生的副产物生物质烘焙气含有一定浓度的可燃性气体，将生物质烘焙气通入煤粉锅炉的特定区域，可以降低燃煤锅炉的氮氧化物排放；通过将烘焙处理后的产物烘焙生物质和副产物生物质烘焙气均加以利用，分别通入煤粉锅炉的特定区域，可充分利用生物质原料的热量，并实现氮氧化物的双重减排。
10.本发明的可选技术方案中，煤粉锅炉设置有一次风口，粉料燃烧器对应一次风口设置，生物质烘焙气燃烧器设于锅炉的一次风口以上部位。
11.本发明的可选技术方案中，研磨制粉子系统包括原煤制粉机、烘焙生物质制粉机，粉料燃烧器包括烘焙生物质粉状燃料燃烧器、煤粉燃烧器，烘焙生物质制粉机制取的烘焙生物质粉状燃料通过烘焙生物质粉状燃料燃烧器进入炉膛燃烧，煤粉通过煤粉燃烧器进入炉膛燃烧；或者不设置单独的烘焙生物质粉状燃料燃烧器，粉料燃烧器为混合粉料燃烧器，烘焙生物质制粉机制取的烘焙生物质粉状燃料和煤粉混合后，通过混合粉料燃烧器进入炉膛燃烧；或者研磨制粉子系统采用混合粉料制粉机，粉料燃烧器为混合粉料燃烧器，固体烘焙生物质和原煤混合后进入混合粉料制粉机制取烘焙生物质粉状燃料和煤粉的混合粉料，混合粉料通过混合粉料燃烧器进入炉膛燃烧。
12.本发明另提供一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，煤粉锅炉内隔开设置有粉料燃烧器和生物质烘焙气燃烧器，方法包括以下步骤：
13.使用烘焙子系统对生物质原料进行烘焙预处理，烘焙预处理后产生固体烘焙生物质和生物质烘焙气；
14.将固体烘焙生物质送入研磨制粉子系统研磨处理为烘焙生物质粉状燃料；
15.提供煤粉，利用送风子系统向烘焙生物质粉状燃料及煤粉中通入一次风，一次风携带煤粉和烘焙生物质粉状燃料进入粉料燃烧器后在煤粉锅炉的炉膛中燃烧；并将烘焙子系统出口的生物质烘焙气直接通入生物质烘焙气燃烧器后在炉膛中与煤粉耦合燃烧，实现氮氧化物的双重减排。
16.本发明的可选技术方案中，固体烘焙生物质的可磨性达到能够使用现有研磨制粉技术的要求，生物质烘焙气中含有可燃性气体。
17.根据该技术方案，生物质原料经烘焙处理后，产生的烘焙生物质物理和化学性质发生变化，可磨性增加，经研磨制粉后可以直接与煤粉混燃，解决了生物质原料制粉困难、给料困难的问题，降低了生物质燃料使用的成本，且混燃降低了锅炉的no排放；同时，生物质烘焙气中可燃性气体的耦合燃烧降低了锅炉的no排放。
18.本发明的可选技术方案中，烘焙生物质粉状燃料和煤粉为分别研磨成粉，粉料燃
烧器包括烘焙生物质粉状燃料燃烧器和煤粉燃烧器，烘焙生物质粉状燃料送入烘焙生物质粉状燃料燃烧器并进入炉膛燃烧，煤粉送入煤粉燃烧器并进入炉膛燃烧；或者不设置单独的烘焙生物质粉状燃料燃烧器，粉料燃烧器为混合粉料燃烧器，烘焙生物质制粉机制取的烘焙生物质粉状燃料和煤粉混合后通过混合粉料燃烧器进入炉膛燃烧；或者固体烘焙生物质和原煤混合后研磨成烘焙生物质粉状燃料和煤粉的混合粉料，混合粉料通过混合粉料燃烧器送入炉膛燃烧。
19.根据该技术方案，可以根据生物质可磨性指数在运行过程中的稳定性情况或与煤可磨性指数相差情况，选择混合研磨或分开研磨，如烘焙温度、生物质原料种类、粒径等影响可磨性的因素波动较小、生物质烘焙温度较高或生物质掺混比例变化不大等情况下选择混合研磨，如生物质烘焙温度波动较大、生物质原料种类、粒径等影响可磨性的属性波动较大、生物质烘焙温度较低或生物质掺混比例波动较大等情况下，将固体烘焙生物质与原煤分开研磨。
20.本发明的可选技术方案中，烘焙预处理的温度为200℃-350℃。
