CN108441264B - 木竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种用木粉、竹粉流化床气化‑燃气轮机发电联产生物质炭、热的方法，包括如下步骤：1）将木粉、竹粉送入气化反应器中气化产生可燃气和生物质炭的混合气；2）混合气经过细粉分离器分离出生物质炭；3）可燃气由进入裂解器，对可燃气中的焦油进行裂解；4）经过焦油裂解后的可燃气的进入二级换热器对空气进行预热，用于气化炉炉底进风和裂解器燃烧；5）可燃气经过除尘器除尘、抽风机，最后送入燃气轮机发电，高温烟气送入余热锅炉，产生蒸汽供热。优点：1）利用自热裂解装置除去可燃气中的焦油；2）换热用于预热空气、发电热效率高；3）无焦油、无废水，环境效益和经济效益好。

Description

木竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热方法

技术领域

本发明涉及的是一种木竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热方法，属于生物质能源技术领域。

背景技术

在能源和环境的双重压力下，大力开发清洁的可再生能源已成为摆在世界各国政府面前的一个非常紧迫的世界性课题。生物质能和其他新能源相比，具有可再生、污染少、可运输和储存、与现在能源工业最具相容性等特点，因而特别受到关注。中国是一个农业大国，农林生物质资源丰富、数量巨大、品种多样性。在利好的政策背景下，生物质资源化利用在中国获得了长足的发展，但同时也产生工艺、装备上的很多问题。

生物质气化作为生物质资源化利用中一种热化学转化的方法，国内多所高校对其进行了深入研究。纵观当前生物质资源化利用气化可燃气的利用大致有以下几个方向：一是可燃气经过深度净化，供燃气轮机发电或者供气；二是可燃气经过初步除尘直接热燃气燃烧，供锅炉燃烧或者产蒸汽推动汽轮机发电。第二个方向适合工厂锅炉用热或者3MW以上的规模型发电企业，当今很多中小企业还倾向于第一个方向，即将可燃气经过深度净化，供燃气轮机发电或者供气。可燃气由于含有焦油、水汽、粉尘等杂质，对可燃气的深度净化一直是生物质可燃气利用的世界性难题，国内外很多学者研究了催化剂裂解焦油法、电加热裂解焦油法等很多物理方法去除焦油，然而上述方法成本较高，无法在工业上推广利用，物理法去除焦油不仅无法深度净化，而且去除的焦油也会产生二次污染。因此，现有技术中还未能提出一个既能去除焦油，也不增加额外成本的方法。

生物质流化床多联产气化装置是以颗粒废料为原料，气化得到可燃气的同时可以得到生物质炭的气化装置，其经济效益和环境效益都非常好。目前，国内很多竹材、木材加工企业在加工过程中产生大量木粉、竹粉，直接燃烧会污染环境，再次成型成本又太高，因此开始采用生物质流化床多联产气化系统供热；小型系统可燃气发电需要将可燃气深度净化，净化会产生大量焦油、废水，最终导致利用其可燃气的内燃机发电不稳定。因此，需要开发一种不产生焦油、废水，效率高的1-2MW的小型生物质气化发电多联产系统。

发明内容

本发明提出的是一种木粉、竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热的方法，其目的是在有效生产生物质炭的同时，将气化过程产生的可燃气中的焦油在输送过程中裂解为可燃气，无需外加热源，从而解决现有技术中生物质流化床气化可燃气净化后发电会产生焦油、污水污染的问题。

本发明的技术解决方案：木粉、竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热的方法，包括如下步骤：

1）将木粉、竹粉由气化反应器的进料口加入气化反应器中，在700-850℃限氧条件下气化产生可燃气和生物质炭的混合气，混合气热值为1200Kcal，温度为600℃；

2）经过气化反应产生的混合气经过细粉分离器分离出生物质炭，由细粉分离器的底部出料口导出；

3）可燃气由细粉分离器顶部通过可燃气进口进入裂解器，裂解器内部的燃烧器将部分可燃气点燃，将裂解器内蓄热体温度加热至900-950℃后关闭燃烧器，后向裂解器内通入一定空气燃烧部分可燃气，维持腔体温度在850℃以上的裂解温度，实现利用自热对可燃气中的焦油进行裂解；

