CN113970114B - 一种利用生物质发电的方法及生物质发电系统 - Google Patents

一种利用生物质发电的方法及生物质发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明专利公开了一种利用生物质发电的方法及生物质发电系统，本发明利用生物质发电的方法，包括以下步骤：步骤一：将生物质料磨制成平均粒径在预设尺寸以下的生物质粉；步骤二：在制粉过程中，生物质粉与空气混合，经调节形成具有一定风粉比的风粉混合物；步骤三：将风粉混合物增压，形成高压的风粉混合物；步骤四：在高压状态下，燃烧风粉混合物，使之产生具有一定压力和预设温度的烟气；步骤五：利用烟气直接推动涡轮做功发电。本发明通过直接采用风粉混合物及其燃烧烟气作为热力循环介质，实现了简化系统流程，提高生物质的燃烧性能，以及增加其转换为电能的效率的目的。

Description

一种利用生物质发电的方法及生物质发电系统
技术领域
本发明涉及生物质发电技术领域，具体的说，涉及一种利用生物质发电的方法及生物质发电系统。
背景技术
生物质是重要的可再生能源，与化石能源相比，其氮、硫含量低，灰分少，挥发分高，因此，在使用过程中，氮氧化物、二氧化硫和粉尘等污染物排放较低，越来越多地用于热力发电。
生物质用于常规的发电系统中，一般主要包括两种方式：一、类似于常规的火力发电厂，发电功率大，系统复杂且庞大。生物质作为燃料，在锅炉中直接燃烧，或与煤混合燃烧，加热水，产生蒸汽，推动蒸汽轮机做功发电，是生物质发电的主要方式。二、生物质在气化炉中气化，产生粗燃气，其中含有灰分、焦炭和焦油等杂质，经过净化，形成纯净的气体燃料，进入燃气轮机或内燃机做功发电。然而，气化炉结构远远比燃烧炉复杂，系统也较为庞大，尤其是气体净化系统，焦油等杂质经常堵塞通道，使其无法正常工作，利用小时数较低。气体净化过程需要吸热和放热，额外消耗了热能甚至电能，因此发电效率也较低。在气体燃料的使用过程中，如果采用燃气轮机发电，必须使用增压设备，将气体燃料加压后，进入燃烧室，与高压空气进行燃烧，形成高温烟气，推动透平做功。
在火力发电中，直吹式制粉系统是指固体燃料(如煤)经磨粉机磨制的粉，不经中间停留，而直接吹送到炉膛去燃烧的系统。
燃烧是生物质能利用技术中，能效最高、经济性最好的应用方式，生物质燃料包括生物质散料、打捆生物质、生物质成型燃料、生物质粉料等形态，不同的形态其储运方式和燃烧过程也不相同，其中生物质粉料具有最大的比表面积，燃烧速率最快，燃尽时间短，但由于制粉技术和储运成本所限，目前远远没有发挥其燃烧特性应有的优势。
因此，如何取消生物质气化发电过程中的气化处理过程，取消热力循环过程的中间介质(水)，采用直吹式制粉方式，直接将风粉混合物及其燃烧产物作为热力循环介质，则极大地简化系统流程，从而提高生物质的燃烧性能，以及增加其转换为电能的效率，是本专利想要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的以上缺陷，本发明提供了一种利用生物质发电的方法及生物质发电系统，即直吹式生物质超细制粉及涡轮发电系统，实现了取消生物质气化发电过程中的气化处理过程，取消热力循环过程的中间介质(水)，采用直吹式制粉方式，直接将风粉混合物作为热力循环介质，简化系统流程，从而提高生物质的燃烧性能，以及增加其转换为电能的效率的目的。
本发明提供的技术方案如下：
一种利用生物质发电的方法，包括以下步骤：
步骤一：将生物质料磨制成平均粒径在预设尺寸以下的生物质粉；
步骤二：在制粉过程中，所述生物质粉与空气混合，经调节形成具有一定风粉比的风粉混合物；
步骤三：将所述风粉混合物增压，形成高压的风粉混合物；
步骤四：在高压状态下，燃烧所述风粉混合物，使之产生具有一定压力和预设温度的烟气；
步骤五：利用所述烟气直接推动涡轮做功发电。
本技术方案公开了一种利用生物质发电的方法，通过将生物质料超细粉化后，形成一定风粉比的风粉混合物，直接增压、燃烧推动涡轮做功，产生电能。解决了现有技术中，将生物质作为燃料在常压下直接燃烧，加热热力循环中间介质(水)，通过中间介质(水)做功发电，系统复杂、庞大，或将生物质气化，作为燃气轮机的燃气进行发电，但存在难以处理的中间产物和废弃物，处理过程耗能较大等问题。