21.根据该技术方案，烘焙温度升高时，烘焙生物质的可磨性增加，生物质烘焙气中可燃气体成分，如co、ch4、h2浓度增加，对氮氧化物的减排作用增强，但固体烘焙生物质产率减少。当烘焙温度降低时，烘焙生物质的可磨性减少，生物质烘焙气中可燃气体成分浓度减少，但仍能实现氮氧化物减排作用，而且固体烘焙生物质产率增加，烘焙预处理的温度为200℃-350℃能够兼顾烘焙生物质的产率及可磨性。
22.本发明的可选技术方案中，生物质原料为不同地域、不同季节或不同种类的农林生物质原料。
23.根据该技术方案，生物质原料来源不受地域、季节及种类的限制，来源广泛，实现农林生物质的高效利用，同时有利于降低发电成本。
24.本发明的可选技术方案中，煤粉锅炉为现有煤粉锅炉或新建煤粉锅炉或加以改造的煤粉锅炉。
25.根据该技术方案，所有型式的煤粉锅炉均可进行耦合燃烧。
26.本发明的可选技术方案中，煤粉锅炉设置有一次风口，粉料燃烧器对应一次风口设置，生物质烘焙气燃烧器设于锅炉的一次风口以上部位。
27.根据该技术方案，将生物质烘焙气和烘焙生物质粉状燃料分别与煤粉耦合燃烧，实现氮氧化物的分步脱除，有利于提高氮氧化物的减排效果。
附图说明
28.图1为本发明第一实施方式中煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统的一种结构示意图。
29.图2为本发明第一实施方式中煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统的另一种结构示意图。
30.图3为本发明第二实施方式中煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统结构示意图。
31.图4为本发明实施方式中未经烘焙的生物质的外观图。
32.图5为本发明实施方式中生物质原料在250℃下烘焙后的外观图。
33.图6为本发明实施方式中生物质原料在300℃下烘焙后的外观图。
34.图7为本发明实施方式中生物质原料在350℃下烘焙后的外观图。
35.图8为本发明实施方式中未经烘焙的生物质的sem(扫描电镜)图。
36.图9为本发明实施方式中生物质原料在250℃下烘焙后的sem(扫描电镜)图。
37.图10为本发明实施方式中生物质原料在300℃下烘焙后的sem(扫描电镜)图。
38.图11为本发明实施方式中生物质原料在350℃下烘焙后的sem(扫描电镜)图。
39.图12为本发明实施方式中烘焙生物质的哈氏可磨性系数示意图。
40.图13为本发明实施方式中不同烘焙温度下的生物质烘焙气的气体成分占比示意图。
41.图14为本发明实施方式中不同烘焙温度下的烘焙生物质粉状燃料和煤粉耦合燃烧对no抑制作用强度与其掺混比例的关系示意图。
42.图15为本发明实施方式中生物质烘焙气和煤粉耦合燃烧后煤粉锅炉内no的分布示意图。
43.附图标记：
44.烘焙子系统1；生物质料仓10；研磨制粉子系统2；原煤料仓220；烘焙生物质研磨制粉单元21；烘焙生物质制粉机211；粗粉分离器212；旋风分离器213；烘焙生物质料仓214；风粉混合器215；循环管路216；原煤研磨制粉单元22；原煤制粉机221；粗粉分离器222；旋风分离器223；煤粉料仓224；风粉混合器225；循环管路226；生物质和原煤混合料仓231；混合燃料制粉机232；煤粉锅炉3；烘焙气燃烧器31；粉料燃烧器32；烘焙生物质粉状燃料燃烧器321；煤粉燃烧器322；送风子系统4；送风机41；空气预热器42；一次风管路43；混合粉料输运管道51；烘焙生物质粉状燃料输运管道511；煤粉输运管道512；生物质烘焙气输运管道52。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.【第一实施方式】
