CN104033269A - 生物质燃烧发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物质燃烧发电装置，用于解决生物质发电成本高，污染大，可用生物质材料的范围过窄的问题。其技术方案是：该生物质燃烧发电装置包括生物质燃烧机(8)，温差发动机(17)，冷却器(24)，循环泵(25)，发电机(26)，电力控制系统(27)。其中，生物质燃料在生物质燃烧机(8)中进行燃烧，并向温差发动机(17)释放高温火焰和气体，又因为低温循环液从温差发动机(17)带走热量，使温差发动机(17)产生温差，从而产生动力输出，带动发电机(26)进行发电，所发电力经过电力控制系统(27)调整后向外输出。该装置可用于企业单位等的小范围发电；车载、船载、飞行器等移动平台发电；也可用于分布式并网发电。

Description

生物质燃烧发电装置

技术领域

本发明涉及一种生物质发电装置，尤其是生物质燃烧发电装置。

背景技术

现有生物质燃烧发电装置一般分为以下三种类型：

1.使用大型生物质锅炉，产生的蒸汽用来驱动蒸汽轮机，并带动发电机发电。

2.使用大型生物质气化系统，利用高温裂解的方法使生物质气化，后经过除焦、降温，过滤等工序后得到生物质燃气，生物质燃气在燃气轮机内燃烧，使燃气轮机产生动力，带动发电机进行发电。

以上两种生物质发电属于大型发电项目，所发电能一般提供给电网使用，主要缺点是，投资十分巨大，需要大量的基础建设，需要消耗大量淡水资源，另外还需要在适当的地方选择厂址，造成生物质材料收集范围过大，需要大量的费用投入到生物质收集和运输中，还需要建设很大的料场来囤积这些生物质原料，浪费了土地资源，对于生物质原材料还有很多限制，造成很多生物质资源的浪费。这些相关设备都十分巨大和复杂，前期投入和后期的维护成本都很高，从而推高了发电生产成本。

3.使用中小型生物质气化系统，利用高温裂解的方法使生物质材料气化，气化后，经过降温、除焦、过滤得到生物质燃气，然后将燃气输送到生物质燃气发动机内燃烧，使生物质燃气发动机工作，并带动发电机进行发电。这种设备属于中小型的生物质发电设备，所发电能主要用于企事业单位内部使用，或用于小范围内供电。这种类型设备的问题在于生物质裂解气化所需的设备比较复杂，投资较高，而且生物质裂解需要额外的能源来维持裂解所需要的高温，造成发电效率过低。并且对于生物质原材料的要求也十分苛刻，造成很多生物质资源的浪费。另外在气化过程中产生焦油等废弃物会污染环境。生物质发动机直接将生物质燃气吸入气缸燃烧做功，而生物质燃气在过滤过程后也不会十分纯净，还会混有一些焦油、粉尘颗粒、水汽、及其他杂质，经过一段时间使用，容易引起气缸损坏，而使发动机无法正常工作。

发明内容

为了解决大型生物质发电设备投资过大、占用场地面积过大、淡水资源消耗过大、维护成本过高、距离生物质原料地较远的弊端，以及中小型生物质气化发电系统，设备复杂，容易造成焦油污染，生物质燃气容易损坏生物质燃气发动机的弊端。而且它们都对生物质原料有很多限制，大大浪费了可用的生物质资源。该项发明专利提供了一种新型的生物质燃烧发电装置，该装置不但体积小，投资小，只占用很小的场地(也可以装载在车辆、船只、飞行器等移动平台上面)，可以直接在生物质产地周边很小的范围内进行投产(也可以移动式生产)，而且由于燃烧系统的高温气体并不进入发动机内部，所以燃烧系统形成的高温烟气并不需要除尘、过滤和冷却，也不会产生焦油等有害物质造成污染，所以该系统易于维护，且十分环保。对于生物质原材料的限制也很小，可以使用更多种类的生物质材料进行发电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：主要以生物质燃烧机作为热源驱动温差发动机工作，带动发电机进行发电。

