CN112358896A - 一种生物质气化斯特林发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物质气化斯特林发电系统，属于斯特林发电技术领域。将生物质气化系统、斯特林发电系统和余热进行结合，生物质气化系统生成的燃气通过加压装置输送至斯特林发电系统，燃气与助燃空气在燃烧器内进行1：3比例混合，通过燃烧器的火花塞将燃气点燃，对斯特林发电机进行加热发电，发电产生的高温余烟可以通过热交换装置对助燃空气进行加热，最后进入余热利用系统进行供热和制冷，产生的烟气尾气通过尾气处理装置进行脱硫脱硝除尘处理后达标排放。
Description
技术领域
本发明涉及新能源利用和斯特林发电技术领域，具体地说是一种生物质气化斯特林发电系统。
背景技术
斯特林发电机是一种由外部提供热能，并将热能传递给工质，由工质做功将热能转换成机械能输出的机械式发动机，与内燃机不同点是，它采用的是连续、定常燃烧。热腔加热后会使系统内部循环空间内的工质受热膨胀，从而推动配气活塞运动，然后工质通过冷却器进入冷腔与动力活塞相互作用。工质在热、冷两个腔之间完成斯特林循环，进而对外输出功率。
传统的蒸汽轮机存在热效率低、尺寸庞大、经济性差等缺点，燃气轮机也存在热效率低、寿命短、成本高等缺点，内燃机的燃料适用性差导致其发展的局限性，综合以上问题，本发明将斯特林发电机应用于生物质气化发电系统，替代传统的发电设备，可有效的改善发电效率，提高燃气的适用性，降低生物质气化发电成本。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有生物质发电技术的不足，提供一种生物质气化斯特林发电系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本设计的核心思想是，设计一种生物质气化斯特林发电系统，将生物质气化系统、斯特林发电系统和余热利用系统进行结合，生物质气化系统生成的燃气通过加压装置输送至斯特林发电系统，燃气与助燃空气在燃烧器内进行1：3比例混合，通过燃烧器的火花塞将燃气点燃，对斯特林发电机进行加热发电，发电产生的高温余烟可以通过热交换装置对助燃空气进行加热，最后进入余热利用系统进行供热和制冷，产生的烟气尾气通过尾气处理装置进行脱硫脱硝除尘处理后达标排放。
生物质气化系统，包括斗式提升机、气化炉、灰渣处理装置、水冷却循环系统、燃气净化系统设备、燃气加压系统、燃气输送系统，生物质原料通过上料设备输送至气化炉系统进料口，在气化炉中经过氧化反应、还原反应、裂解反应、干燥，生成生物质燃气，后经燃气净化系统对燃气净化后，经过加压系统，将纯净的生物质燃气通过燃气输送系统进行输出。所产生的生物质炭经过灰渣处理装置进行处理，整个生物质气化系统通过水冷却循环系统设备进行降温冷却，产生的多余燃气经过安全放散设备进行放散。
斯特林发电系统，包括燃气控制阀组、助燃空气管组、斯特林发电机组、排烟管道、水冷却循环系统、控制系统等。生物质气化系统产生的纯净燃气通过燃气控制阀组与斯特林发电机组进行连接，助燃空气通过离心风机和助燃空气管组与斯特林发电机组进行连接，燃气与加热后的助燃空气在燃烧器内进行1：3比例混合，进一步的，燃烧器火花塞进行点火将燃气点燃，燃烧器火焰对斯特林发电机组热端进行加热，同时，水冷却循环系统对斯特林发电机组冷端进行降温，从而带动斯特林直线发电机由热能到电能的转化。
余热利用系统，包括吸收式制冷系统、供热水循环系统、布袋除尘装置和SCR脱硝装置。所述吸收式制冷系统，与所述排烟管道连接，将斯特林发电产生的高温烟气进行换热处理后进行供冷和供热，然后将尾气处理后排出。
本发明为一种生物质气化斯特林发电系统，与现有技术相比所产生的有益效果至少在于：
1）本发明的生物质气化斯特林发电系统的能源利用率高，可以实现供气、供电、供热、供冷等生物质能源全方位高效利用。
2）基于本发明的生物质气化斯特林发电系统，可以建立分布式生物质电站，通过与能源互联网和物联网的无缝衔接，从而形成分布式能源生态系统。
3）本发明的生物质气化斯特林发电系统能够实现多缸联动，通过不同的阀体对每个发电机组进行燃气、空气等的分组控制，进一步可以合理调节整个发电系统的发电能力。
4）本发明的生物质气化斯特林发电系统采用模块化的结构设计，相比传统发电系统，具有结构简单、维护成本低、效率高、原料适用性强等优点。
