CN107044634A - 利用生物质燃烧实现循环发电的co2蓄能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，该CO2蓄能装置用于将低压液态CO2流体直接吸收生物质燃烧产生的高温热能蓄能转化为超临界CO2流体；其包括生物质炉、CO2蓄能机构、逆止阀、调节阀；CO2蓄能机构固定在生物质炉内或镶嵌于内壁耐火材料中，逆止阀、调节阀均设置于生物质炉外，逆止阀与CO2蓄能机构进口相通；调节阀与CO2蓄能机构出口相通；CO2蓄能机构是以CO2流体作为工作介质的蓄能机构。该装置以我国广阔乡村就地利用大量产生的可再生低碳生物质燃料为能源，将低温CO2流体蓄能为高压热态超临界CO2流体后供CO2发电机组发电，结构简单、自耗能低、投资低、运行成本低。
Description
技术领域
本发明涉及低碳与能源利用设备的技术领域，具体涉及一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置。
背景技术
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因。我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源作为能源结构。随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO2排放具有增长快、总量大的特点。为应对气候变化发展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成为人们的共识，生物质发电、超临界二氧化碳发电等已受到广泛关注。
目前，现有的生物质发电系统庞大、投资也很高，不适宜于地域广大而分散的乡村，加之运输成本问题不宜远距离运输，导致大量的生物质如秸秆、稻草等被遗弃或就地焚烧，严重污染环境，也影响空中飞行安全。虽然各级政府年年依法严查督办，但大量的生物质仍被电费昂贵且缺电的乡村就地焚烧，造成大区域空气污染且影响航空安全。因此一种适应于广大乡村的生物质发电装置的需求应运而生。另外，因广阔乡村的生活/生产之所需，投资仅数千元至数十万元不等的各类中小型燃煤沸腾炉、燃煤炉排炉、盘式炉、及以高硫石煤为燃料的改进型沸腾炉在广大乡村乃至乡镇县城上得以普遍采用，也加剧了环境污染。
随着CCS技术的发展，超临界二氧化碳发电系统即一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统已受到广泛关注，超临界二氧化碳发电系统主要包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础。其循环过程中的循环介质为二氧化碳，在全循环过程中，二氧化碳均处于超临界状态，不发生相变，循环过程为超临界二氧化碳经压缩机升压——用换热器等压加热二氧化碳工质——工质进入涡轮机推动涡轮做功带动电机发电——工质进入冷却器——再进入压缩机形成闭式循环。相比传统的热能发电系统，二氧化碳发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面均表现出显著的优势。目前采用的超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，能满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但机构复杂，投资大，一套获取热能的换热装置高达数千万美元，这与我国广阔乡村的经济环境条件极不匹配。
为有效利用我国广阔乡村大量产生的可再生低碳生物质能源，化污染为清洁能源，促进环境保护，迫切需要结合广大乡村使用各类中小型燃煤沸腾炉、燃煤炉排炉、盘式炉的具体情况，开发一种简单、安全、低投资的易为广大村镇所接受的以生物质燃烧的热能为能源的 CO2蓄能装置，以便在广阔的村镇推广碳减排CCS技术的超临界CO2发电技术，满足广大乡村生活/生产的用电需求。
CN201610589220.1公开一种生物质热风炉，包括炉体、进料装置、炉膛鼓风机及置于所述炉体内的炉膛，所述炉膛至上而下包括炉顶、炉胆及炉膛底座、所述炉膛底座包括：炉排、炉膛进风管、清灰门及检修人孔，所述炉膛进风管一端延伸出炉体并与所述炉膛鼓风机相连；所述炉体内设有换热腔室，在所述换热腔室内设有与炉膛联通的换热装置，所述换热装置包括多组从左至右垂直分布的翅片烟管、上、下烟箱，所述翅片烟管的上、下两端分别连接于上烟箱及下烟箱，在所述上烟箱及下烟箱内设置间隔分布有侧封板，以形成迂回的火烟流通回路；所述炉体侧面设有多个进风口及多个出风口，在所述换热腔室内设有多个挡风板，所述挡风板一侧与炉体侧面连接密封，另一侧与炉体侧面的相对面之间设有热风流通转弯间隙，所述相邻的两个挡风板之间错位分布，以形成迂回的热风回路。该装置采用热风风机进行换热，在实际运用中效率不足，具有一定的局限性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明有必要提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，以我国广阔乡村就地利用大量产生的可再生低碳生物质燃料为能源，直接利用生物质燃料燃烧产生的600℃～1500℃高温辐射和传导热能将低压CO2流体蓄能为高压热态超临界 CO2流体后供CO2发电机组发电，该装置结构简单、自耗能低、投资低、运行成本低。
