CN108587693A - 一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于清洁能源发电领域，提供了火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置，包括：用于利用生物质产生生物质气化燃气的气化装置；用于使用高温生物质气化燃气的热量，加热经过加压风机加压后的生物质气化燃气的气气换热器；用于降低经过气气换热器的生物质气化燃气的温度的热交换***；用于对经过热交换***换热后的生物质气化燃气进行加压的加压风机；经过加压风机加压后的、通过气气换热器加热的生物质气化燃气进入火电机组锅炉内燃烧。该装置解决了高温生物质气化燃气降温到较低温度向火电机组输送时***产生额外能量损耗的问题，可以充分利用火电机组发电效率高，环保设施完善的特点，有效地提升了生物质能的利用效率。
Description
技术领域
本发明属于清洁能源发电领域，特别涉及一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置。
背景技术
生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，是一种清洁可再生能源。我国生物质资源相当丰富，每年有大量秸秆被废弃或在田间直接焚烧，既造成能源浪费，也给大气带来了严重的污染。
随着国家对环境保护要求不断提高，生物质等可再生能源的重要性越来越高，生物质能的高效利用和农林废物资源化利用被列入重点发展领域，其中生物质气化后送入火电机组再燃发电成为生物质能高效利用的一种方式。
目前火电机组耦合生物质气化燃气再燃发电的方法需要将气化装置生产出来的燃气降温至450℃以下输送至火电机组锅炉，主要原因是当前市场上没有可承受更高温度的高压防爆风机。由于气化装置没有其它用热需求，通常办法是用生物质高温气化燃气加热火电机组凝结水进行换热降温，由于火电机组的凝结水采用已经在汽轮机做过功的蒸汽加热，因此气化燃气显热只替代了这部分低品质的蒸汽的热量，造成了综合发电能力的损失。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置。
本发明提供了一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置，包括：
给料装置，来自进料口的生物质通过所述给料装置运送至气化装置；
气化装置，具有进料口和进气口，来自给料装置的生物质通过所述进料口进入气化装置内，作为气化剂的空气通过所述进气口进入气化装置内，所述生物质在空气的作用下在所述气化装置内产生生物质气化燃气；
气气换热器，来自所述气化装置的高温的生物质气化燃气与来自加压风机的生物质气化燃气在所述气气换热器内进行热量交换；
热交换***，来自所述气气换热器的生物质气化燃气经过所述热交换***进行降温后传输至所述加压风机；
加压风机，对所述热交换***换热后的生物质气化燃气进行加压并输送至所述气气换热器；和
火电机组锅炉，加压后经过所述气气换热器的生物质气化燃气输送至所述火电机组锅炉内并燃烧。
优选地，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，
所述热交换***为燃气侧换热器，
所述燃气侧换热器包括：
燃气通道；和
位于燃气通道内的内部流动有热媒物质的对流受热管排，
经所述气气换热器换热后的生物质气化燃气在所述燃气通道内流动并将热量传递给所述热媒物质后流动至所述加压风机。
优选地，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，
所述热交换***为空气侧换热器，
所述空气侧换热器包括：内部流动有生物质气化燃气的对流放热管排；和
空气通道，
所述对流放热管排位于所述空气通道内，
所述空气通道两端分别与输送空气的送风机以及所述进气口连接，
经所述气气换热器换热后的生物质气化燃气在所述对流放热管排内流动并将热量传递给所述空气通道内的空气后输送至所述加压风机，受热后的空气被输送到所述进气口。
优选地，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，
所述热交换***为燃气侧换热器和尖峰换热器形成的组合热交换***。
所述燃气侧换热器包括：燃气通道和位于燃气通道内的内部流动有热媒物质的对流受热管排，
所述尖峰换热器包括内部流动有冷却介质的对流受热面和热媒物质通道，所述对流受热面位于所述热媒物质通道内，
所述对流受热管排与所述热媒物质通道相连形成所述热媒物质在内部循环流动的热媒通道；热媒循环泵设置在所述热媒通道上，用以驱动所述热媒物质在所述热媒通道内流动；
经所述气气换热器换热后的生物质气化燃气在所述燃气通道内与所述热媒物质进行热交换后输送至所述加压风机；
优选地，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，
