CN105368502B - 一种秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺 - Google Patents

一种秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明是一种秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺，其特征在于用秸秆类生物质流化床气化炉制得的热燃气作为锅炉的燃料，锅炉产生的蒸汽推动蒸汽轮机发电，同时得到电、炭、热三项目产品，工艺包括：生物质原料经切断成20‑30mm长以后若含水率大于20%则需要干燥至20%；再送入秸秆类多联产流化床气化炉进行气化；气化以后的热燃气通过燃烧器供燃气锅炉；秸秆炭通过收集系统冷却收集，加入多种化学肥料，再经过造粒成型干燥后制成炭基复合肥；锅炉蒸汽推动汽轮机进行发电、供热及其附属系统。优点：采用秸秆类等生物质作为原料，有利于秸秆类生物质资源化利用及保护环境；工艺运行稳定、热燃气燃烧热效率高、产品多样经济效益好、可规模化应用。

Description

一种秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺
技术领域
本发明涉及的是一种秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺，属于生物质能源和肥料领域。
背景技术
在能源和环境的双重压力下，大力开发清洁的可再生能源已成为摆在世界各国政府面前的一个非常紧迫的世界性课题。生物质能和其他新能源相比，具有可再生、污染少、可运输和储存、与现在能源工业最具相容性等特点，因而特别受到关注。中国是一个农业大国，农林生物质特别是秸秆资源丰富、数量巨大、品种多样性。在利好的政策背景下，生物质资源化利用在中国获得了长足的发展，但同时也产生工艺、装备上的很多问题。
以往的秸秆类流化床气化发电工艺及设备没有秸秆炭和肥产品。
秸秆是农业剩余物，在收获的季节，每家每户的农民都会有秸秆产生。在以前，秸秆可以用作农户家烧火烧炕的燃料，也可以用来当做饲料喂养牲畜，还可以沤肥还田，而现在，多数农村家庭炊事采暖也使用煤炭、燃气等燃料，方便省力，农民自己消纳秸秆的途径在逐步减少。每年到了秋收季节，也是秸秆焚烧的高峰期，污染环境，政府花了大量精力阻止百姓焚烧秸秆，但是屡禁不止，究其原因，秸秆不烧，留着没用，百姓头痛。政府也头痛，找不到资源化利用的好方法。
生物质气化作为生物质资源化利用中一种热化学转化的方法，在国内多所高校进行了深入研究。研究人员相继开发了很多气化发电工艺及装备。纵观当前生物质气化发电工艺及装备：产品单一，经济效益低；采用湿式净化系统，系统热效率低，产生水污染；由于净化不彻底采用内燃机及燃气轮机发电，维护成本高，系统稳定性差；生物质气化技术相关设备的研制及装备能力的不足，工业化的应用问题颇多。如武汉力人投资有限公司王良等人开发的专利《利用生物质发电的方法》、台湾黄家笙等人开发的专利《一种生物质能循环发电工艺及发电系统》：对原料要求极高，产品单一（没有秸秆炭）；采用湿式净化热损失多，同时增加深度水处理工艺；采用内燃机发电，稳定性差，无法工业化规模化使用。
现阶段国内所上秸秆气化发电项目，使用如下工艺：秸秆压块+固定床+气体净化装置+内燃机发电（燃气轮机）。这种系统运行过程中气化炉产出的可燃气中含有大量的粉尘和焦油，用于内燃机发电必须对可燃气进行深度净化，目前较好的可燃气净化方式是水洗加电捕焦，电捕焦对燃气中氧含量有要求，如超标可能会发生安全事故，这导致电捕焦法无法推广使用。可燃气经过水洗净化，确实去除了几乎全部的粉尘和可燃气，但还留有少量焦油，这部分少量焦油严重影响了内燃发电机的运行，使得内燃发电机稳定性、效率下降及维护费用提高，特别规模化上网发电无法稳定运行难以推广应用；这种工艺产品单一，经济效益差。
发明内容
本发明提出的是一种秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷。
本发明的技术解决方案：秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺，利用大规模气炭联产流化床气化炉，用秸秆类生物质气化制得燃气作为燃气锅炉的燃料，锅炉产生的蒸汽推动蒸汽轮机发电，同时得肥、热，具体工艺包括以下步骤：
1）秸秆类生物质原料的收集，切断成20-30mm，若含水率大于20%则
需要干燥至20%左右；
2）秸秆类生物质在皮带的输送下，通过螺旋进入气炭联产流化床气化
炉内，秸秆类生物质在700-850℃条件下气化产生可燃气，可燃气热值为1100-1200Kcal，温度600℃左右；
3）秸秆类生物质在气化过程中得到适合生产炭基复合肥的生物质秸秆炭，经工业分析：水分0.4%左右，灰分20%左右，挥发分12%左右，固定碳68%左右）；
4）热燃气经过导热油换热系统，将温度降到350℃左右；
5）350℃左右的热燃气，热燃气中含有焦油，焦油300℃以上为气态，可直接通入燃烧器供燃气锅炉使用；