一方面，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述CO2蓄能装置，用于将液态CO2流体直接吸收生物质在生物质炉燃烧产生的废弃余热或高温热能蓄能转化为高温高压高能量密度的超临界CO2流体；包括生物质炉、CO2蓄能机构、逆止阀、调节阀；所述CO2蓄能机构固定在生物质炉内或镶嵌于内壁耐火材料中，所述逆止阀、调节阀均设置于生物质炉外，所述逆止阀与CO2蓄能机构进口相通；所述调节阀与CO2蓄能机构出口相通；
所述CO2蓄能机构是以CO2流体作为工作介质的热交换器。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述CO2蓄能机构与生物质炉外壁之间设置保温层。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述生物质炉包括村镇中应用的以生物质为燃料的沸腾炉、炉排炉、盘式炉、层燃炉中的至少一种。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述生物质炉还包括高温区、燃料口、进风口、点火口、出灰口、出烟口和预热区；所述燃料口、进风口、点火口、出灰口均设置在预热区；所述高温区与预热区相邻设置。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述的生物质炉包括夹套式或改进型生物质炉，具体包括沸腾炉、盘式炉、炉排炉、层燃炉中的一种或多种。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述CO2蓄能机构包括板式热交换器、箱式热交换器、夹套式换热器、盘式空心管热交换器、螺旋绕管式空心管热交换器、列管式热交换器中的至少一种。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述CO2蓄能装置还包括温压感应器和安全阀，所述温压感应器和安全阀设置于CO2蓄能机构出口处。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述CO2蓄能装置还包括支吊架，CO2蓄能机构通过支吊架固定在生物质炉内。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述生物质包括农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便等诸多生物质中的至少一种，例如秸秆、稻草、枝、叶等适合燃烧的生物质。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述废弃余热或高温热能包括生物质燃烧产生的600℃～1500℃强辐射和传导热能。
进一步地，本发明的目的在于提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，所述CO2蓄能装置通过节流阀外接CO2发电装置。
本发明的CO2蓄能装置简单高效、应用安全，可有效地将二氧化碳进行热交换，吸收各装置中的高温热能。
相比现有技术，具有如下有益效果：
1)本发明提供的利用生物质燃烧的热量实现二氧化碳循环蓄能的装置，可运用村镇现有的各类生物质炉对村镇现有的生物质进行燃烧，利用低温液态CO2流体进行蓄能，用于实现二氧化碳循环发电，能够高效回收热能量，具有较高的热效率，有效存储并利用富余的能量，实现能量的灵活调节利用。
2)本发明提供CO2蓄能装置能有效利用生物质燃烧所得的热能和辐射热，通过蓄能变成高温高压高能量密度的超临界流体，利于热能循环使用供给发电，可有效利用600℃～1500℃强辐射和传导热能，实现有效利用村镇现有的生物质，减少村镇每年将大量生物质直接燃烧带来的污染，也能有效的满足村镇对用电需求同时降低用电费用，减少生物质燃烧强烈热辐射带来的污染，为广大村镇推广超临界CO2发电技术满足生活/生产及创收之所需提供了所需热能的基础装备。
3)本发明有效利用村镇现有的生物质炉，符合我国广阔乡村的经济环境需求，匹配我国实际国情，生物质炉中生物质燃料燃烧产生的灰渣为优质农肥，实现资源的循环利用，为促进广大乡村经济的发展、乡村的就业和创业，增加乡村收入和社会财富提供了关键的装备技术。
4)本发明提供的CO2蓄能装置结构简单，可直接设置在生物质炉上，通过CO2蓄能装置中CO2流体直接吸收热能和强辐射热能实现对热能的回收和利用，解决高温强辐射热对生产设备的烧蚀问题，延长生产设备的实用寿命，改善设备的工作环境，改善环境热污染危害。
5)本发明装置能解决目前生物质燃烧对环境造成的废气、废热和粉尘污染，有效实现减排和低碳生产。且二氧化碳无毒，不易燃，密度高且热容高，可以回收循环重复利用，无污染且节约能源，工作稳定性高，使用寿命长，实用性强，环境友好。
附图说明
图1为实施例1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置的结构示意图。
图2为实施例2所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置的结构示意图。
