CN105713678A - 多功能气化炉及联合循环能源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能气化炉及联合循环能源系统，属于气化炉领域，该多功能气化炉的周向配风装置和中央配风装置均朝向热反应区，且均由控制系统控制，出气口位于热反应区的下方。本联合循环能源系统包括多功能气化炉、太阳能光热发电系统、燃气内燃发电机组、蓄气罐、蓄热罐和变压站等。本发明以生物质、煤炭为燃料，经氧化还原反应生成可燃气体或生成活性炭，并使有害物质裂解成可燃气体，燃料多样化、热效率高，生成的燃气为清洁能源、能源品质优，可实现生物质气化和煤气化的大规模应用；利用多功能气化炉形成分布式能源系统，按用户的需求就地生产并形成能源供应体系，节能环保，实用性强、容易推广。

Description

多功能气化炉及联合循环能源系统

技术领域

本发明涉及气化炉领域，具体而言，涉及一种多功能气化炉及联合循环能源系统。

背景技术

生物质气化炉使用的燃料为农作物秸秆、林木废弃物、食用菌渣、牛羊畜粪及一切可燃性物质，是一种取之不尽，用之不竭的再生资源。而且生物质气化炉产生的生物质可燃气体，属于绿色新能源，具有强大的生命力。现在每个农户每天只需生物质燃料3-5公斤，利用生物质气化炉就可解决全天生活用热能(炊事、取暖、淋浴)，并且产生的生物质燃气可像石油液化气和天然气一样燃烧，发电和热能利用实现热电联产。可以改变我国农村烟熏火燎的生活方式，可以避免烧荒，取代传统柴灶，替代液化气，大大减少二氧化碳排放。

另外，自20世纪初以来，电力工业的发展是以大机组，大电厂和大电网为主。随着经济的发展与社会的进步，人类对能源的需求量越来越大，传统单一化，集中式能源系统有明显的不足，同时分布式能源系统由于具有能源利用率高的特点，而成为未来世界能源技术的重要发展方向。

虽然国内生物质气化炉技术多有报道，但是利用普通生物质气化炉燃烧生物质燃料，实现发电的技术，尚未见到应用很成功的案例。这是由于普通生物质气化炉不能实现大型化生产，而且对燃料要求高，热效率低，产生的焦油无法去除而限制了该项技术的大规模推广。

发明内容

本发明提供了一种多功能气化炉，以生物质、煤炭为燃料，经氧化还原反应生成可燃气体，还可通过控制温度和反应时间生产活性炭，并使有害物质裂解成可燃气体，可用燃料多样化、燃气产率大、热效率高，生成的燃气为清洁能源、能源品质优，可实现生物质气化和煤气化的大规模应用。

本发明还提供一种包含多功能气化炉的联合循环能源系统，利用多功能气化炉形成分布式能源系统，直接按用户的需求就地生产并形成能源供应体系，节能环保，实用性强、容易推广。

本发明是这样实现的：一种多功能气化炉，包括密闭的炉体和位于炉体外的控制系统，炉体的顶面设有进料口，炉体的底面设有出灰口，炉体内由上至下依次设置有布料装置、中央配风装置和除灰装置，中央配风装置和除灰装置之间的区域为热反应区，热反应区的周围设置有周向配风装置，周向配风装置和中央配风装置均朝向热反应区，周向配风装置和中央配风装置均与控制系统连接，炉体的侧面底部设置有出气口，出气口位于热反应区的下方。

进一步地，上述多功能气化炉还包括提供助燃的富氧装置、用于提供气化风和气化蒸汽的气化装置，富氧装置与气化装置均分别与中央配风装置、周向配风装置连接。

进一步地，上述多功能气化炉还包括燃气再循环装置，出气口与燃气再循环装置连接，燃气再循环装置分别与周向配风装置和中央配风装置连接。

进一步地，上述多功能气化炉还包括与控制系统连接的高温蒸汽配汽装置，炉体内位于除灰装置下方的区域为活化区，高温蒸汽配汽装置朝向活化区。

进一步地，上述进料口处设置有自动给料装置，自动给料装置与布料装置连接；出灰口设置有自动卸灰装置。

进一步地，上述布料装置包括活动布料平台，活动布料平台位于热反应区上方，活动布料平台可向下打开；除灰装置包括活动除灰平台，位于热反应区下方，活动除灰平台可向下打开。

