本实用新型涉及发电设施技术领域，具体涉及一种电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统。
背景技术：
我国是能源消费大国，据统计，2016年我国能源消费总量达到43.6亿吨标准煤。随着我国经济持续快速发展，对能源需求量日益增加，预计2050年将占世界能源消费总量的25％，成为世界第二大能源消费国。目前我国的能源结构依然以化石能源为主，2015年我国发电装机容量达到16.4575×108kw，其中火电装机容量为10.5388×108kw，约占总装机容量的64.04％(发电量约占80％)。
生物质根据来源可以细分为农林生物质和生活垃圾等。目前农林生物质耦合燃煤电厂的方式可以分为直接耦合、气化后合成气耦合以及蒸汽侧耦合。直接耦合是将生物质单独磨碎或与煤共磨后直接进入燃煤锅炉；气化后合成气耦合是生物质通过气化炉变成合成气，然后将合成气通入燃煤锅炉；蒸汽侧耦合是生物质通过单独的锅炉产生蒸汽，然后将蒸汽送入燃煤发电机组对应蒸汽参数的位置。生活垃圾由于含有较多的氯元素以及少量重金属，在燃烧过程中会产生二噁英类剧毒物质，需要对其特别对待。由于生活垃圾来源较广泛，暂无直接破碎后进入燃煤锅炉的耦合方式。在专利cn107384484a中采用的方法为先将垃圾预处理后进入气化炉制备合成气，然后将合成气送入到燃煤锅炉燃烧，并通过向气化炉床料中添加脱氯剂以控制合成气中氯元素的含量；该方法中并没有考虑高温合成气输送的合理性及合成气中热量的利用。在申请号为201710928071.1中采用的方法为先将垃圾在单独的垃圾焚烧炉中燃烧产生蒸汽送往对应的汽水系统中，烟气则直接送入燃煤锅炉的炉膛中经过高温除二噁英，再经过燃煤电厂的污染物控制手段进行净化，该方式中生活垃圾依旧是在垃圾焚烧炉中燃烧，温度及效率都没有在大型燃煤锅炉中的要高。
以上农林生物质和生活垃圾耦合燃煤电厂的现状，现存问题如下：(1)农林生物质直接耦合是三种耦合方式中最简单，效率最高的方式，但是由于生物质可磨性较差，单位质量生物质研磨功耗较高，国内暂时没有大规模采用；(2)生活垃圾空气气化后合成气中不可燃组分过多，单位体积合成气的热值较低，也会增加合成气输送阶段的费用，空气气化时气化炉的温度也较低，不利于危险废物的脱除；(3)针对城乡结合部的燃煤电厂，需要同时消纳农林生物质和生活垃圾，但暂时没有合适方法可以将两者有机结合。
因此，需要对现有技术进行进一步的改造，提出更优化的设计。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，将农林生物质、垃圾与煤有机结合，耦合在一起，为发电锅炉提供燃料合成气，能联合处理农林生物质和城市生活垃圾，垃圾中重金属在气化炉中被熔融处理为无害残渣，具有工艺简单、热量利用率高、综合效率高、绿色环保等优点。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，包括空分设施、垃圾预处理设施、垃圾气化炉、高温换热器、农林生物质预处理设施、农林生物质烘焙装置、磨煤机，所述空分设施将空气分离得到的o2作为气化剂输送至所述垃圾气化炉，与经所述垃圾预处理设施处理的生活垃圾一起气化、得到的n2经所述高温换热器升温后输送至所述农林生物质烘焙装置烘焙农林生物质；经烘焙后的农林生物质输送至所述磨煤机、与煤粉一起粉碎；烘焙后的气体进入所述农林生物质预处理设施或垃圾预处理设施对农林生物质或生活垃圾进行预热。
根据以上方案，所述空分设施得到的n2和o2的纯度均不小于95％、且n2和o2的压力均不小于0.2mpa。
根据以上方案，所述垃圾气化炉的气化温度为850～1100℃，气化过程中加入调控垃圾灰熔点的碳酸盐，所述碳酸盐包括caco3、na2co3。
所述碳酸盐与生活垃圾中灰量的质量比为0:100～10:90，其中caco3和na2co3的质量百分比任意。
根据以上方案，所述高温换热器为耐高温金属材质换热器，包括管壳式换热器、盘管式换热器等，高温合成气体与n2直接换热，从而将垃圾合成气中的温度降为450～500℃，n2的温度增加到300～400℃。
根据以上方案，所述农林生物质烘焙装置的烘焙温度为250～350℃。
根据以上方案，所述磨煤机将煤粉和烘焙过的农林生物质进行共磨后的粒度不大于100μm，然后送入发电锅炉的燃烧器内，与所述垃圾气化炉产生的合成气一起燃烧发电。
本实用新型的空分设施用于将空气中的n2和o2分离；垃圾预处理设施将生活垃圾预处理得到生活垃圾气化原料；垃圾气化炉将生活垃圾中的可燃物质转化为可燃气体，不可燃气体转化为熔渣；高温换热器将生活垃圾合成气的热量传递到n2中；农林生物质预处理设施对农林生物质进行预热；农林生物质烘焙装置能有效降低农林生物质氢氧元素比例，提高能量密度的装置；磨煤机将煤和烘焙过的生物质处理到燃煤锅炉需要的粒度。
本实用新型的有益效果是：
1)本实用新型通过应用空分后的纯氧作为生活垃圾的气化剂，可有效提高垃圾合成气单位体积的热值，降低合成气体积流量，减少输入的能耗成本；
2)本实用新型可以有效提高气化炉内的反应温度，有助于底灰的熔融和二噁英类的分解；
3)本实用新型将通过高温换热器换热后的n2送往农林生物质烘焙装置，简化了系统，并有效利用了垃圾合成气中的热量；
4)本实用新型烘焙后的生物质可磨性大大增加，可直接进入燃煤电厂的磨煤机与煤共磨后进入燃煤锅炉参与燃烧