6）燃气锅炉产生中温中压蒸汽推动汽轮机进行发电同时供热。
本发明的优点：
1）本工艺为电、炭、热三项产品，产品多样性，提高了经济效益；
2）气化系统产生的热燃气无需净化直接进入燃烧器燃烧，提高热效率、无再生污染；
3）发电系统由燃气锅炉提供蒸汽推动汽轮机发电，设备稳定大大提高，利于规模化生产；
4）锅炉烟气对用于气化的空气加热，充分利用余热，提高锅炉热效率。
附图说明
附图1是一种秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺流程图。
附图2是单机3MW以上的大规模气炭联产流化床气化炉结构示意图。
附图3是布气结构示意图。
图中的1是进料斗、2是进料螺旋、3是鼓风机、4是布气结构、5是炉体、6是一级出炭旋风器、7是二级出炭旋风器、8是带冷却的出炭螺旋、9是关风机、10是可燃气出口、11是气化剂进口、12是检查孔、13是布风帽、14是排渣口。
具体实施方式
对照图1，秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺，利用大规模气炭联产流化床气化炉，用秸秆类生物质气化制得燃气作为燃气锅炉的燃料，锅炉产生的蒸汽推动蒸汽轮机发电，同时得肥、热，具体工艺包括以下步骤：
1）秸秆类生物质原料的收集，切断成20-30mm，若含水率大于20%
则需要干燥至20%左右；
2）秸秆类生物质在皮带的输送下，通过螺旋进入大规模气炭联产流化
床气化炉内，秸秆类生物质在700-850℃条件下气化产生可燃气，可燃气热值为1100-1200Kcal，温度600℃左右；
3）秸秆类生物质在气化过程中得到适合生产炭基复合肥的生物质秸秆炭，经工业分析：水分0.4%左右，灰分20%左右，挥发分12%左右，固定碳68%左右）；
4）热燃气经过导热油换热系统，将温度降到350℃左右；
5）350℃左右的热燃气，热燃气中含有焦油，焦油300℃以上为气态，可直接通入燃烧器供燃气锅炉使用；
6）燃气锅炉产生中温中压蒸汽推动汽轮机进行发电同时供热；
所述的生物质秸秆炭，如棉杆经过测试每kg的秸秆炭中含钾53g、氮4.3g、磷2.6g，镁3.52g、微量元素铜0.015g、铁0.58g、锌0.11g，比表面积171m2/g。制成炭基复合肥还田后，可以产生如下效果：生物质炭还田不仅可以将土壤中紧缺的氮、磷、钾等大量元素返回到土壤中，而且还可以补充植物所必须的硅、钙、镁、钠、铜、铁、锌、锰、钼等中微量元素；生物炭的比表面积大、吸附力强，对肥料和农药有很好的缓释作用，是良好的缓释肥和控释肥，还田后大幅度的提高肥料利用率，减少肥料的用量；生物质炭还田，增加土壤孔隙度，降低土壤容重、改善土壤通气透水状况，提高土壤最大持水量，解决土壤板结的作用；生物炭还田解决土壤酸化问题(生物炭pH8-10)；生物炭还田增加土壤的含水量和保水能力，节水保水；生物炭还田，吸附土壤重金属，有效降低作物及食品中重金属含量。
所述的生物质原料包括麦秆、棉杆、玉米杆、稻壳等比重轻农林生物质。
所述的气化系统采用单机3MW以上的大规模气炭联产流化床气化炉所需的气化剂由燃气锅炉烟气余热通过空气预热器加热所得，其气化反应温度600-800度，产气量1.7-2.3m3/kg,得炭率15-25%。
对照图2，单机3MW以上的大规模气炭联产流化床气化炉，其结构是进料斗1下部与进料螺旋相连，进料螺旋2与炉体5连接，实现进料；鼓风机3与布风结构4相连，将热空气均匀鼓入气化炉；炉体5可燃气出口与一级出炭旋风器6、二级出炭旋风器7相连，一级出炭旋风器6、二级出炭旋风器7下部与带冷却的出炭螺旋8相连，出炭螺旋8与关风机9相连，最终得到冷却过的炭，可燃气从可燃气出口10抽出。
大规模气炭联产流化床气化炉，其特点：1）原有的工业流化床为了提高气化效率，物料在气化炉内的流化时间大约5-6秒，大规模气炭联产流化床气化炉为了得到可燃气的同时得到用于制作肥料的炭，调整了流化时间，调整后硫化时间为2-3秒。2）大规模气炭联产流化床在两级旋风器下部增加螺旋出料冷却系统（螺旋轴与外壳通水冷却），将高温炭冷却，不会遇到空气烧失。
实施例，
3MW以及3MW以上的一种秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺:秸秆类种生物质收集后，切片机切断成20-30mm长度，干燥水份20%以下，通过皮带输送、炉前料斗、螺旋送入炭气联产流化床气化炉，在鼓风机鼓入的热空气的作用下在750℃气化，气化产生可燃气（可燃气热值为1100-1200Kcal，温度600℃左右），热燃气通过导热油换热器进行冷却，冷却后可燃气的温度在350度左右，由耐高温引风机送入带有燃烧器锅炉内燃烧，产生蒸汽推动蒸汽轮机发电，汽轮机排出蒸汽余热用来供暖，其多联产流化床气化炉底部产生的生物炭经过内外轴通水螺旋输送系统冷却同时送出炉外收集，生物秸秆炭（工业分析：水分0.4%左右，灰分20%左右，挥发分12%左右，固定碳68%左右）与多种成份化学肥料结合生产出炭基复合肥。