一种包含多功能气化炉的联合循环能源系统，包括多功能气化炉、太阳能光热发电系统、燃气内燃发电机组、为用户提供燃气的蓄气罐、为用户提供热能的蓄热罐和为用户提供用电的变压站，多功能气化炉的出气口与蓄气罐连接，蓄气罐与燃气内燃发电机组连接，燃气内燃发电机组和太阳能光热发电系统均与变压站连接，燃气内燃发电机组还与余热锅炉换热器连接，余热锅炉换热器与蓄热罐连接。

进一步地，上述太阳能光热发电系统包括顺次连接的太阳能集热场、蒸汽发生蓄热器和发电系统，太阳能集热场和蒸汽发生蓄热器通过高温蓄热回路连接，发电系统与变压站连接。

进一步地，上述发电系统包括汽轮机发电系统、螺杆发电系统中的至少一种。

进一步地，上述发电系统包括螺杆发电系统，螺杆发电系统还与余热锅炉换热器连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明多功能气化炉的中央配风装置和除灰装置之间的区域分为热反应区，热反应区的周围设置有周向配风装置，周向配风装置和中央配风装置均朝向热反应区，且均与控制系统连接，炉体的侧面底部设置有出气口，出气口位于热反应区的下方。本发明以生物质、煤炭为燃料，经氧化还原反应生成可燃气体，还可通过控制温度和反应时间，生产活性炭，并使有害物质裂解成可燃气体，可用燃料多样化、燃气产气率大、热效率高，生成的燃气为清洁能源、能源品质优，可实现生物质燃气和煤气化燃气的大规模应用。

2、本发明联合循环能源系统包括多功能气化炉、太阳能光热发电系统、燃气内燃发电机组、蓄气罐、蓄热罐和变压站等，多功能气化炉的出气口与蓄气罐连接，蓄气罐与燃气内燃发电机组连接，燃气内燃发电机组和太阳能光热发电系统均与变压站连接，燃气内燃发电机组还与余热锅炉换热器连接，余热锅炉换热器与蓄热罐连接。本发明利用多功能气化炉形成分布式能源系统，直接按用户的需求就地生产并形成能源供应体系，节能环保，实用性强、容易推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了实施例提供的多功能气化炉的结构示意图；

图2示出了实施例提供的联合循环能源系统的结构框图。

具体实施方式

为说明本发明实施例的目的、使技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1所示，本实施例提供一种多功能气化炉100，包括密闭的炉体117和位于炉体117外的控制系统108，炉体117的顶面设有进料口101，炉体117的底面设有出灰口107，炉体117内由上至下依次设置有布料装置102、中央配风装置103和除灰装置105，中央配风装置103和除灰装置105之间的区域为热反应区113，热反应区113的周围设置有周向配风装置104，周向配风装置104和中央配风装置103均朝向热反应区113，周向配风装置104和中央配风装置103均与控制系统108连接，炉体117的侧面底部设置有出气口106，出气口106位于热反应区113的下方。对于多功能气化炉100，炉体117内由上至下分为燃料区112、热反应区113、气体分离区114和活化区115，燃料区112为布料装置102对应的区域，热反应区113包括氧化区和还原区，气体分离区114为除灰装置105对应的区域，活化区115为位于除灰装置105下方的区域。

