CN201890871U - 生物质固定床气化发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种生物质固定床气化发电系统，包括气化炉，气化炉的燃气出口通过管道与高温灰分清除器连接，高温灰分清除器出气口与焦油处理装置相连，焦油处理装置的燃气出口与燃气输送机相连接，燃气输送机与贮气罐连接，贮气罐与燃气内燃发电机组连接。本实用新型结构简单，便于生产，制造成本低，在实际生产过程中实现了大幅度降低其生产的生物质燃气中焦油的含量，使其达到国家标准，彻底解决现有生物质气化发电工艺存在的生物质燃气焦油含量过高导致的对气化发电设备的损害，致使发电与供气无法正常运行的问题，提高生物质气化发电效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发电系统，尤其是一种生物质固定床气化发电系统。
背景技术
近年来，随着人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重，各国政府开始关心、重视生物质能源的开发利用。生物质气化发电技术作为利用方式之一，基本原理是把生物质转化为清洁燃气，再利用清洁燃气推动燃气发电设备进行发电。它既能解决生物质因分布分散而难以利用的问题，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点，所以是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。
气化发电过程包括三个方面，一是生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料，二是气体净化，气化出来的燃气都带有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化系统把杂质除去，以保证后续燃气发电设备的正常运行；三是燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电，为了提高发电效率，发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽轮机。
由生物质气化炉气化产生的生物质燃气，含有相当浓度的粉尘和气相焦油，焦油在低温时凝结为液态，容易和水、焦炭等结合在一起，堵塞送气管道，使气化设备运行发生困难。另外，凝结为细小液滴的焦油难以燃尽，在燃烧时容易产生炭黑等颗粒，对气化发电设备，如内燃机、燃气轮机等损害相当严重，使发电与供气无法正常运行。因此，焦油问题是制约生物质气化发电工艺与系统的主要问题。因此，无论作为集中供应生活燃气的气源，或作为内燃机发电的气体燃料，都要求对其进行净化冷却处理，即严格除尘、除焦油和冷却。
发明内容
本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种系统结构简单，便于生产，制造成本低，可大幅度降低焦油含量，提高生物质气化发电效率的生物质固定床气化发电系统。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种生物质固定床气化发电系统，包括气化炉，气化炉的燃气出口通过管道与高温灰分清除器连接，高温灰分清除器出气口与焦油处理装置相连，焦油处理装置的燃气出口与燃气输送机相连接，燃气输送机与贮气罐连接，贮气罐与燃气内燃发电机组连接。
所述焦油处理装置包括重质焦油冷析器，重质焦油冷析器的入口通过管道与高温灰分清除器出气口相连，重质焦油冷析器的上下两个出口分别与重质焦油分离和轻质焦油分离通过管道连接，重质焦油分离器的燃气出口和轻质焦油分离器的燃气出口均与燃气输送机相连接。
所述气化炉为下吸式固定床气化炉，其包括喉口装置和环绕配风装置，所述喉口装置包括喉口减缩段、喉口段和喉口渐扩段，喉口减缩段，喉口段，喉口渐扩段从上而下依次连接并由耐火混凝土整体浇注而成，环绕配风装置与喉口段连通。
所述喉口段的高度为气化炉炉体内径的0.85～0.95倍，喉口段的内径是气化炉炉体内径的0.4～0.5倍。
所述喉口段内壁采用圆弧渐变式结构。
所述环绕配风装置包括配风总通道、环形配风通道和螺旋配风分通道，配风总通道与气化炉体上的进气口相连通，环形配风通道沿气化炉圆周布置并与配风总通道相连通，环形配风通道上均匀分布若干螺旋配风分通道，螺旋配风分通道的喷口连通喉口段。
所述螺旋配风分通道的喷口距喉口段上部入口距离为喉口段高度的0.2～0.3倍。