Claims (1)

1.秸秆类流化床气化发电联产电、炭、热的工艺，其特征是利用大规模气炭联产流化床气化炉，用秸秆类生物质气化制得燃气作为燃气锅炉的燃料，锅炉产生的蒸汽推动蒸汽轮机发电，同时得炭基肥、热，具体工艺包括以下步骤：
1）秸秆类生物质原料的收集，切断成20-30mm，若含水率大于20%则需要干燥至20%；
2）秸秆类生物质在皮带的输送下，通过螺旋进入大规模气炭联产流化床气化炉内，秸秆类生物质在700-850℃条件下气化产生可燃气，可燃气热值为1100-1200Kcal，温度600℃；
3）秸秆类生物质在气化过程中得到生产炭基复合肥的生物质秸秆炭；
4）热燃气经过导热油换热系统，将温度降到350℃；
5）350℃的热燃气，热燃气中含有少量焦油，焦油300℃以上为气态，可直接通入燃烧器供燃气锅炉使用；
6）燃气锅炉产生中温中压蒸汽可推动汽轮机进行发电同时供热；
所述的生物质秸秆炭，棉杆原料产生棉杆炭工业分析：水分0.4%，灰分20%，挥发分12%，固定碳68%）每kg的棉杆炭中含钾53g、氮4.3g、磷2.6g，镁3.52g、微量元素铜0.015g、铁0.58g、锌0.11g，比表面积171m2/g；
所述的生物质原料包括麦秆、棉杆、玉米杆、稻壳比重轻农林生物质；
所述的燃气锅炉烟气余热通过空气预热器加热得到大规模气炭联产流化床气化炉所需的气化剂，其气化反应温度600-800度，产气量1.7-2.3m3/kg，得炭率15-25%；
所述的单机3MW以及3MW以上大规模气炭联产流化床气化炉，其结构是进料斗下部与进料螺旋相连，进料螺旋与炉体连接，实现进料；鼓风机与布风结构相连，将热空气均匀鼓入气化炉；炉体可燃气出口与一级出炭旋风器、二级出炭旋风器相连，一级出炭旋风器、二级出炭旋风器下部与带冷却的出炭螺旋相连，出炭螺旋与关风机相连，最终得到冷却过的炭，可燃气从可燃气出口抽出。
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