CN107365601A - 一种利用农林废弃物的生物质气化发电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用农林废弃物的生物质气化发电方法，包括：1)将农业废弃物生物质原料通过第一皮带输送机输送至第一粉碎机进行粉碎，将林业废弃物生物质原料通过第二皮带输送机输送至第二粉碎机进行粉碎；2）第一粉碎机粉碎后的第一原料颗粒物和第二粉碎机粉碎后的第二原料颗粒物通过电磁调速的螺旋输送机输送至搅拌机搅拌；3）搅拌研磨后的混合微颗粒物经过电磁调速的第三螺旋输送机输送至烘干室；4)原料储存仓内的混合微颗粒物通过气力输送管道送入气化炉；5）将该混合裂解气送入燃烧区；6）将所述燃烧气送入燃气轮机或内燃机。本发明通过粉碎和搅拌实现二次粉碎，细化颗粒，利用发电余热烘干和气化预热，提高燃烧效率，减少污染物排放。

Description

一种利用农林废弃物的生物质气化发电方法
技术领域
本发明涉及发电领域，具体涉及一种利用农林废弃物的生物质气化发电方法。
背景技术
随着季节更替及农业生产的进行，每年都要产生大量的农作物秸杆和/或林业树叶生物物质，生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。气化发电是生物质能最有效最洁净的利用方法之一，现有的气化发电技术气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰粉、焦炭和焦油以及硫氧化物、氮氧化物和氯化氢等酸性物质，需经过后续的净化去除有害气体，工序复杂，设备投入成本较高。另外大多数的农林作物生物质气化前均需要进行粉碎以提高气化效果，然而多数粉碎后的生物质不均匀，粒度大，气化后仍然产生大量的灰粉，为此如何进一步提高生物质利用率从而减少能源消耗和环境污染，成为行业急需解决的问题。
发明内容
为了提高生物质利用效率，防止灰粉沉积以及有害气体等问题，本发明提供了一种利用农林废弃物的生物质气化发电方法。
包括如下步骤：
1)将农业废弃物和林业废弃物原料粉碎；
2)将粉碎后的原料输送至搅拌机；
3)搅拌后的原料送入烘干室烘干；
4)烘干后的原料送入气化炉进行裂解气化；
5)裂解气送入燃烧区，产生燃烧气；
6)利用燃烧气发电。
进一步地，具体步骤如下：
1)将农业废弃物生物质原料通过第一皮带输送机输送至第一粉碎机进行粉碎，将林业废弃物生物质原料通过第二皮带输送机输送至第二粉碎机进行粉碎；
2)所述第一粉碎机粉碎后的第一原料颗粒物通过电磁调速的第一螺旋输送机输送至搅拌机搅拌，所述第二粉碎机粉碎后的第二原料颗粒物通过电磁调速的第二螺旋输送机输送至搅拌机搅拌；控制所述第一螺旋输送机和所述第二螺旋输送机的速度使得第一原料颗粒物和第二原料颗粒物按照5:2～6:1的比例经过搅拌机搅拌混合并实现二次粉碎研磨形成混合微颗粒物；
3)搅拌研磨后的混合微颗粒物经过电磁调速的第三螺旋输送机输送至烘干室，烘干后存储在原料储存仓；烘干热风源自发电后的余热,烘干后的颗粒物水份含量为5wt％～15wt％；
4)原料储存仓内的混合微颗粒物通过气力输送管道送入200℃以上高温气化炉；与此同时，通过管路向气化炉内送入重量百分比为5wt％～10wt％的无机碱；使混合原料发生裂解反应，产生混合裂解气；
5)将该混合裂解气送入燃烧区，燃烧区温度600℃～1100℃，在燃烧区所述混合裂解气充分燃烧，产生燃烧气；
6)将所述燃烧气送入燃气轮机或内燃机，驱动燃气轮机或内燃机工作，通过燃气轮带动发电机发电。
