BG111209A

BG111209A - Метод за получаване на електрическа и топлинна енергия от биомаса

Info

Publication number: BG111209A
Application number: BG10111209A
Authority: BG
Inventors: Vladimir адимирВЛАДИМИРОВ Вл Vladimirov; StoyanМИТОВ Стоян Mitov
Original assignee: "СОЛАР ТЕХНОЛОГИИ" ЕООД"Solar Tehnologii" Eood
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-11-29
Also published as: BG66706B1

Abstract

Методът осигурява конверсия на енергията на биомаса в електрическа и топлинна енергия и отпадъчен продукт във вид на биовъглища. Методът включва непрекъснат процес, при който раздробеният и частично изсушен материал от биомасата се подава в окислително-редукционна камера, снабдена с горелка, където се нагрява от директен контакт на биомасата с димните газове, генерирани от горелката, в условия на окислителна среда в горната зона на горивната камера и редукционна - в останалата част на камерата. При температура в камерата между 150°С и 400 С протича частична пиролиза на биомасата и съдържащите се в нея влага, летливи вещества и газообразни продукти, получени в резултат на частичната пиролиза, се отделят и преминават в димните газове, а полученият овъглен твърд материал представлява отпадъчен продукт във вид на биовъглища от типа на дървените въглища с калоричност, близка до тази на кафявите въглища, и се разтоварва от горивната камера. Димните газове, съдържащи отделените от биомасата влага, летливи вещества и газообразни продукти от частичната пиролиза, се отвеждат от окислително-редукционната камера и се подават в камера за доизгаряне, снабдена с горелки, където протича пълно изгаряне на газовете и съдържащите се в тях въглеводороди за получаване на допълнително количество топлинна енергия. След отвеждане от камерата за доизгаряне димните газове се подават към високотемпературен топлообменник, където нагряват поток от рециркулационни дим

Description

Изобретението се отнася до метод за получаване на електрическа и топлинна енергия от биомаса чрез комбиниран кръгов процес, в който се използва Органичен цикъл на Ранкин или друг конвенционален цикъл за получаване на електрическа и топлинна енергия, и по-специално до процес на конверсия на енергията на биомаса в електрическа и топлинна енергия и отпадъчен продукт във вид на биовъглища от типа на дървените въглища с калоричност, близка до тази на кафявите въглища.

Предшестващо състояние на техниката

US 2009/0260286 разкрива метод за получаване на електрическа и топлинна енергия от биомаса чрез непрекъснат процес, включващ пиролиза на биомасата в ротационна пещ чрез индиректно нагряване на биомасата в отсъствие на кислород за получаване на пиролизен газ и дървени въглища, които се подават в газификатор, където се извършва газификация на съдържащите се в пиролизния газ твърди частици и дървените въглища в присъствие на кислород. Генерираният отпаден газ преминава през филтри за отделяне на твърдите частици, след което се подава към топлообменник, който се използва за нагряване на вода за различни цели, а преминалият през топлообменника отпаден газ се подава към генератор за производство на електричество.

Техническа същност на изобретението

Задача на изобретението е да се създаде метод за получаване на електрическа и топлинна енергия от биомаса, който осигурява по-висока ефективност на процеса при използване на малки количества допълнително гориво.

Тази задача е решена с метод за получаване на електрическа и топлинна енергия от биомаса чрез непрекъснат процес, при който раздробеният и частично изсушен материал от биомасата се подава в окислително-редукционна камера, снабдена с горелка, където се нагрява от директен контакт на биомасата с димните газове, генерирани от горелката, в условия на окислителна среда в горната зона на горивната камера и редукционна - в останалата част на камерата. При температура в камерата между 150°С и 400°С протича частична пиролиза на биомасата и съдържащите се в нея влага, летливи вещества и газообразни продукти, получени в резултат на частичната пиролиза, се отделят и преминават в димните газове, а полученият овъглен твърд • ·

