CN102759257A

CN102759257A - 一种应用于生物质发电系统的生物质干燥系统

Info

Publication number: CN102759257A
Application number: CN2012101180074A
Authority: CN
Inventors: 许志伟; 陈嘉儿; 陆澔霆; 林芷莹; 吳裕眞; 万人杰; 羅栢明; 游立銘; 王洪美; 李敬龙
Original assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Current assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Priority date: 2012-04-22
Filing date: 2012-04-22
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明公开了一种应用于生物质发电系统的生物质干燥系统，所述生物质干燥系统包括了物理性干燥机、热空气加热烘干机、过热蒸汽加热烘干机、锅炉和气轮机。所述生物质干燥系统其特征在于把生物质分段利用两个不同的烘干机加热烘干。所述两个烘干机包括一个热空气烘干机和一个过热蒸汽烘干机，当中所述空气烘干机利用热空气把生物质作初步的烘干，而所述过热蒸汽烘干机利用所述气轮机的乏汽把所述生物质烘干，经烘干的生物质会用作所述发电系统中所述锅炉的燃料。

Description

一种应用于生物质发电系统的生物质干燥系统

技术领域

本发明涉及一种应用于生物质发电系统的生物质干燥系统，特别涉及一种利用两个不同种类的烘干机，包括热空气烘干机和过热蒸汽烘干机，来干燥所述生物质发电系统的生物质燃料的干燥系统。本发明尤其适用于利用各种高水分生物质燃料作为发电系统燃料的生物质发电系统，其中所述高水分生物质燃料包括棕榈果壳。

背景技术

目前，随着社会的发展生物质废物的数量越来越多，所述生物质废物范围很广，如酿酒过程中所产生的酒糟、棕榈油提取过过中的棕榈果壳、污水处理过程中所产生的脱水污泥、其至是日常生活中所产生的厨余等都属于生物质废物。所述生物质废物在废弃和堆放时会产生大量甲烷、二氧化碳等废气，而所述废气会使温室效应加剧，使全球暖化的问题更为严重。因此，直接废弃或堆放所述生物质废物对环境的影响非常严重。与此同时，随着化石燃料的短缺，开发替代能源的需求日益增加，因此，以生物质废物作为替代化石燃料作发电用途有着很大的发展空间。可惜是，一般生物质废物的水分含量较高，直接燃烧或会出现一定程度的困难，就算能勉强燃烧，其燃烧温度亦会较低，限制了使用生物质废物作为燃料的用途及发电的效能。为改善或解决上述问题，目前主要倚靠共燃技术和生物质干燥技术。所述共燃技术利用高热能的燃料和高水分的生物质共同燃烧，其优点在于在共燃过程中可直接把水分蒸发，避免了繁复的生物质干燥过程，同时亦避免了在烘干过程中的热能流失，而其缺点是需要其他高热量燃料和燃烧温度还是较底，在生物质中的水分蒸发后的热能回收亦较为困难。因此，生物质干燥技术还是比较适用于发电系统使用，关于所述生物质干燥技术，世界各地的专家主要专注在设备的改良上。中国发明专利申请公布号CN101957128A、CN101576265A、CN102042747、中国实用新型专利授权公告号 CN201688669和CN201974019U 就公开了不同生物质烘干设备的结构和设计。可是单纯改业设备只可达到提高生物质废物燃料的质素，并没有考虑到使用烘干设备本身的能源效益。因此，为发挥所述生物质作为化石燃料替品的最大效用，整个生物质发电系统的综合利用是重要的一环。

中国发明专利公开号CN101482363A公开了一种生物质气体及余热复合型物料烘干系统，其特征是燃烧器的进气端通过管道与生物质气体气源相连，燃烧器的输出与引风机的吸风口通过管道相连，引风机的输出与换热器的一个进气口相连，换热器还通过管道与补充蒸汽和/或余热蒸汽气源相连，换热器的输出通过管道与立式蒸发塔下部的进气口相连，立式蒸发塔的上部设有被烘干物料进料口，蒸发塔的下部设有出料口，并通过输送管道与物料泵的进料端相连，物料泵的出料端与平流烘干机的进料端相连，蒸发塔的上部设有高温气体出气口并通过管道送入平流烘干机的进料口或传送带的下部对平流烘干机中的物料进一步加热烘干，平流烘干机的出口端与后续的物料输送装置相连并连接有气体排放管。所述生物质气体及余热复合型物料烘干系统能有利于节能减排，降低生产成本。