47.如图1所示，本发明提供一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统，本实施方式中，将烘焙生物质和煤分开研磨制粉。适用于生物质可磨性指数在运行过程中不稳定或与煤可磨性指数相差较大等情况，如生物质烘焙温度波动较大、生物质原料种类、粒径等影响可磨性的属性波动较大、生物质烘焙温度较低或生物质掺混比例波动较大等。具体而言，系统包括通过管道运输子系统连通的烘焙子系统1、研磨制粉子系统2及煤粉锅炉3，其中：煤粉锅炉3包括隔开设置的粉料燃烧器32和生物质烘焙气燃烧器31，烘焙子系统1用于将生物质原料进行烘焙处理，烘焙处理后产生固体烘焙生物质和生物质烘焙气；研磨制粉子系统2用于将固体烘焙生物质研磨加工为烘焙生物质粉状燃料及将原煤研磨加工为煤粉(烘焙生物质与原煤分别研磨)；系统还包括送风子系统4，送风子系统4提供一次风，一次风携带煤粉和烘焙生物质粉状燃料进入粉料燃烧器32后在煤粉锅炉3的炉膛中燃烧(粉料燃烧器32可以包括煤粉燃烧器322和烘焙生物质粉状燃料燃烧器321，即可以单独设置烘焙生物质粉状燃料燃烧器321，如图1所示，此时烘焙生物质粉状燃料单独通过烘焙生物质粉状燃料燃
烧器321送入炉膛燃烧，煤粉通过煤粉燃烧器322送入炉膛燃烧；也可以不单独设置烘焙生物质粉状燃料燃烧器321，此时粉料燃烧器32为混合粉料燃烧器，如图2所示，烘焙生物质粉状燃料和煤粉混合后，通过粉料燃烧器32送入煤粉锅炉的炉膛燃烧)，且烘焙子系统1出口的生物质烘焙气直接进入煤粉锅炉3内的生物质烘焙气燃烧器31后在煤粉锅炉3的炉膛中燃烧，实现氮氧化物的双重减排。
48.通过上述方式，生物质原料首先经过烘焙处理，产生的烘焙生物质可磨性相对于生物质原料大大提高，并达到能够使用现有研磨制粉技术进行研磨制粉的要求，解决了生物质原料制粉困难、给料困难的问题，降低了生物质燃料使用的成本；一次风携带煤粉和烘焙生物质粉状燃料进入粉料燃烧器32后在煤粉锅炉3的炉膛中燃烧，粉料燃烧器32可以是低氮燃烧器，由于烘焙生物质挥发分含量较高，燃烧过程中形成大量还原性气体，还原性气体对来自煤粉锅炉3底部的氮氧化物进行还原。生物质原料经烘焙产生的副产物生物质烘焙气含有一定浓度的可燃性气体，将生物质烘焙气通入煤粉锅炉3的生物质烘焙气燃烧器31，可以降低燃煤锅炉的氮氧化物排放；将烘焙处理后的产物烘焙生物质和副产物生物质烘焙气均加以利用，分别通入煤粉锅炉3的特定区域，可充分利用生物质原料的热量，并实现氮氧化物的双重减排。
49.具体来说，烘焙子系统1用于将不同种类、不同物理性质的生物质原料进行烘焙处理，将生物质原料处理为烘焙生物质并产生副产物生物质烘焙气。烘焙子系统1的第一出口连接烘焙生物质气输运管道511，第二出口连接研磨制粉子系统2；烘焙子系统1的入口与生物质料仓10的出口连通。
50.研磨制粉子系统2包括烘焙生物质研磨制粉单元21和原煤研磨制粉单元22，烘焙生物质研磨制粉单元21和原煤研磨制粉单元22可以是图1中所示的中间储仓式制粉系统。采用中间储仓式制粉系统型式的烘焙生物质研磨制粉单元21包括烘焙生物质制粉机211、粗粉分离器212、旋风分离器213、烘焙生物质料仓214、风粉混合器215和循环管路216。