进一步地，所述生物质粉的预设尺寸为D50为小于8-12μm内任一值，优选为10μm。
进一步地，所述风粉比为220-280g/m3内任一值，优选为250g/m3；所述预设温度为1000-1300℃，优选为1100-1200℃。
进一步地，该利用生物质发电的方法，还包括以下步骤：
步骤四：回收做功后的所述烟气余热，利用所述烟气余热加热、预热所述步骤三中的风粉混合物；
步骤五：净化、排放所述烟气。
本技术方案进一步公开了对涡轮排出后的烟气的处理步骤，一方面，通过利用烟气的余热，预热加压后的风粉混合物，有助于生物质粉中的水分蒸发、微米级颗粒的挥发以及灰分的析出，以便在后续迅速燃烧。另一方面，通过净化后排放烟气，减少环境污染。
一种生物质发电系统，包括：制粉及风粉比调节机构和增压燃烧与涡轮发电机构；其中，所述制粉及风粉比调节机构包括：超细粉磨机和风粉浓度调节装置，所述超细粉磨机具有入料口和粉磨机出口，所述超细粉磨机用于将所述生物质料磨制为小于根据权利要求2所述预设尺寸的生物质粉；所述风粉浓度调节装置与所述超细粉磨机出口连接，所述风粉浓度调节装置用于调节空气中所述生物质粉的浓度，以形成具有一定风粉比的风粉混合物；所述增压燃烧与涡轮发电机构包括：风粉增压机、生物质粉燃烧室、涡轮以及发电机，所述风粉增压机的低压端与所述风粉浓度调节装置连接，高压端与所述生物质粉燃烧室连接，用于对所述风粉混合物增压并送至所述生物质粉燃烧室燃烧；所述生物质粉燃烧室与所述涡轮连接，所述涡轮与所述发电机传动连接。
本技术方案公开了一种生物质发电系统，通过超细粉磨机和风粉浓度调节装置将生物质料超细粉化后，形成一定风粉比的风粉混合物，再通过风粉增压机增压、燃烧推动涡轮做功，产生电能。一方面，解决了现有技术中，直接将生物质在常压下直接燃烧，加热热力循环中间介质(水)，通过中间介质(水)做功发电，系统复杂、庞大的问题。另一方面，解决了现有技术中，需要使用生物质气化炉等装置气化生物质，产生大量难以处理焦油及净化过程中的能源浪费等问题，进而实现了系统简单、紧凑，中间环节少的效果。
进一步地，本生物质发电系统，还包括：余热回收机构和烟气净化及排放机构；其中，所述余热回收机构包括回热器和余热锅炉，所述回热器设置在所述风粉增压机与所述生物质粉燃烧室的连接通路之间，且所述回热器与所述涡轮的出气口连接，用于利用所述烟气余热预热所述风粉混合物；所述余热锅炉与所述回热器的出气口连接，用于利用所述烟气余热加热、预热水体；所述烟气净化及排放机构包括烟气净化装置、引风机和烟囱，所述烟气净化装置用于收集所述生物质粉燃烧后形成的飞灰，净化后的烟气经所述引风机和烟囱排向大气。
本技术方案进一步公开了该生物质发电系统的组成机构，通过在涡轮的出气口端设置余热回收机构和烟气净化及排放机构，一方面，通过回热器预热经过风粉增压机加压后的风粉混合物，有助于生物质粉中的水分蒸发、微米级颗粒的挥发份以及灰分的析出，增加生物质的燃烧性能。另一方面，将经过回热器的烟气连接到余热锅炉，进一步利用烟气余热，与水体进行热交换，节约能源。此外，通过烟气净化装置、引风机以及烟囱，烟气净化装置收集生物质燃烧后形成的飞灰，对最终烟囱排出的烟气进行净化。
进一步地，所述制粉及风粉比调节机构还包括：生物质料仓、给料输送机、喂料机和风机；其中，所述生物质料仓底端设置有下料口，所述给料输送机设置在所述下料口下方，与所述喂料机入口连接，所述喂料机与所述超细粉磨机的入料口连接，所述风机与所述风粉浓度调节装置连接，用于排出所述风粉浓度调节装置内部一定质量的空气，以调节所述风粉浓度调节装置内部的风粉比。
进一步地，所述风粉浓度调节装置内部设置有过滤器，所述过滤器位于所述风机与所述风粉浓度调节装置的连接处；所述风粉浓度调节装置与所述风粉增压机的连接通路上设置有调节阀；和/或；所述给料输送机为双螺杆运输机，可通过改变给料速度，进而控制所述生物质发电系统的发电负荷；和/或；所述生物质料仓外部设置有振打装置。
进一步地，所述生物质粉燃烧室包括：进气衬套、火焰筒、旋流器以及点火器；其中，所述进气衬套和所述火焰筒为中空结构，所述火焰筒间隙固定在所述进气衬套内部，所述进气衬套一端设置有进气口，所述火焰筒远离所述进气口的一端设置有通孔，所述火焰筒与所述进气衬套之间形成由所述进气口至所述通孔的进气通道；所述通孔内装设有所述旋流器，所述点火器装设在所述旋流器旋转中心位置，所述火焰筒远离所述通孔的一端设置有出气口，所述火焰筒内部形成由所述通孔到所述出气口的燃烧腔；所述进气衬套、所述火焰筒、所述通孔、以及所述旋流器位于同一轴线。