中国发明专利公开号CN102183010A公开了一种具有烟气余热回收功能的生物质发电汽水系统。所述具有烟气余热回收功能的生物质发电汽水系统包括冷凝式凝结水加热器，冷凝式凝结水加热器包括冷凝式凝结水加热器，冷凝式凝结水加热器包括外壳，外壳内设置有上下连通的交换腔和疏水腔，生物质锅炉的烟气出口与交换腔连通，交换腔中设置有竖向布置凝结水盘管且在交换腔的外壳上设置有上下布置的凝结水出口和凝结水入口，疏水腔的外壳上设置有上下布置的烟气出口和烟气冷凝水出口；凝结水出口接除氧器，凝结水入口接汽封加热器。所述具有烟气余热回收功能的生物质发电汽水系统可及时排掉烟气冷凝水，增强了加热器的防积灰和耐腐蚀性能，节约的回热抽汽全用作发电。

PCT 公开号 WO2012/004739 公开了一种生物质发电系统，其待征在于所述发电系统拥有一个主要换热器，而所述主要换热器桥接燃烧器和蒸汽使用设备。

总括而言，在世界各地所公开的技术中并没有涉及把生物质分段利用两个不同的烘干机加热脱水，所述两个不同的烘干机包括热空气烘干机和过热蒸汽烘干机，更没有提及使用发电系统中气轮机乏汽烘干所述发电系统的生物质燃料过程中所得到的低压蒸汽加热所述热空气烘干机所使用的加热媒介。

发明内容

针对现有技术对综合利用生物质发电系统余热提高生物质发电效率的不足，本发明的目的是提供一种能应用于生物质发电系统的生物质干燥系统，特别涉及一种利用两个不同种类的烘干机，包括热空气烘干机和过热蒸汽烘干机，来干燥所述生物质发电系统的生物质燃料的干燥系统。本发明尤其适用于利用各种高水分生物质燃料作为发电系统燃料的生物质发电系统，其中所述高水分生物质燃料包括棕榈果壳。

本发明公开了一种能利用于生物质发电系统的生物质干燥系统包括了物理性脱水机、热空气烘干机和过热蒸汽烘干机。高水分生物质首先经过物理性脱水机作初步脱水，优选地，所述物理性干燥机是压带机、压榨机、离心机或所述压带机、所述压榨机和所述离心机的任意组合。然后，经初步脱水的生物质被送进一个热空气烘干机中烘干成低水分生物质，所述经初步脱水的生物质和热空气在所述热空气烘干机直接接触进行热交换，而所述热空气是利用所述过热蒸汽烘干机在烘干所述低水分生物质时所产生的低压蒸汽和气轮机低压乏汽把空气加热而成的，优选地，所述低压蒸汽的压力介乎 1 –15 bar。所述经初步脱水的生物质经过热空气烘干机烘干成低水分生物质后，会被送到所述过热蒸汽烘干机作最后的烘干，所述低水分生物质会于所述过热蒸汽烘干机中被间接加热烘干，而所述过热蒸汽烘干机的加热媒介为所述气轮机的中压乏汽，用于所述蒸汽烘干机的所述气轮机乏汽优选为 15 – 20 bar 的中压蒸汽。经过所述过热蒸汽烘干机烘干的生物质会成为生物质燃料并会送到所述锅炉的燃烧室和空气混合燃烧，所述空气有部分为所述热空气烘干机使用过后的所述热空气和在所述低水分生物质在所述过热蒸汽烘干机中被挥发的有机气体。所述生物质燃料在所述燃烧室和所述空气混合燃烧后会加热所述锅炉的锅炉水，所述锅炉水被加热后会变成高压蒸汽，所述高压蒸汽经过一系列的气轮机后会产生用于加热所述过热蒸汽烘干机的所述中压蒸汽和加热所述热空气的低压乏汽。所述气轮机乏汽不需要跟生物质直接接触换热，因此，所述气轮机乏汽经过一系例的一般锅炉水处理后，包括冷凝、脱离子、除氧、补充、热交换、加压，就后送回锅炉重新转化为所述高压蒸汽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是充分利用了在生物质发电系统中蒸汽和乏汽的余热加热作为所述生物质发电系统的高水分生物质燃料。而且，在把所述生物质加热的过程中，其可能挥发的有机物会送到锅炉的燃烧室燃烧，避免了所述有机物直接排空对环境所造成的影响和系统热能的损失。

