CN109578961A - 一种生物质气化耦合直燃发电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物质气化耦合直燃发电系统及方法，系统包括生物质气化系统和生物质直燃发电系统；生物质气化系统包括生物质气化炉和换热器；生物质气化炉与换热器连接；换热器与生物质直燃发电系统连接；生物质气化炉用于将生物质气化成高温燃气，并传输至换热器；换热器用于对高温燃气进行换热，并传输至生物质直燃发电系统；生物质直燃发电系统用于接收高温燃气，以进行发电；采用上述方案，可以增强发电系统原料适用性，解决生物质锅炉燃用农作物秸秆时热负荷不高的问题；本发明提供的方案，可有效省去原生物质气化发电系统中的除尘除焦油等净化装置，利用直燃发电系统的发电装置，具有系统总成本低、运行稳定、污染排放物少等优点。

Description

一种生物质气化耦合直燃发电系统及方法

技术领域

本发明属于生物质气化耦合直燃发电技术领域，具体涉及一种生物质气化耦合直燃发电系统及方法。

背景技术

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，是仅次于煤炭、石油和天燃气而居于第四位的能源种类，在整个能源系统中占有重要的地位；我国生物质资源十分丰富，可作为能源利用的生物质资源总量约4.6亿吨（标准煤）/年，但目前利用量仅约3500万吨（标准煤）/年，利用率仅为7.6%，尚有较大提升空间；生物质燃烧过程具有CO₂零排放的特点，这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊意义；生物质发电是高效利用生物质的重要途径，能够同时实现生物质的规模化、资源化、能源化和清洁化利用，是国家政策重点鼓励的产业发展方向。

现有的生物质发电技术主要有生物质直燃发电和生物质气化发电；生物质直燃发电技术存在生物质原料适应性不强的问题，特别是燃用农作物秸秆时，存在锅炉热负荷较低和碱金属腐蚀受热面的问题，大大限制了该技术的应用范围；生物质气化发电大多为小型发电系统（500kW以下），其效率只有18%左右，生物质燃气需经过除尘除焦油等净化工艺后才能送入内燃气或燃气轮机发电，同时新建烟气净化装置，系统工艺复杂，设备投资高，且存在污水污染、发电机运行不稳定等诸多问题。

基于上述生物质发电过程中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种生物质气化耦合直燃发电系统及方法，旨在解决现有生物能发电系统中生物质锅炉燃用农作物秸秆时热负荷不高的问题。

本发明提供一种生物质气化耦合直燃发电系统，包括生物质气化系统和生物质直燃发电系统；生物质气化系统包括生物质气化炉和换热器；生物质气化炉与换热器连接；换热器与生物质直燃发电系统连接；生物质气化炉用于将生物质气化成高温燃气，并传输至换热器；换热器用于对高温燃气进行换热，并传输至生物质直燃发电系统；生物质直燃发电系统用于接收高温燃气，以进行发电。

进一步地，生物质气化系统还包括旋风分离器；旋风分离器侧边进气口与生物质气化炉出气口连通；旋风分离器底部与生物质气化炉底部连通；旋风分离器出气口与换热器连通；旋风分离器用于对高温燃气进行气固分离。

进一步地，生物质气化系统还包括旋风除尘器；旋风除尘器进气口与旋风分离器的出气口连通；旋风除尘器出气口与换热器进气口连通；旋风除尘器用于对高温燃气进行除尘。

进一步地，生物质气化系统还包括引风机；生物质直燃发电系统包括生物质直燃锅炉；引风机分别连通换热器的出气口和生物质直燃锅炉的进气口连通；生物质直燃锅炉用于对生物质直接燃烧以产生过热蒸汽。

进一步地，生物质气化系统还包括送风机；生物质直燃发电系统包括生物质直燃锅炉；换热器分别与生物质气化炉和/或生物质直燃锅炉连通；送风机与换热器连通；送风机用于将空气经过换热器内的预热并输送至生物质气化炉和/或生物质直燃锅炉。