烘焙生物质制粉机211出口连接粗粉分离器212入口，粗粉分离器212将烘焙生物质制粉机211输出的烘焙生物质粉状燃料进行分离，分离出符合粒径的烘焙生物质粉状燃料进入旋风分离器213，不符合粒径的烘焙生物质粉状燃料经循环管路216重新进入生物质制粉机211；粗粉分离器212出口连接旋风分离器213入口，旋风分离器213的第一出口连接风粉混合器215，旋风分离器213的第二出口连接烘焙生物质料仓214，经旋风分离器213分离出来的烘焙生物质粉状燃料经第二出口进入烘焙生物质料仓214，分离后的一次风经第一出口进入风粉混合器215。烘焙生物质料仓214的出口连接风粉混合器215,烘焙生物质粉状燃料经烘焙生物质料仓214出口进入风粉混合器215，风粉混合器215出口连接烘焙生物质粉状燃料输运管道511。单独设置烘焙生物质粉状燃料燃烧器321时，如图1所示，一次风和烘焙生物质粉状燃料在风粉混合器215混合后，经烘焙生物质粉状燃料输运管道511进入烘焙生物质粉状燃料燃烧器321；不单独设置烘焙生物质粉状燃料燃烧器321时，如图2所示，一次风和烘焙生物质粉状燃料在风粉混合器215混合后，经烘焙生物质粉状燃料输运管道511进入混合粉料输运管道51与煤粉混合，进入粉料燃烧器32。原煤研磨制粉单元22与烘焙生物质研磨制粉单元21组成类似，不同的是原料是原煤，原煤研磨制粉单元22包括原煤料仓220、原煤制粉机221、粗粉分离器222、旋风分离器223、煤粉料仓224、风粉混合器225和循环管路226，各部件的结构及具体连接关系在此不再赘述。
51.在一些实施方式中，烘焙生物质研磨制粉单元21和原煤研磨制粉单元22也可以均采用直吹式制粉系统形式，也可以分别采用直吹式制粉系统型式和中间仓储式制粉系统型式。
52.研磨制粉子系统2的作用是将输入的烘焙生物质和原煤进行分别磨制，输出可以进入燃烧器的烘焙生物质粉状燃料和煤粉。烘焙生物质研磨制粉单元21的设备参数根据生物质原料和煤粉锅炉3的要求进行选择。烘焙生物质研磨制粉单元21可以是对现有磨煤机进行适当技术改造而来，也可以是全新设计的烘焙生物质专用研磨装置。
53.进一步地，单独设置烘焙生物质粉状燃料燃烧器时，如图1所示，管道运输子系统包括烘焙生物质粉状燃料输运管道511、煤粉输运管道512及生物质烘焙气输运管道52。烘焙生物质粉状燃料管道511连接风粉混合器215的出口与煤粉锅炉3的烘焙生物质粉状燃料燃烧器321，用以输运烘焙生物质粉状燃料进入烘焙生物质粉状燃料燃烧器321。煤粉输运管道512连接风粉混合器225的出口与煤粉燃烧器322，用以输运煤粉进入煤粉燃烧器322。不单独设置烘焙生物质粉状燃料燃烧器即烘焙生物质粉状燃料与煤粉混合后再送入粉状燃料燃烧器时，如图2所示，管道运输子系统包括烘焙生物质粉状燃料输运管道511、煤粉输运管道512、混合粉料输运管道51和生物质烘焙气输运管道52，煤粉通过煤粉输运管道512后与通过烘焙生物质粉状燃料输运管道511后的烘焙生物质粉状燃料混合，再通过混合粉料输运管道51进入粉料燃烧器32后在炉膛燃烧；生物质烘焙气输运管道52用以输运烘焙子系统1产生的生物质烘焙气至生物质烘焙气燃烧器31。
54.煤粉锅炉3包括炉膛和燃烧器，燃烧器可以包括烘焙生物质粉状燃料燃烧器321、煤粉燃烧器322、生物质烘焙气燃烧器31，如图1所示，此时烘焙生物质粉状燃料与一次风一同送入烘焙生物质粉状燃料燃烧器321，煤粉与一次风一同送入煤粉燃烧器322；也可以不设置烘焙生物质粉状燃料燃烧器321，如图2所示，燃烧器包括粉料燃烧器32和生物质烘焙气燃烧器31，此时烘焙生物质粉状燃料和煤粉混合后，和一次风一同进入粉料燃烧器32。煤粉锅炉3的作用是将烘焙生物质粉状燃料和生物质烘焙气分别与煤粉进行耦合燃烧。
