CN105674582B - 一种生物质和太阳能耦合的三联产*** - Google Patents

一种生物质和太阳能耦合的三联产*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质和太阳能耦合的三联产***，该***包括生物质预热器、生物质粉碎机、固定床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、冷凝器、水泵、槽式太阳能集热器、塔式定日镜场、燃气轮机、烟气蒸汽型吸收式机组和第四换热器。本发明集成了生物质气化和太阳能集热两种能源技术，通过***集成实现了两种能源的优势互补。该***总能效率高达50.2％，对可再生能源***结构优化，环境可持续发展，应对气候变化具有十分重要作用。

Description

一种生物质和太阳能耦合的三联产***
技术领域
本发明涉及能源技术领域，特别是一种生物质和太阳能耦合的三联产***。
背景技术
长期以来，能源问题一直都是人类生存和发展的基本问题。随着煤炭、石油，天然气等化石能源的消耗，释放大量的污染物威胁生态环境。同时，化石能源燃烧释放出的二氧化碳量已远远超出了绿色植物光合作用的吸收能力，使得人来面临的生态环境压力越来越大。开发资源储量大、清洁无污染的可再生能源对于可持续发展有着重要意义。其中太阳能和生物质因其独特的优势而被认为是化石燃料潜在的替代能源，其高效清洁利用技术受到广泛关注。
太阳能以其储量无限性、存在普遍性、利用清洁性等独特优势，使之成为解决能源短缺、环境污染的有效途径之一。通过太阳能光热转化技术将太阳辐射能转换成热能，以水作为直接传热工质，提供气化反应所需要的汽化潜热，转化为蒸汽内能，通过蒸汽内能的形式参与和生物质在较高温度下进行的气化反应，间接转化为合成气化学能，实现品位间接提升。
生物质与其它能源相比，具有分布广泛、环境影响较小，可持续利用等优势。然而也存在资源分布分散、能量密度低等缺点，直接燃烧生物质量利用效率低，释放烟气粉尘造成环境污染。生物质气化技术将低能量密度的生物质转化为使用方便的合成气，使得燃料的化学能转移到合成气中，提高燃气利用效率。
冷热电三联产***是集发电、供暖、制冷于一体的分布式能源***，通过燃料燃烧的高品位热能用于发电，低品位热能用来供热、制冷或除湿，实现冷热电联产和能源的梯级利用。生物质和太阳能耦合的三联产***考虑太阳能经济性集热温度与生物质气化反应温度的特点，以及功、冷、热并供实现能源的综合梯级利用，提高***的性能。分布式生物质气化供能***就近收集固体生物燃料，避免低密度原料长距离输送的能源消耗和费用，发挥产品多样性的优点，满足终端用户对气、冷、热、电等多种能源的需求，同时利用中低温太阳能集热量提供气化反应所需要的气化潜热，间接转化为合成气化学能，实现能量的品位提升。
目前对现有设计理念和实施方案的生物质联产***的研究存在的主要问题在：1)生物质联产***输入端能源来源单一，可再生能源应用缺乏多样性。2)生物质联产***输出产品主要以热电产品为主，冷热电应用较少，无法满足终端用户能源多元化需求。3)通过生物质气化发电实现了对燃料化学能品位的提升，而如何高效利用生物质合成气和发电过程中的余热资源，实现热能的综合梯级利用也是需要解决的关键问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了最大限度的提高联产***总能效率，实现真正意义可再生能源综合互补利用，满足不同用户的产品需求，提高余热资源综合梯级利用，本发明提出了一种生物质和太阳能耦合的三联产***。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了一种生物质和太阳能耦合的三联产***，该***包括生物质预热器、生物质粉碎机、固定床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、冷凝器、水泵、槽式太阳能集热器、塔式定日镜场、燃气轮机、烟气蒸汽型吸收式机组和第四换热器。
其中：生物质预热器，用于干燥生物质，降低生物质的含水量；生物质粉碎机，用于将生物质原料破碎成粉状物料；固定床气化炉，用于生物质和水蒸气参与气化反应，生成合成气，满足燃气轮机燃料需求；旋风分离除尘器，用于对固定床气化炉出口的合成气进行除尘净化处理，除去合成气中的灰分及炭颗粒等杂质；第一换热器，利用合成气的高温热能预热空气，满足干燥生物质需求；第二换热器，利用合成气的高温热能产生0.6MPa水蒸气，满足烟气蒸汽型吸收式机组的热水需求；第三换热器，利用合成气的中低温热能预热输入槽式太阳能集热器的水，提高水温；冷凝器，用于除去合成气中冷凝出来的水分；水泵，用于对0.1MPa、25℃水进行加压处理，通入到第三换热器中；槽式太阳能集热器，以水作为吸热工质，利用太阳热能加热水，以生产水蒸气，满足固定床气化炉中气化反应的需求；塔式定日镜场，用于聚焦太阳能提供水蒸气气化所需高温热源；燃气轮机，利用经过净化处理的合成气做功发电，满足用户和维持机组正常运行的电需求；烟气蒸汽型吸收式机组，采用溴化锂溶液，用于利用燃气轮机的烟气和第二换热器产生热水为余热制取冷冻水，以满足用户制冷需求；第三换热器，用于利用溴化锂吸收式机组出口的余热，加热进口侧生活热水，满足用户生活热水需求。