CN109631016A - 一种小微生物质直燃热电联供***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小微生物质直燃热电联供***及方法，所述***由管路顺序连接的生物质燃烧机、混风炉膛、旋风分离器、外燃发电机组、烟气节能器、烟气净化处理器、引风机、烟囱以及整机的控制***组成。***依托小微外燃发电机的核心技术，将控制器、生物质燃烧机、炉膛、烟气节能器、旋风分离器、烟气净化处理器和引风机集成于标准集装箱中，组成分布式能源站，将大面积的秸秆收储运改为小面积区域的收储用，使秸秆利用合理化，降低运营成本，提高秸秆资源产业附加值，解决秸秆利用难题。
Description
技术领域
本发明涉及能源发电供热领域，特别是涉及一种小微生物质直燃热电联供***及方法，可应用于生物质利用和热电联供领域。
背景技术
我国生物质秸秆资源丰富，但总体利用率不高。生物质秸秆回收后主要有肥料化、饲料化、基料化、燃料化和原料化等5种利用方式。而将秸秆用作肥料、饲料和基料的农业化利用方式，其技术含量低，吸纳量少，附加值小。将生物质秸秆用于发电，技术含量高，辐射范围宽，需求量多，附加值大，能大幅度提高秸秆利利用率。传统的生物质秸秆直燃发电流程：生物质秸秆在锅炉中直接燃烧，产生的蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电；此种发电供热技术比较成熟，但缺陷也比较明显：装机量大，普遍在10～50MW，生物质原料采用收储运模式，运输半径大，存储空间大，成本高，且蒸汽轮机发电机组热电效率较低，产生经济效益有限。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种小微生物质直燃热电联供***及方法，能够解决生物质直燃发电综合利用难题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种小微生物质直燃热电联供***，所述***由管路顺序连接的生物质燃烧机、混风炉膛、旋风分离器、外燃发电机组、烟气节能器、烟气净化处理器、引风机、烟囱以及整机的控制***组成。
优选地，所述控制***包括微处理器、通信模块、电流电压采集模块、传感器模块、蜂鸣器、电源模块，所述通信模块、电流电压采集模块、传感器模块、蜂鸣器、电源模块均与所述微处理器连接，所述微处理器为STM32F103RBT6。
优选地，所述***由便于运输的集装箱承载。
优选地，所述生物质燃烧机包括进料料斗，所述进料料斗由其底部设置的进料电机驱动，并与燃烧机体的腔体连通，燃烧机体内部设有与外界贯通的鼓风机。
优选地，所述混风炉膛由顶部的卧式炉膛、卧式炉膛通过管路连接的混风机、卧式炉膛与混风机的管路上设置的电动风阀组成。
优选地，所述旋风分离器由进风端口、离心分离段、降尘捕捉灰斗、排风端口组成，所述进风端口所在横截面和所述排风端口所在横截面相互垂直，所述排风端口竖直向上，所述离心分离段设置在所述排风端口下方，所述降尘捕捉灰斗位于所述离心分离段底部。
优选地，所述外燃发电机组由管路顺序连接的分流炉膛、热能震荡外燃发电机、集气箱组成。
优选地，所述烟气节能器由高温进风端口、气水换热段、低温进水口、中高温回水口、低温排风端口组成。
本发明还提供了另一种技术方案：提供一种小微生物质直燃热电联供方法，包括以下步骤：
步骤一：开启引风机，燃烧机腔体及外部烟道内形成微小负压，开启燃烧机，进料电机运转，料斗中部分生物质颗粒滑入燃烧炉膛内，开启鼓风机并点火，通过控制进料电机和鼓风机运行频率来调节输出热功率，生物质颗粒在进料料斗底部电机的驱动下，通过控制进料电机和鼓风机运行频率来调节输出热功率后流入燃烧机体并持续燃烧10小时；
步骤二：电动风阀打开后调节混风机频率，即时调控炉膛热风温度，使炉膛恒温在800℃，高温热风经卧式炉膛进入旋风分离器，分离后的烟气通过高温烟管进入到外燃发电机组中；
步骤三：外燃发电机组选用多组热能震荡外燃发电机，所述热能震荡外燃发电机并联或串接，通过分流炉膛进风、集气箱回风，完成发电机的吸热发电，高温烟气经分流炉膛分流，给发电机供热，后经集气箱集流；
步骤四：经由发电机吸热后，热风流经烟气节能器，烟气节能器回收烟气中的绝大部分热能，提高***热利用率；