所述热交换***为燃气侧换热器和空气侧换热器形成的组合热交换***，
所述燃气侧换热器包括燃气通道和位于燃气通道内的内部流动有热媒物质的对流受热管排，
所述空气侧换热器包括对流放热管排和空气通道，所述对流放热管排位于所述空气通道内，
所述对流受热管排与所述对流放热管排相连形成热媒物质在内部循环流动的热媒通道；热媒循环泵设置在所述热媒通道上，用以驱动热媒物质在所述热媒通道内流动；
经所述气气换热器换热后的生物质气化燃气在所述燃气通道内与所述热媒物质进行热交换后输送至所述加压风机；
在所述空气通道内流动的空气与所述对流放热管排中流动的热媒物质进行热交换后输送到所述进气口。
优选地，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，
所述热交换***为燃气侧换热器、空气侧换热器和尖峰换热器形成的组合热交换***；
所述燃气侧换热器包括燃气通道和位于燃气通道内的内部流动有热媒物质的对流受热管排，
所述空气侧换热器包括对流放热管排和空气通道，所述对流放热管排位于所述空气通道内，
所述尖峰换热器，所述尖峰换热器设置在所述燃气侧换热器和所述空气侧换热器所在的热媒管道上，所述尖峰换热器包括热媒物质通道和位于所述热媒物质通道内的对流受热面，所述热媒物质通道的两端经热媒管道与所述对流受热管排和对流放热管排分别连通，冷却介质在所述对流受热面内流动，与在所述热媒物质通道内流动的热媒物质进行换热。
优选地，在上述燃气侧换热器、空气侧换热器和尖峰换热器形成的组合热交换***中，
与所述尖峰换热器连接的热媒管道上设置有与所述尖峰换热器并联的第一旁路阀，与所述空气侧换热器连接的热媒管道上设置有与所述空气侧换热器并联的第二旁路阀。
优选地，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，
所述气化装置为循环流化床、流化床或固定床生物质气化装置；
在生物质气化燃气进入火电机组锅炉的入口处还设置有燃烧器，所述燃烧器用来将生物质气化燃气送入火电机组锅炉从而给火电机组提供热量。
优选地，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，
所述火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置还包括设置在所述气化装置和所述气气换热器之间的除尘装置，所述除尘装置用来对所述气化装置产生的生物质气化燃气进行净化除尘；
优选地，所述除尘装置为一级或串联的两级或多级除尘器；
进一步优选地，所用除尘器为旋风分离器或多管除尘器；
优选地，所述气气换热器为立式或卧式管式换热器。
本发明还提供一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置，包括：
气化装置，所述气化装置用于利用生物质产生生物质气化燃气；
热交换***，所述热交换***用于降低生物质气化燃气的温度；
加压风机，所述加压风机用于对经过所述热交换***换热后的生物质气化燃气进行加压；
火电机组锅炉，通过所述经过加压风机加压后的生物质气化燃气进入所述火电机组锅炉内燃烧；
所述热交换***包括：燃气侧换热器，空气侧换热器和尖峰换热器，
所述燃气侧换热器包括：
内部流动有热媒物质的对流受热管排；和
内部流动有生物质气化燃气的燃气通道，
所述对流受热管排位于所述燃气通道内，
所述空气侧换热器包括：
内部流动有所述热媒物质的对流放热管排；和
流动有空气的空气通道，所述对流放热管排位于所述空气通道内，
所述尖峰换热器包括：内部流动有冷却介质的对流受热面；和
流动有热媒物质的热媒物质通道，所述对流受热面位于所述热媒物质通道内，
所述对流受热管排、所述热媒物质通道、所述对流放热管排经热媒管道连接形成热媒物质在内部循环流动的热媒通道，
所述热媒物质在所述燃气侧换热器与所述生物质气化燃气进行热交换后，分别与所述冷却介质和所述空气进行换热，
换热后的空气被输送到所述进气口。
优选地，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，
与所述尖峰换热器连接的热媒管道上设置有与所述尖峰换热器并联的第一旁路阀，
与所述空气侧换热器连接的热媒管道上设置有与所述空气侧换热器并联的第二旁路阀，
热媒循环泵设置在所述热媒通道上，用以驱动热媒物质在所述热媒通道内流动。
本发明提供的火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置，解决了高温生物质气化燃气降至较低温度向火电机组输送时***产生额外能量损耗的问题，同时充分利用火电机组发电效率高，环保设施完善的特点，有效地提升了生物质能的利用效率。
本发明的其他特征和优点将在如下的具体实施方式部分详细描述。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的火电机组耦合生物质气化燃气发电装置的第一优选实施例的结构示意图。