图3为实施例3所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置的结构示意图。
图4为实施例4所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置的结构示意图。
图5为实施例5所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置的结构示意图。
图6为实施例6所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置的结构示意图。
图7为实施例7所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置的结构示意图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不受下述实施例的限定。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，生物质炉 1为沸腾炉、CO2流体蓄能机构2、逆止阀3、调节阀4、安全阀5、温压感应器6、支吊架7；所述沸腾炉还包括高温区、燃料口、进风口、点火口、出灰口、出烟口和预热区，所述燃料口、进风口、点火口、出灰口均设置在预热区；所述高温区与预热区相邻设置；设置在沸腾炉高温区的CO2流体蓄能机构2采用板式热交换器2a，通过支吊架7固定在沸腾炉的内壁上或嵌入内壁耐火材料中，在沸腾炉外壁与CO2流体蓄能机构2之间设置有保温层；设置在沸腾炉的预热区的CO2流体蓄能机构2采用盘式空心管热交换器2c，固定在沸腾炉的预热区的内壁上或嵌入内壁耐火材料；逆止阀3设置于沸腾炉的预热区外与沸腾炉内的CO2流体蓄能机构2的进口相连通，调节阀4、安全阀5、温压感应器6设置于沸腾炉外，调节阀4、安全阀5通过三通管路与沸腾炉的高温区内的CO2流体蓄能机构2的出口相连通；温压感应器6 直接与高温区内的CO2流体蓄能机构2的出口相连通。
上述的CO2流体蓄能机构2为盘式空心管交换器2c或和板式热交换器2a结构，其工作介质为CO2流体。
具体工作过程为：将村镇的每年的生物质，例如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便等，具体如秸秆、稻草、枝、叶等适合燃烧的生物质，从沸腾炉1的预热区的燃料口进入，进风口通风进入空气，点火口进行点火，开始燃烧生物质，燃烧的生物质产生大量的热量，如生物质燃烧产生的600℃～1500℃强辐射和传导热能，从逆止阀3进入的低压CO2流体在CO2流体蓄能机构2内通过沸腾炉1的高温区和低温区，直接吸收燃烧的热能，转变为高温高压高密度能量的超临界CO2流体，通过保温层保温防止热量散失。超临界 CO2流体经CO2流体蓄能机构2的出口流出、温压感应器6测温压、调节阀4调节流出速度等，完成整个CO2流体的蓄能过程；在温压过高时，适时打开安全阀5确保生产安全；完成蓄能后，CO2蓄能装置可外接发电装置发电；或在连接发电装置前连接稳流器将CO2流体调整后再进入发电装置发电。
实施例2
如图2所示，实施例2与实施例1的不同之处在于，设置在沸腾炉高温区的CO2流体蓄能机构2采用夹套式换热器2f，将夹套式换热器2f镶嵌固定在沸腾炉的内壁上或嵌入内壁耐火材料中，在沸腾炉外壁与CO2流体蓄能机构2之间设置有保温层；设置在沸腾炉的预热区的CO2流体蓄能机构2采用盘式空心管热交换器2c，固定在沸腾炉的预热区的内壁上或嵌入内壁耐火材料。
实施例3
如图3所示，实施例3与实施例1的不同之处在于，生物质炉1为盘式炉，CO2流体蓄能机构2采用多种形成组成，在盘式炉的内壁上或内壁耐火材料中采用支吊架7固定有板式热交换器2a，在盘式炉的内部顶部上通过支吊架7固定有箱式热交换器2b，在盘式炉的出烟口设置通过支吊架7固定有列管式热交换器2e，在盘式炉的预热区内设置有盘式空心管热交换器2c。
上述的CO2流体蓄能机构2包括板式热交换器2a、箱式热交换器2b、列管式热交换器 2e、盘式空心管交换器2c的组合，工作介质为CO2流体。
实施例4
如图4所示，实施例4与实施例1的不同之处在于，生物质炉1为炉排炉，设置在炉排炉高温区的CO2流体蓄能机构2采用夹套式换热器2f，夹套式换热器2f镶嵌固定在炉排炉的内壁上或嵌入内壁耐火材料中，在炉排炉外壁与CO2流体蓄能机构2之间设置有保温层；设置在炉排炉的预热区的CO2流体蓄能机构2采用盘式空心管热交换器2c，固定在炉排炉的预热区的内壁上或嵌入内壁耐火材料。
所述的CO2流体蓄能机构2包括夹套式换热器2f和盘式空心管交换器2c，工作介质为 CO2流体。
实施例5
如图5所示，实施例5与实施例1的不同之处在于，生物质炉1为层燃炉，CO2流体蓄能机构2采用多种形成组成，在层燃炉的内壁上或内壁耐火材料中采用支吊架7固定有板式热交换器2a，在层燃炉的出烟口及出烟口对面设置通过支吊架7固定有列管式热交换器2e，在层燃炉的预热区内壁上或内壁耐火材料中镶嵌设置有盘式空心管热交换器2c。
上述的CO2流体蓄能机构2包括板式热交换器2a、列管式热交换器2e、盘式空心管交换器2c的组合，工作介质为CO2流体。
实施例6