本技术方案进一步公开了生物质粉燃烧室的具体结构，通过生物质粉燃烧室的具体结构，利用经过进气通道的风粉混合物对火焰筒壁面进行冷却保护，反之，同时利用燃烧腔内的热量预热风粉混合物，利于后期燃烧。
进一步地，所述涡轮采用向心透平或轴流式透平，所述风粉增压机、所述发电机以及所述向心透平或轴流式透平共轴布置或通过齿轮联接；在所述生物质发电系统启动初期，所述发电机作为电动机运行，驱动所述风粉增压机运行；当所述涡轮做功功率大于所述风粉增压机所需功率时，所述发电机发电；和/或；所述风粉增压机为离心式或轴流式增压机，所述增压机后端设置有扩压器；和/或；所述点火器为等离子体点火器或小油枪点火器。
本技术方案进一步公开了增压燃烧与涡轮发电机构的具体形式，通过风粉增压机、发电机以及透平布置形式，利用发电机在不同阶段的运行状态，提高本生物质发电系统的启动速度，增加系统的稳定性。
本发明的技术效果在于：
1、通过将生物质料超细粉化后，形成一定风粉比的风粉混合物，直接增压、燃烧推动涡轮做功，产生电能。解决了现有技术中，将生物质作为燃料在常压下直接燃烧，加热热力循环中间介质(水)，通过中间介质(水)做功发电，系统复杂、庞大，或仅将生物质气化，作为燃气轮机的燃气进行发电，但存在难以处理的焦油等中间产物和废弃物，处理耗能大等问题。进而实现了简化系统，增加生物质的燃烧性能，间接提高了转换电能的效率；
2、通过利用烟气的余热，预热加压后的风粉混合物，有助于生物质粉中的水分蒸发、微米级颗粒的挥发以及灰分的析出，以便在后续迅速燃烧。此外，通过净化后排放烟气，减少环境污染；
3、通过超细粉磨机和风粉浓度调节装置将生物质料超细粉化后，形成一定风粉比的风粉混合物，再通过风粉增压机增压、燃烧推动涡轮做功，产生电能。一方面，解决了现有技术中，直接将生物质在常压下直接燃烧，加热热力循环中间介质(水)，通过中间介质(水)做功发电，系统复杂、庞大的问题；另一方面，解决了现有技术中，需要使用生物质气化炉等装置气化生物质，产生大量难以处理焦油及净化过程中的能源浪费等问题，进而实现了系统结构简单、紧凑，中间环节少的效果；
4、通过在涡轮的出气口端设置余热回收机构和烟气净化及排放机构，一方面，通过回热器预热经过风粉增压机加压后的风粉混合物，有助于生物质粉中的水分蒸发、微米级颗粒的挥发以及灰分的析出，增加生物质的燃烧性能。另一方面，将经过回热器的烟气在连接到余热锅炉，进一步利用烟气余热，与水体进行热交换，节约资源。此外，通过烟气净化装置、引风机以及烟囱，引风机防止烟气回流，烟气净化装置收集生物质燃烧后形成的飞灰，对最终烟囱排出的烟气进行净化；
5、通过生物质粉燃烧室的具体结构，利用经过进气通道的风粉混合物对火焰筒壁面进行冷却保护，反之，同时利用燃烧腔内的热量预热风粉混合物，利于后期燃烧；
6、通过风粉增压机、发电机以及透平布置形式，利用发电机在不同阶段的运行状态，提高本生物质发电系统的启动速度，增加系统的稳定性；
7、风粉增压机对风粉混合物实现提升压力的效果，有别于常规地只增压空气，燃料单独输入燃烧室；
8、相当于常规地燃烧室是在燃烧室内先预混，再燃烧。本方案中风粉混合物在进入燃烧室之前通过预热，挥发份析出，即实现了预混，实现在燃烧室内充分燃烧，并大大地降低了燃烧过程的氮氧化物产生。
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说明：
图1是本发明一种实施例的生物质发电系统原理图；
图2是本发明一种实施例的生物质料仓结构示意图；
图3是本发明一种实施例的生物质粉燃烧室结构示意图；
图4是使用超细磨粉机磨制麦麸后，麦麸超细粉粒径分布柱状图；
图5是使用超细磨粉机磨制木材后，木材超细粉粒径分布柱状图；
图6是本发明一种利用生物质发电的方法的一种实施例的流程图；
图7是本发明一种利用生物质发电的方法的另一种实施例的流程图。
附图标号说明：
10.制粉及风粉比调节机构，11.生物质料仓，11-a.振打装置，11-b.下料口，12.给料输送机，13.调节阀，14.喂料机，15.超细粉磨机，16.风粉浓度调节装置，16-a.过滤器，17.风机；