一、所述生物质燃烧机(8)，是指可以燃烧固体生物质或气体生物质或液体生物质的多种生物质燃烧机的集合。根据这些生物质种类和品质的不同，而设计出的专门燃烧这些物质的设备。所述生物质燃烧机通过匹配不同量的助燃空气使这些生物质材料达到充分的燃烧并向特定方向释放高温火焰和高温烟气。其中固体生物质材料可以通过直接粉碎，或者制成颗粒，或者制成压块，或者制成打包块等形式通过特定的输送装置送入燃烧室和空气混合进行燃烧(气体性质的生物质材料则通过气体输送装置被送入燃烧室进行燃烧；液体生物质材料通过液体输送装置被送入燃烧室进行燃烧)，燃烧形成的烟气经过二次配风等装置与另一股助燃空气混合进行完全燃烧，因为这些空气是经过风机引入，具有正压力，能使燃烧形成的高温火焰烟气向着特定方向喷射，喷射位置为温差发动机的加热器。

二、所述温差发动机(17)，是指利用温差产生动力的一种换能装置。包括斯特林发动机、卡诺热机等，属于利用温差产生动力的换能装置都称为温差发动机。温差发动机常常用于欧美等国家的舰船或潜艇设备上，热源通常为放射性同位素的衰变热装置或者柴油与过氧化氢的燃烧系统，金属锂和六氟化硫的化学反应系统，以及常规的汽柴油燃烧系统。只要产生足够的温度差，该设备就能正常的运转，输出动力通常为几瓦至几千千瓦。

举例说明温差发动机的工作原理：

双活塞式温差发动机主要由冷腔(也叫压缩腔)、温差发动机冷却器(15)、温差发动机回热器(14)、温差发动机加热器(13)、和热腔(也叫膨胀腔)连通组成一个密闭空间，空间内有工质(一般为压缩气体)参与整个做功过程。冷腔内有可以做往复运动的冷活塞，热腔内有可以做往复运动的热活塞，他们都与各自的连杆连接，最后通过同一根曲轴和飞轮连接。热腔和热活塞，冷腔和冷活塞以及它们的连杆和曲轴和飞轮共同组成了温差发动机动力输出装置(16)。

工质经过加热器的加热膨胀做工，推动飞轮旋转，利用飞轮的惯性带动连杆推动热活塞和冷活塞做相应的运动，形成循环。这个循环过程中分别经历四个阶段：第一阶段实现等温压缩过程，第二个阶段实现等容加热过程，第三个阶段实现等温膨胀做功过程，第四个阶段实现等容冷却过程。

这四个阶段周而复始，驱动飞轮旋转，并向外输出动力。

除了上面所述的双活塞式温差发动机，另外还有配气活塞式温差发动机、斜盘传动式温差发动机等。

三、所述生物质，是指具有生物特征的物质或具有生物特征物质的附属物，以及具有生物特征的物质或具有生物特征物质的附属物经过物理或化学变化后形成的物质。例如：森林资源(薪炭林、速生林、以及其他木材等)、林业废弃物(在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等)、农作物秸秆(玉米秸秆、高粱秸秆、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等)、农业废弃物(玉米芯、稻壳，麦壳等)、城市废物、建筑材料废物(废术材、木模板等)、农林废弃物经过碳化后的形成物(木炭，碳粉等)、生物质用于工业生产后的废弃物(糠醛渣等)、食品生产中产生的废物(废油脂，酒糟，蔗渣等)、废物处理污泥等等、以及这类材料的混合物。禽畜粪便、生活垃圾等，另外由垃圾或者动物粪便等形成的沼气等生物质燃气，由生物质经过物理或者化学变化形成的具有可燃性的液体生物质(生物质液化油，生物质柴油，生物质燃料乙醇等)，都属于生物质范畴。我国是一个农业大国，生物质资源十分丰富，如加以有效利用，开发潜力将十分巨大。因为煤炭以及煤炭制品、石油以及石油制品、天然气以及天然气制品都是古代生物质经过物理和化学变化形成的，所述生物质进一步包括煤炭以及煤炭制品、石油以及石油制品、天然气以及天然气制品。

四、所述冷却器(24)，是指用来降低来自于温差发动机冷却器(15)循环液温度的换热装置。所述冷却器是水冷式冷却器或空冷式冷却器。有冷凝器，冷却塔等类型。还可以在冷却器内安装冷却器换热器(35)，来自于温差发动机冷却器(15)的循环液中含有较多热能，通过冷却器换热器(35)把循环液中的一部分热量带走，利用这些热量加热液态介质，被加热后的液态介质可以用于供暖、洗浴场合；也可以用来对生物质进行干燥处理；还可以 用来驱动低温温差发动机输出动力，被降低热量的循环液进入冷却器(24)的冷却装置中进行进一步冷却。