55.送风子系统4包括送风机41、空气预热器42、一次风管路43和sofa风管路(图中未示出)，送风机41产生一次风经空气预热器42预热，分两路进入烘焙生物质制粉机211和原煤制粉机221。sofa风管路用于输送sofa风。
56.生物质烘焙子系统的热源可以来自炉膛烟气、生物质烘焙气自循环及发电厂外热源等，其安装地点可以在电厂内也可以在电厂外。
57.对应于本发明的第一实施方式，本发明另提供一种上述的煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，包括以下步骤：
58.使用烘焙子系统1对生物质原料进行烘焙预处理，烘焙预处理后产生固体烘焙生物质和生物质烘焙气；
59.将固体烘焙生物质送入研磨制粉子系统2研磨处理为可以进入煤粉锅炉3内燃烧的烘焙生物质粉状燃料；
60.烘焙生物质粉状燃料在与一次风混合后进入烘焙生物质粉状燃料输运管道511，与一次风一同送入煤粉锅炉3的烘焙生物质粉状燃料燃烧器321后进入煤粉锅炉3的炉膛中燃烧；
61.原煤经过原煤研磨制粉单元22研磨后成为煤粉，煤粉与一次风混合后经过煤粉输
运管道512，一同进入煤粉燃烧器322后进入炉膛中进行燃烧；(不单独设置烘焙生物质粉状燃料燃烧器时，烘焙生物质粉状燃料和煤粉混合后，进入混合粉料输运管道51，与一次风一同送入粉料燃烧器32后在炉膛中燃烧)。
62.将烘焙子系统1出口的生物质烘焙气通过生物质烘焙气输运管道52直接通入生物质烘焙气燃烧器31后进入炉膛中与煤粉耦合燃烧；
63.烘焙生物质粉状燃料和生物质烘焙气同时进入煤粉锅炉3内实现氮氧化物的双重减排作用。
64.本发明实施方式中，烘焙生物质粉状燃料进入烘焙生物质粉状燃料燃烧器321或粉料燃烧器32后在炉膛中燃烧，烘焙生物质粉状燃料燃烧器321和粉料燃烧器32可以是低氮燃烧器，因烘焙生物质挥发分含量较高，燃烧过程中形成大量还原性气体，还原性气体在sofa风和一次风之间的过渡区内对炉膛下部来流中的no进行还原，从而有助于煤粉锅炉3内no排放的降低。含有可燃性气体成分的生物质烘焙气通入生物质烘焙气燃烧器31燃烧，使锅炉no排放进一步降低，实现氮氧化物的双重减排。
65.本发明的优选实施方式中，生物质原料为不同地域、不同季节或不同种类的农林生物质原料。即生物质原料来源不受地域、季节及种类的限制，来源广泛，实现农林生物质的高效利用，同时有利于降低发电成本。进一步地，生物质原料可以为单一或混合的生物质原料。
66.本发明的优选实施方式中，固体烘焙生物质的可磨性达到能够使用现有研磨制粉技术进行研磨制粉的要求，生物质烘焙气中含有可燃性气体。通过上述方式，生物质原料经烘焙处理后，产生的烘焙生物质物理和化学性质发生变化，可磨性增加，经研磨制粉后可以直接与煤粉混燃。
67.本发明的优选实施方式中，烘焙预处理的温度为200℃-350℃。烘焙温度升高时，烘焙生物质的可磨性增加，生物质烘焙气中可燃气体成分浓度，如co、ch4、h2浓度增加，对氮氧化物的减排作用增强，但固体烘焙生物质产率减少。当烘焙温度降低时，烘焙生物质的可磨性减少，生物质烘焙气中可燃气体成分浓度减少，但仍能实现氮氧化物减排作用，而且固体烘焙生物质产率增加，烘焙预处理的温度为200℃-350℃能够兼顾烘焙生物质的产率及可磨性。
68.【第二实施方式】
