CN103574577B - 生物质高效能热电联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物质高效能热电联产系统,包括生物质供应装置、蒸汽发生装置和蒸汽发电机组，所述生物质供应装置通过输送带将生物质燃料输送至所述蒸汽发生装置内燃烧来产生蒸汽，所述蒸汽发生装置包括生物质燃烧器、蒸发器和蒸汽产生器，所述生物质燃烧器为蒸发器提供热气使蒸发器内的原料水蒸发为水蒸汽，所述蒸发器与蒸汽产生器连接，将蒸发器产生的水蒸汽输入蒸汽产生器内，所述蒸汽产生器的水蒸气输出口通过输送管与蒸汽发电机组的汽轮机连接。本发明有如下优点：即可以减少石化能源的消耗，又可减少有害气体的排放，同时可以增加当地农民的收入，增加农民就业；可节约燃料30%以上，成为可大规模开发利用的低成本、可再生清洁能源。

Description

生物质高效能热电联产系统

【技术领域】

本发明涉及发电技术领域，尤其是一种生物质高效能热电联产系统。

【背景技术】

新能源技术作为二十一世纪世界经济发展中最具影响的技术之一，人类最终将依靠新能源产业的发展来解决全球的能源危机和环境污染问题，实现可持续发展。国家鼓励的可再生能源中，最大一块就是生物质能的发电和利用，我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源为50亿吨左右。目前，可供利用开发的生物质能资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、谷壳、薪柴、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。面对经济发展中如影随形的高消耗、高污染和资源环境约束问题，近年来，中国开始寻求经济增长模式的全面转变，走节约型发展道路。循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以″减量化、再利用、资源化″为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对″大量生产、大量消费、大量废弃″的传统增长模式的根本变革。生物质能是一个重要的能源，预计到下世纪，世界能源消费的40％来自生物质能，我国有丰富的生物质能资源，我国农村能源的70％是生物质，仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护意识的加强，对生物质能的合理、高效开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。

目前，生物质气化或直燃发电的应用是洁净利用生物质能的有效方法之一，它可以在不产生污染的情况下把生物质能转化为电能，达到从低品位能源获取高品位能源的目的。特别是小型生物质气化发电工艺及发电系统，简单、灵活，比较容易推广应用。但在实际产业化过程中遇到很多现实问题，主要表现在如下几个方面：

(1)、系统利用效率偏低，一般只有15％左右，且系统不稳定，达不到效果；

(2)、发电过程中效率也不高，一般为30％左右，大部分的热量从尾气和冷却水中散失掉了。

综上，目前的生物质气化发电工艺及系统还存在很多问题没解决，电厂的运行费用过高，效率低下，如果不进一步提升效率，就很难商业化、产业化推广。

【发明内容】

本发明的目的在于克服以上所述的现有技术存在的不足，提供一种即可以减少石化能源的消耗，又可减少有害气体的排放，同时可以增加当地农民的收入，增加农民就业的生物质高效能热电联产系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：生物质高效能热电联产系统,包括生物质供应装置、蒸汽发生装置和蒸汽发电机组，所述生物质供应装置通过输送带将生物质燃料输送至所述蒸汽发生装置内燃烧来产生蒸汽，所述蒸汽发生装置包括生物质燃烧器、蒸发器和蒸汽产生器，所述生物质燃烧器为蒸发器提供热气使蒸发器内的原料水蒸发为水蒸汽，所述蒸发器与蒸汽产生器连接，将蒸发器产生的水蒸汽输入蒸汽产生器内，所述蒸汽产生器的水蒸气输出口通过输送管与蒸汽发电机组的汽轮机连接，用于带动蒸汽发电机组进行发电,

所述汽轮机排放的40-45摄氏度水蒸气经冷凝器换热后形成40-45摄氏度的冷凝水，所述冷凝水通过水泵输入的蒸汽发生装置内循环利用；所述冷凝器与冷却水塔连接形成冷却循环回路，所述蒸汽产生器与补充水源连接，用于补充生产蒸汽的原料水。