4）经过焦油裂解后的可燃气的进入第一换热器、第二换热器进行换热预热空气，第一换热器加热的空气用于气化炉炉底进风，第二换热器加热的空气用于裂解器燃烧，实现余热的利用；

5）可燃气经过除尘器除尘，再经过风机，最后送入燃气轮机发电，燃烧后废气送入余热锅炉产蒸汽供热。

本发明的优点：

1）利用自热裂解装置将可燃气中的焦油裂解，除去可燃气中的焦油；

2）本系统换热用于预热空气、可燃气无需深度冷却，直接燃气轮机发电热效率高；

3）本系统无焦油、无废水，环境效益好；发电同时产生生物质炭经济效益好。

附图说明

附图1是木粉、竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热的流程图。

附图2是裂解器的结构示意图。

具体实施方式

木竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热方法，是利用木粉、竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭的设备，制备生物质炭的同时对产生的可燃气进行焦油裂解、换热、除尘后用于燃气轮机进行发电，具体包括如下步骤：

1）将木粉、竹粉由气化反应器的进料口加入气化反应器中，在700-850℃限氧条件下气化产生可燃气和生物质炭的混合气，混合气热值为1200Kcal，温度为600℃；

2）经过气化反应产生的混合气经过细粉分离器分离出生物质炭，由细粉分离器的底部出料口导出；

3）可燃气由细粉分离器顶部通过可燃气进口进入裂解器，裂解器内部的燃烧器将部分可燃气点燃，将裂解器内蓄热体温度加热至裂解温度后关闭燃烧器，后向裂解器内通入空气燃烧部分可燃气，维持腔体温度，实现利用自热对可燃气中的焦油进行裂解；

4）经过焦油裂解后的可燃气的进入第一换热器、第二换热器进行换热预热空气，第一换热器加热的空气用于气化炉炉底进风，第二换热器加热的空气用于裂解器燃烧，实现余热的利用；

5）可燃气经过除尘器除尘，再经过风机，最后送入燃气轮机发电，燃烧后废气送入余热锅炉产蒸汽供热。

所述的步骤3）具体包括如下步骤：利用燃烧器将可燃气点燃，对裂解器蓄热体进行加热，通过电动阀控制可燃气进气量，其余的可燃气不进入裂解器直接排空；当裂解器蓄热体温度达到900℃时，将其余可燃气切入裂解器，慢慢打开连接裂解器内布风管的进空气阀，缓慢增加进空气的量，此时裂解腔温度快速上升，增加空气量的同时缓慢关小燃烧器；当裂解腔稳定在850℃以上时，关闭燃烧器，同时停止开大布风管的进空气阀，使其稳定在850-900℃之间；若裂解腔温度继续上升，关小布风管进空气阀，适当减小布风管的进风量，若裂解腔温度下降，开大布风管进空气阀，适当加大布风管的进风量。

木粉、竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热的设备，其结构包括气化反应器、细粉分离器、裂解器、第一换热器、第二换热器、除尘器、风机、燃气轮机；其中气化反应器的顶部出料口连接细粉分离器，细粉分离器的顶部出料口连接裂解器的可燃气进口，裂解器的燃气出口通过1个风机连接第一换热器的入口，第一换热器的出口连接第二换热器的入口，第二换热器的出口连接除尘器的入口，除尘器的出口通过1个风机连接燃气轮机。

所述的裂解器，其结构包括燃气进气管、燃气出口管、裂解腔、布气管、蓄热体、燃烧器、控制器；其中燃气进口管位于裂解腔上部，燃气出口管位于裂解腔右下部，裂解腔内壁设有耐火砖，蓄热体位于燃气进气管的右侧，与裂解腔连接，布气管设于蓄热体正上方，燃烧器位于裂解腔右侧中部，燃烧器的燃烧头正对着蓄热体，燃气进气管通过电动阀与燃烧器的燃气进口相连，控制器连接裂解器内部设置的多个气阀。