多功能气化炉100的工艺过程为：燃料(包括生物质、煤炭等燃料)经进料口101进入燃料区112，经布料装置102均匀布料后，燃料均匀下落，进入热反应区113。中央配风装置103和周向配风装置104分别向热反应区113配风，控制系统108根据燃料量和燃料类型，控制配风中的氧气、气化剂、燃气再循环气的配比，实现精确配风(根据燃料情况和运行工况，中央配风装置103和周向配方装置可采用正压、正压负吸、负压或负压负吸的方法进行配风)，控制热反应区113的温度梯度和反应时间，使燃料充分氧化、还原形成生成－氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。而且，通过中央配风装置103和周向配风装置104的设置方式，通过燃气再循环可形成良好的可调节燃烧条件，并能使焦油、二恶英等有害物质在高温环境下有足够的停留时间裂解为可燃气体。最后可燃气体，连同燃烧残余物进入气体分离区114，燃烧残余物，即灰渣落在除灰装置105上，并最终由出灰口107排出，排到灰渣车内或直接落入皮带输送机；可燃气体由出气口106排出。

因此，多功能气化炉100及联合循环能源系统001以生物质、煤炭为燃料，经氧化还原反应生成可燃气体，通过控制温度和反应时间，生产活性炭，并使有害物质裂解成可燃气体，可用燃料多样化、燃气产气率大、热效率高，生成的燃气为清洁能源、能源品质优，可实现生物质燃气和煤气化燃气的大规模生产应用。独特的燃烧过桯可使有害物质如焦油和二恶英等裂解成可燃气体，整个系统没有烟筒，没有二氧化碳排放。

本实施例中，多功能气化炉100还包括提供氧气的富氧装置109、用于提供气化风和气化蒸汽的气化装置110，以及燃气再循环装置111。富氧装置109与气化装置110均分别与中央配风装置103、周向配风装置104连接。出气口106与燃气再循环装置111连接，燃气再循环装置111分别与周向配风装置104和中央配风装置103连接，使多功能气化炉100产生的可燃气体中抽出适当比例可燃气体再进入炉体117内，形成燃气再循环，提高燃气品质。

富氧装置109提供配风中的助燃氧气，气化装置110提供配风中的气化剂，燃气再循环装置111提供配风中的燃烧能量，通过富氧装置109、气化装置110和燃气再循环装置111的设置，通过配风，就能满足燃料充分燃烧反应的条件。控制装置根据燃料量，调节中央配风装置103的配风中的氧气含量、气化剂的含量和燃气再循环量，以及调节周向配风装置104的配风中的氧气含量、气化剂的含量和燃气再循环量，达到最佳燃烧温度和最佳调节精度，使燃料在热反应区113的氧化还原反应充分，使可燃气体热值最大化。

本实施例中，多功能气化炉100还包括与控制系统108连接的高温蒸汽配汽装置116，炉体117内为活化区115，高温蒸汽配汽装置116朝向活化区115。

当多功能气化炉100单纯生产可燃气体时，生物质或煤炭在热反应区113经过完全燃烧后，产生可燃气体和飞灰(燃烧残余物)，可燃气体由出气口106排出，飞灰落在除灰装置105上，除灰装置105向下打开。

当多功能气化炉单纯生产活性炭时，燃料在热反应区113通过控制温度使燃料处于碳原素烧失温度以下不完全燃烧，产生可燃气体和木炭或焦炭，落入活化区115。高温蒸汽配汽装置116用于提供使木炭充分活化的高温蒸汽，并使木炭或焦炭有足够的停留和反应时间生成活性炭，具体过程为：控制系统108控制高温蒸汽配汽装置116向活化区115提供含有高温水蒸汽的配汽，并通过调节配汽的温度，实现对活化区115反应温度的控制，在木炭或焦炭在向下移动的过程中，在高温蒸汽的活化作用下，增加比表面积，逐步活化生成活性炭，并由出灰口107排出，同时炉体117内生成的可燃气体经出气口106排出。

本实施例中，进料口101处设置有自动给料装置，自动给料装置与布料装置102连接；出灰口107设置有自动卸灰装置。自动给料装置可将燃料由进料口101自动输送到布料装置102，自动卸灰装置可将灰渣由出灰口107自动排出。