将农业生物质废弃物和林业生物质废弃物按照一定的比例混合气化，并在气化炉中加入无机碱使得气化后的酸性气体中和，通过一次粉碎和第一搅拌研磨使得颗粒物粒度小而且均匀，提高了气化效率减少了灰粉的产生，通过电磁调速螺旋输送机能够保证混合的比例控制在合理的范围内，烘干后的混合微颗粒物在原料储存仓缓存，从而可以根据发电需求提供燃料，当用电量少时原料储存仓可以缓存燃料颗粒物，当用电量大时，原料储存仓内的燃料颗粒物能够保证用量。
进一步地，所述步骤2)中搅拌研磨还包括：将所述第一原料颗粒物和第二原料颗粒物分别通过螺旋输送机经过管道通入搅拌机内，所述搅拌机搅拌叶片之间充入研磨颗粒，电机驱动搅拌机旋转，原料颗粒经搅拌叶片的作用下向着出料口移动，通过研磨颗粒剪切将原料颗粒磨碎，其中研磨充分的混合微颗粒能够顺利通过搅拌叶片经过出料口的筛分装置后出料，而原料粗颗粒物和研磨颗粒在最后一个搅拌叶片作用下沿着搅拌轴向内回流继续研磨，所述最后一个搅拌叶片与前一个搅拌叶片之间的夹角为α为45°。
原料颗粒物进入搅拌机内混合充分，通过研磨介质使得原料颗粒物进一步地被研磨为细粉颗粒，同时搅拌机叶片的夹角设置实现研磨介质与研磨不充分的粗研磨物颗粒的良好分离。
进一步地，所述步骤4)还包括：
混合原料通过电磁调速的螺旋输送机将混合原料送入400℃～600℃高温气化炉，在中间热解反应器中进行快速热解，反应时间在0.5和5秒之间；
在中间热解反应器中产生生物质灰粉；将生成的灰粉通过第二流量控制阀进料到底部热交换器器中；
用底部热交换器中燃烧生成的灰粉的热量通过气动系统返回顶部反应器作为第一热风预热混合原料；从锅炉尾部引来的烟气作为第二热风通入顶部反应器预热混合原料；
在顶部反应器中的三个反应器之间的管路通过第三流量控制阀通入连续循环的无机碱颗粒材料；
气动系统回收无机碱颗粒材料，用加压空气和旋风分离器操作分离剩余的无机碱颗粒固体并将其返回顶部反应器的管路中，通过第三流量控制阀控制总的无机碱颗粒流量。
利用气化炉底部热交换器的热气和燃烧后的烟气重复利用预热顶部反应器，将电站富余的热风作为气化炉的流化风，提升生物质燃气质量和气化效率，同时也提高总体锅炉能量利用效率；在顶部反应器通入无机碱颗粒物使得气化反应充分，剩余的无机碱颗粒物返回重复利用，流量控制阀可以精确控制流量，保证反应效果。
进一步地，所述第一原料颗粒物颗粒大小为约1000～25000微米，水分含量25wt％～45wt％；所述第二原料颗粒物颗粒大小约1000至30000微米，水分含量15wt％～50wt％，所述混合微颗粒物颗粒大小为100～350微米，所述无机碱可以由钠，钾，钙，镁和其它金属物质形成的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐和磷酸盐。
进一步地，所述农业废弃物生物质原料包括玉米叶、茎、皮以及包括杂物的草和杂草；所述林业废弃物生物质原料包括树枝，树根，树皮。
玉米秸秆和木质更易粉碎至小颗粒尺寸，颗粒尺寸在100～350微米显著提高了燃烧和气化效率，高效燃烧减少了排放物的氮氧化物和一氧化碳和灰粉。玉米秸比木材具有较高的氯含量，使用的碱添加剂有助于减少燃料燃烧后形成的含氯气体。
进一步地，所述第一热风和所述第二热风的混合比例为3∶1至3.5∶1。
混合比例为3∶1至3.5∶1从而降低气化含氧量，提高气化炉出口燃气可燃成分比例和热值，使得燃烧后富裕的热气充分利用，提高了热利用率。
进一步地，所述气化炉温度为500℃。