图2为本发明的火电机组耦合生物质气化燃气发电装置的第二优选实施例的结构示意图。
图3为本发明的火电机组耦合生物质气化燃气发电装置的第三优选实施例的结构示意图。
图4为本发明的火电机组耦合生物质气化燃气发电装置的第四优选实施例的结构示意图。
图5为本发明的火电机组耦合生物质气化燃气发电装置的第五优选实施例的结构示意图。
图6为本发明的火电机组耦合生物质气化燃气发电装置的第六优选实施例的结构示意图。
其中，图中的附图标记说明如下：
1-给料装置、2-气化装置、3-除尘装置、4-气气换热器、5-燃气侧换热器、 6-尖峰换热器、7-空气侧换热器、8-热媒循环泵、9-送风机、10-加压风机、 11-燃烧器、12-火电机组锅炉、61-第一旁路阀、71-第二旁路阀。
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，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，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。对于电和通信领域而言，可以是有线连接，也可以是无线连接。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。
本发明提供了一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置。该装置包括：给料装置1、气化装置2、气气换热器4、热交换***、加压风机10、送风机9以及火电机组锅炉12。
热交换***，来自气气换热器4的生物质气化燃气经过热交换***进行降温后传输至加压风机10；加压风机10，对热交换***换热后的生物质气化燃气进行加压并输送至气气换热器4；和火电机组锅炉12，加压后经过气气换热器4的生物质气化燃气输送至火电机组锅炉12内并燃烧。
具体地说，其中，生物质通过给料装置1运送至气化装置2；气化装置2 具有进料口和进气口，来自给料装置1的生物质通过进料口进入气化装置2 内，来自送风机9的空气作为气化剂通过进气口进入气化装置2内，生物质在空气的作用下在气化装置2内产生生物质气化燃气；气化装置2内产生的高温的生物质气化燃气输送至气气换热器4内，并在气气换热器4内与来自加压风机10的温度较低的生物质气化燃气进行热量交换；在气气换热器4内进行热量交换后的生物质气化燃气从气气换热器4输送至热交换***，并在热交换***内进行降温再输送至加压风机10；加压风机10将输送来的降温后的生物质气化燃气加压后输送至气气换热器4内，并在气气换热器4内与来自气化装置2的高温的生物质气化燃气进行热交换(即来自气化装置2 的高温的生物质气化燃气经过气气换热器4后释放热量，温度降低；来自加压风机10的降温后的生物质气化燃气经过气气换热器4后吸收热量，温度升高)，气气换热器4内完成热交换的生物质气化燃气继续输送至火电机组锅炉 12内进行燃烧。
下面结合图1-图6对应的具体实施例对本发明提供的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置做进一步阐述。
实施例一
如图1所示，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，热交换***优选为燃气侧换热器5。
其中，燃气侧换热器5包括：燃气通道和对流受热管排。在对流受热管排内部流动有热媒物质；对流受热管排位于生物质气化燃气通道内。
在本实施例中，气气换热器4换热后的生物质气化燃气直接进入燃气侧换热器5的燃气通道内流动，并将热量传递给对流受热管排内部流动的热媒物质后输送至加压风机10。由加压风机10继续将生物质气化燃气输送至气气换热器4换热后再输送至火电机组锅炉12内进行燃烧。
上述过程中，热媒物质可以选用导热油、火电机组的凝结水、循环冷却水以及其它介质。
优选地，本实施例采用来自火电机组的凝结水来吸收来自生物质气化燃传递来的热量并回送至火电机组热力***，以回收利用生物质气化燃气的显热。
实施例二
如图2所示，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，热交换***优选为空气侧换热器7。
其中，空气侧换热器7包括：对流放热管排和空气通道。在对流放热管排内部流动有生物质气化燃气，对流放热管排位于空气通道内。空气通道的一端与输送空气的送风机9连接，另一端与进气口连接；即从送风机9输送过来的空气经空气通道后可直接输送至进气口进而输送至气化装置2内以供利用。
在本实施例中，气气换热器4换热后的生物质气化燃气直接进入空气侧换热器7的对流放热管排内流动，并在对流放热管排内与空气通道内流动的空气进行热量交换。即经过气气换热器4换热后的温度较高的生物质气化燃气在空气侧换热器7的对流放热管排内与空气通道内流动的温度较低的空气进行热量交换，热量交换后的生物质气化燃气温度降低，空气的温度升高。降温后的生物质气化燃气直接输送至加压风机10进行下一步骤。
