CN104152182A

CN104152182A - 一种生物质气化发电的方法

Info

Publication number: CN104152182A
Application number: CN201410414955.1A
Authority: CN
Inventors: 潘凡峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: CN104152182B

Abstract

本发明涉及清洁能源领域，特别是涉及一种生物质气化发电的方法，其包括下列步骤：将生物质材料通过压缩机压制成能量块或颗粒；所述能量块或颗粒经过工况为高于1.2大气压的富氧、温度1100～1200℃的可燃气体燃烧段，瞬间干燥、预热后落到生物质气化段；在生物质气化段，工况为隔绝空气、温度900～1000℃下，所述能量块或颗粒被气化为可燃气体；所述可燃气体直接进入可燃气体燃烧段燃烧，使可燃气体燃烧段达温度1100～1200℃；生物质气化段或/和可燃气体燃烧段的热量加热工质；所述工质至发电装置，产生电能。本发明显著地提高了生物质燃烧热值利用率，减少环境污染又获得了可观的经济效益，具有良好的应用前景。

Description

一种生物质气化发电的方法

技术领域

本发明涉及清洁能源领域，特别是涉及一种生物质气化发电的方法。

背景技术

生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，他是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源***中占有重要地位。我国生物质能源极为丰富，全国农作物秸秆年产生量约6亿吨，大约3亿吨可作为燃料使用，折合约1.5亿吨标准煤，林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9亿吨，大约3亿吨可作为能源利用，折合约2亿吨标准煤，目前我国生物质资源可转换为能源的潜力约8亿吨标准煤。

生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。生物质气化发电过程包括3个方面：(1)生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；(2)气体净化，气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化***把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；(3)燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电。生物质气化发电技术取得了一定的经济、社会、环境效益，但技术上也存在不足，如气化所得的生物质燃气热值利用率低，小中型生物质发电***总效率只有25％～35％,(吴创之等生物质发电技术分析比较，可再生能源，200826(3)34-37)；燃气中焦油含量高，造成后***堵塞和腐蚀等，这些严重限制了生物质气化发电技术的应用。

发明内容

本发明的目的就是解决上述现有技术出现的问题，提供一种生物质气化发电的方法，以解决废弃生物质材料的处理，又获得效益可观的电能。

为此，本发明公开了一种生物质气化发电的方法，包括下列步骤：

将生物质材料通过压缩机压制成能量块或颗粒；

所述能量块或颗粒经过工况为高于1.2大气压的富氧条件、温度1100～1200℃的可燃气体燃烧段，瞬间干燥、预热后落到生物质气化段；

在生物质气化段，工况为隔绝空气、900～1000℃下，所述能量块或颗粒被气化为可燃气体；

所述可燃气体直接进入可燃气体燃烧段燃烧，使可燃气体燃烧段达温度1100～1200℃；

生物质气化段和/或可燃气体燃烧段的热量加热工质；

所述工质至发电装置，产生电能。

本发明的创新点在于本发明工况温度上高下低(上：可燃气体燃烧段1100～1200℃，下：生物质气化段900～1000℃)，完全不同于现有技术中上吸式固定床气化炉上低下高(干燥层100～250℃，热解层300～800℃，还原层900℃，氧化层1200℃)，将生物质气化和可燃气体富氧燃烧整合一体，利用生物质气化产生可燃气体富氧燃烧，形成高温，其一部分热量供给生物质快速高温气化，其他热量加热工质用于发电，保证了热量利用率高，同时产生可燃气体焦油含量极低，避免燃烧结焦现象。

在一些实施例中，所述生物质材料为秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料或农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物，其中优选为秸秆和酒糟。

在一些实施例中，所述能量块或颗粒包括生物质材料和添加剂，其所述添加剂含量为总重量的1％～5％；所述添加剂包含下列占添加剂总重量百分比的组分：氢氧化钙40％～65％、硝酸钾5％～15％、硝酸铵15％～30％、二氧化锰0.1％～1.5％、氯酸钾8％～20％、硝酸钠0.5％～2％、乙二胺四乙酸0.1％～1.5％、六次甲基四胺0.1％～1.5％。

在一些实施例中，所述添加剂包含重量百分比0.1％～2％的焦油裂解催化剂，如白云石、镍基催化剂、高碳烃或低碳烃水蒸气重整催化剂、方解石、菱镁矿以及混合基催化剂等。

在一些实施例中，所述工质为水或有机工质，优选为水。

在一些实施例中，所述发电装置为汽轮机或螺杆膨胀机，优选为螺杆膨胀机，其特点为对蒸汽的要求宽泛，理论上摄氏八十度以上的热水就可以驱动，蒸汽品质越好其运行效率越高。

另一方面，本发明还公开了一种一步式蒸汽发生炉，其包括炉体和燃烧床，炉体顶部设置有进料口，所述燃烧床位于炉体腔中央，燃烧床的嘴顶部有富氧喷气口，所述炉体腔被燃烧床分界为可燃气体燃烧段和生物质气化段，所述生物质气化段的炉体由水冷壁夹套包围，所述水冷壁夹套设置有进水口和蒸汽出口。