进一步地，所述第一螺旋输送机的送料速度为25kg/h～42kg/h，所述第二螺旋输送机的送料速度为7kg/h～10kg/h。
进一步地，所述无机碱重量百分比为7wt％。
本发明至少具有以下有益效果：
将农业生物质废弃物和林业生物质废弃物按照一定的比例混合气化，并在气化炉中加入无机碱中和气化后的酸性气体，从而无需另外的脱硫工艺，脱氯工艺；
通过一次粉碎和第一搅拌研磨使得颗粒物粒度小而且均匀，提高了气化效率减少了灰粉的产生；
通过电磁调速螺旋输送机能够保证混合的比例控制在合理的范围内；
通过研磨介质使得原料颗粒物进一步地被研磨为细粉颗粒，同时搅拌机叶片的夹角设置实现研磨介质与研磨不充分的粗研磨物颗粒的良好分离；
烘干后的混合微颗粒物在原料储存仓缓存，从而可以根据发电需求提供燃料，当用电量少时原料储存仓可以缓存燃料颗粒物，当用电量大时，原料储存仓内的燃料颗粒物能够保证用量；
利用气化炉底部热交换器的热气和燃烧后的烟气重复利用预热顶部反应器，将电站富余的热风作为气化炉的流化风，提升生物质燃气质量和气化效率，同时也提高总体锅炉能量利用效率；在顶部反应器通入无机碱颗粒物使得气化反应充分，剩余的无机碱颗粒物返回重复利用，流量控制阀可以精确控制流量，保证反应效果；
采用玉米秸秆和木质更易粉碎至小颗粒尺寸，颗粒尺寸在100～350微米显著提高了燃烧和气化效率，高效燃烧减少了排放物的灰粉；
使用的碱添加剂有助于减少燃料燃烧后形成的酸性气体。所述第一热风和所述第二热风的混合比例为3∶1至3.5∶1从而降低气化含氧量，提高气化炉出口燃气可燃成分比例和热值，使得燃烧后富裕的热气充分利用，提高了热利用率。
在气化过程的无机碱与气化炉中的水分形成无机碱蒸汽可与气化的酸性生产气态物反应，可有助于形成中和物质，大大降低了酸性气体的排放，减少了环境污染，降低了设备的复杂程度，使得设备投入成本减少30％以上。
附图说明
图1是本发明农林废弃物生物质气化发电流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1示出了本发明的农林废弃物生物质气化发电的流程，发电过程中的设备包括秸秆料仓、木质料仓、螺旋输送机、粉碎机、搅拌机、气化炉、无机碱料仓、旋风分离器、气动系统、引风机、燃气轮机或内燃机和发电机组。
根据本发明的实施例的主要步骤如下：
将农业废弃物生物质原料通过第一皮带输送机输送至第一粉碎机进行粉碎，将林业废弃物生物质原料通过第二皮带输送机输送至第二粉碎机进行粉碎。其中，农业废弃物生物质原料可包括玉米叶、茎、皮以及包括杂物的草等，林业废弃物生物质原料可包括树枝、树根和树皮等。
农业废弃物经过第一粉碎机粉碎成第一原料颗粒物，然后，第一原料颗粒物通过第一螺旋输送机输送至搅拌机搅拌，其中，第一螺旋输送机能够电磁调速来调节第一原料颗粒物的输送速度，从而控制第一原料颗粒物输送的量。林业废弃物经过第二粉碎机粉碎成第二原料颗粒物，然后，第二原料颗粒物通过第二螺旋输送机输送至搅拌机搅拌，其中，第二螺旋输送机能够电磁调速来调节第二原料颗粒物的输送速度，从而控制第二原料颗粒物输送的量。在上述步骤中，控制第一螺旋输送机和第二螺旋输送机的速度使得第一原料颗粒物和第二原料颗粒物按照5:2～6:1的比例经过搅拌机搅拌混合并实现二次粉碎研磨形成混合微颗粒物。在本实施例中，第一螺旋输送机的送料速度为25kg/h～42kg/h，第二螺旋输送机的送料速度为7kg/h～10kg/h。具体而言，将第一原料颗粒物和第二原料颗粒物分别通过螺旋输送机经过管道通入搅拌机内，在搅拌机的搅拌叶片之间充入研磨颗粒，电机驱动搅拌机旋转，原料颗粒在搅拌叶片的作用下向着出料口移动，通过研磨颗粒剪切将原料颗粒磨碎。