CN106701203A - 基于有机朗肯循环的生物质气化发电余热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

基于有机朗肯循环的生物质气化发电余热回收利用系统，涉及生物质气化发电。涉及生物质气化发电。设有生物质给料机、鼓风机、料仓、气化炉、一级旋风分离器、二级旋风分离器、储灰室、工质过热器、气化气净化系统、引风机、储气柜、内燃机或燃气轮机发电机组、工质预热器、汽轮机发电机组、工质冷凝器、工质压缩机；是对现有生物质气化发电的过程余热，包括生物质气化气降温过程的物理热和内燃机或燃气轮机排烟的物理热，基于有机朗肯循环进行回收利用。

Description

基于有机朗肯循环的生物质气化发电余热回收利用系统

技术领域

本发明涉及生物质气化发电，尤其是涉及一种基于有机朗肯循环的生物质气化发电余热回收利用系统。

背景技术

随着全球能源危机的加剧，生物质能源的高效转换和清洁利用日益受到全世界的重视，开发和利用生物质能已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。生物质是植物通过光合作用而形成的有机物，是一种包括所有动植物和微生物的可再生能源。近年来，随着我国经济的不断发展，人民收入快速增长，生活水平稳步提高，广大农村开始逐渐使用天然气、电力作为主要用能，取代了传统的燃烧生物质为主的能源利用方式。用能形式的巨大转变使大量秸秆堆积在田间，这些秸秆通常采用露天焚烧的方式处理，不仅造成了严重的能源浪费，也带来了巨大的环保压力。生物质气化发电技术，将生物质气化与发电技术结合在一起，其中的生物质气化技术能够将废弃的农林生物质转化为富含CO、H₂的可燃气体，称之为生物质气化气，气化气经净化除尘和脱焦处理后，进入内燃机或燃气轮机中燃烧，带动发电机输出电力。一般地生物质气化气离开气化炉后的温度通常高达600℃以上，气化气将被引入到喷淋塔中，通过喷淋水直接将气化气冷凝至常温，这一过程有大量的物理热损失。在内燃机或燃气轮机中，排烟温度常高达500℃以上，如此高的排烟温度如果不进行回收利用的话，也是一种较大的能源浪费，降低了生物质气化发电技术的经济性。因此，通过合适的能量回收装置，将这两部分能量进行回收并用于发电，可以极大地提高生物质气化发电效率。

有机朗肯循环能够利用较低温度的热源，基于低沸点的有机工质，将这些低品位热能转化高品位的电能，从而可以将原来废气的低品位热能再生后以电能的形式输出。

中国专利CN102183010A公开一种具有烟气余热回收功能的生物质发电汽水系统。包括冷凝式凝结水加热器，冷凝式凝结水加热器包括外壳，外壳内设置有上下连通的交换腔和疏水腔，生物质锅炉的烟气出口与交换腔连通，交换腔中设置有竖向布置凝结水盘管且在交换腔的外壳上设置有上下布置的凝结水出口和凝结水入口，疏水腔的外壳上设置有上下布置的烟气出口和烟气冷凝水出口；凝结水出口接除氧器，凝结水入口接汽封加热器。该发明可及时排掉烟气冷凝水，增强了加热器的防积灰和耐腐蚀性能，节约的回热抽汽全用作发电。

发明内容

本发明的目的在于提供基于有机朗肯循环的生物质气化发电余热回收利用系统。

本发明设有生物质给料机、鼓风机、料仓、气化炉、一级旋风分离器、二级旋风分离器、储灰室、工质过热器、气化气净化系统、引风机、储气柜、内燃机或燃气轮机发电机组、工质预热器、汽轮机发电机组、工质冷凝器和工质压缩机；所述料仓与生物质给料机相连，生物质给料机与气化炉相连，鼓风机的入口与气化炉连接，气化炉的出口与一级旋风分离器的入口连接，一级旋风分离器的气体出口与二级旋风分离器的入口连接，一级旋风分离器和二级旋风分离器的灰出口与储灰室连接；二级旋风分离器的出口与工质过热器的气化气入口连接，工质过热器的气化气出口与气化气净化系统的入口连接，气化气净化系统的出口与引风机的入口连接，引风机的出口与储气柜的入口连接，储气柜的出口与内燃机或燃气轮机发电机组的入口连接，内燃机或燃气轮机发电机组的出口与工质预热器的入口连接，工质预热器的烟气出口排放尾气，工质预热器的工质出口与工质过热器的工质入口连接，工质过热器的工质出口与汽轮机发电机组的入口连接，汽轮机发电机组的出口与工质冷凝器的入口连接，工质冷凝器的出口与工质压缩机的入口连接，工质压缩机的出口与工质预热器的工质入口连接。