在一些实施例中，所述燃烧床为一个可由带压气体(1.2个大气压以上)驱动转动的炉箅结构，其驱动结构类似于风车，带压气体经过风叶使其产生扭力带动炉箅转动。其主要目的有三个：一是使能量块均匀干馏气化；二是通过对气化速度的控制来控制燃烧床的温度；三是过滤反应后的灰渣，使其落到出渣装置，以便除去。

在一些实施例中，所述生物质气化段的炉体和水冷壁夹套间衬有一层50mm厚的绝热防腐保温层，使反应区热量散失、均匀对水冷壁放热和反应物对炉壁产生的腐蚀，而且附带地解决了材料的热胀冷缩问题。

本发明将反应成可燃气体和燃烧在转换成蒸汽所有步骤融合，显著地提高了生物质燃烧热值利用率，最大限度减少了能量传输过程中的热量损失，减少环境污染又获得了可观的经济效益，具有良好的应用前景。

附图说明

图1一步式蒸汽发生炉的结构示意图。

图2一步式蒸汽发生炉的俯视面结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所有的百分比和份数均按重量计。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1 制备生物质能量块或颗粒

以秸秆为例，将秸秆通过压缩机压制成规定大小的能量块或按照表2配方在秸秆中添加表1所述添加剂，混匀，通过压缩机压制成规定大小的能量块。

表1 添加剂配方(重量单位：g)

表1 能量块配方(重量单位：g)

实施例2 生物质气化发电

实施例1 所述能量块经过工况为高于1.2大气压的富氧条件、温度1100～1200℃的可燃气体燃烧段，瞬间干燥、预热后落到生物质气化段；

在生物质气化段，工况为隔绝空气、温度900～1000℃下，所述能量块或颗粒被气化为可燃气体；

所述可燃气体直接进入可燃气体燃烧段燃烧所述可燃气体直接进入可燃气体燃烧段燃烧，使可燃气体燃烧段达温度1100～1200℃；

生物质气化段产生的热量加热水变成蒸汽；

所述蒸汽驱动螺杆膨胀机，螺杆膨胀机直接驱动发电机发电。

上述方法可采用下列一步式蒸汽发生炉、螺杆膨胀机、发电机来实现。

如图1、2所示(1、加料口，2、汽包，3、炉体及水夹套，4、底部支撑，5、上料***，6、原料储存池，7、人孔盖，8、螺旋式燃烧床，9、液压清灰***，10、富氧进气口，11、进水管，12、蒸汽管道，13、溜料槽，14、集汽包中心，15、耐火层，16、出灰槽)，一种一步式蒸汽发生炉，其包括炉体和燃烧床，炉体顶部设置有进料口，所述燃烧床位于炉体腔中央，燃烧床的嘴顶部有富氧喷气口，所述炉体腔被燃烧床分界为可燃气体燃烧段和生物质气化段，所述生物质气化段的炉体由水冷壁夹套包围，所述水冷壁夹套设置有进水口和蒸汽出口。所述燃烧床为一个可由带压气体(1.2个大气压以上)驱动转动的炉箅结构，其驱动结构类似于风车，带压气体经过风叶使其产生扭力带动炉箅转动。所述生物质气化段的炉体和水冷壁夹套间衬有一层50mm厚的绝热防腐保温层。

视现场条件及工艺需要，本炉型可以用同一炉子根据操作过程中，调节气体反应停留时间，以及水冷壁夹套蒸汽排放及注水比例，来实现可燃气体和蒸汽伴生或者只产蒸汽。即增加反应产生的可燃气体在炉内的停留时间，直接在炉子中反应放热，将水冷壁夹套内的水变成蒸汽。具体操作过程如下：

1、将能量块从地下零时储存槽中由上料***输送至炉顶进料口，由进料锁斗按事先设定好的程序喂入炉内。能量块在下落的过程中要经过可燃气体燃烧段(温度为1200℃)，瞬间经过干燥、预热后落到燃烧床上。

2、燃烧床上的温度已达1000℃以上(温度由上段气体燃烧反应所得)。在燃烧床的底部，由于富氧喷气口在燃烧床的嘴顶部，在其周围几乎不存在能量块，而落在燃烧床的中下部(生物质气化段)能量块处于高温、隔绝空气的工况下，能量块熔化并干馏。干馏所得气体主要成分为CO和H₂，并包含CH₄。