研磨充分的混合微颗粒能够顺利通过搅拌叶片，然后经过出料口的筛分装置后出料，而原料粗颗粒物和研磨颗粒在最后一个搅拌叶片作用下沿着搅拌轴向内回流继续研磨，最后一个搅拌叶片与前一个搅拌叶片之间的夹角α为45°。第一原料颗粒物颗粒大小约为1000微米～25000微米，水分含量约为25wt％～45wt％；第二原料颗粒物颗粒大小约为1000微米至30000微米，水分含量约为15wt％～50wt％，研磨后的混合微颗粒物颗粒大小为100微米～350微米。
搅拌研磨后的混合微颗粒物经过电磁调速的第三螺旋输送机输送至烘干室，烘干后的混合微颗粒物存储在原料储存仓内。烘干热风源自发电后的余热,从而能够节约能源。烘干后的颗粒物水份含量为5wt％～15wt％，优选8wt％。烘干后的混合微颗粒物在原料储存仓缓存，从而可以根据发电需求提供燃料，当用电量少时原料储存仓可以缓存燃料颗粒物，当用电量大时，原料储存仓内的燃料颗粒物能够保证用量。
原料储存仓内的混合微颗粒物通过气力输送管道送入200℃以上高温气化炉，例如，温度为400℃～600℃高温气化炉，优选500℃，与此同时，通过管路向气化炉内送入无机碱，使混合原料发生裂解反应，产生混合裂解气；所述无机碱可以由钠，钾，钙，镁和其它金属物质形成的氧化物，氢氧化物，碳酸盐，碳酸氢盐，磷酸盐。优选碳酸氢盐或白云石或其混合物。在气化过程的无机碱与气化炉中的水分形成无机碱蒸汽可与反应副产物如硫氧化物(SO2)，氮氧化物(NOx)，氯(Cl-1)，盐酸(HCl)和其它酸性的生产气态物反应，可有助于形成中和物质，大大降低了酸性气体的排放。
重量百分比为5wt％～10wt％的，优选7wt％，具体而言，在中间热解反应器中进行快速热解，反应时间在0.5秒和5秒之间；在中间热解反应器中产生生物质灰粉；将生成的灰粉通过第二流量控制阀进料到底部热交换器中；
用底部热交换器中燃烧生成的灰粉的热量通过气动系统返回顶部反应器作为第一热风预热混合原料；从锅炉尾部引来的烟气作为第二热风通入顶部反应器预热混合原料；具体而言，所述第一热风和所述第二热风的混合比例为3∶1至3.5∶1，优选3.2:1。
在顶部反应器中的三个反应器之间的管路通过第三流量控制阀通入连续循环的无机碱颗粒材料；
气动系统回收无机碱颗粒材料，用加压空气和旋风分离器操作分离剩余的无机碱颗粒固体并将其返回顶部反应器的管路中，通过第三流量控制阀控制总的无机碱颗粒流量。
将该混合裂解气送入燃烧区，燃烧区温度600℃～1100℃，优选800℃，在燃烧区所述混合裂解气充分燃烧，产生燃烧气；
将所述燃烧气送入燃气轮机或内燃机，驱动燃气轮机或内燃机工作，通过燃气轮带动发电机发电。
该发明生物质气化发电无需另外的脱酸工艺，经过气化后的灰粉量少。
下文中给出实施例，其目的在于举例说明而不是限制本发明的范围。
实施例1：气化炉温度为200℃，无机碱含量与酸性气体排量关系表
气化炉温度200℃
实施例2：气化炉温度为400℃，无机碱含量与酸性气体排量关系表
气化炉温度400℃
无机碱及含量 排放硫氧化物含量 排放氮氧化物含量 排放含氯气体含量
0wt％ 7.75％ 15.40％ 20.06％
5wt％氢氧化钠 2.18％ 6.07％ 8.17％
7wt％氢氧化钠 1.06％ 3.18％ 4.52％
7wt％氢氧化钾 1.14％ 3.15％ 4.94％
9wt％氢氧化钾 2.07％ 4.14％ 5.41％