20.增压燃烧与涡轮发电机构，21.风粉增压机，22.生物质粉燃烧室，22-a.进气衬套，22-b.火焰筒，22-c.点火器，22-d.旋流器，22-e.进气口，22-f.通道，22-g.进气通道，22-h.出气口，22-i.燃烧腔，23.涡轮，24.发电机；
30.余热回收机构，31.回热器，32.余热锅炉；
40.烟气净化及排放机构，41.烟气净化装置，42.引风机。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在本文中，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。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
【实施例一】
本实施例为一种利用生物质发电的方法，如图6所示，本方法的目的在于如何高效燃烧生物质料，简化热力循环系统流程，最终转换为电能，换言之，本方法旨在提高生物质的燃烧性能，直接采用风粉混合物作为热力流程介质，以及增加其转换电能效率。
具体地，本利用生物质发电的方法包括以下步骤：
步骤一：将生物质料磨制成平均粒径在预设尺寸以下的生物质粉；
步骤二：在制粉过程中，所述生物质粉与空气混合，经调节形成具有一定风粉比的风粉混合物；
步骤三：将风粉混合物增压，形成高压的风粉混合物。
步骤四：在高压状态下，燃烧所述风粉混合物，使之产生具有一定压力和预设温度的烟气。
步骤五：利用所述烟气直接推动涡轮做功发电。
需要说明的是，与现有技术中将生物质料磨制成生物质粉后进行燃烧的方法不同点在于，本发明磨制后的生物质粉具有一定的预设尺寸限制，因此能够使得生物质粉分布于空气中，即与空气混合形成风粉混合物，再通过加压，燃烧的方式，释放生物质粉中的能量，最终驱动涡轮做功发电。
至此，本领域的技术人员可以明白，本专利中将生物质粉与空气混合燃烧的方法是本专利的关键所在，生物质粉与空气混合之后可以直接对所形成的风粉混合物增压，使之燃烧所产生的温度与压力满足涡轮发电的需求。
此外，按照燃烧理论，燃尽时间与颗粒初始大小的平方成正比，如果生物质粉粒径小到一定尺寸，由于挥发分高，容易点燃，燃烧速度快，燃尽时间短，则其燃烧特性可接近于燃油，甚至燃气的水平。从而，可以提高生物质的燃烧性能，增加电能的转换效率。另外，生物质粉具有实际密度小，主要成分是有机质等物理化学特性，在输送过程中，对金属材料不会造成磨损或损坏，使得采用轴流或离心叶轮加压方式输送生物质粉和气体混合物成为可能。
【实施例二】
本实施例可作为实施例一的一种优选的实施方式，其中与实施例一相同的技术特征在此不再赘述。
优选地，生物质料磨制后所形成的生物质粉的应小于预设尺寸8-12μm内任一值。在一个优选的实施例中，预设尺寸为10μm。
需要说明的是，以上将生物质料磨制成生物质粉的预设尺寸具备可行性，如图4所示，为使用专利号为CN105536957B的超细磨粉机磨制麦麸后，检测的麦麸超细粉粒径分布情况的柱状图。具体测得的粒径分布数据如下：
5％的总粒子数＜1.93微米；10％的总粒子数＜2.11微米；
15％的总粒子数＜2.31微米；20％的总粒子数＜2.53微米；
25％的总粒子数＜2.77微米；30％的总粒子数＜3.17微米；
35％的总粒子数＜3.63微米；40％的总粒子数＜4.16微米；
45％的总粒子数＜4.77微米；50％的总粒子数＜5.23微米；
55％的总粒子数＜5.99微米；60％的总粒子数＜6.56微米；
65％的总粒子数＜7.51微米；70％的总粒子数＜8.23微米；
75％的总粒子数＜9.43微米；80％的总粒子数＜10.80微米；
85％的总粒子数＜12.95微米；90％的总粒子数＜15.53微米；
95％的总粒子数＜20.39微米；100％的总粒子数＜33.59微米。
如图5所示，为使用超细磨粉机磨制木材后，检测的木材超细粉粒径分布情况的柱状图。具体测得的粒径分布数据如下：
5％的总粒子数＜0.51微米；10％的总粒子数＜0.53微米；
15％的总粒子数＜0.54微米；20％的总粒子数＜0.56微米；
25％的总粒子数＜0.57微米；30％的总粒子数＜0.58微米；
35％的总粒子数＜0.60微米；40％的总粒子数＜0.61微米；
45％的总粒子数＜0.64微米；50％的总粒子数＜0.67微米；