所述生物质燃烧器与氢氧发生器连接，用于提供燃烧空气总体体积5-10%的氢氧混合气体，以提高燃烧效率。

所述蒸发器的出口端与蒸汽产生器侧壁连接相通，所述蒸发器的入口端与所述蒸汽产生器的底端通过循环管连接相通；在所述蒸汽产生器内部顶端设置洁净丝网装置，所述洁净丝网装置将所述蒸汽产生器上段内部间隔成蒸汽输出空间和蒸汽产生空间，这样可以有效的对蒸汽进行过滤，减少液体的存在。

所述洁净丝网装置设置有水蒸气冒出口和水蒸气输出口，所述水蒸气冒出口和水蒸气输出口处于同一水平面，且所述水蒸气冒出口环绕于所述水蒸气输出口外侧，且在所述水蒸气冒出口设置过滤网，所述过滤网的滤孔的孔径0.2-2mm。

所述蒸汽产生器内设置汽液分离装置，用于分离蒸汽中的液体，用于回用产生新蒸汽。

所述蒸发器的输入口与第二级预热器的蒸汽输出口连接，所述第二级预热器的原料水输入口与第一级预热器的蒸汽输出口连接，所述第一级预热器的原料水输入口与供水泵连接；所以第一级预热器的热气输入口与所述和第二级预热器的冷却水输出口连接，所述第二级预热器的热气输入口与所述生物质燃烧器连接。

与现有技术相比，本发明有如下优点：即可以减少石化能源的消耗，又可减少有害气体的排放，同时可以增加当地农民的收入，增加农民就业;符合《京都议定书》清洁发展机制支持的范畴，因此，还可以通过碳减排交易，获得每度电￥0.08～0.10元的收入；使用使氢气混燃可节约燃料30%以上，成为可大规模开发利用的新型、低成本、可再生清洁能源。

【附图说明】

图1为本发明生物质高效能热电联产系统的管线架构图；

图2为本发明生物质高效能热电联产系统的生物质燃烧器结构示意图；

图3为本发明生物质高效能热电联产系统的生物质燃烧器的原来框图；

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

生物质高效能热电联产系统,如图1所示，包括生物质供应装置、蒸汽发生装置和蒸汽发电机组，所述蒸汽发电机组可以是汽轮机和蒸汽发电机组成，所述汽轮机带动蒸汽发电机发电。所述生物质供应装置通过输送带与所述蒸汽发生装置连接，将生物质燃料输入所述蒸汽发生装置内燃烧来产生蒸汽，所述蒸汽发生装置通过输送管与汽轮机连接，用于驱动汽轮机，带动蒸汽发电机组进行发电。所述蒸汽发生装置为生物质蒸汽发生装置，其可以产生44kg/cm²压力的450摄氏度的洁净热蒸汽，用于驱动汽轮机，所述汽轮机带动发电机发电。其中，生物质供应装置包括存储生物质燃料的仓库和用于输送生物质燃料的输送带，在输送带与蒸汽发生装置的生物质燃烧器之间设置粉碎装置，用于将生物质燃料粉碎、打散，以提高燃烧效果，减少污染物排放。所述粉碎装置可以现有设备，在此将不再累赘。所述生物质燃料可以是秸秆、树枝以及树叶等农林废弃物。为了便于存储，所述农林废弃物可以进行初步粉碎后压缩成饼状，且其烧热值达到3500kcal/kg。所述蒸汽发生装置包括生物质燃烧器、蒸发器和蒸汽产生器7，所述生物质燃烧器的接入蒸发器内用于加热蒸发器，使蒸发器内的原料水蒸发为水蒸汽，所述蒸发器与蒸汽产生器7连接，将蒸发器产生的水蒸汽输入蒸汽产生器内，在所述蒸汽产生器7内设置汽液分离装置9，用于分离蒸汽中的液体，用于回用产生新蒸汽。所述生物质燃烧器与氢氧发生器连接，用于提供助燃的氢气和氧气。所述氢氧发生器是利用水电解产生氢气和氧气的电化学设备，其一般包括电源系统、电解槽系统、汽水分离系统、冷却系统，控制系统和安全防回火系统；可以提供氢气和氧气分离的气体或者氢氧混合气体。本发明用于提供占燃烧空气总体体积5-10%的氢氧混合气体，以提高燃烧效率。所述氢氧混合气体中的氢气与氧气的体积比为2：1。且在生物质燃料为135kg/hr燃烧量时，所述氢氧混合气体的用量是260000kcal/hr。所述氢氧发生器应用布朗气原理，通过独特工艺在316不锈钢基材上电镀活性材料生产的电解极板，并研制出适用电解专用的高频电源新型电源，利用高电压集合电解技术对H₂O进行电解处理，产生符合充分燃烧要求的氢氧混合体，与传统能源相比，使用使氢气混燃可节约燃料30%以上，成为可大规模开发利用的新型、低成本、可再生清洁能源。所述汽轮机排放的40-45摄氏度水蒸气经冷凝器换热后形成40-45摄氏度的冷凝水，所述冷凝水通过水泵输入的蒸汽产生器7内循环利用，重新产生中温中压（44kg/cm²压力的450摄氏度）的水蒸气。其中，所述冷凝器与冷却水塔连接形成冷却循环回路，用于冷却。所述蒸汽产生器7与补充水源连接，用于补充生产蒸汽的原料水。所述蒸汽发生装置的生物质燃烧器产生的170摄氏度废气可以排放到大气，或者引用废气对上述冷凝水进行预热，已达到回收利用热能的目的。