升温后的空气在送风机9的作用下经进气口直接输送至气化装置2，以供气化装置2利用。
本实施例中，空气侧换热器7可采用立式或卧式管式换热器，高温燃气和空气可以分别从管内和管外流过，或者空气和高温燃气分别从管内和管外流过，通过管壁进行热交换。
实施例三
如图3所示，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，热交换***优选为燃气侧换热器5、尖峰换热器6形成的组合热交换***。
其中，尖峰换热器6包括：
热媒物质通道和对流受热面。在对流受热面内部流动有冷却介质；对流受热面位于热媒物质通道内。
其中，燃气侧换热器5包括对流受热管排和燃气通道。对流受热管排位于燃气通道内，并与尖峰换热器6的热媒物质通道相连接形成内部流动有热媒物质的热媒循环回路。热媒循环泵8设置在热媒循环回路上，用以驱动热媒物质在热媒通道内流动。
在本实施例中，经气气换热器4换热后的温度较高的生物质气化燃气在燃气侧换热器5的燃气通道内流动，并与燃气侧换热器5的对流受热管排中流动的热媒物质进行热量交换。温度较高的生物质气化燃气在进行热交换后温度降低，并输送至加压风机10。
热媒物质在尖峰换热器6的热媒物质通道内流动并将热量传递给对流受热面内流动的冷却介质后温度降低，温度降低后的热媒物质在循环至燃气侧换热器5的对流受热管排内继续与经气气换热器4换热后的温度较高的生物质气化燃气进行热量交换。本实施例中的热交换***即经过上述的往复循环步骤实现与经气气换热器4换热后的温度较高的生物质气化燃气进行热量交换。
本实施例中，尖峰换热器可采用管壳式换热器、夹套式换热器、沉浸式换热器等多种结构形式，根据具体情况确定热媒物质走管内侧还是外侧。
优选地，热媒物质采用导热油(有机热载体)，也可以采用水或其它介质。
优选地，冷却介质采用来自火电机组的凝结水，凝结水吸收来自生物质气化燃气传递来的热量后回送至火电机组热力***，以回收利用生物质气化燃气的显热。
实施例四
如图4所示，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，热交换***为燃气侧换热器5和空气侧换热器7形成的组合热交换***。
其中，燃气侧换热器5包括对流受热管排和燃气通道，对流受热管排位于燃气通道内。
空气侧换热器7包括对流放热管排和空气通道，对流放热管排位于空气通道内。
对流受热管排与对流放热管排相连形成热媒物质在内部循环流动的热媒通道；热媒循环泵8设置在热媒通道上，用以驱动热媒物质在热媒通道内流动。
在本实施例中，经气气换热器4换热后的生物质气化燃气在燃气侧换热器5的燃气通道内流动，并与对流受热管排内部循环流动的热媒物质进行热交换后输送至加压风机10进行下一步骤。
在空气侧换热器7的空气通道内流动有来自送风机9的空气，来自送风机9的空气在空气侧换热器7的空气通道内与对流放热管排中流动的热媒物质进行热交换后输送到进气口进而输送至气化装置2内以供利用。
实施例五
如图5所示，在上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置中，热交换***为燃气侧换热器5、尖峰换热器6和空气侧换热器7形成的组合热交换***。
其中，燃气侧换热器5包括对流受热管排和燃气通道，对流受热管排位于燃气通道内。
空气侧换热器7包括对流放热管排和空气通道，对流放热管排位于空气通道内。
尖峰换热器6设置在燃气侧换热器5和空气侧换热器7所在的热媒管道上，尖峰换热器6包括热媒物质通道和位于热媒物质通道内的对流受热面。尖峰换热器6的热媒物质通道两端经热媒管道与燃气侧换热器5的对流受热管排和空气侧换热器7的对流放热管排分别连通形成供热媒物质循环流动的热媒通道。
在本实施例中，经气气换热器4换热后的生物质气化燃气在燃气侧换热器5的燃气通道内流动，并与对流受热管排内部循环流动的热媒物质进行热交换后输送至加压风机10进行下一步骤。
在热媒通道内循环流动的热媒物质沿热媒通道从燃气侧换热器5的对流受热管排流动至尖峰换热器6的热媒物质通道，并在尖峰换热器6的热媒物质通道内与对流受热面内流动的冷却介质进行换热，将热量传递给冷却介质，后沿热媒通道流入至空气侧换热器7的对流放热管排内，并在空气侧换热器 7的空气通道内与来自送风机9的空气进行热交换，之后沿热媒通道流入至燃气侧换热器5的对流受热管排内，再次与燃气侧换热器5的燃气通道内流动经气气换热器4换热后的生物质气化燃气进行热量交换。本实施例中的热交换***即经过上述的往复循环步骤实现与经气气换热器4换热后的温度较高的生物质气化燃气进行热量交换。
本实施例中，燃气侧换热器5、尖峰换热器6、空气换热器7和热媒循环泵8的相对位置可根据需要进行调整。
优选地，热媒物质采用导热油(有机热载体)，也可以采用水或其它介质。