материал представлява отпадъчен продукт във вид на биовъглища от типа на дървените въглища с калоричност, близка до тази на кафявите въглища, и се разтоварва от горивната камера. Димните газове, съдържащи отделените от биомасата влага, летливи вещества и газообразни продукти от частичната пиролиза, се отвеждат от окислителноредукционната камера и се подават в камера за доизгаряне, снабдена с горелки, където протича пълно изгаряне на газовете и съдържащите се в тях въглеводороди за получаване на допълнително количество топлинна енергия. След отвеждане от камерата за доизгаряне димните газове се подават към високотемпературен топлообменник, където нагряват поток от рециркулационни димни газове, подавани обратно в окислително-редукционната камера. След високотемпературния топлообменник димните газове преминават през втори топлообменник, свързан с цикъл за получаване на електрическа и топлинна енергия, където потокът от димни газове нагрява агент, използван в цикъла. Потокът от димни газове, напускащ втория топлообменник, се разделя на два потока, като единият от тях е споменатият поток от рециркулационни димни газове, който, след отделяне на съдържащата се в него влага, се подава към високотемпературния топлообменник за предварително нагряване, след което се подава обратно в окислително-редукционната камера. Другият поток от димни газове се използва за частично изсушаване на изходния раздробен материал от биомаса преди подаването му в окислително-редукционната камера.

Окислителната атмосфера в горната част на окислително-редукционната камера, в която се извършва частична пиролиза на биомасата, е с излишък на кислород до 10 %.

Предпочита се окислително-редукционната камера да работи в условия на подналягане в границите от 80 до 100 kPa (abs).

При един вариант на изпълнение на изобретението окислително-редукционната камера е цилиндрична ротационна камера, в която материалът от биомаса се движи в противоток на димните газове, като скоростта на газовия поток е по-ниска от скоростта на биомасата.

Предпочитаното време на престой на биомасата в окислително-редукционната камера е между 0,5 и 2,5 часа в зависимост от вида на биомасата и нейните свойства.

При един вариант на изпълнение, след разтоварване от окислителноредукционната камера, полученият отпадъчен продукт във вид на биовъглища се брикетира.

Λ » • ·

Отведените от окислително-редукционната камера димни газове се подлагат на очистване от увлечени с газа прахови частици, преди да постъпят в камерата за доизгаряне.

Минималното време на престой на димните газове в камерата за доизгаряне е 2 s.

При един вариант на изпълнение на изобретението цикълът за получаване на електрическа и топлинна енергия е Органичен цикъл на Ранкин.

При друг вариант цикълът за получаване на електрическа и топлинна енергия е парен цикъл.

Предимствата на метода съгласно изобретението се изразяват в следното: Топлинната енергия на горещите димни газове, получени в процеса на получаване на отпадъчен продукт във вид на биовъглища от биомаса, се оползотворява в цикъл за производство на електрическа и топлинна енергия. Методът осигурява получаването на отпадъчен продукт във вид на биовъглища от биомаса чрез частична пиролиза в окислително-редукционна камера при директен контакт на биомасата с димни газове, отделяни от горелка, и зонално поддържане на окислителна и редукционна атмосфера в камерата, без да се допуска горене на материала от биомаса. С това предлаганият комбиниран метод за получаване на електроенергия, топлинна енергия и отпадъчен продукт във вид на биовъглища от биомаса осигурява по-висока обща ефективност при използване на малки количества допълнително гориво.

Пояснение на приложената фигура

Фигура 1 представлява технологична схема за получаване на електроенергия, топлинна енергия и биовъглища от биомаса съгласно изобретението.

Примери за изпълнение на изобретението

Методът съгласно изобретението се пояснява с помощта на технологичната схема, представена на фиг. 1, и примерно изпълнение на изобретението, което не го ограничава.

Изходният продукт представлява биомаса и/или отпадъци от биомаса - продукти от растителен произход като стърготини, кора, дървесни частици, получени при раздробяване на дървесни отпадъци от строителни и разрушителни дейности и други подобни. Биомасата се подава чрез верижен транспортьор 31 към камера за очистване и промиване 1, снабдена с грубо сито, където се отстраняват големите късове (над 500 mm), камъни и метални части. Преминалата през ситото биомаса чрез лентов • * · · • · · • ·

транспортьор 32 се подава към дробилна инсталация 2, където се раздробява до размер на частиците 50 mm, след което раздробеният материал преминава през сито 2а. Водата, отделена от ситото 2а, чрез помпа 2Ь се връща към камерата за очистване и промиване 1, а очистената дървесина посредством втори верижен транспортьор 33 и шнек 34 се подава в сушилен барабан 3 за частично отстраняване на влагата от раздробения материал. Газовете от сушилния барабан 3 преминават през последователно свързани циклони За и ръкавни филтри ЗЬ и с помощта на смукателен вентилатор 3d очистените газове се отвеждат през комин Зе, а частично изсушеният материал от биомаса преминава през захранващ канал с херметична камера 4 и чрез шнекови питатели 5 и 6, свързани чрез възвратен клапан 7, се подава в преходната камера 8а на окислително редукционна камера, която в този пример е цилиндрична ротационна камера 8, снабдена с горелка 9.