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的生物质和太阳能耦合的三联产***，通过合理利用太阳能和生物质能两种可再生能源，发挥各自的优势，提高生物质气化过程效率，同时实现不同可再生能源的对口合理利用，使得***总能源效率达50.2％。
2、本发明提供的生物质和太阳能耦合的三联产***，太阳能作为一种洁净的可再生能源，通过槽式太阳能集热器，以水为导热介质生成中温水蒸气，太阳能光热转换技术为气化反应提供一部分蒸汽的气化潜热，通过水蒸气参与生物质气化反应，将太阳能中低温热能间接转化为合成气化学能，实现品位间接提升；
3、本发明提供的生物质和太阳能耦合的三联产***，太阳能作为一种洁净的可再生能源，通过塔式定日镜场聚焦太阳能转化为高温热能，为生物质气化反应器中生物质和水蒸气气化反应提供热源，将太阳能以合成气化学能形式储存；
4、本发明提供的生物质和太阳能耦合的三联产***，通过将低能量密度的生物质转换为高品质的电能，同时不同品位的余热资源用于产生生活热水、供热、制冷，实现了不同品位余热资源的综合梯级利用；
5、本发明提供的生物质和太阳能耦合的三联产***，充分利用气化过程中合成气的余热资源，将合成气的高温余热资源进行回收，同时出去合成气中的冷凝水，不仅进一步净化处理合成气，还使得生物质气化过程中的余热资源得到充分合理利用；
6、本发明提供的生物质和太阳能耦合的三联产***，直接面向用户，解决生物质分散、能量密度低的问题，为电网末端或偏远且生物质资源丰富的地区提供能量，降低输送过程中的能耗，提高***的总效率。
附图说明
图1是本发明提供的生物质和太阳能耦合的三联产***的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，是本发明提供的生物质和太阳能耦合的三联产***的示意图，该***包括生物质预热器、生物质粉碎机、固定床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、第二换热器、气-水分离器、水泵、槽式太阳能集热器、塔式定日镜场、燃气轮机、烟气蒸汽型吸收式机组和第三换热器。
生物质原料(1)在生物质预热器中经200℃的空气(9)预热，除去生物质原料中的外在水分，使得生物质原料水分含量降至10％左右。经过干燥处理的生物质原料(2)进入生物质粉碎机进行研磨，使生物质原料粒径在1-2mm范围内。经过干燥处理的生物质原料(3)进入固定床气化炉，与350℃的水蒸气(13)混合发生气化反应(气化压力为0.1MPa，气化温度为950℃)，塔式定日镜场吸收太阳能(28)为固定床气化炉提供气化反应所需热能(29)。含有固体颗粒物的高温合成气(4)首先进入旋风分离除尘器除去其中的灰分等固体颗粒物(26)，然后进入第一换热器进行热回收，预热空气(9)至200℃(10)，再通入第二换热器生产0.6MPa的水蒸气(19)用于为烟气蒸汽型吸收式机组提供余热，随后进入第三换热器，预热通入槽式太阳能集热器的水，提高水温；最终温度降至25℃的合成气经冷凝器分离出冷凝水(27)。在第一换热器中经过高温合成气预热至200℃的空气(10)进入生物质预热器，用于干燥生物质。在太阳能集热过程中，25℃、0.1MPa的水(11)经水泵加压，通入第三换热器进行预热，随后通入槽式太阳能集热器中吸收中低温太阳热能，产生350℃的水蒸气(14)作为生物质气化反应的气化剂。
经过净化处理的合成气(8)通入燃气轮机与空气(15)混合燃烧发电，产生500-600℃左右的烟气(16)首先进入烟气热水型吸收式制冷机组，产生7℃冷冻水(21)；然后进入第四换热器换热，产生80℃的生活热水(23)，最后120℃左右的烟气(18)排放至大气。
本发明所提供的生物质和太阳能耦合的三联产***装置在具体实施例中可采用主要参数如表1所示。选取稻壳作为研究对象，以1350kg/h稻壳输入量进行计算，水蒸气输入量为560kg/h(水蒸气与生物质比值为0.4)。同时选取湖南地区太阳能辐照指标作为参考，年辐照时数1400-2200小时左右，年辐射总量4190-5016MJ/㎡，标准光照下年平均日照时间3.1-3.8小时。
表1
表2
本发明中太阳能集热量为5263kW，占***总能量的输入比例为50.9％，***总能源效率为50.2％。经过***性能分析，本发明集成生物质能和太阳能两种可再生能源，降低化石能源燃烧带来的危害，同时实现了可再生能源的综合利用。

Claims (6)

