CN107541301A - 一种规模化的生物质发电工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种规模化的生物质发电工艺，包括以下步骤：生物质在堆放场堆放后，经过加工处理由装料设备加入生物质气化炉，该炉最大特点是提供热量的燃烧室与气化罐是相对独立的空间，燃烧室的热量是通过隔墙传给气化罐的。生物质在气化罐中完成热解和气化后，燃气进入燃烧室燃烧，产生的高温烟气通过余热锅炉生产蒸汽，蒸汽驱动汽轮机后发电。与现有生物质发电工艺比较，本发明具有原料适应性广、处理量大、环保好、投资低及成本低等显著优点。

Description

一种规模化的生物质发电工艺
技术领域
本发明涉及生物质的技术领域，具体涉及一种生物质发电工艺，目的在于利用生物质的热解和气化最终实现发电。
背景技术
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质，包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物，如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物、动物粪便、生活垃圾、生活污水等，有代表性的生物质有各种秸秆、木材、稻壳、花生壳、玉米芯、海藻、蔗渣、稻草、杂草、粪便及各种有机生活垃圾、建筑垃圾或工业垃圾等。
生物质的主要特点有：可再生性、低污染性、总量十分丰富、分布非常广泛。生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SO2、NOX少，生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的CO2相当于它排放的CO2的量，因而对大气的CO2净排放量近似于零。生物质燃料的总量十分丰富，生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算，世界上每年生长的生物质年生产量为1400-1800亿吨，相当于世界总能耗的10倍。随着农林业的发展，特别是炭薪林的推广，生物质资源将越来越多，生物质能源的比重将会越来越大。
目前，美国生物质能占总能源消耗的4％，规划2020年将达12％；欧洲生物质约占总能源消费量的2％，规划2020年生物质燃料替代20％的化石燃料；日本生物质约占总能源消费量的0.9％，规划2020年达12％；中国工程院预测我国农村商品化生物质能，由目前占农村能源的0.2％提高到2020年的12.6％。
我国拥有丰富的生物质资源，每年秸秆年产量高达7亿吨，另外还有1.2亿吨的稻壳、蔗渣、花生壳等,加上粪便和生活有机垃圾，我国每年的生物质资源达到7亿吨标煤以上。
生物质能源的高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于中国地广人多，常规能源不可能满足广大农村日益增长的需求，而且秸秆等生物质的直接焚烧产生的大气环境问题日益严重。因此，立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备，既是农村发展的迫切需要，又是我国减少排放、保护环境、实施可持续发展的需要。
目前，我国生物质发电分为生物质直接燃烧发电和生物质气化后燃烧发电两种。生物质直接燃烧发电工艺是通过锅炉的生物质直接燃烧产生高温烟气后生产蒸汽，通过蒸汽驱动汽轮机从而带动发电机发电，根据燃烧方式分成固定床或流化床。目前生物质直接燃烧发电工艺的主要缺点在于：发电规模小(最大5万KW)、单位发电投资高。
生物质气化发电工艺是先将生物质气化，气化后的燃气需要经过复杂的净化装置后，通过燃气轮机发电。目前生物质气化发电工艺的主要缺点在于：燃气中焦油含量超标、发电规模太小(最大5000KW)、生产成本高。
发明内容
本发明的发明目的在于，提供了一种规模化的生物质发电工艺，其工艺特点为先将生物质在气化炉中热解和气化，生产的燃气也在气化炉中全部燃烧，燃烧生产的高温烟气通过余热锅炉得到蒸汽，由蒸汽驱动汽轮机后发电。与现有生物质发电工艺比较，本发明具有原料适应性广、处理量大、环保好、投资低及成本低等显著优点。
