CN106761979A - 一种生物质能综合运转管控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质能综合运转管控系统，包括水洗塔、反应器、反应堆、主泵、锅炉、次泵、冷凝器、温度转换器A、发电机、水洗塔、重整塔、费托合成塔、精炼塔和蒸馏塔，所述反应器分别连接主泵和温度转换器A，温度转换器A还分别连接锅炉和重整塔，重整塔还连接水洗塔，水洗塔还连接反应堆，锅炉还分别连接蒸汽轮机和次泵，本发明生物质能综合运转管控系统将两个子系统完美地耦合起来形成一个联合系统，不但可以同时产生电力和液体燃料，生产方式清洁低碳，满足社会对于电力和液体燃料的需求，而且由于合理地分配了能量，其经济性也能大大增强，应用前景十分广泛。

Description

一种生物质能综合运转管控系统

技术领域

本发明涉及生物质能技术领域，具体是一种生物质能综合运转管控系统。

背景技术

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。f0oos〕林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、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;木材采运和加工过程中的枝“‘、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。

生物质能属可再生资源，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生，与风能、太阳能等同属可再生能源，资源丰富，可保证能源的永续利用。生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX,NOX较少。生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应。生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算，地球陆地每年生产1000 ^-1250亿吨生物质，海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于世界总能耗的10倍。生物质能源可以以沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等形式存在。

核能发电和生产工艺热技术是一项已经成熟的技术，而生物质能制备液体燃料也在工业中得到了很多的应用。目前，世界各国都开展了小型核反应堆技术的研发工作，其电功率一般在 100 ～ 300MW。使用生物质气化并采用费托合成制备液体燃料的技术在世界上已经得到工业应用和示范，每天处理 1000 吨左右的生物质大约需要 20MW 的能量，包括热能和电能。然而，这两项技术都是独立发展的技术，并没有现有技术能够将这两种独立技术结合成为一个联合系统。

2014 年 4 月，美国海军实验室发布了一种核能联合装置，其方法就是使用核能的能量，提取海水中的二氧化碳和氢气，再用于合成碳氢燃料。此外，使用核能制备氢气的技术在清华大学核能与新能源研究院也得到了研究。但是氢气不易储存，也并不能像液体燃料那样可以直接被大量现有工业设施使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质能综合运转管控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生物质能综合运转管控系统，包括水洗塔、反应器、反应堆、主泵、锅炉、次泵、冷凝器、温度转换器A、发电机、水洗塔、重整塔、费托合成塔、精炼塔和蒸馏塔，所述反应器分别连接主泵和温度转换器A，温度转换器A还分别连接锅炉和重整塔，重整塔还连接水洗塔，水洗塔还连接反应堆，锅炉还分别连接蒸汽轮机和次泵，蒸汽轮机还分别连接发带你家和温度转换器B，温度转换器B还连接冷凝器和精炼塔，重整塔还连接费托合成塔，费托合成塔还连接精炼塔。

作为本发明进一步的方案：所述反应堆选自高温气冷堆、钠冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水堆中的一种。

作为本发明进一步的方案：所述温度转换器A选自管式换热器、板式换热器、翅片式换热器中的一种 ；所述低温换热器选自管式换热器、板式 换热器、翅片式换热器中的一种。

作为本发明再进一步的方案：所述反应器选自上吸式气化反应器、下吸式气化反应器、固定床气化反应器、流化床气化反应器中的一种。

作为本发明再进一步的方案：所述锅炉为蒸汽发生器。

作为本发明再进一步的方案：所述精炼塔还连接精馏塔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明生物质能综合运转管控系统将两个子系统完美地耦合起来形成一个联合系统，不但可以同时产生电力和液体燃料，生产方式清洁低碳，满足社会对于电力和液体燃料的需求，而且由于合理地分配了能量，其经济性也能大大增强，应用前景十分广泛。