В ротационната камера 8 раздробената биомаса се движи в противоток на димните газове, генерирани от горелката 9, и се нагрява от директния контакт на биомасата с димните газове при температура между 150°С и 400°С в условия на окислителна среда (до 10% излишък на кислород) в горната зона на ротационната камера и редукционна - в останалата част на камерата. При тези условия протича частична пиролиза, без запалване на биомасата, и съдържащите се в нея влага, летливи вещества и газообразните продукти, получени в резултат на частичната пиролиза, се отделят и преминават в димните газове.

Комбинацията от посочените температура и състав на газовата фаза в ротационната камера 8 осигуряват разрушаване на хемицелулозата, съдържаща се в биомасата, и я превръща в газове (като CO, ароматни въглеводороди, ΟχΗχ и други подобни), органични течности (като киселини, кетони, терпени, феноли, парафини и др.), твърди вещества (като въглища, модифицирани захари и полимерни вещества), а така също минерална пепел. Времето на престой на биомасата в ротационната камера 8 има съществена роля за процеса на конверсия на биомасата и обикновено е между 0,5 и 2,5 часа в зависимост от вида на биомасата и нейните свойства.

Полученият отпадъчен продукт във вид на биовъглища с температура до 400°С се разтоварва от ротационната камера 8 и чрез шнеков транспортьор 36 се подава в продуктов охладител 11 от шнеков тип, където се охлажда в атмосфера без кислород, преминава през набор от сита 12, след което с помощта на транспортьор 37 се отвежда към мелница 13, като ситната фракция от смленият материал чрез втори транспортьор 38 се подава към брикетни машини 14, където се смесва с добавки за слепване и се • · · · • · брикетира. Полученият отпадъчен продукт във вид на брикети се отвежда за складиране с помощта на лентови конвейери 14с и 14d, а отделящият се в процеса на брикетиране прах преминава през батерия циклони 15 за отделяне на праха от газовата фаза и с помощта на смукателния вентилатор 16 очистеният газ се отвежда.

Отвежданите от ротационната камера 8 димни газове с температура над 150°С и калоричност до 7400 kJ/ш по тръбопровод 40 преминават през устройство от циклонен тип 17 за отделяне на праховите частици, след което се подават в камера за доизгаряне 18, снабдена с горелки. По-високата температура и окислителната среда в камерата за доизгаряне 18 осигуряват пълно изгаряне на С, CO и присъстващите в димните газове летливи органични вещества, в резултат на което температурата на димните газове се повишава над 750°С. Отведените от камерата за доизгаряне 18 димни газове обикновено съдържат 2 до 12 % кислород, 7-18 % СО₂, до 10 % водни пари, между 5 и 30 ppmv NOx и останалото азот. Те се подават към високотемпературен топлообменник 10, който се използва за предварително нагряване на поток от рециркулационни от димни газове (РДГ) от около 20°С до около 670°С, а отведените от камерата за доизгаряне 18 димни газове се охлаждат до около 700°С.

След преминаването на димните газове през високотемпературния топлообменник 10 чрез тръба 41 се подават към втори топлообменник 21, където нагряват топлинен агент, свързан с контур 22 на Органичен цикъл на Ранкин (ОЦР) за производство на електрическа и топлинна енергия, известен на специалиста в областта. ОЦР включва турбина, генератор, набор от топлообменници и изпарител (непоказани на фигурата). ОЦР контурът 22 е снабден с контур за охлаждаща вода 23, който от своя страна генерира значително количество топлинна енергия, която може да се използва за различни цели, например за квартално отопление, отопление на парници и други подобни.

Цикълът за производство на електрическа и топлинна енергия може да е от друг конвенционален вид, например парен цикъл.