3、本发明的燃烧床为一个可由带压气体(1.2个大气压以上)驱动转动的炉箅结构，其驱动结构类似于风车，带压气体经过风叶使其产生扭力带动炉箅转动。其主要目的有三个：一是使能量块均匀干馏气化；二是通过对气化速度的控制来控制燃烧床的温度；三是过滤反应后的灰渣，使其落到出渣装置，以便除去。燃烧床边缘为灰盆、灰犁等除渣装置，当灰渣积累到一定程度，这些装置就启动把灰渣排到炉外。

4、整个生物质气化段炉体都由水冷壁夹套包围，在高温反应区与水冷壁之间衬有一层50mm厚的绝热防腐保温层，使反应区热量散失、均匀对水冷壁放热和反应物对炉壁产生的腐蚀，而且附带地解决了材料的热胀冷缩问题。

5、导气管

水冷壁夹套蒸汽出口处装有底部气流调节器，以保证蒸汽气流量的均衡。

在需要产可燃气体的工况下(如已有天然气锅炉的情况下)，减少反应气体的停留时间，在气体反应段将气体引出。本发明不涉及将可燃气体引出，而是增加可燃气体在炉体内的停留时间，加富氧(1.2～1.4个大气压)使其充分燃烧放热，热量传导至加热水冷壁夹套中的水使之气化成2～3公斤压力的水蒸气，经蒸汽出口至螺旋杆膨胀机，直接驱动螺旋杆膨胀机，螺杆膨胀机直接驱动发电机发电。

该工艺根据处理量的不同，会有不同直径的炉型对应，炉型从直径一米二到三米二不等，配套的燃烧器、蒸汽发生器、膨胀机、发电机也随之不同。

通过测量和计算，未添加添加剂的秸秆能量块的燃烧热值利用率为40％～50％，添加添加剂的秸秆能量块的燃烧热值利用率为80％～85％，均高于现有技术的25％～35％。

本发明的范围不受所述具体实施方案的限制，所述实施方案只欲作为阐明本发明各个方面的单个例子，本发明范围内还包括功能等同的方法和组分。实际上，除了本文所述的内容外，本领域技术人员参照上文的描述和附图可以容易地掌握对本发明的多种改进。所述改进也落入所附权利要求书的范围之内。上文提及的每篇参考文献皆全文列入本文作为参考。

Claims

1.一种生物质气化发电的方法，包括下列步骤：

a)将生物质材料通过压缩机压制成能量块或颗粒；

b)所述能量块或颗粒经过工况为高于1.2大气压的富氧条件、温度1100～1200℃的可燃气体燃烧段，瞬间干燥、预热后落到生物质气化段；

c)在生物质气化段，工况为隔绝空气、温度900～1000℃下，所述能量块或颗粒被气化为可燃气体；

d)所述可燃气体直接进入可燃气体燃烧段燃烧，使可燃气体燃烧段达温度1100～1200℃；

e)生物质气化段和/或可燃气体燃烧段的热量加热工质；

f)所述工质至发电装置，产生电能。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述生物质材料为秸秆、木质素、农产品加工业下脚料、农林废弃物或畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述生物质材料为秸秆或酒糟。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述能量块或颗粒包括生物质材料和添加剂，其所述添加剂含量为总重量的1％～5％；所述添加剂包含下列占添加剂总重量百分比的组分：氢氧化钙40％～65％、硝酸钾5％～15％、硝酸铵15％～30％、二氧化锰0.1％～1.5％、氯酸钾8％～20％、硝酸钠0.5％～2％、乙二胺四乙酸0.1％～1.5％、六次甲基四胺0.1％～1.5％。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述添加剂包含重量百分比0.1％～2％的焦油裂解催化剂。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述工质为水或有机工质。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述发电装置为汽轮机或螺杆膨胀机。

8.一种一步式蒸汽发生炉，其包括炉体和燃烧床，炉体顶部设置有进料口，所述燃烧床位于炉体腔中央，燃烧床的嘴顶部有富氧喷气口，所述炉体腔被燃烧床分界为可燃气体燃烧段和生物质气化段，所述生物质气化段的炉体由水冷壁夹套包围，所述水冷壁夹套设置有进水口和蒸汽出口。

9.如权利要求8所述的一步式蒸汽发生炉，其特征在于所述燃烧床为由带压气体驱动转动的炉箅结构。

10.如权利要求8所述的一步式蒸汽发生炉，其特征在于所述生物质气化段的炉体和水冷夹套间衬有一层绝热防腐保温层。