55％的总粒子数＜0.67微米；60％的总粒子数＜0.71微米；
65％的总粒子数＜0.75微米；70％的总粒子数＜0.83微米；
75％的总粒子数＜0.88微米；80％的总粒子数＜1.03微米；
85％的总粒子数＜1.22微米；90％的总粒子数＜1.65微米；
95％的总粒子数＜3.40微米；100％的总粒子数＜10.55微米。
综上所述，可以通过使用专利号为CN105536957B的超细磨粉机将麦麸或木材磨制为小于一定预设尺寸的生物质粉，以满足整个流程的需求。
进一步优选地，由于不同风粉比的风粉混合物燃烧所产生的温度不同，而涡轮所承受的温度有限，此外又需要对涡轮提供足够的温度以使之产生足够的动能和效率。因此，风粉混合物燃烧所产生的温度的最佳范围在1100-1200℃，即实施例一中的预设温度应为1100-1200℃左右。
综上所述，可以通过控制单位空气内生物质粉的质量，即控制风粉比，间接控制风粉混合物燃烧所产生的温度。优选地，风粉比为220-280g/m3内任一值。在一个优选的实施例中，风粉比为250g/m3，燃烧所产生的预设温度在1200℃左右。
【实施例三】
本实施例旨在说明实施例一中利用生物质发电的方法的步骤三的实现方式，为一种采用离心压气机对风粉混合物增压的方法。
在上述步骤三中，可通过风粉增压机对风粉混合物增压。
具体地，风粉增压机采用离心式增压机，离心式增压机入口具有一定的负压，由于生物质粉为微米级，均布于空气当中，风粉混合物采用气体动力学特性，包括离心增压机的设计，按照离心压气机的设计方法进行设计，进而实现将风粉混合物增压。
此外，在离心式增压机后端具有扩压器，可将增压后的具有一定风粉比要求的风粉混合物的速度能转化为压力能，经回热器与涡轮排气换热后，进入燃烧室进行燃烧，即上述步骤四。
【实施例四】
本实施例旨在说明实施例一中利用生物质发电的方法的步骤四的实现方式，即燃烧风粉混合物的方法。
在上述步骤四中，可通过将上述具有一定风粉比要求的风粉混合物，排至生物质粉燃烧室进行燃烧。
具体地，如图3所示，生物质粉燃烧室22包括：进气衬套22-a、火焰筒22-b、旋流器22-d以及点火器22-c。其中，进气衬套22-a和火焰筒22-b为中空结构，火焰筒22-b间隙固定在进气衬套22-a内部，进气衬套22-a一端设置有进气口22-e，火焰筒22-b远离进气口22-e的一端设置有通道22-f，火焰筒22-b与进气衬套22-a之间形成由进气口22-e至通道22-f的进气通道22-g。通道22-f内装设有旋流器22-d，点火器22-c装设在旋流器22-d旋转中心位置，火焰筒22-b远离通道22-f的一端设置有出气口22-h，火焰筒22-b内部形成由通道22-f到出气口22-h的燃烧腔22-i。进气衬套22-a、火焰筒22-b、通道22-f、以及旋流器22-d位于同一轴线。
在实际应用中，风粉混合物首先通过进气口22-e进入进气通道22-g，在进气通道22-g中的风粉混合物一方面可以对火焰筒22-b壁面进行冷却保护作用，另一方面，进行预热和挥发份的部分气化，将有利于在火焰筒22-b中的燃烧；风粉混合物再由通道22-f进入燃烧腔22-i内，风粉混合物在旋流器22-d的作用下，在火焰筒22-b内形成旋流并沿径向散开，中心处形成负压，上游燃烧产生的高温烟气进行回流，加热并点燃后面的风粉混合物，形成持续不断的燃烧，燃烧过程为预混燃烧，可以控制氮氧化物的排放在规定范围内。点火器22-c采用等离子点火器或小油枪点火器，启动点火器22-c，即可引燃进入火焰筒中的风粉混合物，此外在燃烧不稳定时，也可以起到稳定燃烧的作用。
通过以上方式从而实现风粉混合物的稳定燃烧。
【实施例五】
本实施例可作为实施例一或实施例二的一种优选的实施方式，如图7所示，其中与实施例二相同的技术特征在此不再赘述。
具体地，本利用生物质发电的方法还可以包括以下步骤：
步骤四：回收做功后的所述烟气余热，利用所述烟气余热加热、预热所述步骤三中的风粉混合物；
步骤五：净化、排放所述烟气。
在实际应用中，由于高温烟气经过涡轮23做功后，仍具有较高的温度(约500℃)和焓值，因此步骤四利用烟气余热，预热加压后的风粉混合物，有助于生物质粉中水分蒸发，微米级颗粒挥发分的析出，以便风粉混合物能够迅速燃烧。此外，生物质粉中，挥发分大约占到70％，固定碳约20％，水分约5％，而灰分一般低于5％。粉粒径越小，燃烧的结渣率越低，当粒径小于10μm，通过回热器31的预热，其燃烧性能接近气体燃烧，基本没有结渣形成，而燃烧后微米级粒径的飞灰，则均匀分布于烟气之中。因此，通过步骤五的净化过程，最终将过滤后的烟气排放到空气中减少环境污染。