本发明是对现有生物质气化发电的过程余热，包括生物质气化气降温过程的物理热和内燃机或燃气轮机排烟的物理热，基于有机朗肯循环进行回收利用。具有以下主要特点：

1)利用内燃机或燃气轮机排放的烟气对有机朗肯循环工质进行预热，利用旋风分离器出口的高温气化气对工质进行过热，充分利用烟气和气化气的余热；

2)生物质气化气在内燃机或燃气轮机中燃烧后，排放的烟气温度达到400℃以上，经换热后降低至150℃以下，直接排放，充分利用了这部分能量；

3)生物质气化气从一级、二级旋风分离器离开后的温度通常超过600℃，通过工质过热器将热量传递给工质，气化气的温度降低至350℃，这样的温度可以保证气化气中的焦油不会冷凝，不会造成换热管道的结焦、阻塞；

4)生物质气化装置可以采用上吸式气化炉、下吸式气化炉、鼓泡流化床气化炉和循环流化床气化炉。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1)传统生物质气化技术难以大规模利用的重要原因是整体发电效率较低，本发明基于有机朗肯循环发电系统，充分利用内燃机或燃气轮机排放的烟气热量和高温气化气中的热量，能够显著提升系统的发电效率。

2)本发明的工艺设计合理，充分考虑了400℃以上的排放烟气温度和600℃以上的生物质气化气温度，将工质分别预热和过热，能够提升有机朗肯循环系统的发电效率，也就增加了系统的整体发电效率。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明实施例设有生物质给料机1、鼓风机2、料仓3、气化炉4、一级旋风分离器5、二级旋风分离器6、储灰室7、工质过热器8、气化气净化系统9、引风机10、储气柜11、内燃机或燃气轮机发电机组12、工质预热器13、汽轮机发电机组14、工质冷凝器15、工质压缩机16和尾气排放17；所述料仓3与生物质给料机1相连，生物质给料机1与气化炉4相连，鼓风机2的入口与气化炉4连接，气化炉4的出口与一级旋风分离器5的入口连接，一级旋风分离器5的气体出口与二级旋风分离器6的入口连接，一级旋风分离器5和二级旋风分离器6的灰出口与储灰室7连接；二级旋风分离器6的出口与工质过热器8的气化气入口连接，工质过热器8的气化气出口与气化气净化系统9的入口连接，气化气净化系统9的出口与引风机10的入口连接，引风机10的出口与储气柜11的入口连接，储气柜11的出口与内燃机或燃气轮机发电机组12的入口连接，内燃机或燃气轮机发电机组12的出口与工质预热器13的入口连接，工质预热器13的烟气出口排放尾气，工质预热器13的工质出口与工质过热器8的工质入口连接，工质过热器8的工质出口与汽轮机发电机组14的入口连接，汽轮机发电机组14的出口与工质冷凝器15的入口连接，工质冷凝器15的出口与工质压缩机16的入口连接，工质压缩机16的出口与工质预热器13的工质入口连接。

以下给出具体实施例。

实施例1

对于1～3MW的生物质气化发电装置，生物质物料为松木、杉木、杨木等各种林业产品的锯末或高粱、玉米、水稻等农业产品的秸秆，含水量低于30％，颗粒粒径小于20mm。生物质物料在生物质给料机1作用下进入到气化炉4，在800℃左右的温度下，生物质物料气化为生物质气化气，生物质气化气夹带着灰份、焦油离开了气化炉4，进入到了下游的一级旋风分离器5和二级旋风分离器6，在其中脱除掉大部分灰份后，进入到工质过热器8中，此时的生物质气化气温度保持在600℃以上，这一相对高品位的热能作为有机工质的过热来使用，生物质气化气经换热后进入到下游的气化气净化系统9，除掉气化气中的灰份和焦油后，在引风机10的作用下进入到储气柜11中储存，从储气柜11中出来的气化气进入到下游的内燃机12进行发电，排出的烟气大约在400℃以上，进入到工质预热器13中对工质进行预热后排到大气中，这一过程的发电效率大约在18％。