附图说明
图1是本发明的模型简图；
图2是本发明的系统图；
图3是本发明的气化炉的功能区划分图；
图中各标号表示：
1、生物质气化系统，1-1、斗式提升机，1-2、炉顶料仓，1-3、气化炉，1-4、净化装置，1-5、燃气加压装置，1-6、燃气输送系统，1-7、进料阀，1-8、卸料阀 ，2、斯特林发电系统，2-1、燃气控制阀组，2-2、助燃空气管道，2-3、斯特林发电机组，2-4、水冷却循环系统，2-5、排烟管道，2-6、热交换装置，3、余热利用系统，3-1、吸收制冷系统，3-2、供热水循环系统，3-3、布袋除尘装置，3-4、SCR脱硝装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图2所示，本实施例提供一种生物质气化斯特林发电系统，其中生物质气化系统1与斯特林发电系统2通过燃气输送管路1-5连接，最终通过排烟管道2-5将烟气输送至斯特林发电余热利用系统3，经过余热利用制冷和供热后，将烟气尾气进行脱硫脱硝除尘后排出。
作为本发明的第一实施例，生物质原料通过斗提式上料系统1-1至炉顶料仓1-2，并由料仓1-2加料至气化炉1-3本体，炉顶料仓1-2上部设有进料阀1-7，下部设有出口卸料阀1-8。上料前关断卸料阀1-8防止炉内燃气反窜，打开进料阀1-7将生物质原料进料至炉顶料仓1-2；进料完毕后关断进料阀1-7，待炉内需要打开卸料阀1-8时，将生物质原料送入气化炉1-2内。炉顶料仓1-2设计存量满足气化炉连续运行给料需求。
生物质原料进入气化炉1-3后，如图示3所示，由上至下依次经过干燥区、热解区、还原区和氧化区，发生相关物理化学反应，生成生物质燃气，最终获得生物质炭渣。
气化剂空气以一定的流量从气化炉底部的进气口送入，在经过灰渣层时与热灰渣进行换热，被加热的热气体进入气化炉底部的氧化区同炽热的生物质发生燃烧反应，同时放出热量，为氧化区之上的生物质还原、裂解、脱挥发分和脱水等物理化学过程提供热源。
气化炉内还原区和热解区产生的生物质燃气，向上流动，经过干燥区后，经料层过滤和吸热后，降温至 150℃以下，并从气化炉1-3顶部侧面燃气出口排出。排出的生物质粗燃气经过燃气净化装置1-4，将燃气中携带的焦油、灰尘、水分离出来。
净化后的生物质燃气由加压装置1-5输送至斯特林发电系统2进行燃烧发电或提供给用户进行使用。粗燃气净化出来的焦油和灰尘沉积后，排入焦油箱，并由焦油泵送至气化炉进行再次热解气化，实现焦油零排放。
作为本发明的第一实施例，斯特林发电系统2既可以使用一台斯特林发电机进行发电，也可以集成多台斯特林发电机组并联分组控制进行发电，根据发电量的需求进行合理控制。本实施例将只对斯特林发电机组2-3并联分控发电进行说明。
生物质气化系统1产生的纯净燃气通过燃气输送系统1-6、燃气控制阀组2-1与斯特林发电机组2-3进行连接，助燃空气通过助燃空气管组2-2与斯特林发电机组2-3进行连接，燃气与助燃空气在燃烧器内进行比例混合，进一步的，燃烧器火花塞进行点火将燃气点燃，燃烧器火焰对斯特林发电机组2-3热端进行加热，同时，水冷却循环系统2-4对斯特林发电机组2-3冷端进行降温，从而带动斯特林直线发电机由热能到电能的转化。产生的电能经过变电站进行升压后，并网后提供给用户。
产生的高温烟气通过烟气管道2-5后，经过热交换装置，对助燃空气进行加热，助燃空气加热温度可达200℃。烟气第一次降温后，烟气温度可从800℃降至500℃。
作为本发明的第一实施例，斯特林发电余热利用系统3，采用吸收式制冷循环系统3-1， 吸收式制冷以自然存在的水/溴化锂或氨/水等为制冷剂，由吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、循环泵、节流阀等部件组成。烟气经过余热利用系统后进行第二次降温，烟气温度可降至200℃。进一步的，烟气对供热水循环系统3-2进行加热，当水温加热至120℃~140℃后水循环系统进行供热。
烟气经过尾气处理装置处理，最终通过引风机达标排放。所述尾气处理装置为布袋除尘3-3和SCR选择性催化还原法脱硝3-4工艺，催化还原法是用氨或尿素之类的还原剂，在一定的温度下通过催化剂的作用，还原废气中的NOx(NO、NO2)，将NOx转化非污染元素分子氮(N2)，NOx与氨气的反应如下：