6wt％碳酸钙 2.21％ 5.19％ 8.51％
7wt％碳酸钙 0.94％ 2.83％ 5.12％
8wt％碳酸镁 2.06％ 5.52％ 9.23％
10wt％碳酸镁 2.01％ 5.17％ 8.72％
7wt％碳酸氢钠 1.24％ 2.87％ 5.26％
8wt％碳酸氢钠 2.34％ 4.55％ 8.56％
5wt％磷酸镁 2.48％ 6.15％ 8.47％
6wt％磷酸镁 2.15％ 5.48％ 8.07％
实施例3：气化炉温度为500℃，无机碱含量与酸性气体排量关系表
气化炉温度500℃
无机碱及含量 排放硫氧化物含量 排放氮氧化物含量 排放含氯气体含量
0wt％ 7.02％ 11.21％ 16.41％
5wt％氢氧化钠 1.94％ 5.73％ 7.76％
7wt％氢氧化钠 0.43％ 2.13％ 3.12％
7wt％氢氧化钾 0.71％ 2.15％ 3.46％
9wt％氢氧化钾 1.12％ 3.17％ 4.48％
6wt％碳酸钙 1.85％ 4.87％ 8.04％
7wt％碳酸钙 0.52％ 1.41％ 4.07％
8wt％碳酸镁 1.54％ 4.58％ 8.84％
10wt％碳酸镁 1.61％ 4.15％ 8.67％
7wt％碳酸氢钠 0.87％ 1.45％ 4.12％
8wt％碳酸氢钠 1.54％ 3.75％ 7.24％
5wt％磷酸镁 1.86％ 5.87％ 7.78％
6wt％磷酸镁 1.18％ 5.26％ 7.64％
实施例4：气化炉温度为600℃，无机碱含量与酸性气体排量关系表
气化炉温度600℃
无机碱及含量 排放硫氧化物含量 排放氮氧化物含量 排放含氯气体含量
0wt％ 7.55％ 11.78％ 17.11％
5wt％氢氧化钠 2.12％ 6.13％ 8.20％
7wt％氢氧化钠 1.41％ 3.14％ 3.83％
7wt％氢氧化钾 1.54％ 3.02％ 4.12％
9wt％氢氧化钾 1.82％ 3.97％ 4.81％
6wt％碳酸钙 2.45％ 5.21％ 8.58％
7wt％碳酸钙 1.07％ 1.85％ 4.64％
8wt％碳酸镁 2.24％ 4.74％ 9.13％
10wt％碳酸镁 2.11％ 5.41％ 9.27％
7wt％碳酸氢钠 1.44％ 2.12％ 4.92％
8wt％碳酸氢钠 2.15％ 4.24％ 7.84％
5wt％磷酸镁 2.41％ 5.25％ 8.06％
6wt％磷酸镁 1.78％ 4.87％ 7.74％
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用农林废弃物的生物质气化发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将农业废弃物和林业废弃物原料粉碎；
2）将粉碎后的原料输送至搅拌机；
3）搅拌后的原料送入烘干室烘干；
4）烘干后的原料送入气化炉进行裂解气化；
5）裂解气送入燃烧区，产生燃烧气；
6）利用燃烧气发电。
2.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将农业废弃物生物质原料通过第一皮带输送机输送至第一粉碎机进行粉碎，将林业废弃物生物质原料通过第二皮带输送机输送至第二粉碎机进行粉碎；
2）所述第一粉碎机粉碎后的第一原料颗粒物通过电磁调速的第一螺旋输送机输送至搅拌机搅拌，所述第二粉碎机粉碎后的第二原料颗粒物通过电磁调速的第二螺旋输送机输送至搅拌机搅拌；控制所述第一螺旋输送机和所述第二螺旋输送机的速度使得第一原料颗粒物和第二原料颗粒物按照5:2～6:1的比例经过搅拌机搅拌混合并实现二次粉碎研磨形成混合微颗粒物；
