CN104629850B - 一种生物质发电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质发电装置及方法，生物质原料通过粉碎机粉碎后进入烘干设备进行烘干。烘干后的原料进入冷却器进行冷却。冷却后的原料通过预热器预热后进入生物质颗粒燃料成型机，制成生物质颗粒。生物质颗粒进入生物质颗粒燃烧设备，斯特林发电机进行加热。生物质颗粒燃烧设备排放的尾气通过燃烧机尾气处理器处理后，通过空气预热器对进入生物质颗粒燃烧设备的空气进行预热。本发明实现生物质颗粒和热电联产，能够高效的利用生物质原料以及在发电过程中产生的余热，在产生经济效益的同时，减轻秸秆焚烧引起的环境污染。
Description
技术领域
本发明属于生物质发电领域，具体涉及到一种生物质发电的装置及方法。
背景技术
我国的生物质资源非常丰富，据统计，每年仅农作物产生的秸秆量就达7亿吨。现有秸秆大约有1.45亿吨用作畜牧饲料，0.91亿吨用做还田肥料，0.14亿吨用作工业原料，1.8亿吨作为农民传统的生活燃料，剩余的秸秆几乎全部被焚烧，极大地浪费了生物质资源；秸秆焚烧产生的主要危害有：造成严重的大气污染，危害人体健康。引发交通事故，影响道路交通和航空安全。引发火灾。破坏土壤结构，造成农田质量下降。为此，利用生物质发电，不仅可以解决秸秆浪费和由于秸秆焚烧引起的环境污染问题；还可以实现节能减排，带动相关产业发展；并且还可增加农民收入和解决农民的就业问题。
生物质发电技术主要有生物质焚烧发电、生物质气化发电、生物质混燃发电和沼气发电。其中以生物质焚烧发电应用最为广泛。目前常用的生物质焚烧发电方式为生物质秸秆在锅炉中燃烧，产生蒸汽，驱动蒸汽轮机发电。这种方式特点是技术成熟，比较适合于原料容易收集的地区，装机容量比较大（>25兆瓦），但是也存在诸多问题。例如投资成本高(单位投资7519.77元/KW，30MW总投资约22559.3万元)、发电成本偏高、生物质秸秆燃料收购困难和运输成本高等问题。常通过热电联产来减低发电成本，但是由于生物质秸秆资源都是分布在离城市较远的农村等地区，导致将发电时产生的热水输送到人口密集的城市所需的运输或管道铺设费用偏高，因此导致无法通过热电联产来降低发电成本。另外一个问题是秸秆等生物质原料密度低，且具有季节性，因此在发电时需要大面积的原料堆积场地，如果原料比较潮湿，还会造成原料发霉，导致无法使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质发电装置及方法，以解决现有生物质焚烧发电设备投资高、发电成本高、发电热水无法充分利用和需要大面积原材料堆积场地的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种生物质发电装置，包括粉碎机、烘干设备、原料冷却器、原料预热器、生物质颗粒燃料成型机、生物质颗粒燃烧设备、发电机、第二空气预热器、燃烧机尾气处理器、热量收集器，所述粉碎机连接所述烘干设备，所述烘干设备连接所述原料冷却器，所述原料冷却器连接所述原料预热器，所述原料预热器连接所述生物质颗粒燃料成型机，所述生物质颗粒燃料成型机连接所述生物质颗粒燃烧设备，所述生物质颗粒燃烧设备连接所述发电机，所述生物质颗粒燃烧设备连接所述燃烧机尾气处理器，所述燃烧机尾气处理器连接所述第二空气预热器和热量收集器，所述热量收集器连接所述原料预热器，所述第二空气预热器连接所述生物质颗粒燃烧设备。
进一步的，还包括第一空气预热器、热风炉，所述原料冷却器和所述发电机连接所述热量收集器，所述热量收集器连接所述第一空气预热器，所述第一空气预热器连接所述热风炉，所述热风炉连接所述烘干设备。
进一步的，所述的烘干设备包括气流式烘干器或滚筒烘干器。
进一步的，所述发电机为斯特林发电机，所述斯特林发电机连接所述热量收集器。
进一步的，所述的生物质颗粒燃料成型机包括平模成型机或环模成型机。
进一步的，所述的生物质颗粒燃烧设备，包括生物质颗粒燃烧机或生物质锅炉燃烧器。
一种生物质发电方法，该方法步骤为：
步骤1生物质原料通过粉碎机粉碎；
步骤2粉碎后的原料加入烘干设备进行烘干处理；
步骤3从烘干设备出来的原料，加入原料冷却器进行冷却；