五、所述循环泵(25)，是使循环液在温差发动机冷却器(15)和冷却器(24)之间循环流动的装置。

六、所述发电机(26)，是指被所述温差发动机(17)所产生的动力带动进行发电的装置；

七、所述电力控制系统(27)是指对于所述发电机(26)所发电力经过调整后向外输出的装置，并且生物质燃烧发电装置启动时所需电力是由外部电力经过电力控制系统(27)调整后输送到生物质燃烧发电装置的各个用电环节，且在生物质燃烧发电装置运行过程中，装置中各个用电环节所需电力也由电力控制系统(27)负责管理。

以上各装置经过组合得到了生物质燃烧发电装置，其中，生物质燃料(9)在生物质燃烧机(8)中的燃烧室(10)内进行燃烧，燃烧所需要的一次助燃空气(6)由燃烧机一次助燃空气风机(3)提供；燃烧所需要的二次助燃空气(7)由燃烧机二次助燃空气风机(2)提供，这些助燃空气都来自于外界常温空气(1)，为了提高高温火焰和气体(12)的燃烧温度，这些助燃空气都经过空气预热器(4)后，变成高温助燃空气(5)，燃烧形成的高温火焰和气体(12)经由燃烧喷嘴(11)喷出，直接加热温差发动机(17)内的温差发动机加热器(13)，又因为循环泵(25)连续不断的将来自于冷却器(24)的低温循环液送入温差发动机冷却器(15)中，使温差发动机产生温差，促使温差发动机动力输出装置(16)产生动力输出，带动发电机(26)进行发电，所发电力经过电力控制系统(27)调整后得到所需的110V～380V电力输出(33)。没有被温差发动机加热器(13)吸收热量的烟气形成高温烟气(18)用来加热空气预热器(4)，没有被空气预热器(4)吸收热量的烟气形成中温烟气(19)，在换热器(20)中被进一步冷却，形成低温烟气(21)，再经过除尘过滤系统(22)后得到达标排放的低温烟气(23)。循环泵(25)所需的循环泵电源(28)、冷却器(24)所需的冷却器电源(29)、生物质燃烧机(8)所需的生物质燃烧机电源(30)；燃烧机二次助燃空气风机(2)所需的燃烧机用二次助燃空气风机电源(31)、燃烧机一次助燃空气风机(3)所需的燃烧机用一次助燃空气风机电源(32)都由电力控制系统(27)管理。生物质燃烧发电装置启动过程中需要的电力(34)也是外部电力经过电力控制系统(27)调整后输送到生物质燃烧发电装置的各个用电环节。

附图说明

图1是本发明的实施方式的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图中标号为：1.外界常温空气；2.燃烧机二次助燃空气风机；3.燃烧机一次助燃空气风机；4.空气预热器；5.高温助燃空气；6.一次助燃空气；7.二次助燃空气；8.生物质燃烧机；9.生物质燃料；10.燃烧室；11.燃烧喷嘴；12.高温火焰和气体；13.温差发动机加热器；14.温差发动机回热器；15.温差发动机冷却器；16.温差发动机动力输出装置；17.温差发动机；18.高温烟气；19.中温烟气；20.换热器；21.低温烟气；22.除生过滤系统；23.达标排放的低温烟气；24.冷却器；25.循环泵；26.发电机；27.电力控制系统；28.循环泵电源；29.冷却器电源；30.生物质燃烧机电源；31.燃烧机用二次助燃空气风机电源；32.燃烧机用一次助燃空气风机电源；33.110V～380V电力输出；34.生物质燃烧发电装置启动过程中需要的电力；35.冷却器换热器。

具体实施方式

实施例一：

参照附图1对本发明进一步说明。本发明是一种生物质燃烧发电装置，该生物质燃烧发电装置包括生物质燃烧机(8)，温差发动机(17)，冷却器(24)，循环泵(25)，发电机(26)，电力控制系统(27)等主要组成部分。另外还包括空气预热器(4)，换热器(20)，根据使用的生物质材料的不同，还可以安装除尘过滤系统(22)等附属装置。以下以生物质颗粒、压块燃料来说明该装置的工作过程。

