CN101962578A

CN101962578A - 再生能源发电系统

Info

Publication number: CN101962578A
Application number: CN2010105095245A
Authority: CN
Inventors: 杨裕能
Original assignee: Nantong Haiying Electromechanical Group Co Ltd
Current assignee: Nantong Haiying Electromechanical Group Co Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: CN101962578B

Abstract

本发明涉及一种再生能源发电系统，属于发电设施技术领域。该系统主要由高温反应釜、高温换热器、水冷锅炉、布袋除尘器、水雾捕集器、储气罐以及燃气发电机组构成；高温反应釜的合成气体出口经串联的高温换热器、水冷锅炉、布袋除尘器、水雾捕集器后，接至储气罐的进口，储气罐的出口接燃气发电机的燃料入口；发电机的燃烧废气出口接高温反应釜的废热气进口；高温换热器的换热空气出口接高温反应釜的热气进口。本发明可以充分利用热能，既显著节能，又有利于环保。

Description

再生能源发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，尤其是一种再生能源发电系统，属于发电设施技术领域。

背景技术

利用秸秆等生物质发电既有效利用了可再生能源发电，又解决了生物质随意废弃或销毁造成的环境污染一举两得，因此备受关注。

近年来，以下专利申请分别披露了相关技术方案。名称为《生物质的碳化和气化以及发电装置》、申请号为CN200510056829.4的中国专利申请公开了一种将包括废生物质的生物质进行气化的方法，该方法包括以下步骤：首先碳化生物质，然后将来自碳化器的碳和裂解气分别送到两级气化器的高温气化部分和气体转化器部分。气化剂被连续地送到气化部分，并间歇地送到气体转化器，以在气体转化器段保持避免焦油形成所需要的温度。多个碳化室是轮流地进行操作。当碳化/气化装置用来向电力发电机组提供燃料时，来自发电装置的废热被送回到碳化器，并且可以通过交换来自从气化器出口输送到发电厂的气体的热量得到补充。此外，名称为《生物质高温热解气化发电系统》、申请号为CN200910071440.5的中国发明专利申请公开了一种生物质高温热解气化发电系统，包括按系统流程设置的生物质物料仓、螺旋给料机、生物质旋风高温热解气化炉、生物质气排出管、生物质气余热利用蒸汽发生器、生物质气余热利用空气加热器、生物质气除尘器、水环式真空泵、生物质气储气罐、内燃机和发电机，以及高速气体燃料燃烧器、启动阶段燃料气罐、罗茨鼓风机、给水泵和灰渣池。在运行时，被高温生物质气的余热加热的空气和生物质气在高速气体燃料燃烧器内燃烧产生高温低氧烟气，并喷入生物质旋风高温热解气化炉，与炉内的生物质物料混合、使其发生热解气化，生成1600℃以上的低焦油含量的生物质气，然后，利用以内燃机为动力的发电机发电。

以上现有技术虽各有优点，但系统构成尚不够完善，存在生物质气未经提纯处理因此发电效率不高，以及过程中产生的热能未能充分利用等不足之处。

发明内容

本发明的首要目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，通过合理配置系统、创新部分设备，提出一种可以充分利用系统热能的再生能源发电系统，从而实现节能环保。

本发明进一步的目的在于，通过可以提提高产气发电利用效率的再生能源发电系统。

为了达到以上首要目的，本发明的再生能源发电系统主要由高温反应釜、高温换热器、水冷锅炉、布袋除尘器、水雾捕集器、储气罐以及燃气发电机组构成；所述高温反应釜的管状输送通道进端上方具有进料口；所述输送通道的前段外围包有形成环状夹仓的外管，所述外管的下部具有废热气进口，上部具有废热气出口；所述输送管道的后段下部围有圆弧外壳，形成月牙形截面的热气通道，所述热气通道邻近进端的一端具有热气进口，邻近出端的一端具有热气出口；所述输送通道的出端上方具有合成气体出口；所述合成气体出口经串联的高温换热器、水冷锅炉、布袋除尘器、水雾捕集器后，接至储气罐的进口，所述储气罐的出口接燃气发电机的燃料入口；所述发电机的燃烧废气出口接高温反应釜的废热气进口；所述高温换热器的换热空气出口接所述高温反应釜的热气进口。

为了达到进一步的目的，所述高温反应釜和高温换热器之间还串接有重整反应釜。

本发明的系统利用农作物秸秆等生物质，输送到高温反应釜后，在一定温度(通常约600℃)以及完全缺氧或有限氧供给条件下，在釜内发生复杂的热解反应，及传热、传质过程，生物质热解为液体生物油、可燃气体和固体碳三种产物。其中，生物质液体油挥发为气体，随农作物的可燃气一起成为初级合成气化气。之后，经过重整反应等后续处理，成为提纯的合成气体，供燃气发电机作为能源，从而变废为宝。