优选地，冷却介质采用来自火电机组的凝结水，凝结水吸收来自生物质气化燃传递来的热量后回送至火电机组热力***，以回收利用生物质气化燃气的显热。
优选地，与上述的尖峰换热器6连接的热媒管道上设置有与尖峰换热器 6并联的第一旁路阀61，与空气侧换热器7连接的热媒管道上设置有与空气侧换热器并联的第二旁路阀71。
实施例六
如图6所示，上述的一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置包括：
气化装置2、热交换***、加压风机10和火电机组锅炉12。
本实施例与实施例五中其他结构相类似故在此不做赘述，与实施例五的区别在于：在本实施例中不包括气气换热装置4。
即，在本实施例中从气化装置2输送出来的生物质气化燃气不经过气气换热器4换热，而是直接经过热交换***进行换热，本实施例中的换热***与上述的实施例五中的换热***相同，换热原理以及换热步骤也是相同，故在此不做赘述。
优选地，在上述的各个实施例中，气化装置2为循环流化床、流化床或固定床生物质气化装置；
在生物质气化燃气进入火电机组锅炉的入口处还设置有燃烧器11，燃烧器11用来将生物质气化燃气送入火电机组锅炉从而给火电机组提供热量。优选地，在上述的各个实施例中，火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置还包括设置在气化装置2和气气换热器4之间的除尘装置3，除尘装置3用来对气化装置2产生的生物质气化燃气进行净化除尘。
优选地，除尘装置3为一级或串联的两级或多级除尘器。
进一步优选地，所用除尘器为旋风分离器或多管除尘器。
优选地，气气换热器4为立式或卧式管式换热器。
下面结合图5对本发明的一优选实施例提供的火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置进行描述。
如图5所示，给料装置1用于将生物质送入气化装置2，以用于产生生物质气化燃气。
气化装置2用来以生物质为原料产生高温的生物质气化燃气。气化装置 2具有进料口，该进料口与给料装置1气密连接。气化装置2还具有进气口，该进气口用于接收来自送风机9的空气。从进料口进入的生物质和从进气口进入的空气在气化装置2内混合，使得生物质在高温状况下分解析出可燃气体。
气化装置2可以是循环流化床、流化床或固定床生物质气化装置。
除尘装置3用来对气化装置2产生的生物质气化燃气进行净化除尘。
由于气化装置2中生物质气化产生的燃气中含有大量灰尘及未完全气化的生物质细小颗粒，为了避免在后部管道内沉积，因此需要使用除尘装置3 进行除尘处理。为了保证除尘效果，可以采用一级或串联的两级(或多级) 除尘器对生物质气化燃气进行除尘处理。所用除尘器可以为旋风分离器或多管除尘器等型式。
气气换热器4和热交换***。热交换***包括燃气侧换热器5、尖峰换热器6、空气侧换热器7、热媒循环泵8以及***辅助设施(未图示)。热交换***的燃气侧换热器5包括对流受热管排和燃气通道，其中对流受热管排位于燃气通道内。除尘净化后的生物质气化燃气在通过燃气侧换热器5的燃气通道时，可以被在对流受热管排内流动的热媒物质带走热量，从而降低生物质气化燃气的温度。对流受热管排可以采用顺列或错列布置。
空气侧换热器7包括对流放热管排和空气通道，其中对流放热管排位于空气通道内。来自送风机9的空气在通过空气侧换热器7的空气通道时，可以获得在对流放热管排的管道内流动的热媒物质的热量，从而提高空气的温度。
其中，燃气侧换热器5的对流受热管排与空气侧换热器7的对流放热管排相连通，以供热媒物质流动，从而形成热媒管道，并且在热媒管道上设置有热媒循环泵8。热媒循环泵8可以驱动热媒物质在热媒管道内流动。在热媒循环泵8的驱动下，热媒物质在燃气侧换热器5的对流受热管排和空气侧换热器7的对流放热管排内循环流动，从而将来自高温的生物质气化燃气的热量通过热媒物质传递给空气，以加热生物质气化用空气，提高生物质的气化效率和加强对生物质含水率的适应性。
尖峰换热器6设置在燃气侧换热器5和空气侧换热器7所在的热媒管道上。可以使用尖峰换热器6来协助调节热空气的温度；例如，当需要降低热空气的温度时，可通过增加尖峰换热器6的换热量来进行热交换***的热平衡。尖峰换热器6可以采用火电机组的凝结水作为冷却介质进行换热，将热量传递给凝结水，以回收利用生物质气化燃气的显热。
与尖峰换热器6连接的热媒管道上设置有与尖峰换热器6并联的第一旁路阀61，与空气侧换热器7连接的热媒管道上设置有与空气侧换热器7并联的第二旁路阀71。第一旁路阀61和第二旁路阀71可以用来调节热交换***的换热量。空气侧换热器7的第二旁路阀71可以用来调节热空气的温度，尖峰换热器6的第一旁路阀61可以调节被冷却介质吸收的热量，来平衡空气侧换热器7的换热量的变化，从而实现对热空气的温度的调节。