生物质燃料(9)被放入生物质燃烧机(8)的燃料仓中，被螺旋进料器推入燃烧室(10)中，在燃烧室中与一次助燃空气(6)混合进行燃烧，由于一次助燃空气具有正压力，促使燃烧形成的火焰通过燃烧喷嘴(11)向外喷射，由于在燃烧喷嘴内有二次助燃空气(7)的出风口，所以促使燃烧形成的高温火焰和烟气在此获得更多的助燃空气，而得到更充分的燃烧，最终形成高温火焰和气体(12)向指定方向进行喷射。其中一次助燃空气(6)和二次助燃空气(7)都是高温助燃空气(5)，助燃空气中的高温是由外界常温空气(1)经过空气预热器(4)后得到的。

高温火焰和气体(12)被用来加热温差发动机加热器(13)。没有被温差发动机加热器(13)吸收热量的烟气形成高温烟气(18)用来加热空气预热器(4)，没有被空气预热器(4)吸收热量的烟气形成中温烟气(19)，在换热器(20)中被进一步冷却，形成低温烟气(21)，再经过除尘过滤系统(22)后得到达标排放的低温烟气(23)。

循环泵(25)把来自冷却器(24)的低温循环液送入温差发动机冷却器(15)用来降低其温度，使温差发动机冷却器(15)始终处于低温状态。循环液经过温差发动机冷却器(15)后又进入换热器(20)，用来冷却换热器(20)，最后循环液进入冷却器(24)释放掉自身携带的高温，被冷却器(24)降温后的循环液被循环泵(25)再次送入温差发动机冷却器(15)，进入下一次循环。冷却器(24)一般选择空冷或水冷等形式。

温差发动机(17)中由于温差发动机加热器(13)始终处于高温状态，而温差发动机冷却器(15)始终处于低温状态；产生的温差促使温差发动机动力输出装置(16)向外输出动力，带动发电机(26)开始工作，进行发电。所发电力经过电力控制系统(27)调整后向外输出。

电力控制系统(27)不仅负责向外输出电力，同时还负责整个生物质燃烧发电装置中各个用电环节的电力分配与管理。

实施例一可用于小范围发电。例如居民小区、驻地部队、企业单位(尤其是电解铝或者铸造等金属冶炼行业)等行业单位，该装置可以有助于降低企业用电成本，且节能环保。

实施例二：

本实例与实施例一原理基本相同，不同之处在于，本实施例采用的生物质燃烧机为气体生物质燃烧机，生物质原料为沼气等可燃气体。利用这些可燃气体燃烧产生的热量带动整个系统的运作。

实施例二可用于养猪场养鸡场等饲养企业或者用于垃圾填埋场，污水处理厂等单位，可以使用动物粪便或者垃圾进行发酵生成沼气，然后用沼气生物质燃烧机带动整个系统运作进行发电，可以为养殖企业内的饲料粉碎设备，饲料搅拌设备，饲料输送设备，换气设备，照明设备，加热设备，及其他用电设备提供电力支持，降低企业成本。

实施例三：

本实施例与实施例一原理基本相同，不同之处在于，本实例采用的生物质燃料为直接粉碎后的农业秸秆或者林业废弃物，通过液压辅助机构将直接粉碎后的生物质原料送入 燃烧室进行燃烧(省去了把生物质原料制粒、压块的过程)，利用其产生的热量带动整个系统运作。

实施例三可用于生产生物质颗粒或压块的企业，使用已有的生物质材料进行燃烧发电，用于生物质燃料的制粒或压块，从而降低用电量节省能源和开支，另外可利用系统中产生的余热作为烘干系统对生物质原料进行烘干。实施例三还可以用于农业灌溉等项目，降低能源消耗。

实施例四：

实施例四与实施例一的原理基本相同，不同之处在于，本实施例是安装在运输车辆上面，冷却器(24)一般选择空冷等形式，使用的生物质燃料为能量密度较高的固体或者液体燃料或者压缩气体燃料，系统开始运转所需电力由蓄电池或车载发电机提供。实施例四主要用于移动式供电，方便在没有电力供应的山区、丘陵、农田等地将周边的农林废弃物进行收集、粉碎、打包(或制粒、或压块)，或者其他有用电需求的缺电环境中。