本发明的系统由于采用高温反应釜的二级加热结构设计和合理配置，使系统一旦启动后，就可以利用燃气发电机的废气热量供给反应釜第一级的生物质预热，再利用换下的生物质气化反应热量供给反应釜的第二级加热，从而形成自循环，充分利用热能，既可以显著节能，又有利于环保。此外，在高温反应之后配置重整反应釜，可以借助初级合成气化气自身的热量，通过重整反应，完成焦油的裂解，转化为高能效的气化合成气体，从而显著提高发电时的利用效率。有关重整反应的详情，参见申请号为200910010284的中国专利文献，本文不另赘述。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的系统结构示意图。

图2为图1实施例中高温反应釜的结构示意图。

图3和图4分别为图2的A-A和B-B剖视图。

图5为图1实施例中高温换热器的结构示意图。

图6和图7分别为图5的侧视和俯视图。

图8为图5中的列管截面示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的再生能源发电系统如图1所示，主要由高温反应釜B、重整反应釜C、高温换热器D、水冷锅炉E、布袋除尘器F、水雾捕集器G、储气罐I以及燃气发电机L组构成。

其中水冷锅炉E可以选购SGC-20m³水冷锅炉(泰州新斯大锅炉有限公司)、布袋除尘器F可以选购BDCC布袋除尘器(江苏海华机械有限公司)、储气罐I可以选购CG-II储气罐(河北森泰锅炉有限公司)，而燃气发电机L可选购PG6531B 1000KW(美国GE公司)。重整反应釜和水雾捕集器的结构可以参见申请号如下的中国专利文献200680023249.8、03116945.7、200410047936.6。

高温反应釜B是秸秆烤培、提取秸秆可燃气体的专用设备，主要由输送螺旋、一级加热夹套、二级加热夹套、灰斗、螺旋搅拌等机构组成。具体结构如图2、2、4所示，含有具有进端IN和出端OUT的管状输送通道B1，该输送通道的进端上方具有进料口B2，进料口B2下的输送通道B1中装有螺旋输送机B3外段B3-1，螺旋输送机B3内段B3-2对应的输送通道B1外围包有形成环状夹仓B4的外管B4-1，构成一级加热夹套预热段。外管B4-1的下部具有废热气进口B4-2，上部具有废热气出口B4-3。废热气进口B4-2邻近进端，废热气出口B4-3远离进端。螺旋输送机B1出口至出端之间的输送管道下部围有圆弧外壳B5-1，形成月牙形截面的热气通道B5，构成二级加热夹套焙烧段。热气通道B5邻近进端的一端具有热气进口B5-2，邻近出端的一端具有热气出口B5-3。热气通道B5与输送通道B1之间具有蜂窝状的通孔B5-4，因而使热气可以通过通孔B5-4均匀进入输送通道B1内(参见图4)。输送通道B1的出端上方具有合成气体出口B6。输送通道B1的出端下方具有卸灰装置。该卸灰装置由垂直朝下的卸灰管道B7以及水平设置在卸灰管道7底部并与之相通的水平卸灰管B8构成，水平卸灰管B8中装有螺旋输出机B9。

高温换热器如图5至图8所示，罐状壳体F1的外壳中部由隔板F2分隔成高温腔F3和出气腔F4，上部具有位于壳体内的冠状回流腔F5。高温腔F3开有高温介质进口F6，出气腔4开有高温介质出口F7。高温腔F3和高温介质进口F6内壁衬有作为隔热层的耐火砖，从而避免高温气体直接与换热器钢体接触。顶部通过第一组垂直列管F8与回流腔F5连通。高温腔F3具有由高温介质进口F6至第一组列管F8下端的倾斜导流板F11。回流腔F5通过第二组列管F9与出气腔F4连通。壳体中部具有形成夹仓F13的外围层F10。外围层F10开有穿过倾斜导流板F11底部的换热空气进口F12，高温介质进口F6和其出口F7均穿过夹仓F13，这样不仅可以抑制导流板以及高温介质进、出口管壁的温度，而且有利于换热。夹仓F13上部通过邻近列管根部的径向通道与上部壳体和冠状回流腔F5之间形成的上腔室F14相通，一级热交换后的冷空气从下部夹仓输出后，在管束根部横切输入进行热交换。上腔室背离冷气进口F12的一侧开有换热空气出口F15。壳体下部为与出气腔F4连通的锥形积灰斗F16。这样，可以使高温介质中所含杂质在热交换输出之前沉积。

高温反应釜B的合成气体出口接重整反应釜C的入口，重整反应釜的出口接高温换热器D的入口，高温换热器的出口接水冷锅炉E的入口，水冷锅炉的出口接布袋除尘器F的入口，布袋除尘器的出口接水雾捕集器G的入口，水雾捕集器的出口接储气罐I的进口，储气罐的出口接燃气发电机J的燃料入口，从而形成串联关系。发电机J的燃烧废气出口接至高温反应釜B的废热气进口；高温换热器D的换热空气出口接至高温反应釜B的热气进口。