如图6所示，实施例6与实施例1的不同之处在于，生物质炉1为层燃炉，CO2流体蓄能机构2采用多种形成组成，在层燃炉的内壁上或内壁耐火材料中采用支吊架7固定有板式热交换器2a，在层燃炉的出烟口设置通过支吊架7固定有螺旋绕管式热交换器2d，在层燃炉的预热区内壁上或内壁耐火材料中镶嵌设置有盘式空心管热交换器2c。
上述的CO2流体蓄能机构2包括板式热交换器2a、螺旋绕管式热交换器2d、盘式空心管交换器2c的组合，工作介质为CO2流体。
实施例7
如图7所示，实施例7与实施例1的不同之处在于，在沸腾炉外没有设置安全阀和温度感应器，其余与实施例1一致，实施例7直接采用调节阀4调节流速使CO2流体流出，没有相关的CO2流体稳压数据。
本发明列举的实施例1～7的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其结构简单而蓄能高效、应用安全，可有效地将CO2经逆止阀送入CO2蓄能机构即热交换器中，直接以 CO2为工作介质吸收蓄集高温热能，蓄能转化为高能量密度的高压热态超临界CO2流体，经 CO2蓄能机构的出口调节阀控制稳定排出可供应超临界CO2发电系统发电。
本发明不仅解决了高温强辐射对生物质炉的高温烧蚀问题，且延长生物质炉的使用寿命，降低维修费用；而且大幅降低高温强辐射造成的环境热污染危害，改善生产线巡查工作环境，减少环境热污染危害，有效增加村镇的发电量，大幅减少对外的电能需求，利于节能减排和实现作物的低碳生产。
本发明针对广大乡村具有的生物质低碳能源条件，可用现有的各类燃煤的中小型沸腾炉、炉排炉、盘式炉等改造为生物质燃料炉，也可直接设计各类沸腾炉型、炉排炉型、盘式炉型等生物质炉，以CO2蓄能装置直接利用生物质炉内生物质燃料燃烧产生的600℃～1500℃强辐射和传导热能，将CO2流体转化为高压热态的超临界CO2供超临界CO2发电系统发电，可有效解决广大的乡村每年大量的生物质就地焚烧影响环境空气和航空安全的问题，为广大村镇推广超临界CO2发电技术满足生活/生产及创收之所需提供了所需热能的基础装备。本发明提供的CO2蓄能装置中生物质燃料燃烧产生的灰渣为优质农肥。本发明为促进广大乡村经济的发展、乡村的就业和创业，增加乡村收入和社会财富提供了关键的装备技术。
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)
1.一种利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述CO2蓄能装置，用于将液态CO2流体直接吸收生物质在生物质炉燃烧产生的高温热能蓄能转化为高温高压高能量密度的超临界CO2流体；
所述CO2蓄能装置包括生物质炉、CO2蓄能机构、逆止阀、调节阀；所述CO2蓄能机构固定在生物质炉内或镶嵌于生物质炉内壁耐火材料中，所述逆止阀、调节阀均设置于生物质炉外，所述逆止阀与CO2蓄能机构进口相通；所述调节阀与CO2蓄能机构出口相通；
所述CO2蓄能机构是以CO2流体作为工作介质的热交换器。
2.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述CO2蓄能机构与生物质炉外壁之间设置保温层。
3.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述生物质炉包括村镇中应用的以生物质为燃料的沸腾炉、炉排炉、盘式炉、层燃炉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述生物质炉还包括高温区、燃料口、进风口、点火口、出灰口、出烟口和预热区；所述燃料口、进风口、点火口、出灰口均设置在预热区；所述高温区与预热区相邻设置。
5.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述CO2蓄能装置还包括支吊架，CO2蓄能机构通过支吊架固定在生物质炉内。
6.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述CO2蓄能机构包括板式热交换器、箱式热交换器、夹套式换热器、盘式空心管热交换器、螺旋绕管式空心管热交换器、列管式热交换器中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述CO2蓄能装置还包括温压感应器和安全阀，所述温压感应器和安全阀设置于CO2蓄能机构出口处。
8.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述生物质包括农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述高温热能包括生物质燃烧产生的600℃～1500℃强辐射和传导热能。
10.根据权利要求1所述的利用生物质燃烧实现循环发电的CO2蓄能装置，其特征在于，所述CO2蓄能装置通过节流阀外接CO2发电装置。
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| CN102121694A (zh) * | 2010-02-02 | 2011-07-13 | 邢献军 | 生物质高温燃烧发电系统 |
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2017
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