通过改变气气换热器4和燃气侧换热器5的换热面积的大小(即改变这两个换热器的换热量比例)可以改变最终输送至火电机组的生物质气化燃气的温度。增大气气换热器4的换热面积同时减小燃气侧换热器5的换热面积可以提高最终输送给火电机组的生物质气化燃气的温度。气气换热器4设置在除尘装置3和燃气侧换热器5之间，用于使用从除尘装置3排出来的高温生物质气化燃气的热量，加热经过加压风机10加压后的较低温度的生物质气化燃气。气气换热器4可以采用立式或卧式管式换热器，高温生物质气化燃气和低温生物质气化燃气分别从管内和管外流过，或者低温生物质气化燃气和高温生物质气化燃气分别从管内和管外流过，通过管壁进行热交换。
本发明通过设置气气换热器4，可以在降低加压风机10的工作温度的情况下，有效地提高进入火电机组锅炉的生物质气化燃气的温度，避免了进入火电机组锅炉的生物质气化燃气的温度只能等同加压风机10的工作温度的当前状况，提高了生物质能整体的利用率。
加压风机10用来将经过燃气侧换热器5换热后的生物质气化燃气进行加压，以将生物质气化燃气的气体压力升高到需要的压力，并输送到火电机组锅炉12内燃烧。
在生物质气化燃气进入火电机组锅炉12的入口处设置有燃烧器11。燃烧器11用来将生物质气化燃气送入火电机组锅炉从而给火电机组12提供热量。
下面结合图5描述使用本发明提供的火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置的方法，该方法包括将在气化装置2中利用生物质产生的生物质气化燃气经热交换***换热，并将部分热量传递给气化剂的操作；其中，所述气化剂优选为用于气化装置2利用生物质产生生物质气化燃气的空气。
所述生物质可以为农作物秸秆(例如玉米秸秆、小麦秸秆等)、树叶、稻壳、木屑、果壳、生物质压块等。
所述用于气化装置2利用生物质产生生物质气化燃气的气化剂为直接来自送风机的处于环境温度(-35～40℃)下的空气。也即，本发明可通过利用换热***，将空气加热，从而更适宜用作在气化装置2中利用生物质产生生物质气化燃气。
本发明通过给料装置1将生物质送入气化装置2内，并结合使用送风机 9将生物质气化所需的空气送入到气化装置2内，生物质在高温状况下分解析出可燃的生物质气化燃气。
生物质气化产生的生物质气化燃气中含有大量灰尘及未完全气化的生物质细小颗粒，因此本发明优选地还具有对气化装置2内产生的生物质气化燃气进行除尘的操作。所述除尘可以在除尘装置3内进行。
所述将在气化装置2中利用生物质产生的生物质气化燃气经热媒换热***换热，并将热量传递给空气的操作具体可以为：
生物质气化燃气首先经过燃气侧换热器5将热量转移给热媒物质，然后通过热媒物质将热量携带到空气侧换热器7，并在空气侧换热器7处将热量转移给来自送风机9的空气。
优选地，还可以通过利用尖峰换热器6，来帮助调整进入气化装置2的空气的温度，平衡空气侧换热器7的换热量变化。如果要降低最终进入火电机组的生物质气化燃气的温度，可同时增加燃气侧换热器5和尖峰换热器6 的换热量，燃气显热通过尖峰换热器6送走，尖峰换热器6可以采用火电机组的凝结水进行换热，将热量传递给凝结水，以回收利用燃气显热。
优选地，热媒物质采用导热油(有机热载体)，也可以采用水或其它介质。
优选地，该方法还包括将经过所述热交换***换热后的生物质气化燃气进行加压处理，使得生物质气化燃气的压强达到至少8000Pa的操作。本发明通过将生物质气化燃气进行加压处理，使得其压强达到至少8000Pa，可以使得生物质气化燃气在火电机组锅炉内更好地燃烧。
本发明可以通过使用气气换热器4，利用刚从除尘装置3排出的热生物质气化燃气加热经过所述加压处理后的生物质气化燃气的操作，从而实现加压风机10在较低的工作温度下能够将较高温度的生物质气化燃气送入火电机组。
优选地，本发明通过使用气气换热器4和热交换***的燃气侧换热器5 将除尘后的700-800℃生物质气化燃气降低到350-450℃，然后经加压风机10 加压后再经过气气换热器4升温至所需温度，理论上可达到用环境温度空气作为气化剂送入气化装置2获得700-800℃的生物质气化燃气温度，也即，可以将生物质气化燃气的显热全部高效利用；或者根据实际工程需要，调节进入火电机组锅炉的生物质气化燃气的温度。
为了提高生物质热解效率，本发明利用热交换***的空气侧换热器7加热气化装置2所需的空气，加热后的空气温度达到100-300℃，使得生物质气化反应时间缩短，提高了气化效率，改善了燃气品质。
该方法还包括将进行换热后的生物质气化燃气送至一台或多台火电机组锅炉进行燃烧的操作。也即，本发明的方法可以将生物质气化燃气与一台火电机组耦合或同时与两台或多台火电机组锅炉同时(或轮替)进行耦合发电。
本发明为生物质气配备了完善的燃烧装置和控制***，根据火电机组炉型和燃烧组织方式选择合理的引入位置，以不影响原锅炉燃烧组织和不明显降低热效率的前提下，可进入火电机组锅炉炉膛的各个区域。同时可以在燃煤锅炉启动过程中投入煤粉前投入生物质气化燃气，从而节约启动用油，为火电机组带来良好的经济效益。