附图说明

图1是本发明的整体结构整体示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1，一种生物质能综合运转管控系统，包括水洗塔、反应器、反应堆、主泵、锅炉、次泵、冷凝器、温度转换器A、发电机、水洗塔、重整塔、费托合成塔、精炼塔和蒸馏塔，所述反应器分别连接主泵和温度转换器A，温度转换器A还分别连接锅炉和重整塔，重整塔还连接水洗塔，水洗塔还连接反应堆，锅炉还分别连接蒸汽轮机和次泵，蒸汽轮机还分别连接发带你家和温度转换器B，温度转换器B还连接冷凝器和精炼塔，重整塔还连接费托合成塔，费托合成塔还连接精炼塔。

反应堆选自高温气冷堆、钠冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水堆中的一种。

温度转换器A选自管式换热器、板式换热器、翅片式换热器中的一种 ；所述低温换热器选自管式换热器、板式 换热器、翅片式换热器中的一种。

反应器选自上吸式气化反应器、下吸式气化反应器、固定床气化反应器、流化床气化反应器中的一种。

锅炉为蒸汽发生器。精炼塔还连接精馏塔。

本发明的工作原理是：如图 1 所示为一种生物质能综合运转管控系统，包括核能子系统和生物质能子系统。核能子系统包括首尾依次连接的反应堆、高温换热器、蒸汽发生器 和主泵，所述主泵 连接反应堆，所述蒸汽发生器首尾依次连接蒸汽轮机、温度转换器B、冷凝器 和次泵 ；生物质能子系统包括首尾依次连接的生物质气化反应器、水洗塔、重整塔、费托合成塔、精炼塔和精馏塔 ；高温换热器 和所述重整塔 相连接，温度转换器B 和所述精炼塔相连接。蒸汽发生器 产生蒸汽推动蒸汽轮机 带动发电机 发电。

上述联合系统的功能是通过如下步骤实现的 ：步骤一 ：核能子循环，包括步骤 ：反应堆产生热量，进入高温换热器，经过换热后，剩余热量进入蒸汽发生器一次侧，换热后的热量通过主泵加压后，返回反应堆中进行加热，完成一个热力循环 ；蒸汽发生器 二次侧产生蒸汽推动蒸汽轮机 带动发电机 发电，蒸汽再进入温度转换器B，再经过冷凝器 放出热量后，通过二回路主泵 加压，返回蒸汽发生器 二次侧。步骤一在没有特殊状况发生时，始终处于额定功率运行。

步骤二：生物质能子循环，包括步骤 ：生物质气化反应器中生成气化气，经过水洗塔、重整塔、费托合成塔、精炼塔和精馏塔，生成生物质液体燃料，其中步骤一中的所述高温换热器 与所述重整塔 相连接用以供应热量，所述温度转换器B和精炼塔相连接用以供应热量。步骤二根据电网负荷的要求，调整生物质气化反应器 的产量以及高温换热器 和温度转换器B的载热量，以匹配电网的要求。

步骤三 ：重复执行步骤一和步骤二；

在图 1 中，核能子系统中的反应堆、高温换热器、蒸汽发生器 和主泵 串联，形成反应堆一回路系统。蒸汽发生器 的低温侧与蒸汽轮机、温度转换器B、冷凝器 和二回路主泵 串联，形成反应堆二回路系统。蒸汽轮机 带动发电机 发电。生物质能子系统中的生物质气化反应器中生成气化气，经过水洗塔、重整塔、费托合成塔、精炼塔和精馏塔，最终生成生物质液体燃料。气化气净化和重整所需要的热量由高温换热器 提供给重整塔，分馏精炼所需的低温工艺热由温度转换器B 提供给精炼塔。通过发电机 所产生的电力一部分传输给电网，另一部分供给生物质气化时的设备耗电。反应堆 的主要功能是提供发电和生物质能子系统中所需的热量，可以是高温气冷堆、钠冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆或超临界水堆等小型堆技术，其功率在 100 ～ 300MW，生物质能子系统采用生物质气化费托合成技术，对外部能量的需求在 10 ～ 50MW。本实施例中，核能和生物质能的功率能够进行合理的匹配，核能产生的高温工艺热(550～750℃)通过高温换热器，供给生物质能气化气净化与重整 ；核能的低温工艺热 (300 ～ 400℃ ) 通过低温换热器，提供生物质能费托合成后的分馏和精炼。