所述蒸汽发生装置以废弃生物质制成的生物质为燃料，以恒压方式向蒸汽发电机组提供洁净蒸汽，并装设了完美的安全卸压装置，保护系统安全。如图2所示，所述蒸汽产生器7为一个用于与蒸发器1连接的罐体，所述蒸发器1与所述生物质燃烧器连接，用于吸收所述生物质燃烧器的热量，所述生物质燃烧器产生的中高温热气将经过蒸发器1的水加热成上450摄氏度的水蒸气。所述蒸发器1的出口端与蒸汽产生器7侧壁连接相通，所述蒸发器1的入口端与所述蒸汽产生器7的底端通过循环管11连接相通。在所述蒸汽产生器7内，与所述蒸发器1的出口端相连接的侧壁下端填充汽液分离装置9，用于将蒸汽中的部分液态水进行分离，然后在重力作用下低落至蒸汽产生器7的底端。所述汽液分离装置9可以是斜板式汽液分离器或者立式重力汽液分离器，其是产生洁净蒸汽的重要设备，可以有效提高汽轮机的工作效率。

在所述蒸汽产生器7内部顶端设置洁净丝网装置，所述洁净丝网装置将所述蒸汽产生器7上段内部间隔成蒸汽输出空间Ｉ和蒸汽产生空间Ｊ，这样可以有效的对蒸汽进行过滤，减少液体的存在。所述洁净丝网装置20设置有水蒸气冒出口5和水蒸气输出口4，所述水蒸气冒出口5和水蒸气输出口4处于同一水平面，且所述水蒸气冒出口5环绕于所述水蒸气输出口4外侧，且在所述水蒸气冒出口5设置过滤网，所述过滤网的滤孔的孔径0.2-2mm,这样可以得到非常洁净的水蒸气。所述水蒸气输出口4与水蒸气输出管6连接，将水蒸气输出到汽轮机内做功。所述水蒸气冒出口5和水蒸气输出口4是由与所述蒸汽产生器7内侧壁相连接的环形斜板和两块中心对称设置的斜板组成，所述水蒸气冒出口5和水蒸气输出口4为收窄设计，中心纵向剖视图呈三个漏斗形状。在所述蒸汽产生器7上设置泄压阀3，当所述蒸汽产生器7内压力超过规定压力时进行泄压，以保证安全。所述蒸汽产生器7的底端与供水泵10连接，用于补充原料水。在所述供水泵10与所述蒸汽产生器7的底端之间设置第一电磁阀。在所述蒸汽产生器7内的汽液分离装置9下部设置液位控制装置8，所述液位控制装置8控制第一电磁阀的开或者关。所述液位控制装置8可以是液位传感器。在所述生物质燃烧器与蒸发器1之间设置第二电磁阀2，所述第二电磁阀2与pc机（个人电脑）连接，用于调节控制所述蒸发器1蒸汽输入量。所述蒸汽产生器7底端通过循环管11与所述蒸发器1的入口端连接。所述蒸发器1与所述蒸汽产生器7之间的管道通过法兰连接固定。原料水通过供水泵10进入到汽液分离装置9下的蒸汽产生器7内，液位由液位传感器与PLC连接进行控制，生物质燃烧器产生高温热气则进入到蒸发器1的壳程中对管程中的原料水加热到蒸发温度，原料水就转变成了蒸汽，此蒸汽在洁净丝网装置20和汽液分离装置9的行程中通过重力作用将小液滴分离出去回到原料水中，进行重新蒸发，蒸汽就变成了纯蒸汽通过一个洁净丝网装置20后进入到蒸汽产生器7的顶部，通过输出管路纯蒸汽进入到汽轮机中。高温热气的调节使纯蒸汽的压力可以根据生产工艺的要求，通过调节第二电磁阀2可以稳定维持在用户设定的压力值。在原料水蒸发过程中，通过液位控制装置来控制料水的补给，使料水的液位始终维持在正常的水平，对于浓缩水可以在程序中设置间歇排放。