步骤五：经由烟气节能器换热后的烟，进入烟气净化处理器中做排烟前的脱硫除尘处理，最后经引风机牵引到烟囱排出。
优选地，所述步骤二中的所述旋风分离器的含尘气流由进风端口由切线方向进入旋风分离器内,在旋风分离器的壳体内壁与排气管外壁之间形成螺旋涡流后,向下做旋转运动,在离心力的作用下,尘粒到达壳体内壁并在下旋气流和重力共同作用下,沿壁面落入降尘捕捉灰斗,净化后的气体经排风端口排除；
所述步骤三中的热能震荡外燃发电机，通过吸收外界热源热能，转化为发电机内部分子震荡，传递给直线活塞往复运动切割磁感线发电；
所述步骤四中的烟气节能器利用翅片做传热元件，通过热交换将烟气携带的热量回收，加热另一介质——水，达到节能环保的目的。
本发明的有益效果是：
1.本***中的各个部件均功能稳定且价格低廉；
2.本***中的小微外燃发电机是一种温差式直线震荡斯特林发电机，相比于传统燃气轮机和内燃机，该发电机运动部件少，可靠性高，发电效率高，噪声低，对环境友好；
3.生物质燃料机以可再生生物质能源为燃料，实现了能源的可持续利用，采用高温分段燃烧技术，排放低、无焦油、废水，采用二次配风燃烧技术，充分燃烧，料斗容量大，每装料一次能持续燃烧10小时，只需交接班时补充燃料即可24小时无间断运行；
4.基于离心作用的旋风分离器，是一种结构简单、除尘效果明显的环保设备，当含尘烟气由切线方向流入旋风分离器，在离心力的作用下，尘粒到达壳体内壁并在下旋气流和重力共同作用下,沿壁面落入降尘捕捉灰斗,净化后的气体则经排风端口排出；
5.烟气节能器是利用高效翅片做传热元件的一种高效换热节能设备，通过热交换将烟气携带的热量回收，节能环保；
6.烟气净化处理器利用高压离心风机的吸力，把含尘气体压到装有一定高度水的水槽中，水浴会把一部分灰尘吸附在水中，经均布分流后，气体从下往上流动，而高压喷头则由上向下喷洒水雾，捕集剩余部分的尘粒，环保排放；
7.所有部件集成于标准集装箱内，结构紧凑，占地面积小；针对分散的生物质能源，能产生很好的经济效益。
附图说明
图1是本发明小微生物质直燃热电联供***的整体结构示意图。
图2是本发明小微生物质直燃热电联供***的生物质燃烧机结构示意图。
图3是本发明小微生物质直燃热电联供***的混风炉膛结构示意图。
图4是本发明小微生物质直燃热电联供***的旋风分离器结构示意图。
图5是本发明小微生物质直燃热电联供***的烟气节能器结构示意图。
图6是本发明小微生物质直燃热电联供***中控制***的电路框图。
附图中各部件的标记如下：1、控制***；2、生物质燃烧机；3、混风炉膛；4、旋风分离器；5、外燃发电机组；6、烟气节能器；7、烟气净化处理器；8、引风机；9、烟囱；21、进料料斗；22、燃烧机体的腔体；23、进料电机；24、鼓风机；31、混风机；32、电动风阀；33、卧式炉膛；41、排风端口；42、进风端口；43、离心分离段；44、降尘捕捉灰斗；51、分流炉膛；52、热能震荡外燃发电机；53、集气箱；61、高温进风端口；62、气水换热段；63、中高温回水口；64、低温排风端口；65、低温进水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图6所示，本发明一种小微生物质直燃热电联供***的实施例包括：由管路顺序连接的生物质燃烧机2、混风炉膛3、旋风分离器4、外燃发电机组5、烟气节能器6、烟气净化处理器7、引风机8、烟囱9以及整机的控制***1组成。所述外燃发电机组5由管路顺序连接的分流炉膛51、热能震荡外燃发电机52、集气箱53组成。
所述***由便于运输的集装箱承载。
请参阅图2所示，所述生物质燃烧机2包括进料料斗21，所述进料料斗21由其底部设置的进料电机23驱动，并与燃烧机体的腔体22连通，燃烧机体内部设有与外界贯通的鼓风机24。
请参阅图3所示，所述混风炉膛3由顶部的卧式炉膛33、卧式炉膛33通过管路连接的混风机31、卧式炉膛33与混风机31的管路上设置的电动风阀32组成。
请参阅图4所示，所述旋风分离器4由进风端口42、离心分离段43、降尘捕捉灰斗44、排风端口41组成，所述进风端口42所在横截面和所述排风端口41所在横截面相互垂直，所述排风端口41竖直向上，所述离心分离段43设置在所述排风端口41下方，所述降尘捕捉灰斗44位于所述离心分离段43底部。