След втория топлообменник 21 потокът от димни газове с температура около 110°С - 150°С, но не по-висока от посочената горна граница, преминава по тръбопровод 42, на който са монтирани ръкавни филтри 25 и вентилатор 30, след което се разделя на два потока: единият поток чрез тръба 44 се подава към кондензатор 26, с помощта на който се отделя влагата, а другият поток чрез тръба 43 се подава към подгревател 24 и се изпраща към сушилния барабан 3. Кондензаторът 26 се захранва с вода с помощта на водна помпа 29. Изсушеният газов поток, представляващ споменатият поток от РДГ, се • *

подлага на предварително нагряване във високотемпературния топлообменник 10, разположен след камерата за доизгаряне 18, след което по тръбопровод 46 се изпраща в ротационната камера 8 в близост до горелката 9.

На тръбопровода 44, свързващ кондензатора 26 и високотемпературния топлообменник 10, е монтиран смукателен вентилатор за принудителна тяга 27, който поддържа подналягане в системата от ротационната камера 8 до изхода на ръкавните филтри 25.

Claims

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

1. Метод за получаване на електрическа и топлинна енергия от биомаса чрез непрекъснат процес, характеризиращ се е това, че включва следните етапи:

раздробеният и частично изсушен материал от биомасата се подава в окислително-редукционна камера, снабдена с горелка, където се нагрява от директен контакт на биомасата с димните газове, генерирани от горелката, в условия на окислителна среда в горната зона на горивната камера и редукционна - в останалата част на камерата, като при температура в камерата между 150 и 400°С протича частична пиролиза на биомасата и съдържащите се в нея влага, летливи вещества и газообразни продукти, получени в резултат на частичната пиролиза, се отделят и преминават в димните газове, а полученият овъглен твърд материал представлява отпадъчен продукт във вид на биовъглища от типа на дървените въглища с калоричност, близка до тази на кафявите въглища;

отпадъчният продукт във вид на биовъглища се разтоварва от окислителноредукционната камера;

димните газове, съдържащи отделените от биомасата влага, летливи вещества и газообразни продукти от частичната пиролиза, се отвеждат от окислителноредукционната камера и се подават в камера за доизгаряне, снабдена с горелки, където протича пълно изгаряне на газовете и съдържащите се в тях въглеводороди за получаване на допълнително количество топлинна енергия;

след отвеждане от камерата за доизгаряне димните газове се подават към високотемпературен топлообменник, където нагряват поток от рециркулационни димни газове, подавани обратно в окислително-редукционната камера;

от високотемпературния топлообменник димните газове преминават през втори топлообменник, свързан с цикъл за получаване на електрическа и топлинна енергия, където потокът от димни газове нагрява агент, използван в цикъла;

потокът от димни газове, напускащ втория топлообменник, се разделя на два потока, като единият от тях представлява споменатият поток от рециркулационни димни газове, който, след отделяне на съдържащата се в него влага, се подава към високотемпературния топлообменник за предварително нагряване, след което се подава обратно в окислително-редукционната камера;

• · другият поток от димни газове се използва за частично изсушаване на изходния раздробен материал от биомаса преди подаването му в окислително-редукционната камера.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че окислителната атмосфера в горната част на окислително-редукционната камера, в която се извършва частична пиролиза на биомасата, е с излишък на кислород до 10 %.
3. Метод съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че окислителноредукционната камера работи в условия на подналягане в границите от 80 до 100 kPa (abs).
4. Метод съгласно претенции 1, 2 и 3, характеризиращ се с това, че окислителноредукционната камера е цилиндрична ротационна камера, в която материалът от биомаса се движи в противоток на димните газове, като скоростта на газовия поток е по-ниска от скоростта на биомасата.
5. Метод съгласно претенции от 1 до 4, характеризиращ се с това, че времето на престой на биомасата в окислително-редукционната камера е между 0,5 и 2,5 часа в зависимост от вида на биомасата и нейните свойства.
6. Метод съгласно претенции от 1 до 5, характеризиращ се с това, че след разтоварване от окислително-редукционната камера получените отпадъчен продукт във вид на биовъглища се брикетират.
7. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че отведените от окислително-редукционната камера димни газове се подлагат на очистване от увлечени с газа прахови частици, преди да постъпят в камерата за доизгаряне.
8. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че минималното време на престой на димните газове в камерата за доизгаряне е 2 s.
9. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че цикълът за получаване на електрическа и топлинна енергия е Органичен цикъл на Ранкин.
10. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че цикълът за получаване на електрическа и топлинна енергия е парен цикъл.