本实施例中，布料装置102包括活动布料平台，活动布料平台位于热反应区113上方，活动布料平台可向下打开。除灰装置105包括活动除灰平台，活动除灰平台位于热反应区113下方，活动除灰平台可向下打开。活动布料平台优选为旋转布料平台，活动除灰平台优选为旋转除灰平台。

燃料落到活动布料平台，经布料后，燃料均匀分散于活动布料平台，活动布料平台自动向下打开，燃料就会均匀落到热反应区113进行反应。反应产生的燃烧产物落到活动除灰平台上，活动除灰平台可直接将灰渣收集到一起，并由出灰口107排出，或者当燃烧产物需要进一步进行活化时，活动除灰平台自动向下打开，燃烧产物落入活化区115，充分活化后变成活性炭，最后由出灰口107排出。

参见图1和图2所示，本实施例还提供一种联合循环能源系统001，包括多功能气化炉100、太阳能光热发电系统200、燃气内燃发电机组400、为用户提供燃气的蓄气罐300、为用户提供热能的蓄热罐700和为用户提供用电的变压站600，多功能气化炉100的出气口106与蓄气罐300连接，蓄气罐300与燃气内燃发电机组400连接，燃气内燃发电机组400和太阳能光热发电系统200均与变压站600连接，燃气内燃发电机组400还与余热锅炉换热器500连接，余热锅炉换热器500与蓄热罐700连接。

太阳能光热发电系统200是利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。太阳能光热发电系统200受夜晚、阴雨天的局限，无法保证发电的连续性及电能品质，且只能借助蓄热原件和蓄能罐等来维持机组运转，但系该庞大，投资，运行，维护成本很高。

联合循环能源系统001可以实现单独运行或互为补充的运行方式解决以上问题，联合循环能源系统001主要由多功能气化炉100、太阳能光热发电系统200和燃气内燃发电机组400组成分布式能源系统，满足了发电机组连续、稳定、长周期运行的需要。分布式能源系统是相对传统的集中能源供给电系统而言的，传统的集中式能源供给系统采用大容量设备、集中生产，然后通过长距离的输送设施(大电网、大热网等)将能源输送给较大范围内的众多用户；而分布式能源系统则是直接面向当地用户，按用户的需求就地生产并供应能源，具有多种功能，可满足多重目标的中、小型能源转换利用系统，同时可大幅减少输电线损和热损耗。

联合循环能源系统001中的主要构成如下：

太阳能光热发电系统200：太阳能光热发电系统200包括太阳集热场和发电系统，其中太阳集热场由太阳能反射镜、集热器、跟踪装置、蓄热器等组成，是一种将太阳能光能转換成热能的系统；发电系统是将热能转换成电能的系统。

燃气内燃发电机组400：燃气内燃发电机组400包括可燃气体净化、燃机本体、发电机等，是将燃气热能转换成电能的系统。

公用系统：公用系统包括公众电网、局域电网、气用户和热用户。

联合循环能源系统001中的关键路径为：

1、太阳能光热发电系统200将太阳能转换为电能，输送到变压站600，然后进入公众电网和局域电网中，满足用户用电需求。

2、多功能气化炉100产生燃气，并输送到蓄气罐300中，蓄气罐300中的燃气输送至气用户，满足用户用气需求。

3、蓄气罐300中的燃气输送到燃气内燃发电机组400，燃气内燃发电机组400利用燃气发电，并输送到变压站600，该路径构成燃气内燃发电机组400发电时段，进一步满足用户用电需求。

4、燃气内燃发电机组400排气产生的热量进入余热锅炉换热器500，余热锅炉换热器500利用热交换产生蒸汽，蒸汽输送到蓄热罐700中，蓄热罐700中的热能输送至热用户，满足用户用热需求。