本实用新型结构简单，便于生产，制造成本低，在实际生产过程中实现了大幅度降低其生产的生物质燃气中焦油的含量，使其达到国家标准，彻底解决现有生物质气化发电工艺存在的生物质燃气焦油含量过高导致的对气化发电设备的损害，致使发电与供气无法正常运行的问题，提高生物质气化发电效率。
本实用新型的有益效果是：
（1）属于多个设备有序连接组合的技术密集型产品，涉及生物质固定床气化炉、无水除焦系统、内燃发电机组等多个技术领域；
（2）与其它发电系统相比，其燃料都以柴油，煤炭等不可再生资源为主，现将其燃料扩大为可再生的生物质能源；
（3）生物质能源气化发电机组除发电之外，还可用于一定区域内的集中供气，供暖，实现气热电三联供；
（4）生产强度小，工作安全、稳定。
附图说明
图1为本实用新型整体工艺示意图，
图2为本实用新型中下吸式固定床气化炉结构示意图，
图3为本实用新型中下吸式固定床气化炉喉口段的纵向剖视图，
图4为本实用新型中的下吸式固定床气化炉喉口段的横向剖视图。
图中：1-气化炉，2-高温灰分清除器，3-重质焦油冷析器，4-重质焦油分离器，5-轻质焦油分离器，6-燃气输送机，7-贮气罐，8-燃气内燃发电机组，9-生物质物料仓，10-螺旋给料机，11-电磁调速电机，12-燃气出口，13-外腔，14-灰室，15-排灰口，16-炉排，17-进气口，18-喉口装置，19-炉膛，20-喉口减缩段，21-喉口段，22-喉口减扩段，23-配风总通道，24-环形配风通道，25-螺旋配风通道，26-喷口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
根据图1所示，气化炉1的燃气出口通过管道与高温灰分清除器2连接，高温灰分清除器2出气口与重质焦油冷析器3通过管道连接，重质焦油冷析器3分别与重质焦油分离器4和轻质焦油分离器5通过管道连接，重质焦油分离器4的燃气出口与燃气输送机6相连接，轻质焦油分离器5的燃气出口与燃气输送机6相连接。燃气输送机6与贮气罐7连接，贮气罐7与燃气内燃发电机组8连接。
根据图2所示，下吸式固定床气化炉1，包括炉膛19、喉口装置18、外腔13、炉排16、灰室14、排灰口15。该喉口装置18包括喉口减缩段20，喉口段21和喉口渐扩段22。喉口减缩段20，喉口段21，喉口渐扩段22从上而下依次连接并由耐火混凝土整体浇注而成。环绕配风装置与喉口段21连通。
喉口段21的高度L为炉体内径D的0.85～0.95倍，喉口段21的内径d是炉体内径D的0.4～0.5倍；所述的环绕配风装置由配风总通道23，环形配风通道24，螺旋配风分通道25构成。配风总通道23与进气口17相连通，环形配风通道24沿气化炉圆周布置并与配风总通道23相连通，环形配风通道24上均匀分布八条螺旋配风分通道25，螺旋配风分通道25的喷口26连通喉口段21，螺旋配风分通道25的喷口26距喉口段21上部入口距离为喉口段21高度（L）的0.2～0.3倍，控制配风口径10×10cm2,风口速度12～20m/s。
生物质经过热解后在喉口上部产生生物质热解气和炭，经喉口减缩段20进入喉口段21，在喉口段21螺旋配风分通道25喷口26中旋转喷出的高温空气与生物质热分解产生的炭进行氧化燃烧反应，释放出大量的热量，形成局部高温使焦油高温裂解。该喉口装置的喉口段21内壁采用圆弧渐变式结构，一方面可使自热阶段下来的热解产物顺利通过喉口段21而不发生阻塞和停滞状况，同时又可以确保喉口段21喷口处具有更高的局部高温，确保热解产生的焦油在该段可得到充足的高温裂解环境，使得焦油裂解更充分。
本新型结构结合生物质的热解特性及气体燃料的燃烧特性，使流经喉口段21的生物质热解产物稳定燃烧，达到高温状态从而裂解大部分焦油，大大缩减了气化燃气的焦油含量，提高了气化效率，经测定，本气化炉的气化效率达79.6%，燃气焦油含量小于1000mg/Nm3。
针对目前国内外生物质气化燃气净化存在的焦油净化效率低、水洗二次污染严重等瓶颈难题，本生物质气化发电的燃气净化装置用了无水除焦循环系统，基于可再生循环溶剂作为焦油去除工质，集成冷凝、萃取、吸收和吹脱气提等工艺技术，分阶段去除灰分、重质和轻质焦油及凝结水，实现对生物质焦油的高效低成本脱除净化，彻底避免了二次污染的产生。经测定，该无水除焦循环系统机组噪声67.1dB(A)，系统阻力1.90kPa，经净化后的燃气焦油与灰分含量为8mg/Nm3。
本实用新型的控制装置由电控柜，热电偶及温度显示表，压力表及风量控制阀所构成，也可增加相应的电脑监控系统。