进一步地，生物质直燃发电系统还包括汽轮机和发电机；汽轮机与生物质直燃锅炉连接；生物质直燃锅炉通过产生过热蒸汽以带动汽轮机工作；汽轮机带动发电机发电。

本发明还提供一种生物质气化耦合直燃发电方法，应用于上述所述的生物质气化耦合直燃发电系统；还包括以下步骤：

S1：生物质气化炉将生物质气化成高温燃气，并传输至换热器；

S2：换热器将所述高温燃气进行换热，并传输至生物质直燃锅炉进行耦合；

S3：所述生物质直燃锅炉接收所述高温燃气并直接燃烧生物质产生过热蒸汽，以进行发电。

进一步地，所述S1步骤前还包括：

S10：将生物质粉碎及干燥，以使所述生物质粒径小于100mm，水分小于20%；所述生物质为玉米秸秆、小麦秸秆或稻秸秆；和/或，

所述S1步骤后还包括：

S11：将所述高温燃气送入旋风分离器进行初步气固分离；

S12：再将初步气固分离后的高温燃气送入旋风除尘器进行除尘；

S13：最好将除尘后的高温燃气送入所述换热器；所述换热器将所述高温燃气预热至200°C至300°C；

所述S1步骤中，所述生物质气化炉内将生物质气化成高温燃气，以使所述高温燃气750°C至800°C。

进一步地，所述S2步骤中包括：

S21：换热器通过引风机将所述高温燃气传输至生物质直燃锅炉进行耦合；和/或，

S23：送风机将空气经过所述换热器预热至200°C至300°C，并分别输送至所述生物质气化炉和/或所述生物质直燃锅炉。

进一步地，所述S3步骤包括：

S31：将生物质粉碎后直接送入所述生物质直燃锅炉，并与从引风机输送来的高温燃气在生物质锅炉中混合燃烧产生过热蒸汽，以带动汽轮机做功产生机械能，通过所述机械能使发电机发出电能。

采用上述方案，本发明通过将生物质气化与生物质直燃有效耦合，利用气化装置处理碱金属含量高的农作物秸秆类生物质，净高温燃气通入直燃锅炉补燃发电，增强整套系统原料适用性，解决生物质锅炉燃用农作物秸秆时热负荷不高的问题；同时，本发明提供的方案，可有效省去原生物质气化发电系统中的除尘除焦油等净化装置，利用直燃发电系统的发电装置，具有系统总成本低、运行稳定、污染排放物少等优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图 1 为本发明一种生物质气化耦合直燃发电系统结构示意图。

图中：1-生物质气化炉；2-旋风分离器；3-旋风除尘器；4-换热器；5-送风机；6-引风机；7-生物质直燃锅炉；8-汽轮机；9-发电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图 1所示，本发明提供一种生物质气化耦合直燃发电系统，包括生物质气化系统和生物质直燃发电系统；生物质气化系统包括生物质气化炉1和换热器4；生物质气化炉1与换热器4连接；换热器4与生物质直燃发电系统连接；生物质气化炉1用于将生物质气化成高温燃气，并传输至换热器4；具体地，在生物质气化炉1中燃烧的生物质包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻秸秆等秸秆类生物质，并且在燃烧前，先将玉米秸秆、小麦秸秆、稻秸秆等秸秆类生物质经过破碎干燥后，使其粒径小于100mm，水分小于20%，然后通过送料装置从生物质气化炉1底部密相区加入；，生物质在气化炉1内以750℃-800℃下发生充分气化反应，产生750℃高温燃气；换热器4用于对高温燃气进行换热，并传输至生物质直燃发电系统，经过换热器4换热的高温燃气温度降温至450℃；生物质直燃发电系统用于接收高温燃气，以进行发电；采用上述方案，生物质直燃发电系统与生物质气化系统，通过将气化系统产生的燃气通入生物质锅炉补燃的方式实现系统耦合，通过分类燃烧，再燃气耦合的方式，从而解决物质锅炉燃用农作物秸秆时热负荷不高的问题。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，生物质气化系统还包括旋风分离器2；旋风分离器2侧边进气口与生物质气化炉1出气口连通；旋风分离器2底部与生物质气化炉1底部连通；旋风分离器2出气口与换热器4连通；旋风分离器2用于对高温燃气进行气固分离；具体地，生物质气化炉1出来的高温燃气首先经过旋风分离器2进行气固初分离，未反应的残炭收集后经返料装置回到生物质气化炉1进一步反应，分离后的燃气进入旋风除尘器3除尘。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，生物质气化系统还包括旋风除尘器3；旋风除尘器3进气口与旋风分离器2的出气口连通；旋风除尘器3出气口与换热器4进气口连通；旋风除尘3器用于对高温燃气进行除尘，这样可以在高温燃气换热器4前进一步过滤，提高换热效果。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，生物质气化系统还包括引风机6；生物质直燃发电系统包括生物质直燃锅炉7；引风机6分别连通换热器4的出气口和生物质直燃锅炉7的进气口连通；生物质直燃锅炉7用于对生物质直接燃烧以产生过热蒸汽；在生物质直燃锅炉7中燃烧的生物质包括林业加工废弃物、能源植物为代表的非秸秆类生物质；采用上述方案，通过引风机6的加压后能够有效将换热器4降温后高温燃气送入生物质直燃锅炉7与其他生物质进行混燃。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，生物质气化系统还包括送风机5；生物质直燃发电系统包括生物质直燃锅炉7；换热器4分别与生物质气化炉1和/或生物质直燃锅炉7连通；送风机5与换热器4连通；送风机5用于将空气经过换热器4内的预热并输送至生物质气化炉1和/或生物质直燃锅炉7，以实现生物质气化炉1和/或生物质直燃锅炉7内作为生物质燃烧一次风，从而对生物质气化炉1和/或生物质直燃锅炉7内的生物质燃烧进行调节；经过换热器4预热的空气温度为200℃-300℃。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，生物质直燃发电系统还包括汽轮机8和发电机9；汽轮机8与生物质直燃锅炉7连接；生物质直燃锅炉7通过产生过热蒸汽以带动汽轮机8工作；从而由汽轮机8带动发电机9发电；在生物质直燃锅炉7中燃烧的生物质包括林业加工废弃物、能源植物为代表的非秸秆类生物质，其在燃烧前先将非秸秆类生物质经过破碎后经送料装置直接送入到生物质锅炉7内与从引风机6输送来的高温燃气在生物质锅炉7中混合燃烧产生过热蒸汽，带动汽轮机8做功产生机械能，使发电机9发出电能。