请参阅图5所示，所述烟气节能器6由高温进风端口61、气水换热段62、低温进水口65、中高温回水口63、低温排风端口64组成。高温的烟气通过高温进风端口61进入烟气节能器6，经气水换热段62进行换热，降温后的烟气从低温排风端口64进入湿气除尘器7。低温水从低温进水口65加入，经换热后升温的水从中高温回水口63进行收集。
请参阅图6所示，控制***包括微处理器、通信模块、电流电压采集模块、传感器模块、蜂鸣器、电源模块，所述通信模块、电流电压采集模块、传感器模块、蜂鸣器、电源模块均与所述微处理器连接，所述微处理器为STM32F103RBT6。电源模块为其余各模块供电，传感器模块用于检测热能震荡外燃发电机的热头温度，传感器模块将检测到的热头温度信息发送至微处理器，由微处理器判断热头温度是否达到设定温度，若未到达，则检测进风口温度，采取调节风阀，加大热风阀门措施，若达到设定温度，启动激励电源，开始激励发电机，若超过设定温度，则采取调节引风机速度，改变进口温度措施；发电机进行发电时，传感器模块用于检测发电机的发电温度，将检测到的发电温度信息发送至微处理器，由微处理器判断发电温度是否在设定温度范围内，若不在设定温度范围内，则蜂鸣器进行报警，若在设定温度范围内并且电流电压采集模块检测到热能震荡外燃发电机有输出电压电流，启动激励电源，开始激励发电机。
利用上述***可以实现一种小微生物质直燃热电联供的方法：
步骤一：开启引风机8，燃烧机腔体22及外部烟道内形成微小负压，开启燃烧机2，进料电机23运转，料斗中部分生物质颗粒滑入燃烧炉膛内，开启鼓风机24并点火，通过控制进料电机23和鼓风机24运行频率来调节输出热功率，生物质颗粒在进料料斗底部的进料电机23的驱动下，通过控制进料电机23和鼓风机24运行频率来调节输出热功率后流入燃烧机体并持续燃烧10小时；
步骤二：电动风阀32打开后调节混风机31频率，即时调控炉膛热风温度，使炉膛恒温在800℃，高温热风经卧式炉膛33进入旋风分离器4，分离后的烟气通过高温烟管进入到外燃发电机组5中；
步骤三：外燃发电机组5选用多组热能震荡外燃发电机52，所述热能震荡外燃发电机52之间并联或串接，通过分流炉膛51进风、集气箱53回风，完成发电机的吸热发电，高温烟气经分流炉膛51分流，给发电机供热，后经集气箱53集流；
步骤四：经由发电机52吸热后，热风流经烟气节能器6，烟气节能器6回收烟气中的绝大部分热能，提高***热利用率；
步骤五：经由烟气节能器6换热后的烟，进入烟气净化处理器7中做排烟前的脱硫除尘处理，最后经引风机8牵引到烟囱9排出。
所述步骤二中的所述旋风分离器4的含尘气流由进风端口42由切线方向进入旋风分离器4内,在旋风分离器4的壳体内壁与排气管外壁之间形成螺旋涡流后,向下做旋转运动,在离心力的作用下,尘粒到达壳体内壁并在下旋气流和重力共同作用下,沿壁面落入降尘捕捉灰斗,净化后的气体经排风端口41排除；
所述步骤三中的热能震荡外燃发电机52，通过吸收外界热源热能，转化为发电机内部分子震荡，传递给直线活塞往复运动切割磁感线发电；
所述步骤四中的烟气节能器6利用翅片做传热元件，通过热交换将烟气携带的热量回收，加热另一介质——水，达到节能环保的目的。
本发明小微生物质直燃热电联供***中的各个部件承载在标准集装箱内，结构紧凑，占地面积小；针对分散的生物质能源，能产生很好的经济效益。
燃烧机选用标准型卧式生物质秸秆燃烧机，秸秆原料为木质颗粒，热值不低于4000Kcal/kg，进料料斗容量300kg，每装料一次能持续燃烧10小时以上，最大输出热功率为2x10^5Kcal/h，出火孔直径热风温度800℃，热风流量300m3/h；卧式炉膛33作为热风缓冲段，与燃烧机2出火孔通过法兰连接，通过混风机31和电动风阀32来调控温度，且燃烧机2整体外部保温；用不锈钢材质制造的旋风分离器，耐高温，依靠离心力来分离烟气中的飞灰；外燃发电机组选用6组小微外燃发电机即热能震荡外燃发电机52，小微外燃发电机是一种外燃温差式斯特林热机，热电效率大于30％；经由发电机吸热后的热风温度约600℃，这时需要烟气节能器回收烟气中的绝大部分热能，提高***热利用率，***选用的烟气节能器是一种气水换热器，主体换热器件为不锈钢翅片管；经由烟气节能器换热后的烟温约100℃，最后除尘排烟。
