CN103409171A

CN103409171A - 一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统

Info

Publication number: CN103409171A
Application number: CN2013102976409A
Authority: CN
Inventors: 朴桂林; 陈丽芳
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明公开了一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统，采用加压气流输送的进料方式将生物质原料送至气化装置，气化炉采用加压流化床的形式，生成的可燃气体依次通入热回收装置、旋风分离器、陶瓷多管除尘器、套管式急冷焦油分离器和燃气净化器进行处理，高温燃气的显热被回收用于余热锅炉，分离出的未反应残炭和焦油可回到加压气化炉中再次反应，净化后的气体用于燃气轮机—蒸汽轮机联合循环发电。本发明几乎不排放任何有害气体，对环境保护十分有利；气化效率高，焦油可以被吸附再分解；燃气除尘和净化较彻底，焦油分离效率高；充分地利用有限的能源，提高了发电效率，适用于大规模开发利用生物质能源。

Description

一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统

技术领域

本发明涉及一种新型生物质气化的循环发电系统，具体涉及一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统。

背景技术

目前，能源问题已经成为世界各国普遍关注的焦点，由于一次能源的相对短缺，开发可再生能源成为世界各国能源战略的重要组成部分。生物质是唯一可存储的可再生能源，也属于绿色能源。利用生物质发电既可以节省化石能源，又可以减少有害废弃物的排放，具有很高的经济价值，对环境保护具有重要意义。

随着国家对生物质利用技术的重视与研究，我国生物质发电迅速发展，主要以直接燃烧发电和气化发电为主。直接燃烧发电是将生物质原料送至锅炉燃烧后产生蒸汽通过蒸汽轮机发电，这种技术的发电效率较低，只有20%左右，对生物质原料的需求量很大。同时，由于生物质具有密度小、体积大的特点，其运输成本高，限制了生物质的收集运输半径不宜过大。而且直接燃烧仍然给环境带来极大的污染，能源利用率低下。

生物质气化发电技术的基本原理是把生物质在气化炉中气化，转化为可燃气，再将净化后的气体直接送入内燃机、燃气轮机的燃烧室中燃烧发电。气化发电解决了生物质难于燃烧利用而且分布分散的问题，同时充分发挥燃气发电技术设备紧凑且污染少的优点，是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。但是生物质燃气的特点是热值低、杂质含量高，一般小型燃气轮机的效率仅为25%左右，现在所采用的常压气化和燃气降温气化技术，总体效率一般低于35%。因此有必要改进生物质发电的技术，提高生物质发电总体效率，增大生物质发电装机容量，降低传统污染物和温室气体的排放。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质气化发电的系统，将生物质以加压气流输送的方式送至加压气化炉气化，燃气经除尘、除焦油和净化后利用燃气轮机和余热锅炉联合循环发电，提高发电效率和系统的能量利用率。

为实现上述目的，本发明针对所存在的技术问题提出的解决方案为：提出一种新型生物质气化发电的系统——生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电技术，包括生物质进料、生物质气化、气体净化、燃气轮机发电、利用余热发电五部分。将生物质原料收集并预处理后，采用加压气流输送的进料方式送至气化装置，使原料输送压力与气化炉压力一致。气化炉采用加压多管式内循环流化床，通入空气进行气化，生物质在气化炉气化生成高温可燃气体，气化后剩余的灰及时排到炉外，同时通过热回收装置回收热量，降低生成气体的温度。生成的可燃气组分主要为CO、CH₄、H₂、CO₂等，同时含有少量焦油，需进行除尘和除焦油才可用于发电。净化后的气体进入燃气轮机发电机组发电，燃气轮机发电机组排出的高温烟气利用余热回收装置回收热量。发电设备的余热和气化炉出口高温燃气的显热通过余热锅炉和过热器产生蒸汽，推动蒸汽轮机转动进行发电。

具体方案如下：

一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统，包括原料斗、破碎机，常压料斗、变压仓、计量斗、空压机、加压气化炉、热回收装置、旋风分离器、回料阀、陶瓷多管除尘器、焦油分离器、焦油喷射器、回收装置、燃气净化器、燃气增压机、燃气轮机发电机组、余热锅炉和蒸汽轮机发电机组，其中：原料斗的下部连接破碎机用于生物质原料破碎，破碎后的颗粒依次通过常压料斗、变压仓和计量斗，并采用加压气流输送的进料方式从加压气化炉底部进入；同时空压机提供的压缩空气从底部加入加压气化炉内，生物质在加压气化炉中发生气化反应，生成高温的可燃气体，在加压气化炉的出口处设置热回收装置，利用水系统回收高温燃气显热，回收的热量通过余热锅炉产生蒸汽驱动蒸汽轮机发电，气化后剩余的灰及时排出炉外；降温后的燃气进入旋风分离器，除去气体中携带的固体颗粒，气固分离后收集的未反应残炭通过回料阀回到加压气化炉进一步反应；经过旋风分离器的燃气再通入陶瓷多管除尘器进行除尘，除尘后的燃气进入焦油分离器：分离出的焦油通过回收装置收集，或者通过焦油喷射器回到加压气化炉中进一步反应，这时需要空压机提供压缩空气对焦油进行雾化；分离出的燃气通入充填了活性炭的燃气净化器进行净化，除去气体中的HCL、H₂S、COS和超细微小颗粒；净化后的气体通过燃气增压机提高压力，使燃气压力和燃气轮机发电机组中的空压机压力一致，增压后的燃气被送至燃气轮机发电机组发电，发电后排出的高温烟气通过余热锅炉进行热回收，产生蒸汽并送至蒸汽轮机发电机组发电，形成联合循环发电，剩余尾气通过烟囱排出。