此外，高温反应釜B、重整反应釜C、高温换热器D以及布袋除尘器F底部的出灰口分别接至灰仓H，集中输出。

本实施例系统启动后的运行步骤如下：

1、将秸秆等农作物废弃的生物质从进料斗A由输送机送入高温反应釜B的进料口；

2、生物质在高温反应釜B输送过程中先后被来自燃气发电机的废气和来自高温换热器的换热空气预热和焙烧，发生碳化反应，生成初级气化气体输往重整反应釜C，碳化后的秸秆等生物质输入灰仓。

3、在重整反应釜内，温度约1200℃的初级气化气在聚自由基的催化作用下发生重整反应，完成焦油的裂解，转化为合格更高能量的合成气，输出到高温换热器；

4、从重整反应釜C输出时约1150℃合成气在高温换热器D与输入的换热空气进行热交换，冷却至约800℃送入水冷锅炉E，换热空气出口约600℃的热气接至高温反应釜B的热气进口，作于加热碳化生物质；

5、约800℃的合成气进入水冷锅炉E后，与水热交换后，进一步进行冷却至约200℃后输送到布袋除尘器F，换下的余热可以作生活热水供应；

6、合成气进入布袋除尘器F后经除尘处理，进一步提高了气体纯度后送入水雾捕集器G；

7、除尘纯化后的合成气经水雾捕集除湿后，进入储气罐I；

8、储气罐I输出合成气作为燃气机发电的燃料；

9、燃气发电机以燃气产生的动力发电输出电能，同时合成气燃烧后约600℃的废热气接至供高温反应釜B的废热气进口，供生物质预热；

10、高温反应釜B以及重整反应釜C、高温换热器D、布袋除尘器F产生的生物质碳收集后供炼钢企业使用。

以上整个再生能源发电系统的热能尽可能重复循环，得到充分利用，具有显著的节能环保效果。各处气体温度的波动范围宜控制在上下50℃。

总之，本实施例的再生能源发电系统利用农作物秸秆等生物质，经粉碎、烘干，机械输送、进入高温反应釜。在高温反应釜中，秸秆在高温条件下，发生分解反应，农作物秸秆热解在完全缺氧或有限的氧供给条件下热解为液体生物油、可燃气体和固体作物碳的三种产物的过程。在釜内热解过程中，会发生一系列的复杂化学反应过程及传热、传质过程。在一定的温度条件下，农作物液体油挥发为气体，随农作物的可燃气一起成为合成气体。从高温反应釜输入重整反应釜，进一步提纯合成气体，便于供燃气发电机使用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种再生能源发电系统，主要由高温反应釜、高温换热器、水冷锅炉、布袋除尘器、水雾捕集器、储气罐以及燃气发电机组构成；其特征在于：所述高温反应釜的管状输送通道进端上方具有进料口；所述输送通道的前段外围包有形成环状夹仓的外管，所述外管的下部具有废热气进口，上部具有废热气出口；所述输送管道的后段下部围有圆弧外壳，形成月牙形截面的热气通道，所述热气通道邻近进端的一端具有热气进口，邻近出端的一端具有热气出口；所述输送通道的出端上方具有合成气体出口；所述合成气体出口经串联的高温换热器、水冷锅炉、布袋除尘器、水雾捕集器后，接至储气罐的进口，所述储气罐的出口接燃气发电机的燃料入口；所述发电机的燃烧废气出口接高温反应釜的废热气进口；所述高温换热器的换热空气出口接所述高温反应釜的热气进口。

2.根据权利要求1所述的再生能源发电系统，其特征在于：所述高温反应釜和高温换热器之间还串接有重整反应釜。

3.根据权利要求1或2所述的再生能源发电系统，其特征在于：所述热气通道与输送通道之间具有蜂窝状的通孔。

4.根据权利要求3所述的再生能源发电系统，其特征在于：所述废热气进口邻近所述进端，所述废热气出口远离所述进端。

5.根据权利要求4所述的再生能源发电系统，其特征在于：所述输送通道的出端下方具有卸灰装置；所述卸灰装置由垂直朝下的卸灰管道以及水平设置在卸灰管道底部并与之相通的水平卸灰管构成。

6.根据权利要求3所述的再生能源发电系统，其特征在于：所述高温换热器具有罐状壳体，所述壳体中部由隔板分隔成高温腔和出气腔，上部具有位于壳体内的冠状回流腔；所述高温腔开有高温介质进口，出气腔开有高温介质出口；所述高温腔内壁衬有隔热层，顶部通过第一组列管与所述回流腔连通；所述回流腔通过第二组列管与所述出气腔连通；所述壳体中部具有形成夹仓的外围层；所述外围层开有换热空气进口，所述夹仓上部与上部壳体和冠状回流腔之间形成的上腔室相通；所述上腔室开有换热空气出口。

7.根据权利要求6所述的再生能源发电系统，其特征在于：所述高温腔具有由高温介质进口至第一组列管下端的倾斜导流板。

8.根据权利要求7所述的再生能源发电系统，其特征在于：所述换热空气进口穿过倾斜导流板底部；所述高温介质进口和高温介质出口均穿过夹仓。