步骤4冷却后的原料进入原料预热器进行预热，原料预热器所需的热量来自于热量收集器；
步骤5预热后的原料送入生物质颗粒燃料成型机，压制成生物质颗粒燃料；
步骤6生物质颗粒燃料送入生物质颗粒燃烧设备，生物质颗粒燃烧设备燃烧颗粒，对斯特林发电机进行加热；
步骤7斯特林发电机发出的电，通过变压器对电网进行供电。
进一步的，所述步骤1所述的生物质原料包括农业废弃物和林业废弃物。
进一步的，所述步骤3所述的原料冷却器，使用水作为冷却介质，并通过风机排出原料冷却时挥发的水分。
进一步的，所述步骤4所述的热量收集器，包括高温池、中温池和冷水池，包括高温池、中温池和冷水池，所述高温池对所述原料预热器和所述第一空气预热器提供热水，所述冷水池对所述斯特林发电机提供冷水，所述原料预热器和所述第一空气预热器返回的水均进入中温池。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用斯特林斯特林发电机，具有结构简单、体积小和效率高优点，降低了投资成本。
（2）本发明采用发电时产生的余热，对原材料进行烘干和预热，降低了生物质颗粒成型时的能耗，实现余热的高效利用，降低了发电成本。
（3）本发明将松散的生物质原料压制成高密度的生物质颗粒，便于原材料存放，防止原料发霉，同时减少了原材料的存放面积。
附图说明
图1 本发明的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种生物质发电装置及方法，本发明的装置，包括粉碎机、烘干设备、原料冷却器、原料预热器、生物质颗粒燃料成型机、生物质颗粒燃烧设备、发电机、第二空气预热器、燃烧机尾气处理器、热量收集器、第一空气预热器、热风炉，所述粉碎机连接所述烘干设备，所述烘干设备连接所述原料冷却器，所述原料冷却器连接所述原料预热器，所述原料预热器连接所述生物质颗粒燃料成型机，所述生物质颗粒燃料成型机连接所述生物质颗粒燃烧设备，所述生物质颗粒燃烧设备连接所述发电机，所述生物质颗粒燃烧设备连接所述第二空气预热器，所述第二空气预热器连接所述生物质颗粒燃烧设备，所述原料冷却器、所述燃烧机尾气处理器和所述发电机连接所述热量收集器，所述热量收集器连接所述第一空气预热器，所述第一空气预热器连接所述热风炉，所述热风炉连接所述烘干设备。所述热量收集器通过热水对所述原料预热器供热。所述的烘干设备包括气流式烘干器或滚筒烘干器。所述发电机为斯特林发电机。所述的生物质颗粒燃料成型机包括平模成型机或环模成型机。所述的生物质颗粒燃烧设备，包括生物质颗粒燃烧机或生物质锅炉燃烧器。
所述粉碎机用于对生物质原料进行粉碎，所述烘干设备用于对原料进行烘干处理，所述烘干设备的热风来自于热风炉，所述热量收集器的热水通过第一空气预热器供热，对进入热风炉的空气进行预热，所述原料冷却器用于对原料进行冷却，所述原料冷却器的冷却水来自所述热量收集器，所述原料预热器用于对原料进行预热，所述热量收集器提供热量，所述生物质颗粒燃料成型机将原料压制成生物质颗粒燃料，所述生物质颗粒燃烧设备燃烧生物质颗粒燃料，对所述斯特林发电机进行加热，所述燃烧机尾气处理器通过第二空气预热器对手所述生物质颗粒燃烧设备中的空气进行预热。
本实施例的方法步骤按以下顺序进行：
将秸秆、树枝等农林废弃物通过粉碎机进行粉碎，粉碎后的粒度为小于10mm。
将潮湿的原料送入滚筒或气流式烘干机进行烘干，控制其水分在10%~15%之间。烘干时需要向烘干设备中送入热风，热风来自于热风炉。为了充分利用发电过程中的余热，将热量收集器中的热水导入到第一空气预热器的热交换器中，对进入热风炉的空气进行预热，通过这种方式节约热风炉的能源消耗。
烘干后的原料，由于表面存在游离水分，因此需要进行冷却，才能将水分从原料中析出。为了提高冷却效率和收集烘干原料中的热量，将烘干器中的出来的原料送入到冷却器中进行冷却。冷却时，将热量收集器中的冷水，送入到冷却器的热交换器中，热交换器对原料进行翻抛，从而对原料进行冷却。从原料中收集的热量返回到热量收集器中进行回收。
通过生物质颗粒燃料成型机加工成生物质颗粒之前，通过原料预热器对原料进行预热。理论研究表明，将生物质原料余热到一定的温度，可以使生物质原料中的木质素更容易软化，进而导致生物质原料更容易压制成型，并且降低压制过程中的能耗。预热的热量来自于热量收集器的高温水池。