【实施例六】
本实施例为一种生物质发电系统，如图1所示，该生物质发电系统包括制粉及风粉比调节机构10和增压燃烧与涡轮发电机构20，需要说明的是，本生物质发电系统为一种直吹式生物质超细制粉及涡轮发电系统。
具体地，制粉及风粉比调节机构10包括：超细粉磨机15和风粉浓度调节装置16，超细粉磨机15具有入料口和粉磨机出口，超细粉磨机15用于将生物质料磨制为小于实施例一、实施例二和实施例三中所描述的预设尺寸的生物质粉；风粉浓度调节装置16与超细粉磨机15出口连接，所述风粉浓度调节装置16用于调节空气中所述生物质粉的浓度，以形成具有一定风粉比的风粉混合物。
进一步地，增压燃烧与涡轮发电机构20包括：风粉增压机21、生物质粉燃烧室22、涡轮23以及发电机24，风粉增压机21的低压端与风粉浓度调节装置16连接，高压端与生物质粉燃烧室22连接，用于对所述风粉混合物增压并送至生物质粉燃烧室22燃烧。生物质粉燃烧室22与涡轮23连接，涡轮23与发电机24传动连接。优选地，风粉增压机21为离心式或轴流式增压机，增压机后端设置有扩压器。
综上所述，本生物质发电系统具有与实施例中的一种利用生物质发电的方法相同的发明思路，并且利用超细粉磨机15、风粉浓度调节装置16、风粉增压机21、生物质粉燃烧室22、涡轮23以及发电机24，实现步骤一至步骤三的技术效果。
在一个优选的实施例中，制粉及风粉比调节机构10还包括：生物质料仓11、给料输送机12、喂料机14和风机17；其中，生物质料仓11底端设置有下料口11-b，给料输送机12设置在下料口11-b下方，与喂料机14入口连接，喂料机14与超细粉磨机15的入料口连接，风机17与风粉浓度调节装置16连接，用于排出风粉浓度调节装置16内部一定质量的空气，以调节风粉浓度调节装置16内部的风粉比。
具体地，超细粉磨机15入口为负压，生物质料伴随着可调节空气量进入超细粉磨机15，磨制后的风粉混合物以正压排出，生物质粉浓度较低，空气含量较大。风粉浓度调节装置16内部设置有过滤器16-a，过滤器16-a位于风机17与风粉浓度调节装置16的连接处，过滤器16-a可以采取布袋或其他过滤方法，通过风机17抽取部分空气排空，调节风粉比。通过风粉浓度调节装置16与风粉增压机21的连接通路上设置的调节阀13，调节风粉增压机21的人口维持微正压。
优选地，如图2所示，生物质料优选为生物质成型颗粒，由于生物质比重较小，在料仓内容易产生积料等不下料地情况，因此，生物质料仓11在不同部位安装振打器，采用振打的方式帮助下料。此外，由于生物质料流动性较差，因此，采用双螺杆输送机将生物质料仓11出料口排出的生物质料输送到喂料机14，再输送至超细粉磨机15的入口处，在运输过程中可以通过变速装置改变给料输送机12的转速，来控制给料速度，从而控制整个生物质发电系统的发电负荷。
进一步优选地，涡轮23采用向心透平或轴流式透平，风粉增压机21、发电机24以及所述向心透平或轴流式透平共轴布置或或通过齿轮联接；在生物质发电系统启动初期，发电机24作为电动机运行，驱动风粉增压机21运行；当涡轮23做功功率大于风粉增压机21所需功率时，发电机24发电。换言之，发电机24具备SFC功能，即，作为电动机运行，在启动初期，发电机24以SFC形式作为电动机运行，拖动风粉增压机21提升风粉混合物的压力，待涡轮23做功功率大于增压器所需功率时，发电机24切换为发电模式，多余部分转为电能输出。
在实际应用中，本方案的超细粉磨机15可以采用专利号为CN105536957B的超细粉磨机，该粉磨机采用高速气流和物料自研磨的方式，将物料磨制为微米级大小，在磨制过程中，叶轮转动，入口处形成微负压(静压)，吸入一定量空气，出口排出粉末均布于空气的风粉混合物，通过叶轮的离心作用，且出口风压高于入口风压。
但由于超细粉磨机15排出的风粉混合物风粉比高于燃烧所需的风粉比，即空气含量较高，通过风粉比调节装置内部设置的过滤器16-a，在外界风机17的作用下，将部分空气排至大气，调节风粉比。优选地，风机17为变频风机，通过调节转速，调节排出的空气量，从而控制风粉混合物所需的风粉比，即，生物质粉浓度大约在250g/m3左右。满足燃烧要求的风粉混合物进入风粉增压机21。