主泵 根据反应堆采用不同的堆型而有所变化，若反应堆采用水冷或液态金属冷却技术，如钠冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水堆等，则该部件为主泵 ；若反应堆采用气冷堆技术，主泵 亦被称为是主风机。无论是主泵还是主风机，该部件所起的作用都是为冷却剂提供压头，只是由于工质状态的不同而必须选用不同的设备。

高温换热器 主要是用于在高温条件下的换热，可以是选自管式换热器、板式换热器、翅片式换热器中的一种 ；温度转换器B 主要是用于在高温条件下的换热，也可以是选自管式换热器、板式换热器、翅片式换热器中的一种。

本实施例中，生物质能子系统中生物质的原料来源广泛，可以是农林业生产和加工过程中的废弃物，如农作物秸秆 ( 包括 ：玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸、稻壳和棉秆等 ) ；以及木材、木材废弃物等。生物质气化反应器 的种类对最终生物质液体燃料的性能无明显影响，只要能够实现生物质气化功能的反应器即可以适用。生物质气化反应器可以是选自上吸式气化反应器、下吸式气化反应器、固定床气化反应器、流化床气化反应器中的一种。

蒸汽发生器 产生蒸汽推动蒸汽轮机 带动发电机 发电，核能产生的电力可以提供给电网。生物质生成液体燃料后可以投入市场，生物质能子系统作为核能子系统的一个储能模块，当电网需求端发生变化时，核能子系统可以向生物质能子系统调整热量和电量的输出功率，从而在不改变核反应堆功率的情况下，迅速改变对电网的输电量。这种做法简单实用，调节功率速度快，完全避免了核反应堆变工况运行带来的诸如安全、变工况速度慢等各种问题。而生物质液体燃料由于储存方便，可以通过调整其产能来跟踪电网的负荷。由以上实施例可以看出，本发明的核能和生物质能联合系统，通过核能子系统产生的高温热量用于生物质能子循环中的生物质气化气净化和重整，低温热量用于生物质能子循环中生物质液体燃料的精炼，从而不但实现高品位热能得到高效利用，而且实现核能反应堆始终处于满功率运行的最经济运行状态。同时，生物质能子系统可以根据电网负载的变化进行调整，使得整个联合系统能够满足电网变负荷运行的要求。因此，通过本发明的技术方案将这两个子系统完美地耦合起来，形成一个联合系统。不但可以同时产生电力和液体燃料，生产方式清洁低碳，满足社会对于电力和液体燃料的需求，而且由于合理地分配了能量，整体系统的经济性显著增强。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种生物质能综合运转管控系统，其特征在于，包括水洗塔、反应器、反应堆、主泵、锅炉、次泵、冷凝器、温度转换器A、发电机、水洗塔、重整塔、费托合成塔、精炼塔和蒸馏塔，所述反应器分别连接主泵和温度转换器A，温度转换器A还分别连接锅炉和重整塔，重整塔还连接水洗塔，水洗塔还连接反应堆，锅炉还分别连接蒸汽轮机和次泵，蒸汽轮机还分别连接发带你家和温度转换器B，温度转换器B还连接冷凝器和精炼塔，重整塔还连接费托合成塔，费托合成塔还连接精炼塔。

2.根据权利要求1所述的一种生物质能综合运转管控系统，其特征在于，所述反应堆选自高温气冷堆、钠冷快堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水堆中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种生物质能综合运转管控系统，其特征在于，所述温度转换器A选自管式换热器、板式换热器、翅片式换热器中的一种 ；所述低温换热器选自管式换热器、板式 换热器、翅片式换热器中的一种。

4.根据权利要求2所述的一种生物质能综合运转管控系统，其特征在于，所述反应器选自上吸式气化反应器、下吸式气化反应器、固定床气化反应器、流化床气化反应器中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种生物质能综合运转管控系统，其特征在于，所述锅炉为蒸汽发生器。

6.根据权利要求1所述的一种生物质能综合运转管控系统，其特征在于，所述精炼塔还连接精馏塔。