相应地，结合上述方案，如图 1所示，本发明还提供一种生物质气化耦合直燃发电方法，应用于上述所述的生物质气化耦合直燃发电系统；还包括以下步骤：

S1：生物质气化炉1将生物质气化成高温燃气，并传输至换热器4；

S2：换热器4将高温燃气进行换热，并传输至生物质直燃锅炉7进行耦合；

S3：生物质直燃锅炉7接收高温燃气并直接燃烧生物质产生过热蒸汽，以进行发电。

优选地，结合上述方案，本实施例中，所述S1步骤前还包括：

S10：将生物质粉碎及干燥，以使生物质粒径小于100mm，水分小于20%；所述生物质为玉米秸秆、小麦秸秆或稻秸秆；和/或，

所述S1步骤后还包括：

S11：将高温燃气送入旋风分离器2进行初步气固分离；

S12：再将初步气固分离后的高温燃气送入旋风除尘器3进行除尘；

S13：最好将除尘后的高温燃气送入换热器4；换热器4将高温燃气预热至200°C至300°C；

所述S1步骤中，生物质气化炉1内将生物质气化成高温燃气，以使高温燃气750°C至800°C。

优选地，结合上述方案，本实施例中，所述S2步骤中包括：

S21：换热器4通过引风机6将高温燃气传输至生物质直燃锅炉7进行耦合；和/或，

S23：送风机5将空气经过换热器4预热至200°C至300°C，并分别输送至生物质气化炉1和/或生物质直燃锅炉7。

优选地，结合上述方案，本实施例中，所述S3步骤包括：

S31：将生物质粉碎后直接送入生物质直燃锅炉7，并与从引风机6输送来的高温燃气在生物质锅炉7中混合燃烧产生过热蒸汽，以带动汽轮机8做功产生机械能，通过机械能使发电机9发出电能。

采用上述方案，本发明通过将生物质气化与生物质直燃有效耦合，利用气化装置处理碱金属含量高的农作物秸秆类生物质，净高温燃气通入直燃锅炉补燃发电，增强整套系统原料适用性，解决生物质锅炉燃用农作物秸秆时热负荷不高的问题；同时，本发明提供的方案，可有效省去原生物质气化发电系统中的除尘除焦油等净化装置，利用直燃发电系统的发电装置，具有系统总成本低、运行稳定、污染排放物少等优点。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物质气化耦合直燃发电系统，其特征在于，包括生物质气化系统和生物质直燃发电系统；所述生物质气化系统包括生物质气化炉和换热器；所述生物质气化炉与所述换热器连接；所述换热器与所述生物质直燃发电系统连接；