实施例

1MW的木粉、竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭项目主要设备如下：气化反应器、细分分离器、裂解器、换热器1、换热器2、除尘器、风机、燃气轮机、余热锅炉等。运行过程：木粉、竹粉被送入流化床气化反应器在700-850℃限氧条件下产生的600-700℃的可燃气和生物质炭的混合气（热值1200kcal左右），混合气首先经过细分分离器分离出生物质炭，然后进入裂解器（裂解器中燃烧器首先点着，利用可燃气燃烧对裂解器蓄热体进行加热，此时气化其余的可燃气不进入裂解器直接排空，当裂解器蓄热体温度达到900℃时，将可燃气切入裂解器，慢慢打开连接布风管的进空气阀，缓慢增加进空气的量，此时裂解腔温度快速上升，增加空气量的同时缓慢关小燃烧器，当裂解腔稳定在850℃以上可以关闭燃烧器，同时停止开大布风管的进空气阀，如裂解腔温度继续上升可以关小布风管进空气阀，使其稳定在850-900℃之间。当腔体温度下降时，通过控制器适当加大布风管的进风量），可燃气中的焦油经过裂解后进入二级换热进行换热预热空气，热空气用于气化炉炉底进风与裂解器的部分可燃气所需的空气，实现余热的利用，可燃气经过后除尘由风机送入燃气轮机发电，发电后产生的高温烟气送入余热锅炉产生蒸汽供热。

Claims (2)

1.木竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热方法，其特征是利用木粉、竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭的设备制备生物质炭的同时，对产生的可燃气进行焦油裂解、换热、除尘后用于燃气轮机进行发电，具体包括如下步骤：

1）将木粉、竹粉由气化反应器的进料口加入气化反应器中，在700-850℃限氧条件下气化产生可燃气和生物质炭的混合气，混合气热值为1200Kcal，温度为600℃；

2）经过气化反应产生的混合气经过细粉分离器分离出生物质炭，由细粉分离器的底部出料口导出；

3）可燃气由细粉分离器顶部通过可燃气进口进入裂解器，裂解器内部的燃烧器将部分可燃气点燃，将裂解器内蓄热体温度加热至裂解温度900-950℃后关闭燃烧器，后向裂解器内通入空气燃烧部分可燃气，维持腔体温度在850℃以上的裂解温度，实现利用自热对可燃气中的焦油进行裂解；

4）经过焦油裂解后的可燃气的进入第一换热器、第二换热器进行换热预热空气，第一换热器加热的空气用于气化炉炉底进风，第二换热器加热的空气用于裂解器燃烧，实现余热的利用；

5）可燃气经过除尘器除尘，再经过风机，最后送入燃气轮机发电，燃烧后废气送入余热锅炉产蒸汽供热；

所述的步骤3）是，利用燃烧器将可燃气点燃，对裂解器蓄热体进行加热，通过电动阀控制可燃气进气量，其余的可燃气不进入裂解器直接排空；当裂解器蓄热体温度达到900℃时，将其余可燃气切入裂解器，慢慢打开连接裂解器内布风管的进空气阀，缓慢增加进空气的量，此时裂解腔温度快速上升，增加空气量的同时缓慢关小燃烧器；当裂解腔稳定在850℃以上时，关闭燃烧器，同时停止开大布风管的进空气阀，使其稳定在850-900℃；若裂解腔温度继续上升，关小布风管进空气阀，减小布风管的进风量，若裂解腔温度下降，开大布风管进空气阀，加大布风管的进风量。

2.一种利用如权利要求1所述的木竹粉流化床气化-燃气轮机发电联产生物质炭、热方法的装置，其特征在于：其结构包括气化反应器、细粉分离器、裂解器、第一换热器、第二换热器、除尘器、风机、燃气轮机、预热锅炉；其中气化反应器的顶部出料口连接细粉分离器，细粉分离器的顶部出料口连接裂解器的可燃气进口，裂解器的燃气出口通过1个风机连接第一换热器的入口，第一换热器的出口连接第二换热器的入口，第二换热器的出口连接除尘器的入口，除尘器的出口通过1个风机连接燃气轮机，燃气轮机排气口连接余热锅炉；

所述的裂解器，其结构包括燃气进气管、燃气出口管、裂解腔、布气管、蓄热体、燃烧器、控制器；其中燃气进口管位于裂解腔上部，燃气出口管位于裂解腔右下部，裂解腔内壁设有耐火砖，蓄热体位于燃气进气管的右侧，与裂解腔连接，布气管设于蓄热体正上方，燃烧器位于裂解腔右侧中部，燃烧器的燃烧头正对着蓄热体，燃气进气管通过电动阀与燃烧器的燃气进口相连，控制器连接裂解器内部设置的多个气阀。

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