其中，所述蒸发器1与生物质燃烧器之间可以设置预热器，用于先将原料水预热，然后输入蒸发器1进行快速蒸发成为蒸汽。其中所述预热器最少可以设置两级，如图3所示，所述蒸发器1的输入口与第二级预热器14的蒸汽输出口连接，所述第二级预热器14的原料水输入口与第一级预热器13的蒸汽输出口连接，所述第一级预热器13的原料水输入口与供水泵10连接。其中，所述第一级预热器13的原料水输入口与供水泵10之间可以设置初级预热器，用于对原料水进行初步预热然后输入所述第一级预热器13进行一次蒸发，所述初级预热器与所述蒸发器1的冷却水出口连接，用于回收冷却水部分余热来加热原料水，这样可以充分利用热量。所以第一级预热器13的热气输入口与所述和第二级预热器14的冷却水输出口连接，所述第二级预热器14的热气输入口与所述生物质燃烧器连接，或者所述第一级预热器13和第二级预热器14可以安装于生物质燃烧器内或者与生物质燃烧连接，所述生物质燃烧器高温热气通过预热器内的排管将均匀的分布在排管表面的原料水蒸发。所述第二级预热器14、第一级预热器13和所述初级预热器实质上就是蒸发器,可以是升膜式蒸发器或者降膜式蒸发器，其结构为现有技术，在此将不在累赘。工作流程可以如下：原料水在第一级预热器13被生物质燃烧器产生高温热气或者第二级预热器14的冷却水加热进行一次蒸发，进入以后第二级预热器14被高温热气凝结水继续加热；最后在进入蒸发器1内完全蒸发，最后输入所述蒸汽产生器7经汽液分离装置和洁净丝网装置进行去除液态水后输出。原料水在所述第一级预热器13、第二级预热器14以及蒸发器1内均匀地分布进入蒸发列管，在蒸发列管内形成薄膜状的水流；这些水流因为薄所以很快被蒸发，分别产生一、二次蒸汽；未被蒸发的原料水被排到机外。被蒸发的原料水，继续在蒸发器1内盘旋上升，经过所述蒸汽产生器7后，作为纯蒸汽从水蒸气输出口4输出。高温热气在蒸发器1被原料水吸收热量后凝结成高温热气凝结水作为预热器的加热源,预热原料水最后从预热器不凝结水排放出口排出。微量纯蒸汽被冷凝取样器12收集，并经过与冷却水换热，冷却成为蒸馏水；经过电导率的在线检测，判断纯蒸汽是否合格。原料水转化成的二次蒸汽是洁净蒸汽，它经过三次分离作用：在最初进入蒸发器后，沿列管向下流动，同时蒸发，这是第一次分离；被蒸发的原料水（二次蒸汽）在蒸发器的下端180度折返，杂质在重力作用下，被分离到下部，这是第二次分离；被蒸发的原料水，即二次蒸汽，继续在蒸发器中盘旋上升，到中上部特殊分离装置处，进行第三次分离。在原料水有一种不能凝结成水的一部分气体，被称作不凝性气体，此部分不凝气体依自动化控制程度的不同，在蒸发器顶部设有不凝气体连续排放装置。