附图说明

图1是利用本发明中权利要求的生物质干燥系统用于生物质发电系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例一

如图1所示，高水分生物质，如棕榈果壳，透过管线 101 被送到物理性脱水机 102，优选地，所述物理脱水机 102是压带机、压榨机、离心机或所述压带机、所述压榨机和所述离心机的任意组合。所述高水分生物质会于所述物理脱水机 102 进行初步脱水成为脱水生物质，其水分一般会降低至低于 60%，优选地 40 – 50%。经过所述物理脱水机 102 所分离出来的水分会经管线 103 排出处理，而所述脱水生物质会经管线 104 进入热空气烘干机 105 把所述脱水生物质加热烘干成为低水分生物质，所述低水分生物质的水分含量会在 10 – 40% 之间，优选地 15 – 30%。所述热空气烘干机 105 所利用的热空气是由管线 106 经换热器 107 传送到管线 108，再依次经换热器 109 和管线 110 送到所述热空气烘干机 105 的，所述换热器 107 和换热器 109 优选为间接加热的换热器，所述热空气的温度在到达管线 110 时会在摄氏 40 – 200 度之间，优选地摄氏 80 – 150度之间。经所述热空气烘干机 105 所产生的所述低水分生物质会由管线 111 送到过热蒸汽烘干机 113作最后烘干步骤，所述低水分生物质会在所述蒸汽烘干机 113 和加热媒介间接接触换热，所述蒸汽烘干机 113会把所述低水分生物质加热至温度约摄氏 100 度并把大部分水分蒸发和少量有机物挥发，进而所述低水分生物质会成为生物质燃料，所述生物质燃料含水量为低于 10%，所述过热蒸汽烘干机 113 所蒸发或挥发的气体会经管线 115 送到换热器 109作为从管线 108 所传送的热空气的加热媒介，经过在换热器 109 的换热后，所述气体会经管线 137传送到所述气液相分离器 138。所述生物质燃料则会经管线 116 送到锅炉 117 的燃烧室和燃烧用空气混合燃烧，所述燃烧用空气是混合气液相分离器 114分离出来的气体、气液相分离器 138 分离出来的气体和经管线 120 传送的新鲜空气经锅炉空气预热器 121 加热而成的。所述的气液相分离器 114把经管线 112进入的所述热空气烘干机中蒸发或挥发的气体，包括换热后的热空气，分离成气体和液体，而所述的气液相分离器138 则把经管线 137 进入的气体冷却并把气体和液体分离。所述气液相分离器 114和的气液相分离器138工作温度为摄氏 30 – 50 度和 1 – 2 大气压力，因此，大部分水分会在气液相分离器 114和气液相分离器138变为液相经管线 118或 140 排出或作锅炉 117 的补给水经管线 141 送到锅炉水处理装置 131。所述生物质燃料和所述燃烧用空气燃烧后所产生的烟气会把经管线 122 的锅炉水加热成为高压蒸汽，所述高压蒸汽压力能大于 100 bar，所述高压蒸汽会经管线 123 送到气轮机124作发电用途。所述烟气在加热所述锅炉水后会经管线 125 送到锅炉空气预热器 121 作为所述燃烧用空气的加热媒介，所述烟气把所述燃烧用空气加热后会从管线 126 送到烟仔处理装置 127，所述烟气处理装置包括氮氧化物处理装置，如催化转换器，硫氧化物处理装置，如碱性洗涤塔，和除尘装置，如布袋除尘器，所述烟气经处理后会经管线 128 送到烟囱 129 排空，而在燃烧所述生物质燃料时所产生的炉灰会聚积在锅炉 117 的燃烧室内，定期以固体废物形式运走。利用所述高压蒸汽发电过后，所述高压蒸汽会成为三种不同的乏汽，包括中压乏汽，低压乏汽和超低压乏汽，所述中压乏汽，所述低压乏汽和所述超低压乏汽的压力分别可以介乎于 10 – 20 bar，1 – 10 bar 和 0.1 – 1 bar，优选地，所述中压乏汽，所述低压乏汽和所述超低压乏汽的压力分别可以介乎于 15 – 20 bar，5 – 10 bar 和 0.1 – 0.5 bar。所述的超低压乏汽会经管线 130 送到锅炉水处理装置 131 处理。而所述的低压乏汽会经管线 132 送到换热器 107 作为加热所述热空气的媒介，所述低压乏汽在换热后会成为低压水，并会经管线 134 送到锅炉水处理装置 131 处理。而所述中压乏汽会经管线 135 送到所述蒸汽烘干机 113作为加热媒介，和所述低水分生物质间接换使其受热烘干。在换热过程中，所述中压蒸汽会有凝结成中压水，所述中压水会经管线 136 送到锅炉水处理装置 131 处理，所述锅炉水处理装置 131包括了脱离子系统、冷凝系统、除氧系统、换热系统和泵送系统。由于锅炉水或有所损耗，新鲜水会经管线 141 补充，经锅炉水处理装置 131 处理后的锅炉水会经管线 122 送到锅炉 117加热。