为了实现以上技术效果，本发明提供了一种规模化的生物质发电工艺，具体包括以下步骤：
(1)生物质运至堆场，完成生物质处理后，通过运输装置运至气化炉的炉顶，由装料设施装入气化炉的气化罐中；
(2)气化炉中的燃烧室燃烧产生的热量通过隔墙传给气化罐，燃烧室内的温度为900-1300℃，气化罐内的温度为800-1200℃；
(3)向气化罐中喷入水蒸汽，生物质在气化罐中最终全部完成气化，气化罐中产生的燃气进入燃烧室燃烧，燃烧产生的高温烟气从气化炉中进入余热锅炉生产蒸汽，蒸汽驱动汽轮机后发电；
(4)经过余热锅炉排出的烟气通过净化装置后，由引风机送入烟囱排放到大气中；
(5)从燃烧室排出的灰烬通过水冷装置后排出，灰烬可以作为农业肥料得到回收利用。
所述生物质为一切有生命的可以再生的有机物质，具体包括各种有机的农业垃圾、林业垃圾、生活垃圾、建筑垃圾或工业垃圾的一种或多种。
所述生物质处理为生物质的剪切、破碎、压块或干燥的一种或多种。
所述燃烧室用助燃空气通过余热锅炉或余热锅炉后的换热器进行了预热。
所述隔墙是由高导热、抗氧化、抗还原、耐热震的高温耐火材料砌筑而成。
所述水蒸汽来源于余热锅炉或水冷装置。
所述净化装置为旋风除尘器、重力除尘器或布袋除尘器的一种或多种。
所述水冷装置为一级水冷装置或两级水冷装置。
本发明所采用的技术方案使用了如图2所示的生物质气化炉3，所示气化炉3为实施例所用设备，主要由气化罐5和燃烧室4模块化组合而成。生物质原料通过料仓1和加料装置2装入气化罐5中，多个气化罐5布置在一个很大的燃烧室4中，每个气化罐5和燃烧室4之间设有传热隔墙7。通过燃烧室4中的燃烧器6燃烧燃气产生气化罐5所需要的热量，热量通过隔墙7传给各个气化罐5中，气化罐5通过水蒸汽管道12通入水蒸汽进行生物质气化，气化产生的燃气进入燃烧室4燃烧，燃烧产生的高温烟气通过烟道管13进入余热锅炉14生产蒸汽，蒸汽通过汽轮机15驱动发电机16，从而实现发电。燃烧室产生的灰烬通过一级水冷8和排料装置9后，在二级水冷10中进一步冷却，最后通过排料装置11排出。
实施本发明一种生物质的发电工艺，具有以下有益效果：
1)原料适应性很好：本发明适应各种生物质的气化，适应性千差万别的各种生物质的处理，并且原料的尺寸大小上很宽松，这种适应性远优于现有的各种生物质发电装置；
2)实现规模化生产：本发明中气化罐的数量可以根据用户需要进行模块化组合，以实现不同的发电量目标，也为实现10万KW以上的发电创造了条件；
3)环保效果很好：本发明的燃气在气化炉中得到充分的燃烧，这样完全没有焦油等二次污染的问题，因此本发明的环保效果很好；
4)生物质燃气热值高：本发明在气化罐中没有加入空气、氧气、氮气，使得最终得到的生物质燃气的热值高，有利于发电；
5)热量利用很好：本发明的各种热量能够得到很好地利用，排放烟气温度低，热量损失小，综合热效率高；
6)生产成本较低：本发明生物质气化需要的热量来自于自产的生物质燃气，原燃料适应性好，备品备件和维护量少，这些都使得总的生产成本有竞争力；
7)自动化程度高：本发明实现了生物质气化连续工作制度，自动化程度高，为发电创造了很好的条件。
附图说明
图1为本发明生物质发电的工艺流程示意图；
图2为本发明生物质发电的装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明技术方案更容易理解，现结合附图采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于为审查员及公众提供理解本发明内容更为直观明了的方式，而不是对本发明所述技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种规模化的生物质发电工艺，其主要生产步骤包括：
1)各种秸秆(包括玉米秸秆、高粱秸秆等)运至堆场进行分类和储存，完成剪切(最长尺寸控制在100mm以内)和烘干处理后，通过料斗运至气化炉的炉顶，先装入加料仓，通过加料装置装入气化炉的气化罐；
2)气化罐的大小为宽度630mm、长度1600mm、高度8000mm的罐体，可容纳秸秆约800kg，每个罐小时处理秸秆重量约400kg，一个罐一年处理量约3360t，50个罐一年的生物质处理量达到16.8万吨；
3)气化炉中的燃烧室中燃烧产生的热量通过隔墙传给气化罐，燃烧室的温度为1150℃，气化罐的温度为1000℃；