所述蒸汽发电机组可以采用高效率、高转速的汽轮机，速度高达12000rpm,机械内效率高达75%-80%。可根据蒸汽流量的波动改变输出功率，不致因蒸汽压力、流量的变动（50%变动率）而停机，大大提高可靠度及安全性。同时可设计抽气冷凝式作为热电联产，提高整体系统效率。机组配备性能优良的液压调速系统，完善的润滑和冷却系统，具有结构简单、坚固耐用，保护齐全、性能稳定、运行可靠、操作及维修方便等特点。配套的发电机组须采用无刷励磁技术制造并在容量上充分考虑到热带湿热气候的条件，保证长期可靠运行。

尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.生物质高效能热电联产系统,包括生物质供应装置、蒸汽发生装置和蒸汽发电机组，其特征在于，所述生物质供应装置通过输送带将生物质燃料输送至所述蒸汽发生装置内燃烧来产生蒸汽，所述蒸汽发生装置包括生物质燃烧器、蒸发器和蒸汽产生器，所述生物质燃烧器为蒸发器提供热气使蒸发器内的原料水蒸发为水蒸汽，所述蒸发器与蒸汽产生器连接，将蒸发器产生的水蒸汽输入蒸汽产生器内，所述蒸汽产生器的水蒸气输出口通过输送管与蒸汽发电机组的汽轮机连接；所述蒸发器的出口端与蒸汽产生器侧壁连接相通，所述蒸发器的入口端与所述蒸汽产生器的底端通过循环管连接相通；在所述蒸汽产生器内部顶端设置洁净丝网装置，所述洁净丝网装置将所述蒸汽产生器上段内部间隔成蒸汽输出空间和蒸汽产生空间；所述洁净丝网装置设置有水蒸气冒出口和水蒸气输出口，所述水蒸气冒出口和水蒸气输出口处于同一水平面，且所述水蒸气冒出口环绕于所述水蒸气输出口外侧。

2.按照权利要求1生物质高效能热电联产系统，其特征在于，所述汽轮机排放的水蒸气经冷凝器换热后形成冷凝水，所述冷凝水通过水泵输入的蒸汽发生装置内循环利用；所述冷凝器与冷却水塔连接形成冷却循环回路，所述蒸汽产生器与补充水源连接。

3.按照权利要求1生物质高效能热电联产系统，其特征在于，在所述水蒸气冒出口设置过滤网，所述过滤网的滤孔的孔径0.2-2mm。

4.按照权利要求1生物质高效能热电联产系统，其特征在于，所述蒸汽产生器内设置汽液分离装置。

5.按照权利要求4生物质高效能热电联产系统，其特征在于，所述蒸发器的输入口与第二级预热器的蒸汽输出口连接，所述第二级预热器的原料水输入口与第一级预热器的蒸汽输出口连接，所述第一级预热器的原料水输入口与供水泵连接；所以第一级预热器的热气输入口与所述第二级预热器的冷却水输出口连接，所述第二级预热器的热气输入口与所述生物质燃烧器连接。