实施例二

利用图1所示的系统，35公吨的棕榈果壳按实施例一中所提到的优选操作方法进行发电，其发电效率为30.5%，比一般只利用热空气烘干机那生物质燃料烘干的棕榈果壳的发电系统的 25.9% 为高。所述棕榈果壳的 LHV_net 为 21 MJ/kg。

Claims

1.一种应用于生物质发电系统的生物质干燥系统，其包括物理性脱水机及两个不同种类的烘干机，其中所述的两个不同种类的烘干机是热空气烘干机和过热蒸汽烘干机。

2.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的物理性脱水机是压带机、压榨机、离心机或所述压带机、所述压榨机和所述离心机的任意组合。

3.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的热空气烘干机是一个直接换热的烘干机，生物质会于所述热空气烘干机中与加热媒介直接换热来达到烘干效果。

4.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的过热蒸汽烘干机是一个间接换热的烘干机，生物质会于所述过热蒸汽烘干机中与加热媒介间接换热来达到烘干效果。

5.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，生物质在所述的过热蒸汽烘干机烘干过程中所产生的蒸汽会用作加热所述热空气烘干机的加热媒介，所述的加热媒介为热空气。

6.根据权利要求5所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的过热蒸汽烘干机烘干过程中所产生的蒸汽是低压蒸汽。

7.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的过热蒸汽烘干机是透过所述生物质发电系统中气轮机的中压乏汽加热的。

8.根据权利要求7所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的中压乏汽的压力为 15 – 20 bar。

9.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的生物质干燥系统是用作干燥高水分生物质，而所述的高水分生物质经所述的生物质干燥系统干燥后会用作所述的生物质发电系统作发电用途。

10.根据权利要求9所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的高水分生物质是棕榈果壳。

11.根据权利要求1所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的热空气烘干机中使用的热空气是使用所述发电系中的低压乏汽和生物质在所述的过热蒸汽烘干机烘干过程中所产生的蒸汽加热空气而得的。

12.根据权利要求5所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的过热蒸汽烘干机烘干过程中所产生的蒸汽与所述的加热媒介换热后会传送到气液相分离器分离出气体，所述的气体会用作所述生物质发电系统的一部分燃烧空气。

13.根据权利要求11所述的生物质干燥系统，其特征在于，所述的热空气在所述的热空气烘干机换热后会传送到气液相分离器分离出气体，所述的气体会用作所述生物质发电系统的一部分燃烧空气。