综上，本发明提供的火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置，由于高温的生物质气化燃气的部分显热通过热交换***将传递给空气后又进入气化装置2，使得这部分热量形成循环，因此没有造成能量损失。同时以高温燃气进入火电机组发电，相比较当前应用的生物质气化再燃耦合技术中(例如，授权公告号为CN103881754B的中国发明专利)，全部利用燃煤机组进除氧器前的凝结水为生物质气化燃气降温的方案，可明显提高***的总发电效率。因为燃煤机组热力***的凝结水由已经在汽轮机做过功的低品质抽汽进行加热，由高温生物质气化燃气显热替代则降低了生物质能的品质，高温生物质气化燃气显热加热凝结水提高的火电机组发电量与这部分热量直接进入火电机组锅炉所发电量相比，大致损失了这部分显热一半的发电能力。由于通过凝结水降温降低高温生物质气化燃气的发电能力，因此采用进火电机组锅炉的热空气作为气化剂导致气化装置出口燃气温度升高，仍然需要凝结水冷却，会进一步造成更多的发电能力损失，而本发明的装置可以有效地避免上述情况。
实际应用中，本发明的方法可以将高温生物质气化燃气携带的显热传递给用于在气化装置中气化生物质的空气，从而最大限度地利用了生物质中的能量，不仅简化了生物质气化燃气生产流程，而且大大节约了能源，提高了能量利用率。
更进一步的调节可以在尖峰换热器6的参与下实现，尖峰换热器6采用火电机组凝结水进行换热，以实现高温生物质气化燃气的显热能够回收利用。尖峰换热器6的作用是在必要的时候使进入气化装置2的热空气的温度降低的热平衡措施，或作为降低送至燃煤机组锅炉的生物质气化燃气温度的热平衡手段。
为了在降低高温生物质气化燃气输送管道和控制***的投资费用的前提下获得较高的安全系数，实际工程应用中也可以根据本发明的装置自行设定所需的进入火电机组锅炉的生物质气化燃气的温度。例如选取580℃生物质气化燃气温度相比较全部使用凝结水降温至430℃，本发明的装置可提高生物质能利用率3％左右，节约了大量的生物质燃料，效益相当可观。如果在生物质气化燃气输送管路和燃烧***安全设施配套的情况下，可继续提高入炉生物质气化燃气的温度获得更佳的生物质能发电效率，例如将进入火电机组锅炉的生物质气化燃气的温度提高到700℃或以上，则基本没有生物质能发电能力损失。
进一步地，在今后高温高压燃气加压风机获得技术突破的情况下，允许所输送的生物质气化燃气温度达到工程所需温度后，也可以取消气气换热器 4。即上述的实施例六对应结构。
本发明中，用于点燃生物质气化燃气的燃烧器11，结合较高的生物质气化燃气温度和良好的配风，可在火电机组锅炉的任何部位引入，前提是根据原锅炉燃烧组织状况进行核算，确保新增加燃烧器不影响原燃烧***运行且不会明显降低火电机组锅炉的燃烧效率。在给燃烧器11配置点火装置等附件后可在火电机组锅炉启动时投入，以提高炉温，减少火电机组锅炉启动时的燃油耗量。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (11)
1.一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置，包括：
气化装置，具有进料口和进气口，来自给料装置的生物质通过所述进料口进入所述气化装置内，作为气化剂的空气通过所述进气口进入气化装置内，所述生物质在空气的作用下在所述气化装置内产生生物质气化燃气；
气气换热器，来自所述气化装置的高温的生物质气化燃气与来自加压风机的生物质气化燃气在所述气气换热器内进行热量交换；
热交换***，来自所述气气换热器的生物质气化燃气经过所述热交换***进行降温后传输至所述加压风机；
加压风机，对所述热交换***换热后的生物质气化燃气进行加压并输送至所述气气换热器；和
火电机组锅炉，加压后经过所述气气换热器的生物质气化燃气输送至所述火电机组锅炉内并燃烧。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述热交换***为燃气侧换热器，
所述燃气侧换热器包括：
燃气通道；和
位于燃气通道内的内部流动有热媒物质的对流受热管排，
经所述气气换热器换热后的生物质气化燃气在所述燃气通道内流动并将热量传递给所述热媒物质后输送至所述加压风机。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述热交换***为空气侧换热器，
所述空气侧换热器包括：内部流动有生物质气化燃气的对流放热管排；和
空气通道，
所述对流放热管排位于所述空气通道内，
所述空气通道两端分别与输送空气的送风机以及所述进气口连接，
经所述气气换热器换热后的生物质气化燃气在所述对流放热管排内流动并将热量传递给所述空气通道内的空气后输送至所述加压风机，受热后的空气被输送到所述进气口。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述热交换***还包括尖峰换热器，
所述尖峰换热器包括对流受热面和热媒物质通道，所述对流受热面位于所述热媒物质通道内，