69.如图3所示，本发明第二实施方式提供一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统，本实施方式中，将烘焙生物质和煤混合研磨制粉。适用于生物质可磨性指数在运行过程中较稳定或与煤可磨性指数相差不大等情况，如烘焙温度、生物质原料种类、粒径等影响可磨性的因素波动较小、生物质烘焙温度较高或生物质掺混比例变化不大等，具体地，研磨制粉子系统为直吹式制粉系统型式、原煤和固体烘焙生物质混合磨制成为混合粉料，粉料燃烧器32为混合粉料燃烧器。采用直吹式制粉系统型式的研磨制粉子系统2包括生物质和原煤混合料仓231、混合燃料制粉机232。烘焙子系统1出口的烘焙生物质与原煤料仓220出口的原煤进入生物质和原煤混合料仓231后混合，随后和一次风一同进入混合燃料制粉机232。混合燃料制粉机232出口连接混合粉料输运管道51，经混合粉料输运管道51和一次风一同进入粉料燃烧器32。
70.研磨制粉子系统2也可以采用中间仓储式制粉系统型式。
71.研磨制粉子系统2的作用是将输入的烘焙生物质和原煤进行混合磨制，输出可以进入粉料燃烧器32燃烧的混合粉料。研磨制粉子系统2的设备参数根据生物质原料和煤粉锅炉3的要求进行选择。其中，混合燃料制粉机232可以是对现有磨煤机进行适当技术改造而来，也可以是全新设计的混合燃料专用研磨装置。
72.管道输运子系统包括混合粉料输运管道51、生物质烘焙气输运管道52。管道输运子系统的作用是将混合粉料、生物质烘焙气输运至煤粉锅炉3。混合粉料输运管道51连接混合燃料制粉机232的出口，用以输运混合粉料进入粉料燃烧器32后至煤粉锅炉3的炉膛。生物质烘焙气输运管道52用以输运烘焙子系统1产生的生物质烘焙气至煤粉锅炉3。
73.送风系统4包括送风机41、空气预热器42、一次风管路43和sofa风管路(图中未示出)。送风机41产生一次风经空气预热器42预热，进入研磨制粉子系统2的混合燃料制粉机232。sofa风管路用于输送sofa风。
74.对应于本发明的第二实施方式，本发明提供一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，包括以下步骤：
75.(1)单一或混合的生物质原料进入生物质烘焙子系统1进行烘焙处理，烘焙温度控制为200℃-350℃。烘焙处理后产生烘焙生物质和副产物生物质烘焙气，烘焙生物质可磨性达到可以送入混合燃料制粉机232的要求，副产物生物质烘焙气中含有可燃性气体成分；
76.烘焙生物质进入生物质和原煤混合料仓231，和原煤一起进入混合燃料制粉机232，经过研磨加工、分离出可入煤粉锅炉3燃烧的混合粉料；
77.研磨制粉子系统2的混合燃料制粉机232的出口连接混合粉料输运管道51，混合粉料与一次风一同送入煤粉锅炉3的粉料燃烧器32；
78.烘焙生物质粉状燃料和煤粉进入粉料燃烧器32后在炉膛中燃烧，粉料燃烧器32可以是低氮燃烧器，因烘焙生物质挥发分含量较高，燃烧过程中形成大量还原性气体，还原性气体在sofa风和一次风之间的过渡区内对炉膛下部来流中的no进行还原，从而有助于煤粉锅炉3内no排放的降低；
79.生物质烘焙气通过生物质烘焙气输运管道52进入生物质烘焙气燃烧器31后进入炉内进行耦合燃烧；含有可燃性气体成分的生物质烘焙气通入生物质烘焙气燃烧器31燃烧，使锅炉no排放进一步降低。
80.烘焙生物质粉状燃料和生物质烘焙气同时进入煤粉锅炉3内发挥氮氧化物的双重减排作用。
81.测试例：
82.如图4、图5、图6、图7所示分别为未经烘焙的生物质、生物质原料在250℃、300℃、350℃下烘焙后的外观图，可见经过烘焙后的生物质原料颜逐渐变深，烘焙温度越高，颜越深；在350℃下烘焙，烘焙后的生物质呈现和煤相同的黑，可见烘焙后的生物质具有与煤更为相近的性质。
83.图8、图9、图10、图11所示分别为未经烘焙的生物质、生物质原料在250℃、300℃、350℃下烘焙后生物质原料的sem(扫描电镜)图，可见烘焙处理后生物质原料的结构发生改变，由原来的纤维状改变为多孔状。且温度越高，这种现象越明显。