5)本实用新型将农林生物质、生活垃圾与燃煤电厂耦合方式有机结合，且条件可控，能量利用效率高，可实现农林生物质和生活垃圾与燃煤电厂的规模化耦合利用。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构示意图。
图中：1、空分设施；2、垃圾预处理设施；3、垃圾气化炉；4、高温换热器；5、农林生物质预处理设施；6、农林生物质烘焙装置；7、磨煤机；8、发电锅炉。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型的技术方案进行说明。
实施例1，见图1：
本实用新型提供一种电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，包括空分设施1、垃圾预处理设施2、垃圾气化炉3、高温换热器4、农林生物质预处理设施5、农林生物质烘焙装置6、磨煤机7，生活垃圾为某a地区产生的，经所述垃圾预处理设施2干燥、破碎后，水分含量为20％，灰分含量为20％，尺寸粒径＜150mm，然后以1t/h的速率输送至所述垃圾气化炉3中，所述空分设施1得到的纯度＞95％的o2以280nm3/h的速率作为气化剂送入所述垃圾气化炉3中，调控垃圾灰熔点的caco3和na2co3按质量比1:1以5kg/h的速率输入所述垃圾气化炉3中，所述垃圾气化炉3中温度为900℃，生活垃圾气化得到850℃的合成气流量为1500nm3/h；合成气经过所述高温换热器6温度降为500℃，将所述空分装施1同时生成的纯度＞95％、流速为1100nm3/h的n2由25℃升至330℃，升温后的n2在农林生物质烘焙装置6中将处理热值为8.8mj/kg的小麦秸秆(农林生物质)0.5t/h，停留时间为30min，烘焙结束后，小麦秸秆烘焙产物的热值为10.65mj/kg，剩余物为0.38t/h，研磨小麦秸秆烘焙产物过1.6mm筛子时，磨粉机的功耗与研磨原小麦秸秆相比，降低至原有能耗的81.34％；烘焙后的小麦秸秆与煤粉一起经所述磨煤机7共磨至粒度小于100μm，然后送入发电锅炉8的燃烧器内，与所述垃圾气化炉3产生的合成气一起燃烧发电。
实施例2，见图1：
本实用新型提供一种电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，包括空分设施1、垃圾预处理设施2、垃圾气化炉3、高温换热器4、农林生物质预处理设施5、农林生物质烘焙装置6、磨煤机7，生活垃圾为某b地区产生的，经所述垃圾预处理设施2干燥、破碎后，水分含量为20％，灰分含量为25％，尺寸粒径＜150mm，然后以1t/h的速率输送至所述垃圾气化炉3中，所述空分设施1得到的纯度＞95％的o2以265nm3/h的速率作为气化剂送入所述垃圾气化炉3中，调控垃圾灰熔点的caco3和na2co3按质量比1:1以8.5kg/h的速率输入所述垃圾气化炉3中，所述垃圾气化炉3中温度为920℃，生活垃圾气化得到850℃的合成气流量为1430nm3/h；合成气经过所述高温换热器6温度降为480℃，将所述空分装施1同时生成的纯度＞95％、流速为1000nm3/h的n2由25℃升至300℃，升温后的n2在农林生物质烘焙装置6中将处理热值为9.1mj/kg的木片(农林生物质)0.5t/h，停留时间为250min，烘焙结束后，木片烘焙产物的热值为11.19mj/kg，剩余物为0.393t/h，研磨木片烘焙产物过1.6mm筛子时，磨粉机的功耗与研磨原木片相比，降低至原有能耗的85.53％；烘焙后的木片与煤粉一起经所述磨煤机7共磨后至粒度小于100μm，然后送入发电锅炉8的燃烧器内，与所述垃圾气化炉3产生的合成气一起燃烧发电。
以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本实用新型进行修改或者同等替换，但不脱离本实用新型精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。
1.一种电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，其特征在于，包括空分设施、垃圾预处理设施、垃圾气化炉、高温换热器、农林生物质预处理设施、农林生物质烘焙装置、磨煤机，所述空分设施用于将空气分离得到o2和n2，所述空分设施与垃圾气化炉和高温换热器连接，所述空分设施分离得到的o2作为气化剂输送至所述垃圾气化炉，所述空分设施分离得到的n2经所述高温换热器升温后输送至所述农林生物质烘焙装置；所述农林生物质预处理设施与农林生物质烘焙装置连接，所述农林生物质烘焙装置与磨煤机连接，所述磨煤机与发电锅炉连接，所述垃圾气化炉通过高温换热器与发电锅炉连接。
2.根据权利要求1所述的电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，其特征在于，所述垃圾气化炉的气化温度为850~1100℃。
3.根据权利要求1所述的电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，其特征在于，所述高温换热器为耐高温金属材质换热器，包括管壳式换热器、盘管式换热器。
4.根据权利要求1所述的电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，其特征在于，所述农林生物质烘焙装置的烘焙温度为250~350℃。
5.根据权利要求1所述的电厂使用的农林生物质、垃圾与煤共耦合系统，其特征在于，所述磨煤机将煤粉和烘焙过的农林生物质进行共磨后的粒度不大于100μm。
技术总结