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
6NO2+8NH3 → 7N2+12H2O
SCR系统（3-4）包括催化剂反应器、还原剂制备系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统。
应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管该具体实施方式部分对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种生物质气化斯特林发电系统，其特征在于，包括生物质气化系统、斯特林发电系统、斯特林发电余热利用系统，所述生物质气化系统与所述斯特林发电系统通过燃气输送系统、进气阀组连接，所述斯特林发电系统与所述余热利用系统通过热交换装置、排烟管道进行连接；
所述生物质气化系统，包括斗式提升机、气化炉、灰渣处理装置、水冷却循环系统设备、燃气净化设备、燃气加压系统、燃气输送系统，生物质原料通过上料设备输送至气化炉系统进料口，生成生物质燃气，后经所述燃气净化系统对燃气净化后，经过加压系统，将纯净的生物质燃气通过燃气输送系统进行输出；
所述斯特林发电系统，包括燃气控制阀组、助燃空气管组、斯特林发电机组、排烟管道、水冷却循环系统，生物质气化系统产生的纯净燃气通过燃气输送系统、燃气控制阀组与斯特林发电机组进行连接，助燃空气通过助燃空气管组与斯特林发电机组进行连接；
所述斯特林发电余热利用系统，包括吸收式制冷循环系统、供热水循环系统、布袋除尘装置和SCR脱硝装置，所述吸收式制冷循环系统与所述排烟管道连接。
2.根据权利要求1所述一种生物质气化斯特林发电系统，其特征在于，所述气化炉为固定床气化发生设备，炉顶料仓上部设有进料阀，下部设有出口卸料阀。
3.根据权利要求1所述一种生物质气化斯特林发电系统，其特征在于，所述助燃空气管组与所述排烟管道通过热交换装置连接。
4.根据权利要求1所述一种生物质气化斯特林发电系统，其特征在于，所述排烟管道与斯特林发电机组和余热利用管路连接。
5.根据权利要求1所述一种生物质气化斯特林发电系统，其特征在于，采用吸收式制冷循环系统和供热水循环系统结合的高温烟气能量利用结构，以及采用布袋除尘和SCR脱硝结合的尾气处理结构。
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| CN114874813A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-08-09 | 沈阳工程学院 | 一种布朗气催化生物质解耦气化的发电系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2004076968A (ja) * | 2002-08-12 | 2004-03-11 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | バイオマスを燃料とする燃焼方法および同燃焼システム、並びに発電方法および同発電システム |
| KR100742159B1 (ko) * | 2006-04-04 | 2007-07-25 | 한국에너지기술연구원 | 바이오매스 가스화에 의한 열병합 발전방법 |
| CN201809316U (zh) * | 2010-08-04 | 2011-04-27 | 合肥德博生物能源科技有限公司 | 一种固定床生物质气化发电装置 |
| CN102678382A (zh) * | 2011-11-04 | 2012-09-19 | 农业部规划设计研究院 | 一种生物质分布式冷热电多联产能源系统 |
| CN214400385U (zh) * | 2020-11-25 | 2021-10-15 | 青岛启迪能源与动力技术研究院 | 一种生物质气化斯特林发电系统 |
-
2020
- 2020-11-25 CN CN202011333811.5A patent/CN112358896A/zh active Pending
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