预热后的原料送入生物质颗粒燃料成型机压缩成生物质颗粒。生物质颗粒燃料成型机可以是平模成型机或者是环模成型机。从成型机出来的生物质颗粒温度大约在50~100℃，为了充分利用热量，生物质颗粒无需冷却，直接送入到生物质颗粒燃烧设备进行燃烧。
生物质颗粒燃烧设备对生物质颗粒进行燃烧，燃烧时通过第二空气预热器对进入到燃烧设备的空气进行预热，预热的热量来自于燃烧设备排出的高温尾气。从燃烧设备喷出的高温火焰对斯特林发电机进行加热，驱动斯特林发电机进行发电。在斯特林发电机进行发电时，将热量收集器冷水池中的冷水输送到斯特林发电机，对斯特林发电机的冷却器进行冷却，维持斯特林发电机高温空间和低温空间的温差恒定不变，进而使发电机转速保持恒定，可以提高发电的质量，利于通过变压器将电压输送到电网。
本发明的热量收集器起到热量收集和分配的作用，由高温池、中温池和冷水池组成，收集器中具有水分配系统，该系统通过传感器自动判断三个水池的温度，进入到原料预热器和第一空气预热器的热水均来自于高温池，对斯特林发电机进行冷却的水来自于冷水池，而原料预热器和第一空气预热器返回的热水均进入中温池进行处理。
发电过程的中的灰分是高质量的肥料，可以收集起来加工成生物质肥料，销售给农民使用，进而提高收益，降低成本。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种生物质发电装置，其特征在于，包括粉碎机、烘干设备、原料冷却器、原料预热器、生物质颗粒燃料成型机、生物质颗粒燃烧设备、发电机、第二空气预热器、燃烧机尾气处理器、热量收集器，所述粉碎机连接所述烘干设备，所述烘干设备连接所述原料冷却器，所述原料冷却器连接所述原料预热器，所述原料预热器连接所述生物质颗粒燃料成型机，所述生物质颗粒燃料成型机连接所述生物质颗粒燃烧设备，所述生物质颗粒燃烧设备连接所述发电机，所述生物质颗粒燃烧设备连接所述燃烧机尾气处理器，所述燃烧机尾气处理器连接所述第二空气预热器和热量收集器，所述热量收集器连接所述原料预热器，所述第二空气预热器连接所述生物质颗粒燃烧设备。
2.根据权利要求1所述一种生物质发电装置，其特征在于，还包括第一空气预热器、热风炉，所述原料冷却器和所述发电机连接所述热量收集器，所述热量收集器连接所述第一空气预热器，所述第一空气预热器连接所述热风炉，所述热风炉连接所述烘干设备。
3.根据权利要求1所述一种生物质发电装置，其特征在于，所述的烘干设备包括气流式烘干器或滚筒烘干器。
4.根据权利要求1所述一种生物质发电装置，其特征在于，所述发电机为斯特林发电机，所述斯特林发电机连接所述热量收集器。
5.根据权利要求1所述一种生物质发电装置，其特征在于，所述生物质颗粒燃料成型机包括平模成型机或环模成型机。
6.根据权利要求1—5任意一项所述一种生物质发电装置，其特征在于，所述的生物质颗粒燃烧设备，包括生物质颗粒燃烧机或生物质锅炉燃烧器。
7.一种生物质发电方法，其特征在于，该方法步骤为：
(1)生物质原料通过粉碎机粉碎；
(2)粉碎后的原料加入烘干设备进行烘干处理；
(3)从烘干设备出来的原料，加入原料冷却器进行冷却；
(4)冷却后的原料进入原料预热器进行预热，原料预热器所需的热量来自于热量收集器；所述的热量收集器，包括高温池、中温池和冷水池，所述高温池对所述原料预热器和第一空气预热器提供热水，所述冷水池对斯特林发电机提供冷水，所述原料预热器和所述第一空气预热器返回的水均进入中温池；
(5)预热后的原料送入生物质颗粒燃料成型机，压制成生物质颗粒燃料；
(6)生物质颗粒燃料送入生物质颗粒燃烧设备，生物质颗粒燃烧设备燃烧颗粒，对斯特林发电机进行加热；
(7)斯特林发电机发出的电，通过变压器对电网进行供电。
8.根据权利要求7所述的一种生物质发电方法，其特征在于，所述步骤(1)所述的生物质原料包括农业废弃物和林业废弃物。
9.根据权利要求7或8所述的一种生物质发电方法，其特征在于，所述步骤(3)所述的原料冷却器，使用水作为冷却介质，并通过风机排出原料冷却时挥发的水分。
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