所述生物质气化炉用于将生物质气化成高温燃气，并传输至所述换热器；

所述换热器用于对所述高温燃气进行换热，并传输至所述生物质直燃发电系统；

所述生物质直燃发电系统用于接收所述高温燃气，以进行发电。

2.根据权利要求1所述的生物质气化耦合直燃发电系统，其特征在于，所述生物质气化系统还包括旋风分离器；所述旋风分离器侧边进气口与所述生物质气化炉出气口连通；所述旋风分离器底部与所述生物质气化炉底部连通；所述旋风分离器出气口与所述换热器连通；所述旋风分离器用于对所述高温燃气进行气固分离。

3.根据权利要求2所述的生物质气化耦合直燃发电系统，其特征在于，所述生物质气化系统还包括旋风除尘器；所述旋风除尘器进气口与所述旋风分离器的出气口连通；所述旋风除尘器出气口与所述换热器进气口连通；所述旋风除尘器用于对所述高温燃气进行除尘。

4.根据权利要求1所述的生物质气化耦合直燃发电系统，其特征在于，所述生物质气化系统还包括引风机；所述生物质直燃发电系统包括生物质直燃锅炉；所述引风机分别连通所述换热器的出气口和所述生物质直燃锅炉的进气口连通；所述生物质直燃锅炉用于对生物质直接燃烧以产生过热蒸汽。

5.根据权利要求1所述的生物质气化耦合直燃发电系统，其特征在于，所述生物质气化系统还包括送风机；所述生物质直燃发电系统包括生物质直燃锅炉；所述换热器分别与所述生物质气化炉和/或所述生物质直燃锅炉连通；所述送风机与所述换热器连通；所述送风机用于将空气经过所述换热器内的预热并输送至所述生物质气化炉和/或所述生物质直燃锅炉。

6.根据权利要求4所述的生物质气化耦合直燃发电系统，其特征在于，所述生物质直燃发电系统还包括汽轮机和发电机；所述汽轮机与所述生物质直燃锅炉连接；所述生物质直燃锅炉通过产生过热蒸汽以带动所述汽轮机工作；所述汽轮机带动所述发电机发电。

7.一种生物质气化耦合直燃发电方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的生物质气化耦合直燃发电系统；还包括以下步骤：

S1：生物质气化炉将生物质气化成高温燃气，并传输至换热器；

S2：换热器将所述高温燃气进行换热，并传输至生物质直燃锅炉进行耦合；

S3：所述生物质直燃锅炉接收所述高温燃气并直接燃烧生物质产生过热蒸汽，以进行发电。

8.根据权利要求7所述的生物质气化耦合直燃发电方法，其特征在于，所述S1步骤前还包括：

S10：将生物质粉碎及干燥，以使所述生物质粒径小于100mm，水分小于20%；所述生物质为玉米秸秆、小麦秸秆或稻秸秆；和/或，

所述S1步骤后还包括：

S11：将所述高温燃气送入旋风分离器进行初步气固分离；

S12：再将初步气固分离后的高温燃气送入旋风除尘器进行除尘；

S13：最好将除尘后的高温燃气送入所述换热器；所述换热器将所述高温燃气预热至200°C至300°C；

所述S1步骤中，所述生物质气化炉内将生物质气化成高温燃气，以使所述高温燃气750°C至800°C。

9.根据权利要求7所述的生物质气化耦合直燃发电方法，其特征在于，所述S2步骤中包括：

S21：换热器通过引风机将所述高温燃气传输至生物质直燃锅炉进行耦合；和/或，

S23：送风机将空气经过所述换热器预热至200°C至300°C，并分别输送至所述生物质气化炉和/或所述生物质直燃锅炉。

10.根据权利要求7所述的生物质气化耦合直燃发电方法，其特征在于，所述S3步骤包括：

S31：将生物质粉碎后直接送入所述生物质直燃锅炉，并与从引风机输送来的高温燃气在生物质锅炉中混合燃烧产生过热蒸汽，以带动汽轮机做功产生机械能，通过所述机械能使发电机发出电能。