3）搅拌研磨后的混合微颗粒物经过电磁调速的第三螺旋输送机输送至烘干室，烘干热风源自发电后的余热，烘干后存储在原料储存仓，烘干后的颗粒物水份含量为5wt%～15wt%；
4)原料储存仓内的混合微颗粒物通过气力输送管道送入200℃以上高温气化炉；与此同时，通过管路向气化炉内送入重量百分比为5wt%～10wt%的无机碱；使混合原料发生裂解反应，产生混合裂解气；
5）将该混合裂解气送入燃烧区，燃烧区温度600℃～1100℃，所述混合裂解气在燃烧区充分燃烧，产生燃烧气；
6）将所述燃烧气送入燃气轮机或内燃机，驱动燃气轮机或内燃机工作，通过燃气轮带动发电机发电。
3.如权利要求2所述的发电方法，其特征在于，所述步骤2）中搅拌研磨进一步包括：将所述第一原料颗粒物和第二原料颗粒物分别通过螺旋输送机经过管道通入搅拌机内，所述搅拌机搅拌叶片之间充入研磨颗粒，电机驱动搅拌机旋转，原料颗粒经搅拌叶片的作用下向着出料口移动，通过研磨颗粒剪切将原料颗粒磨碎，其中研磨充分的混合微颗粒能够顺利通过搅拌叶片经过出料口的筛分装置后出料，而原料粗颗粒物和研磨颗粒在最后一个搅拌叶片作用下沿着搅拌轴向内回流继续研磨，所述最后一个搅拌叶片与前一个搅拌叶片之间的夹角为α为45°。
4.如权利要求2或3所述的发电方法，其特征在于，所述步骤4）进一步包括：
混合原料通过电磁调速的螺旋输送机将混合原料送入400℃～600℃高温气化炉，在中间热解反应器中进行快速热解，反应时间在0.5和5秒之间；
在中间热解反应器中产生生物质灰粉；将生成的灰粉通过第二流量控制阀进料到底部热交换器器中；
用底部热交换器中燃烧生成的灰粉的热量通过气动系统返回顶部反应器作为第一热风预热混合原料；从锅炉尾部引来的烟气作为第二热风通入顶部反应器预热混合原料；
在顶部反应器中的三个反应器之间的管路通过第三流量控制阀通入连续循环的无机碱颗粒材料；
气动系统回收无机碱颗粒材料，用加压空气和旋风分离器操作分离剩余的无机碱颗粒固体并将其返回顶部反应器的管路中，通过第三流量控制阀控制总的无机碱颗粒流量。
5.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，所述第一原料颗粒物颗粒大小为约1000～25000微米，水分含量25wt%～45wt%；所述第二原料颗粒物颗粒大小约1000至30000微米，水分含量15wt%～50wt%，所述混合微颗粒物颗粒大小为100～350微米，所述无机碱可以由钠，钾，钙，镁和其它金属物质形成的氧化物，氢氧化物，碳酸盐，碳酸氢盐，磷酸盐。
6.如权利要求1-4任一项所述的发电方法，其特征在于，所述农业废弃物生物质原料包括玉米叶，茎，皮以及包括杂物的草和杂草；所述林业废弃物生物质原料包括树枝，树根，树皮。
7.如权利要求1-5任一项所述的发电方法，其特征在于，所述第一热风和所述第二热风的混合比例为3∶1至3.5∶1。
8.如权利要求1-5任一项所述的发电方法，其特征在于，所述气化炉温度为500℃。
9.如权利要求2所述的发电方法，其特征在于，所述第一螺旋输送机的送料速度为25kg/h～42kg/h，所述第二螺旋输送机的送料速度为7kg/h～10kg/h。
10.如权利要求2所述的发电方法，其特征在于，所述无机碱重量百分比为7wt%。
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