84.图12所示为烘焙后生物质原料的哈式可磨性系数示意图。评价煤的可磨性通常用哈式可磨性系数(hgi)表示。烘焙生物质相较于生物质原料，其可磨性显著提高；随着烘焙
温度上升，烘焙生物质的可磨性也显著提高。350℃下烘焙生物质hgi可达61，达到中等可磨煤hgi水平。因此，烘焙生物质使用现有研磨制粉技术即可以制成符合煤粉锅炉要求的粉状燃料。
85.图13所示为不同烘焙温度下的生物质烘焙气中气体成分浓度占比(去除水分)，从图中可以看出，生物质烘焙气主要包含5种物质，分别是c2hn(包括c2h4和c2h6)、h2、co、ch4、co2，其中有34％-47％的比例是可燃性气体。温度升高，可燃性气体比例增加，co2比例降低。
86.图14所示为不同烘焙温度下的烘焙生物质粉状燃料和煤粉耦合燃烧对no抑制作用强度与其掺混比例的关系示意图。将烘焙生物质和煤单独燃烧的no浓度值经过加权平均计算出no排放的理论值。
[0087][0088]
no排放理论值＝烘焙生物质掺混比例
×
烘焙生物质单独燃烧no排放实验值+煤粉掺混比例
×
煤粉单独燃烧no排放实验值
[0089]
从图中可以看出，当烘焙温度较低时，烘焙生物质和煤粉的耦合燃烧对no有良好的抑制效果。虽然经350℃烘焙的生物质没有表现出对no排放的抑制作用，但350℃下生物质烘焙气中还原性气体成分浓度高，仍然可以实现对于no的减排作用。
[0090]
图15所示为生物质烘焙气和煤粉耦合燃烧后煤粉锅炉3内no的分布示意图。在炉膛出口处，添加生物质烘焙气后no浓度降低，可见生物质烘焙气的通入对no有很好的减排效果。
[0091]
综合来看，无论是固体烘焙生物质还是生物质烘焙气与煤粉耦合燃烧都呈现出了降低no的效果。
[0092]
以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统，包括供应煤粉的煤粉供给装置，其特征在于，还包括通过管道连通的烘焙子系统、研磨制粉子系统及煤粉锅炉，其中：所述煤粉锅炉包括隔开设置的粉料燃烧器和生物质烘焙气燃烧器；所述烘焙子系统用于将生物质原料进行烘焙处理，烘焙处理后产生固体烘焙生物质和生物质烘焙气；所述研磨制粉子系统用于将所述固体烘焙生物质研磨加工为烘焙生物质粉状燃料及将原煤研磨加工为煤粉；所述系统还包括送风子系统，所述送风子系统提供一次风，所述一次风携带所述煤粉和所述烘焙生物质粉状燃料进入所述粉料燃烧器后在所述煤粉锅炉的炉膛中燃烧；且所述烘焙子系统出口的所述生物质烘焙气直接进入所述煤粉锅炉内的生物质烘焙气燃烧器后在所述炉膛中燃烧，实现氮氧化物的双重减排。2.根据权利要求1所述的煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统，其特征在于，所述煤粉锅炉设置有一次风口，所述粉料燃烧器对应所述一次风口设置，所述生物质烘焙气燃烧器设于锅炉的一次风口以上部位。3.根据权利要求1所述的煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统，其特征在于，所述研磨制粉子系统包括原煤制粉机、烘焙生物质制粉机，所述粉料燃烧器包括烘焙生物质粉状燃料燃烧器、煤粉燃烧器，所述烘焙生物质制粉机制取的所述烘焙生物质粉状燃料通过所述烘焙生物质粉状燃料燃烧器进入所述炉膛燃烧，所述煤粉通过所述煤粉燃烧器进入所述炉膛燃烧；或者不设置单独的烘焙生物质粉状燃料燃烧器，粉料燃烧器为混合粉料燃烧器，烘焙生物质制粉机制取的烘焙生物质粉状燃料和煤粉混合后，通过混合粉料燃烧器进入炉膛燃烧；或者所述研磨制粉子系统采用混合粉料制粉机，所述粉料燃烧器为混合粉料燃烧器，所述固体烘焙生物质和原煤混合后进入所述混合粉料制粉机制取烘焙生物质粉状燃料和煤粉的混合粉料，所述混合粉料通过所述混合粉料燃烧器进入所述炉膛燃烧。