1.一种生物质和太阳能耦合的三联产***，其特征在于，该***包括生物质预热器、生物质粉碎机、固定床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、冷凝器、水泵、槽式太阳能集热器、塔式定日镜场、燃气轮机、烟气蒸汽型吸收式机组和第四换热器，其中：
生物质预热器，用于干燥生物质，降低生物质的含水量；
生物质粉碎机，用于将生物质预热器出口的生物质原料破碎成粉状物料；
固定床气化炉，用于生物质粉碎机出口的生物质和槽式太阳能集热器出口的水蒸汽参与气化反应，生成合成气，满足燃气轮机燃料需求；
旋风分离除尘器，用于对固定床气化炉出口的合成气进行除尘净化处理，除去合成气中的灰分及炭颗粒；
第一换热器，利用旋风分离除尘器出口的合成气的高温热能预热空气，满足干燥生物质需求；
第二换热器，利用第一换热器出口的合成气的高温热能产生0.6MPa蒸气，满足烟气蒸汽型吸收式机组的热水需求；
第三换热器，利用第二换热器出口的合成气的中低温热能预热输入槽式太阳能集热器的水，提高水温；
冷凝器，用于除去第三换热器出口的合成气中冷凝出来的水分；
水泵，用于对0.1MPa、25℃水进行加压处理，通入到第三换热器中；
槽式太阳能集热器，以水作为吸热工质，利用太阳热能加热第三换热器出口的水，以生产水蒸汽，满足固定床气化炉中气化反应的需求；
塔式定日镜场，用于聚焦太阳能提供水蒸汽气化所需高温热源；
燃气轮机，利用经过净化处理的冷凝器出口合成气做功发电，满足用户和维持机组正常运行的电需求；
烟气蒸汽型吸收式机组，采用溴化锂溶液，用于利用燃气轮机的烟气和第二换热器产生蒸汽为余热制取冷冻水，以满足用户制冷需求；
第四换热器，用于利用烟气蒸汽型吸收式机组出口的余热，加热进口侧生活热水，满足用户生活热水需求。
2.根据权利要求1所述的生物质和太阳能耦合的三联产***，其特征在于，该三联产***采用生物质和太阳能作为输入燃料，属于可再生能源互补。
3.根据权利要求1所述的生物质和太阳能耦合的三联产***，其特征在于，所述塔式定日镜场吸收太阳能提供固定床气化炉气化所需高温热源。
4.根据权利要求1所述的生物质和太阳能耦合的三联产***，其特征在于，所述固定床气化炉中生物质粉碎机出口的生物质原料与槽式太阳能集热器出口的水蒸汽一起参与气化反应，生成合成气。
5.根据权利要求1所述的生物质和太阳能耦合的三联产***，其特征在于，所述第二换热器中高温合成气用于产0.6MPa水蒸气，用于提供烟气蒸汽型吸收式机组余热热源。
6.根据权利要求1所述的生物质和太阳能耦合的三联产***，其特征在于，所述生物质预热器利用预热过空气，对生物质原料进行预热，降低生物质含水量，提高气化反应效率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108981220A (zh) * 2018-05-28 2018-12-11 长沙理工大学 一种生物质、天然气和地源热泵耦合的冷热电三联供***
CN108716782A (zh) * 2018-05-28 2018-10-30 长沙理工大学 一种耦合生物质和地热能的热电联产***
CN110686417A (zh) * 2019-10-21 2020-01-14 铜陵市宏安太阳能科技有限公司 一种多能互补的太阳能热水器
CN114836480A (zh) * 2022-05-10 2022-08-02 集美大学 一种基于太阳能驱动沼气重整耦合天然气联合循环的方法及***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58156109A (ja) * 1982-03-12 1983-09-17 Hitachi Zosen Corp 高分子廃棄物の燃焼熱回収方法
CN203050818U (zh) * 2012-10-29 2013-07-10 昆明理工大学 一种光伏与有机郎肯循环耦合热电联供***
CN203783662U (zh) * 2014-03-17 2014-08-20 中国科学院工程热物理研究所 利用生物质和太阳能来制取甲醇及发电的多联产装置
CN104154677A (zh) * 2014-07-31 2014-11-19 昆明理工大学 一种生物质热能与太阳能多级冷热电联供***
CN104729145A (zh) * 2015-03-09 2015-06-24 山东大学 一种基于生物质气的分布式冷热电联供***
CN204921167U (zh) * 2015-06-04 2015-12-30 中国科学院工程热物理研究所 可全天连续运行的太阳能与生物质互补联合循环发电***

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58156109A (ja) * 1982-03-12 1983-09-17 Hitachi Zosen Corp 高分子廃棄物の燃焼熱回収方法
CN203050818U (zh) * 2012-10-29 2013-07-10 昆明理工大学 一种光伏与有机郎肯循环耦合热电联供***
CN203783662U (zh) * 2014-03-17 2014-08-20 中国科学院工程热物理研究所 利用生物质和太阳能来制取甲醇及发电的多联产装置
CN104154677A (zh) * 2014-07-31 2014-11-19 昆明理工大学 一种生物质热能与太阳能多级冷热电联供***
CN104729145A (zh) * 2015-03-09 2015-06-24 山东大学 一种基于生物质气的分布式冷热电联供***
CN204921167U (zh) * 2015-06-04 2015-12-30 中国科学院工程热物理研究所 可全天连续运行的太阳能与生物质互补联合循环发电***

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