风粉增压机21采用离心式增压机，入口具有一定的负压，由于生物质粉为微米级，均布于空气当中，风粉混合物采用气体动力学特性，包括离心增压机的设计，按照离心压气机的设计方法进行设计，并在压气机后端具有扩压器，将增压后的具有一定风粉比要求的风粉混合物的速度能转变为压力能，经回热器31与涡轮23排气换热后，排至生物质粉燃烧室22燃烧，产生高压高温烟气驱动涡轮23旋转，使涡轮23带动发动机发电。
【实施例七】
本实施例可作为实施例六的一种优选的实施方式，即一种生物质发电系统或直吹式生物质超细制粉及涡轮发电系统，如图1所示，其中与实施例五相同的技术特征在此不再赘述。
优选地，本实施例的生物质发电系统除制粉及风粉比调节机构10和增压燃烧与涡轮发电机构20之外，还包括余热回收机构30和烟气净化及排放机构40。
具体地，余热回收机构30包括回热器31和余热锅炉32，回热器31设置在风粉增压机21与生物质粉燃烧室22的连接通路之间，且回热器31与涡轮23的出气口连接，用于利用烟气余热预热风粉混合物；余热锅炉32与回热器31的出气口连接，用于利用烟气余热加热水体。
进一步地，烟气净化及排放机构40包括烟气净化装置41、引风机42和烟囱，烟气净化装置41用于收集生物质粉燃烧后形成的飞灰，净化后的烟气经引风机42和烟囱排向大气。
进一步优选地，如图3所示，生物质粉燃烧室22包括：进气衬套22-a、火焰筒22-b、旋流器22-d以及点火器22-c。其中，进气衬套22-a和火焰筒22-b为中空结构，火焰筒22-b间隙固定在进气衬套22-a内部，进气衬套22-a一端设置有进气口22-e，火焰筒22-b远离进气口22-e的一端设置有通道22-f，火焰筒22-b与进气衬套22-a之间形成由进气口22-e至通道22-f的进气通道22-g。通道22-f内装设有旋流器22-d，点火器22-c装设在旋流器22-d旋转中心位置，火焰筒22-b远离通道22-f的一端设置有出气口22-h，火焰筒22-b内部形成由通道22-f到出气口22-h的燃烧腔22-i。进气衬套22-a、火焰筒22-b、通道22-f、以及旋流器22-d位于同一轴线。优选地，点火器22-c为等离子体点火器或小油枪点火器。
在实际应用中，将生物质料放入生物质料仓11内，生物质料在重力或振打装置11-a的作用下经下料口11-b排出。排出生物质料仓11的生物质再通过给料输送机12输送至喂料器，经喂料器进入超细粉磨机15，通过超细粉磨机15的打磨形成粒径D50在10μm左右以下的生物质粉。超细粉磨机15与风粉浓度调节装置16连接，超细粉磨机15将生物质粉与空气的混合物，即风粉混合物直接输送到风粉浓度调节装置16，由风粉浓度调节装置16和风机17将风粉比调整为250g/m3左右。再将调整好风粉比的风粉混合物输送给风粉增压机21。通过风粉增压机21进行压力提升后，输送至生物质粉燃烧室22。
输送到生物质粉燃烧室22的风粉混合物，具有一定过量空气系数，首先进入进气衬套22-a，并且在旋流器22-d的作用下，在火焰筒22-b内形成旋流并沿径向散开。旋流器22-d中心处形成负压，上游燃烧产生的高温烟气进行回流，加热并点燃后面的风粉混合物，形成持续不断的燃烧，燃烧过程为预混燃烧，可以控制氮氧化物的排放在规定范围内。风粉混合物燃烧后，产生高温高压的气体，进入涡轮23做功，最后拖动发电机24发电。
此外，排出涡轮23的烟气首先经过回热器31，以预热即将进入生物质粉燃烧室22的风粉混合物。再进入余热锅炉32，加热水体后使其进一步冷却。最终经过烟气净化装置41，收集生物质粉燃烧后形成的飞灰，将净化后的烟气经引风机42和烟囱排向大气。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种生物质发电系统，其特征在于，包括：
制粉及风粉比调节机构和增压燃烧与涡轮发电机构；其中，
所述制粉及风粉比调节机构包括：超细粉磨机和风粉浓度调节装置，
所述超细粉磨机具有入料口和粉磨机出口，所述超细粉磨机用于将生物质料磨制为小于预设尺寸的生物质粉；所述风粉浓度调节装置与所述超细粉磨机出口连接，所述风粉浓度调节装置用于调节空气中生物质粉的浓度，以形成具有一定风粉比的风粉混合物；