实施例五：

实施例五与实施例一的原理和结构基本相同，不同之处在于，实施例五带有升压器等电力装置，把所发电力经升压后可输送至电网，达到分布式发电的目的。

实施例六：

实施例六与实施例一原理基本相同，不同之处在于，所用原料为生物质液体燃料(生物质液化油，生物质柴油，生物质燃料乙醇等)，所用生物质燃烧机为液体生物燃烧机，通过给液体生物质加压使其通过喷嘴在燃烧室内进行喷射燃烧，再通过二次助燃等使其产生高温火焰和气体，用来加热温差发动机(17)，进行发电。本实例主要用于可以得到廉价液体生物质燃料的地区。

实施例七：

实施例七与实施例一原理基本相同，不同之处在于，冷却器(24)内安装冷却器换热器(35)，来自于温差发动机冷却器(15)的循环液中含有较多热能，通过冷却器换热器(35)把循环液中的一部分热量带走，利用这些热量加热水等液态介质，被加热后的水等液态介质可以用于供暖、洗浴等场合；也可以用来对生物质进行干燥处理；还可以用来驱动低温斯特林发动机输出动力。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质燃烧发电装置，其特征在于，包括：

生物质燃烧机(8)，所述生物质燃烧机(8)是指通过对生物质的燃烧向特定方向释放高温火焰和高温烟气的装置；

温差发动机(17)，所述温差发动(17)是指利用温差产生动力的一种换能装置；

冷却器(24)，所述冷却器(24)是指用来降低来自于温差发动机冷却器(15)循环液温度的换热装置；

循环泵(25)，所述循环泵(25)是使循环液在温差发动机冷却器(15)和冷却器(24)之间循环流动的装置；

发电机(26)，所述发电机(26)是指被所述温差发动机(17)产生的动力带动进行发电的装置；

电力控制系统(27)，所述电力控制系统(27)是指对于所述发电机(26)所发电力经过调整后向外输出的装置；

其中，生物质燃料在生物质燃烧机(8)中进行燃烧，并向温差发动机(17)释放高温火焰和气体，又因为低温循环液从温差发动机冷却器(15)带走热量，使温差发动机(17)产生温差，从而产生动力输出，带动发电机(26)进行发电，所发电力经过电力控制系统(27)调整后向外输出。

2.根据权利要求1所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：进一步包括空气预热器(4)，所述生物质燃烧机(8)为了提高燃烧温度，需要的高温助燃空气(5)是外部空气通过空气预热器(4)与高温烟气(18)热交换得到的。

3.根据权利要求1所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：所述温差发动机(17)可以是斯特林发动机，是利用温差产生动力的一种换能装置。

4.根据权利要求1所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：所述生物质燃烧机(8)是可以燃烧固体生物质或气体生物质或液体生物质的多种生物质燃烧机的集合。

5.根据权利要求1所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：所述生物质是指具有生物特征的物质或具有生物特征物质的附属物，以及具有生物特征的物质或具有生物特征物质的附属物经过物理或化学变化后形成的物质。

6.根据权利要求5所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：因为煤炭以及煤炭制品、石油以及石油制品、天然气以及天然气制品都是古代生物质经过物理和化学变化形成的，所述生物质进一步包括煤炭以及煤炭制品、石油以及石油制品、天然气以及天然气制品。

7.根据权利要求1所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：所述冷却器(24)是水冷式冷却器或空冷式冷却器。

8.根据权利要求7所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：冷却器(24)中安装冷却器换热器(35)，来自于温差发动机冷却器(15)的循环液中含有较多热能，通过冷却器换热器(35)把循环液中的一部分热量带走，利用这些热量加热液态介质，被加热后的液态介质可以用于供暖、洗浴场合；也可以用来对生物质进行干燥处理；还可以用来驱动低温温差发动机输出动力，被降低热量的循环液进入冷却器(24)的冷却装置中进行进一步冷却。

9.根据权利要求8所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：进一步包括换热器(20)，为了进一步利用中温烟气(19)中的热量，在生物质燃烧发电装置中安装换热器(20)，来自于温差发动机冷却器(15)的循环液进入所述换热器(20)中进一步吸收中温烟气(19)中的热量后，进入冷却器换热器(35)释放热量。

10.根据权利要求1所述的一种生物质燃烧发电装置，其特征是：所述电力控制系统(27)是指对于所述发电机(26)所发电力经过调整后向外输出的装置，并且生物质燃烧发电装置启动时所需电力是由外部电力经过电力控制系统(27)调整后输送到生物质燃烧发电装置的各个用电环节，且在生物质燃烧发电装置运行过程中，装置中各个用电环节所需电力也由电力控制系统(27)负责管理。