在有机朗肯循环发电中，工质经工质压缩机16压缩后，进入到工质预热器13中，充分吸收从燃烧尾气中获得的热量，工质离开工质预热器13后，进入到下游的工质过热器8中，进一步吸收从高温气化气中获得的热量，转化为高温高压的工质，进入到涡轮透平发电机组14中进行做功并转化为电力，工质离开涡轮透平发电机组14后转化为高温低压的工质蒸气，进入到工质冷凝器15中，将热量传递给冷凝水后转换为低温低压状态，进入到工质压缩机16中，这一过程的发电效率大约为3％。气化系统的总效率为21％。

实施例2

作为本发明的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：实施例1中的内燃机12更换成燃气轮机，连同发电机组输出电力，整个气化发电效率达到24％以上。

以下给出本发明的工艺操作说明：

1)料仓3中的物料在生物质给料机1的作用下进入到气化炉4中，并在鼓风机2鼓入空气的作用下发生气化反应，生成的生物质气化气离开气化炉4，进入到下游的一级旋风分离器5和二级旋风分离器6，在这两级分离器中脱除生物质气化气中的灰份，灰份在重力作用下落入到底部的储灰室7中。

2)生物质气化气离开二级旋风分离器6后进入到下游的工质过热器8中，将热量传递给从工质预热器13中流入的工质蒸气，并将工质蒸气转换为过热工质，离开工质过热器8的生物质气化气继续进入到气化气净化系统9，脱除气化气中含有的焦油和灰份，气化气离开气化气净化系统9后，在引风机10的作用下进入到储气柜11中存储，气化气离开储气柜11后进入到下游的内燃机或燃气轮机发电机组12中进行燃烧并产生电力，燃烧尾气进入到工质预热器13中，并将热量传递给从工质压缩机16中流入的工质，离开工质预热器13后的燃烧尾气排放至大气中。

3)工质经工质压缩机16压缩后，进入到工质预热器13中，充分吸收从燃烧尾气中获得的热量，工质离开工质预热器13后，进入到下游的工质过热器8中，进一步吸收从高温气化气中获得的热量，转化为高温高压的工质，进入到涡轮透平发电机组14中进行做功并转化为电力，工质离开涡轮透平发电机组14后转化为高温低压的工质蒸气，进入到工质冷凝器15中，将热量传递给冷凝水后转换为低温低压状态，进入到工质压缩机16中。

Claims (1)

1.基于有机朗肯循环的生物质气化发电余热回收利用系统，其特征在于设有生物质给料机、鼓风机、料仓、气化炉、一级旋风分离器、二级旋风分离器、储灰室、工质过热器、气化气净化系统、引风机、储气柜、内燃机或燃气轮机发电机组、工质预热器、汽轮机发电机组、工质冷凝器和工质压缩机；所述料仓与生物质给料机相连，生物质给料机与气化炉相连，鼓风机的入口与气化炉连接，气化炉的出口与一级旋风分离器的入口连接，一级旋风分离器的气体出口与二级旋风分离器的入口连接，一级旋风分离器和二级旋风分离器的灰出口与储灰室连接；二级旋风分离器的出口与工质过热器的气化气入口连接，工质过热器的气化气出口与气化气净化系统的入口连接，气化气净化系统的出口与引风机的入口连接，引风机的出口与储气柜的入口连接，储气柜的出口与内燃机或燃气轮机发电机组的入口连接，内燃机或燃气轮机发电机组的出口与工质预热器的入口连接，工质预热器的烟气出口排放尾气，工质预热器的工质出口与工质过热器的工质入口连接，工质过热器的工质出口与汽轮机发电机组的入口连接，汽轮机发电机组的出口与工质冷凝器的入口连接，工质冷凝器的出口与工质压缩机的入口连接，工质压缩机的出口与工质预热器的工质入口连接。