本实用新型工作过程为：气化炉中，由电磁调速电机11驱动螺旋给料机10，将生物质物料仓9中的物料送入炉膛19上部中，在炉膛19内部自下而上依次形成了干燥区、热分解区、氧化区、还原区。进入炉膛19上部的物料首先被干燥，变成干物料，当温度达到2500C，生物质发生热解反应，生成炭、热解气和焦油。生成的炭随着物料的消耗继续下移落入喉口18处，经喉口减缩段20进入喉口段21，在喉口段21螺旋配风分通道25喷口26中旋转喷出的高温空气与生物质热分解所产生的炭进行氧化燃烧反应，生成CO2、CO，并释放出大量的热量，形成局部高温使焦油高温裂解。没有在氧化反应中消耗掉的炭继续下移进入还原区，与热分解及氧化区生成的CO2发生还原反应，生成CO，炭还与水蒸气反应生成H2和CO，反应后的灰分和炉渣通过炉排16排入灰室14中，通过排灰口15定期排出。可燃气通过炉排进入外腔后通过燃气出口12被导出。
气化炉燃气出口的无水除焦循环系统工作过程是：气化炉燃气出口12与高温灰分清除器2相连接，燃气通过高温灰分清除器2强力除灰，99%的灰分留在高温灰分清除器内，剩余含有少量焦油的燃气进入重质焦油冷析器3，选择与重质焦油极性相反的化学溶剂，采用了化学溶剂与燃气对流换热的方式，将燃气中重质焦油高效冷凝析出，同时保证该过程中燃气的温度始终控制在水的露点以上，避免了水分的出现。经过重质焦油冷析器3后，一方面析出的重质焦油和燃气通过管道进入重质焦油分离器4，利用液-液旋流分离技术，自动对溶剂和重质焦油进行高效分离回收，实现了化学溶剂的循环利用，同时有效地避免了焦油中能量的浪费。另一方面将重质焦油析出后剩下的轻质焦油和燃气通过管道进入轻质焦油分离器5，利用轻质焦油与化学溶剂吹脱分离技术，实现了对溶剂和焦油的分离和溶剂的循环利用，最后将分离得的重质焦油和轻质焦油分别送回气化炉进行再裂解循环利用，既节约了能量又避免了污染的产生。
经过无水除焦循环系统除焦的燃气，已经得到彻底的冷却净化处理，因此通过燃气输送机6将其送入贮气罐7，贮气罐的作用是储存一定量的可燃气体以平衡系统燃气负荷的波动，并提供一个始终恒定的压力保证可燃气体的稳定。贮气罐7下端通过管道连接燃气内燃发电机组8来进行生物质气化发电。
Claims (7)
1.一种生物质固定床气化发电系统，其特征在于：包括气化炉，气化炉的燃气出口通过管道与高温灰分清除器连接，高温灰分清除器出气口与焦油处理装置相连，焦油处理装置的燃气出口与燃气输送机相连接，燃气输送机与贮气罐连接，贮气罐与燃气内燃发电机组连接。
2.根据权利要求1所述的生物质固定床气化发电系统，其特征在于：所述焦油处理装置包括重质焦油冷析器，重质焦油冷析器的入口通过管道与高温灰分清除器出气口相连，重质焦油冷析器的上下两个出口分别与重质焦油分离和轻质焦油分离通过管道连接，重质焦油分离器的燃气出口和轻质焦油分离器的燃气出口均与燃气输送机相连接。
3.根据权利要求1所述的生物质固定床气化发电系统，其特征在于：所述气化炉为下吸式固定床气化炉，其包括喉口装置和环绕配风装置，所述喉口装置包括喉口减缩段、喉口段和喉口渐扩段，喉口减缩段，喉口段，喉口渐扩段从上而下依次连接并由耐火混凝土整体浇注而成，环绕配风装置与喉口段连通。
4.根据权利要求3所述的生物质固定床气化发电系统，其特征在于：所述喉口段的高度为气化炉炉体内径的0.85～0.95倍，喉口段的内径是气化炉炉体内径的0.4～0.5倍。
5.根据权利要求4所述的生物质固定床气化发电系统，其特征在于：所述喉口段内壁采用圆弧渐变式结构。
6.根据权利要求3所述的生物质固定床气化发电系统，其特征在于：所述环绕配风装置包括配风总通道、环形配风通道和螺旋配风分通道，配风总通道与气化炉体上的进气口相连通，环形配风通道沿气化炉圆周布置并与配风总通道相连通，环形配风通道上均匀分布若干螺旋配风分通道，螺旋配风分通道的喷口连通喉口段。
7.根据权利要求6所述的生物质固定床气化发电系统，其特征在于：所述螺旋配风分通道的喷口距喉口段上部入口距离为喉口段高度的0.2～0.3倍。
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| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
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Granted publication date: 20110706 Termination date: 20131123 |