所述增压燃烧与涡轮发电机构包括：风粉增压机、生物质粉燃烧室、涡轮以及发电机，
所述风粉增压机的低压端与所述风粉浓度调节装置连接，所述风粉增压机的高压端与所述生物质粉燃烧室连接，用于对所述风粉混合物增压并送至所述生物质粉燃烧室燃烧；所述生物质粉燃烧室与所述涡轮连接，所述涡轮与所述发电机传动连接；所述风粉增压机为离心式或轴流式增压机；所述生物质粉燃烧室包括：进气衬套、火焰筒、旋流器以及点火器；其中，所述进气衬套和所述火焰筒为中空结构，所述火焰筒间隙固定在所述进气衬套内部，所述进气衬套一端设置有进气口，所述火焰筒远离所述进气口的一端设置有通孔，所述火焰筒与所述进气衬套之间形成由所述进气口至所述通孔的进气通道；所述通孔内装设有所述旋流器，所述点火器装设在所述旋流器旋转中心位置，所述火焰筒远离所述通孔的一端设置有出气口，所述火焰筒内部形成由所述通孔到所述出气口的燃烧腔；所述进气衬套、所述火焰筒、所述通孔、以及所述旋流器位于同一轴线。
2.根据权利要求1所述的一种生物质发电系统，其特征在于，还包括：
余热回收机构和烟气净化及排放机构；其中，
所述余热回收机构包括回热器和余热锅炉，
所述回热器设置在所述风粉增压机与所述生物质粉燃烧室的连接通路之间，且所述回热器与所述涡轮的出气口连接，用于利用烟气余热预热所述风粉混合物；所述余热锅炉与所述回热器的出气口连接，用于利用烟气余热加热、预热水体；
所述烟气净化及排放机构包括烟气净化装置、引风机和烟囱，
所述烟气净化装置用于收集所述生物质粉燃烧后形成的飞灰，净化后的烟气经所述引风机和烟囱排向大气。
3.根据权利要求1所述的一种生物质发电系统，其特征在于，
所述制粉及风粉比调节机构还包括：生物质料仓、给料输送机、喂料机和风机；其中，
所述生物质料仓底端设置有下料口，所述给料输送机设置在所述下料口下方，与所述喂料机入口连接，所述喂料机与所述超细粉磨机的入料口连接，所述风机与所述风粉浓度调节装置连接，用于排出所述风粉浓度调节装置内部一定质量的空气，以调节所述风粉浓度调节装置内部的风粉比。
4.根据权利要求3所述的一种生物质发电系统，其特征在于，
所述风粉浓度调节装置内部设置有过滤器，所述过滤器位于所述风机与所述风粉浓度调节装置的连接处；所述风粉浓度调节装置与所述风粉增压机的连接通路上设置有调节阀；
和/或；
所述给料输送机为双螺杆运输机，可通过改变给料速度，进而控制所述生物质发电系统的发电负荷；
和/或；
所述生物质料仓外部设置有振打装置。
5.根据权利要求1所述的一种生物质发电系统，其特征在于，
所述涡轮采用向心透平或轴流式透平，所述风粉增压机、所述发电机以及所述向心透平或轴流式透平共轴布置或通过齿轮联接；在所述生物质发电系统启动初期，所述发电机作为电动机运行，驱动所述风粉增压机运行；当所述涡轮做功功率大于所述风粉增压机所需功率时，所述发电机发电；
和/或；
所述增压机后端设置有扩压器；
和/或；
所述点火器为等离子体点火器或小油枪点火器。
6.一种利用权利要求1所述生物质发电系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将生物质料磨制成平均粒径在预设尺寸以下的生物质粉；
步骤二：在制粉过程中，所述生物质粉与空气混合，经调节形成具有一定风粉比的风粉混合物；
步骤三：将所述风粉混合物增压，形成高压的风粉混合物；
步骤四：在高压状态下，燃烧所述风粉混合物，使之产生具有一定压力和预设温度的烟气；
步骤五：利用所述烟气直接推动涡轮做功发电。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述预设尺寸为D50小于8-12μm内任一值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述风粉比指每立方米空气含有生物质粉的质量，所述一定风粉比为220-280g/m3内任一值；
燃烧后温度为1000-1300℃。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤六：回收做功后的所述烟气余热，利用所述烟气余热加热、预热所述步骤三中的风粉混合物；
步骤七：净化、排放所述烟气。
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