4.一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，其特征在于，煤粉锅炉内隔开设置有粉料燃烧器和生物质烘焙气燃烧器，方法包括以下步骤：使用烘焙子系统对生物质原料进行烘焙预处理，烘焙预处理后产生固体烘焙生物质和生物质烘焙气；将所述固体烘焙生物质送入研磨制粉子系统研磨处理为烘焙生物质粉状燃料；提供煤粉，利用送风子系统向所述烘焙生物质粉状燃料及所述煤粉中通入一次风，所述一次风携带所述煤粉和所述烘焙生物质粉状燃料进入所述粉料燃烧器后在所述煤粉锅炉的炉膛中燃烧；并将所述烘焙子系统出口的所述生物质烘焙气直接通入所述生物质烘焙气燃烧器后在所述煤粉锅炉的炉膛中与所述煤粉耦合燃烧，实现氮氧化物的双重减排。5.根据权利要求4所述的煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，其特征在于，所述固体烘焙生物质的可磨性达到能够使用现有研磨制粉技术进行研磨制粉的要求，所述生物质烘焙气中含有可燃性气体。6.根据权利要求4所述的煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，其特征在于，所述烘焙生物质粉状燃料和所述煤粉为分别研磨成粉，所述粉料燃烧器包括烘焙生物质粉状燃料燃烧器和煤粉燃烧器，所述烘焙生物质粉状燃料送入所述烘焙生物质粉状燃料燃烧器并进入炉膛燃烧，所述煤粉送入所述煤粉燃烧器进入炉膛燃烧；或者不设置单独的烘焙生物质粉
状燃料燃烧器，粉料燃烧器为混合粉料燃烧器，烘焙生物质粉状燃料和煤粉混合后，通过混合粉料燃烧器进入炉膛燃烧；或者所述固体烘焙生物质和所述原煤混合后研磨成烘焙生物质粉状燃料和煤粉的混合粉料，所述混合粉料通过所述混合粉料燃烧器送入炉膛燃烧。7.根据权利要求4所述的煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，其特征在于，烘焙预处理的温度为200℃-350℃。8.根据权利要求4所述的煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，其特征在于，所述生物质原料为不同地域、不同季节或不同种类的农林生物质原料。9.根据权利要求4所述的煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的方法，其特征在于，所述煤粉锅炉设置有一次风口，所述粉料燃烧器对应所述一次风口设置，所述生物质烘焙气燃烧器设于锅炉的一次风口以上部位。

技术总结

本发明提供一种煤粉锅炉耦合生物质燃料发电的系统及方法，煤粉锅炉内隔开设置有粉料燃烧器和生物质烘焙气燃烧器，方法包括；使用烘焙子系统对生物质原料进行烘焙预处理，烘焙预处理后产生固体烘焙生物质和生物质烘焙气；将固体烘焙生物质送入研磨制粉子系统研磨处理为烘焙生物质粉状燃料；提供煤粉，利用送风子系统向烘焙生物质粉状燃料及煤粉中通入一次风，一次风携带煤粉和烘焙生物质粉状燃料进入粉料燃烧器后在炉膛中燃烧；并将生物质烘焙气直接通入生物质烘焙气燃烧器后在炉膛中与煤粉耦合燃烧，实现氮氧化物的双重减排。本发明解决了生物质原料制粉困难的问题，两种烘焙产物分别与煤粉耦合燃烧，实现氮氧化物的双重减排。减排。减排。