5)在气化罐中通入水蒸汽，水蒸汽作为气化剂，秸秆在气化热解罐中完成气化，产生的燃气进入燃烧室全部燃烧产生高温烟气；
4)燃烧室产生的高温烟气排出燃烧室后，通过余热锅炉生产蒸汽，蒸汽通过汽轮机后驱动发电机发电，每年的发电量(装机容量2万KW)可以达到约1.6亿度电；
7)燃烧室排出的生物质灰烬每年约5000t，可作为很好的农业肥料。
本发明工艺还具有以下优点：
1)该工艺可以处理高热值(21MJ/Nm3)的生物质原料，也可以处理低热值(12MJ/Nm3)的生物质原料，该工艺对原料的适应性很强；
2)该工艺的能源利用都很充分，能源浪费很少，并且资源都得到循环利用；
3)该工艺中气化罐的数量或大小均可以根据要求进行调整和模块化的组合，从而实现规模化的生产；
4)该工艺生产的生物质燃气可以替代煤炭作为发电的燃料，减轻环境压力，同时解决偏远地区的电力供应问题。
实施例2
如图1所示，本发明还提供了一种规模化的生物质发电工艺，其主要生产步骤包括：
1)各种木材(包括柳木、松木等)运至堆场进行分类和储存，完成剪切、破碎(最大尺寸控制在100x100x100mm以内)和烘干等处理后，通过运输装置运至气化热解炉的炉顶，先装入加料仓，通过加料装置装入气化热解炉的气化热解罐；
2)气化热解罐的大小为宽度630mm、长度1600mm、高度8000mm的罐体，可容纳木块约1600kg，每个罐小时处理木块重量约800kg，一个罐一年处理量约6720t，208个罐一年的生物质处理量最少达到140万吨；
3)气化炉中的燃烧室中燃烧产生的热量通过隔墙传给气化罐，燃烧室的温度为1150℃，气化罐的温度为1000℃；
5)在气化罐中通入水蒸汽，水蒸汽作为气化剂，秸秆在气化热解罐中完成气化，产生的燃气进入燃烧室全部燃烧产生高温烟气；
4)燃烧室产生的高温烟气排出燃烧室后，通过余热锅炉生产蒸汽，蒸汽通过汽轮机后驱动发电机发电，每年的发电量(装机容量20万KW)可以达到约16亿度电；
7)燃烧室排出的生物质灰烬每年约4.2万吨，可作为很好的农业肥料。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种规模化的生物质发电工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)生物质运至堆场，完成生物质处理后，通过运输装置运至气化炉的炉顶，由装料设施装入气化炉的气化罐中；
(2)气化炉中的燃烧室燃烧产生的热量通过隔墙传给气化罐，燃烧室内的温度为900-1300℃，气化罐内的温度为800-1200℃；
(3)向气化罐中喷入水蒸汽，生物质在气化罐中最终全部完成气化，气化罐中产生的燃气进入燃烧室燃烧，燃烧产生的高温烟气从气化炉中进入余热锅炉生产蒸汽，蒸汽驱动汽轮机后发电；
(4)经过余热锅炉排出的烟气通过净化装置后，由引风机送入烟囱排放到大气中；
(5)从燃烧室排出的灰烬通过水冷装置后排出，灰烬可以作为农业肥料得到回收利用。
2.根据权利要求1所述规模化的生物质发电工艺，其特征在于，所述步骤(1)中生物质为一切有生命的可以再生的有机物质，具体包括各种有机的农业垃圾、林业垃圾、生活垃圾、建筑垃圾或工业垃圾的一种或多种。
3.根据权利要求1所述规模化的生物质发电工艺，其特征在于，所述步骤(1)中生物质处理为生物质的剪切、破碎、压块或干燥的一种或多种。
4.根据权利要求1所述规模化的生物质发电工艺，其特征在于，所述步骤(2)中燃烧室用的助燃空气通过余热锅炉或余热锅炉后的换热器进行了预热。
5.根据权利要求1所述规模化的生物质发电工艺，其特征在于，所述步骤(2)中隔墙是由高导热、抗氧化、抗还原、耐热震的高温耐火材料砌筑而成。
6.根据权利要求1所述规模化的生物质发电工艺，其特征在于，所述步骤(3)中水蒸汽来源于余热锅炉或水冷装置。
7.根据权利要求1所述规模化的生物质发电工艺，其特征在于，所述步骤(4)中净化装置为旋风除尘器、重力除尘器或布袋除尘器的一种或多种。
8.根据权利要求1所述规模化的生物质发电工艺，其特征在于，所述步骤(5)中水冷装置为一级水冷装置或两级水冷装置。
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