综上所述，联合循环能源系统001是利用多功能气化炉100形成的分布式能源系统，能同时实现供电、供气、供热，可直接按用户的需求就地生产并供应能源。

本实施例中，太阳能光热发电系统200包括顺次连接的太阳能集热场201、蒸汽发生蓄热器203和发电系统，太阳能集热场201和蒸汽发生蓄热器203通过高温蓄热回路202连接，发电系统与变压站600连接。发电系统包括汽轮机发电系统204、螺杆发电系统205中的至少一种。螺杆发电系统205还与余热锅炉换热器500连接。太阳能集热场201优选为太阳能槽式集热场。

太阳能光热发电系统200中，太阳能集热场201将太阳热能汇集到蒸汽发生蓄热器203，产生高温过热蒸汽并进入发电系统，发出电能送至变压站600，太阳能光热发电系统200的工作过程构成太阳能发电供热时段。

另外，当发电系统包括螺杆发电系统205时，余热锅炉换热器500将燃气内燃发电机组400排气产生的热能传递给螺杆发电系统205进行发电，实现联合循环能源系统001中的热能循环利用系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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)

1.一种多功能气化炉，其特征在于，包括密闭的炉体和位于所述炉体外的控制系统，所述炉体的顶面设有进料口，所述炉体的底面设有出灰口，所述炉体内由上至下依次设置有布料装置、中央配风装置和除灰装置，所述中央配风装置和所述除灰装置之间的区域为热反应区，所述热反应区的周围设置有周向配风装置，所述周向配风装置和所述中央配风装置均朝向所述热反应区，所述周向配风装置和所述中央配风装置均与所述控制系统连接，所述炉体的侧面底部设置有出气口，所述出气口位于所述热反应区的下方。

2.根据权利要求1所述的多功能气化炉，其特征在于，所述多功能气化炉还包括提供助燃的富氧装置、用于提供气化风和气化蒸汽的气化装置，所述富氧装置与所述气化装置均分别与所述中央配风装置、所述周向配风装置连接。

3.根据权利要求1所述的多功能气化炉，其特征在于，所述多功能气化炉还包括燃气再循环装置，所述出气口与所述燃气再循环装置连接，所述燃气再循环装置分别与所述周向配风装置和所述中央配风装置连接。

4.根据权利要求1所述的多功能气化炉，其特征在于，所述多功能气化炉还包括与所述控制系统连接的高温蒸汽配汽装置，所述炉体内位于所述除灰装置下方的区域为活化区，所述高温蒸汽配汽装置朝向所述活化区。

5.根据权利要求1所述的多功能气化炉，其特征在于，所述进料口处设置有自动给料装置，所述自动给料装置与所述布料装置连接；所述出灰口设置有自动卸灰装置。

6.根据权利要求1所述的多功能气化炉，其特征在于，所述布料装置包括活动布料平台，所述活动布料平台位于所述热反应区上方，所述活动布料平台可向下打开；所述除灰装置包括活动除灰平台，位于所述热反应区下方，所述活动除灰平台可向下打开。

7.一种包含权利要求1所述的多功能气化炉的联合循环能源系统，其特征在于，包括所述多功能气化炉、太阳能光热发电系统、燃气内燃发电机组、为用户提供燃气的蓄气罐、为用户提供热能的蓄热罐和为用户提供用电的变压站，所述多功能气化炉的所述出气口与所述蓄气罐连接，所述蓄气罐与所述燃气内燃发电机组连接，所述燃气内燃发电机组和所述太阳能光热发电系统均与所述变压站连接，所述燃气内燃发电机组还与余热锅炉换热器连接，所述余热锅炉换热器与所述蓄热罐连接。

8.根据权利要求7所述的联合循环能源系统，其特征在于，所述太阳能光热发电系统包括顺次连接的太阳能集热场、蒸汽发生蓄热器和发电系统，所述太阳能集热场和所述蒸汽发生蓄热器通过高温蓄热回路连接，所述发电系统与所述变压站连接。

9.根据权利要求8所述的联合循环能源系统，其特征在于，所述发电系统包括汽轮机发电系统、螺杆发电系统中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的联合循环能源系统，其特征在于，所述发电系统包括螺杆发电系统，所述螺杆发电系统还与所述余热锅炉换热器连接。