所述对流受热管排与所述热媒物质通道相连形成所述热媒物质在内部循环流动的热媒通道；热媒循环泵设置在所述热媒通道上，用以驱动所述热媒物质在所述热媒通道内流动；冷却介质在所述对流受热面内流动，与在所述热媒物质通道内流动的热媒物质进行换热；
经所述气气换热器换热后的生物质气化燃气在所述燃气通道内与所述热媒物质进行热交换后输送至所述加压风机。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述热交换***还包括空气侧换热器，
所述空气侧换热器包括对流放热管排和空气通道，所述对流放热管排位于所述空气通道内，
所述对流受热管排与所述对流放热管排相连形成热媒物质在内部循环流动的热媒通道；热媒循环泵设置在所述热媒通道上，用以驱动热媒物质在所述热媒通道内流动；
经所述气气换热器换热后的生物质气化燃气在所述燃气通道内与所述热媒物质进行热交换后输送至所述加压风机；
在所述空气通道内流动的空气与所述对流放热管排中流动的热媒物质进行热交换后输送到所述进气口。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述热交换***还包括：
所述尖峰换热器，所述尖峰换热器设置在所述燃气侧换热器和所述空气侧换热器所在的热媒管道上，所述尖峰换热器包括热媒物质通道和位于所述热媒物质通道内的对流受热面，所述热媒物质通道的两端经热媒管道与所述对流受热管排和对流放热管排分别连通，冷却介质在所述对流受热面内流动，与在所述热媒物质通道内流动的热媒物质进行换热。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
与所述尖峰换热器连接的热媒管道上设置有与所述尖峰换热器并联的第一旁路阀，与所述空气侧换热器连接的热媒管道上设置有与所述空气侧换热器并联的第二旁路阀。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述气化装置为循环流化床、流化床或固定床生物质气化装置；
在生物质气化燃气进入火电机组锅炉的入口处还设置有燃烧器，所述燃烧器用来将生物质气化燃气送入锅炉从而给火电机组提供热量。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置还包括设置在所述气化装置和所述气气换热器之间的除尘装置，所述除尘装置用来对所述气化装置产生的生物质气化燃气进行净化除尘；
优选地，所述除尘装置为一级或串联的两级或多级除尘器；
进一步优选地，所用除尘器为旋风分离器或多管除尘器；
优选地，所述气气换热器为立式或卧式管式换热器。
10.一种火电机组耦合生物质气化燃气发电的装置，包括：
气化装置，所述气化装置用于利用生物质产生生物质气化燃气；
热交换***，所述热交换***用于降低生物质气化燃气的温度；
加压风机，所述加压风机用于对经过所述热交换***换热后的生物质气化燃气进行加压；
火电机组锅炉，通过所述经过加压风机加压后的生物质气化燃气进入所述火电机组锅炉内燃烧；
所述热交换***包括：燃气侧换热器，空气侧换热器和尖峰换热器，
所述燃气侧换热器包括：
内部流动有热媒物质的对流受热管排；和
内部流动有生物质气化燃气的燃气通道，
所述对流受热管排位于所述燃气通道内；
所述空气侧换热器包括：
内部流动有所述热媒物质的对流放热管排；和
流动有空气的空气通道，所述对流放热管排位于所述空气通道内；
所述尖峰换热器包括：内部流动有冷却介质的对流受热面；和
流动有热媒物质的热媒物质通道，所述对流受热面位于所述热媒物质通道内；
所述对流受热管排、所述热媒物质通道、所述对流放热管排经热媒管道连接形成热媒物质在内部循环流动的热媒通道；
所述热媒物质在所述燃气侧换热器与所述生物质气化燃气进行热交换后，分别与所述冷却介质和所述空气进行换热，换热后的空气被输送到所述进气口。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：
与所述尖峰换热器连接的热媒管道上设置有与所述尖峰换热器并联的第一旁路阀，
与所述空气侧换热器连接的热媒管道上设置有与所述空气侧换热器并联的第二旁路阀，
热媒循环泵设置在所述热媒通道上，用以驱动热媒物质在所述热媒通道内流动。
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| CN (1) | CN108587693A (zh) |
Citations (6)
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2018
- 2018-05-24 CN CN201810508757.XA patent/CN108587693A/zh active Pending
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