本发明所述的生物质气化联合循环发电技术，具有以下优点：

1、几乎不排放任何有害气体，对环境保护十分有利；

2、采用加压气流输送的给料方式，可以使输送压力与气化炉压力一致，避免出现反冲；

3、气化炉采用多管式内循环流化床，保证流化介质与燃料直接接触，蓄热量庞大，传热效果好，同时高分子成分（如焦油）可以被吸附再分解；

4、采用加压气化炉可以满足燃气轮机对压力的要求，同时单位面积上的燃料处理量增大，气化炉体积减小；

5、采用套管式急冷焦油分离器，焦油几乎被彻底分离。充填活性炭的燃气净化器使燃气的杂质彻底被清洗干净。

6、采用了燃气轮机和蒸汽轮机联合循环高效发电技术，提高了发电效率，发电净效率可达到35%以上，适用于大规模开发利用生物质能源。

附图说明

图1是本发明生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统示意图；

图中组件符号说明：

原料斗1，破碎机2，常压料斗3，变压仓4，计量斗5，空压机6，气化炉7，热回收装置8，旋风分离器9，回料阀10，陶瓷多管除尘器11，焦油分离器12，焦油喷射器13，回收装置14，燃气净化器15，燃气增压机16，燃气轮机发电机组17，余热锅炉18，蒸汽轮机发电机组19。

具体实施方式

如图1所示的一种新型的生物质发电的系统，气化规模在6～50MW，压力范围在常压到1.5MPa之间，包括生物质气化炉原料斗1，下部连接破碎机2用于生物质原料破碎，破碎后的颗粒粒径小于5mm，依次通过常压料斗3、变压仓4和计量斗5，采用加压气流输送的进料方式从加压气化炉7底部进入。

加压气化炉7采用多管式内循环流化床的形式，同时空压机6提供的压缩空气从底部加入气化炉7，生物质在气化炉7中发生气化反应，生成高温的可燃气体，在气化炉7出口处设置热回收装置8，利用水系统回收高温燃气显热，降低燃气温度，并通过余热锅炉18产生蒸汽，气化后剩余的灰及时排出炉外。

降温后的燃气进入旋风分离器9，除去气体中携带的固体颗粒，气固分离后收集的未反应残炭通过回料阀10回到气化炉7进一步反应。燃气再通入陶瓷多管除尘器11进行除尘，微细颗粒被基本清洗干净。除尘后的燃气进入焦油分离器12，焦油分离器12采用套管式急冷气液分离装置，外套冷却管内充填冷却介质（多孔质材料），连续或间歇通入液氮，使冷却器温度控制在0～-20℃。分离出的焦油可以通过回收装置14收集用作它途，也可以通过焦油喷射器13回到气化炉7中进一步反应，这时需要空压机6提供压缩空气对焦油进行雾化。分离出的燃气通入充填了活性炭的燃气净化器15进行净化，除去气体中的HCL、H2S、COS和超细微小颗粒。

净化后的气体通过燃气增压机16提高压力，使燃气压力和燃气轮机发电机组17中空压机压力一致。增压后的燃气被送至燃气轮机发电机组17发电，发电后排出的高温烟气通过余热锅炉18进行热回收，产生蒸汽并送至蒸汽轮机发电机组19发电，形成联合循环发电，剩余尾气通过烟囱排出。

Claims

1.一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，包括原料斗、破碎机，常压料斗、变压仓、计量斗、空压机、加压气化炉、热回收装置、旋风分离器、回料阀、陶瓷多管除尘器、焦油分离器、焦油喷射器、回收装置、燃气净化器、燃气增压机、燃气轮机发电机组、余热锅炉和蒸汽轮机发电机组，其中：

原料斗的下部连接破碎机用于生物质原料破碎，破碎后的颗粒依次通过常压料斗、变压仓和计量斗，并采用加压气流输送的进料方式从加压气化炉底部进入；

同时空压机提供的压缩空气从底部加入加压气化炉内，生物质在加压气化炉中发生气化反应，生成高温的可燃气体，在加压气化炉的出口处设置热回收装置，利用水系统回收高温燃气显热，回收的热量通过余热锅炉产生蒸汽驱动蒸汽轮机发电，气化后剩余的灰及时排出炉外；降温后的燃气进入旋风分离器，除去气体中携带的固体颗粒，气固分离后收集的未反应残炭通过回料阀回到加压气化炉进一步反应；

经过旋风分离器的燃气再通入陶瓷多管除尘器进行除尘，除尘后的燃气进入焦油分离器：分离出的焦油通过回收装置收集，或者通过焦油喷射器回到加压气化炉中进一步反应，这时需要空压机提供压缩空气对焦油进行雾化；分离出的燃气通入充填了活性炭的燃气净化器进行净化，除去气体中的HCL、H₂S、COS和超细微小颗粒；

净化后的气体通过燃气增压机提高压力，使燃气压力和燃气轮机发电机组中的空压机压力一致，增压后的燃气被送至燃气轮机发电机组发电，发电后排出的高温烟气通过余热锅炉进行热回收，产生蒸汽并送至蒸汽轮机发电机组发电，形成联合循环发电，剩余尾气通过烟囱排出。

2.根据权利要求1所述的一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述生物质原料破碎后的颗粒粒径小于5mm。

3.根据权利要求1所述的一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述加压气化炉采用多管式内循环流化床的形式。

4.根据权利要求1所述的一种生物质加压流化床气化燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述焦油分离器采用套管式急冷气液分离装置。