***运行流程为：开启引风机，燃烧机腔体及外部烟道内形成微小负压，开启燃烧机，点火，通过控制进料电机23和鼓风机24运行频率来调节输出热功率；高温热风经卧式炉膛33进入旋风分离器4，分离后的烟气通过高温烟管进入到外燃发电机组中；外燃发电机组选用6组小微外燃发电机，可并联可串接，通过分流炉膛51进风、集气箱53回风，完成发电机52的吸热发电；经由发电机吸热后，热风流经烟气节能器，回收烟气中的绝大部分热能，提高***热利用率；经由烟气节能器6换热后的烟，进入烟气净化处理器7中做排烟前的脱硫除尘处理，最后经引风机8牵引到烟囱9排出。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种小微生物质直燃热电联供***，其特征在于，所述***由管路顺序连接的生物质燃烧机、混风炉膛、旋风分离器、外燃发电机组、烟气节能器、烟气净化处理器、引风机、烟囱以及整机的控制***组成。
2.根据权利要求1所述的小微生物质直燃热电联供***，其特征在于，所述控制***包括微处理器、通信模块、电流电压采集模块、传感器模块、蜂鸣器、电源模块，所述通信模块、电流电压采集模块、传感器模块、蜂鸣器、电源模块均与所述微处理器连接，所述微处理器为STM32F103RBT6。
3.根据权利要求1所述的小微生物质直燃热电联供***，其特征在于，所述***由便于运输的集装箱承载。
4.根据权利要求1所述的小微生物质直燃热电联供***，其特征在于，所述生物质燃烧机包括进料料斗，所述进料料斗由其底部设置的进料电机驱动，并与燃烧机体的腔体连通，燃烧机体内部设有与外界贯通的鼓风机。
5.根据权利要求1所述的小微生物质直燃热电联供***，其特征在于，所述混风炉膛由顶部的卧式炉膛、卧式炉膛通过管路连接的混风机、卧式炉膛与混风机的管路上设置的电动风阀组成。
6.根据权利要求1所述的小微生物质直燃热电联供***，其特征在于，所述旋风分离器由进风端口、离心分离段、降尘捕捉灰斗、排风端口组成，所述进风端口所在横截面和所述排风端口所在横截面相互垂直，所述排风端口竖直向上，所述离心分离段设置在所述排风端口下方，所述降尘捕捉灰斗位于所述离心分离段底部。
7.根据权利要求1所述的小微生物质直燃热电联供***，其特征在于，所述外燃发电机组由管路顺序连接的分流炉膛、热能震荡外燃发电机、集气箱组成。
8.根据权利要求1所述的小微生物质直燃热电联供***，其特征在于，所述烟气节能器由高温进风端口、气水换热段、低温进水口、中高温回水口、低温排风端口组成。
9.一种小微生物质直燃热电联供方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：引风机开启，燃烧机腔体及外部烟道内形成微小负压，开启燃烧机，进料电机运转，料斗中部分生物质颗粒滑入燃烧炉膛内，开启鼓风机并点火，通过控制进料电机和鼓风机运行频率来调节输出热功率，生物质颗粒在进料料斗底部电机的驱动下，通过控制进料电机和鼓风机运行频率来调节输出热功率后流入燃烧机体并持续燃烧10小时；
步骤二：电动风阀打开后调节混风机频率，即时调控炉膛热风温度，使炉膛恒温在800℃，高温热风经卧式炉膛进入旋风分离器，分离后的烟气通过高温烟管进入到外燃发电机组中；
步骤三：外燃发电机组选用多组热能震荡外燃发电机，所述热能震荡外燃发电机并联或串接，通过分流炉膛进风、集气箱回风，完成发电机的吸热发电，高温烟气经分流炉膛分流，给发电机供热，后经集气箱集流；
步骤四：经由发电机吸热后，热风流经烟气节能器，烟气节能器回收烟气中的绝大部分热能，提高***热利用率；
步骤五：经由烟气节能器换热后的烟，进入烟气净化处理器中做排烟前的脱硫除尘处理，最后经引风机牵引到烟囱排出。
10.根据权利要求9所述的小微生物质直燃热电联供方法，其特征在于，所述步骤进一步包括：
所述步骤二中的所述旋风分离器的含尘气流由进风端口由切线方向进入旋风分离器内,在旋风分离器的壳体内壁与排气管外壁之间形成螺旋涡流后,向下做旋转运动,在离心力的作用下,尘粒到达壳体内壁并在下旋气流和重力共同作用下,沿壁面落入降尘捕捉灰斗,净化后的气体经排风端口排除；
所述步骤三中的热能震荡外燃发电机，通过吸收外界热源热能，转化为发电机内部分子震荡，传递给直线活塞往复运动切割磁感线发电；
所述步骤四中的烟气节能器利用翅片做传热元件，通过热交换将烟气携带的热量回收，加热另一介质——水，达到节能环保的目的。
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