CN203925629U - 分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产*** - Google Patents
分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产*** Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***，属于能源与环境技术领域。该分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***，包括一级***、二级***和三级***；一级***中流化床热解炉中分解成可燃气、生物油和生物质炭，在余热锅炉中与有机朗肯循环发电的方式回收可燃气和生物油混合物中的余热资源；二级***将上述余热锅炉中冷却的生物油流入到内燃机产生的高温烟气，采用有机朗肯循环发电的方式对生物油产生的高温烟气余热回收，循环中产生的中低温烟气干燥生物质原料、预热来自用户的回水排出；三级***将产生可燃气体物料，其余烟气对回水进行加热。在整个过程中，生物质中的能量得到最大限度的利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***，属于能源与环境技术领域。
背景技术
当前，我国面临严峻的能源与环境问题，开发和利用资源储量大、清洁无污染的可再生能源对我国国民经济的可持续健康发展和保障国家能源安全具有重大意义。在各种可再生能源中，生物质能是唯一可再生的碳源，也是唯一可贮存和运输的可再生能源，被认为是化石燃料潜在的替代能源，其高效转换与清洁利用技术日益受到世界范围的关注。
我国是农业大国，拥有丰富的生物质能资源，根据我国农产品的产量推测，2015年我国农作物秸秆产量将达到9亿吨，可收集量每年约6.4亿吨，折合成标煤约为3.2亿吨；2015年我国林业加工过程中产生的木质废弃物约为1.4亿吨。由此可见，生物质能源在我国能源资源中占有举足轻重的地位，合理开发利用生物质能是缓解我国能源危机的重要出路之一。
虽然生物质能具有储量大、可再生性等优点，但同时也存在分布分散、能量密度低、收集和储运困难等问题，因此适合于通过建设分布式能源***对其加以利用。分布式能源***是直接面向用户提供电、热等形式能量的中小型终端供能***，它与传统的能源集中生产和输送的模式不同，分布式能源***分散在用户端，能够实现能量的梯级利用、更好地回收低温余热，达到更高的能源利用率、供能安全性以及更好的环保性能等多项目标。
生物质热解是在缺氧条件下使生物质高温裂解生成生物质炭、可燃气和生物油的过程。目前采用生物质热解方法制取的生物油主要用作液体燃料或化工原料，可燃气主要用于燃气发电、集中供热或燃气锅炉等，生物质热解过程中生物油的产量相对于生物质炭和可燃气更大，如何合理利用生物油，特别是在一些偏远的、电力供应不足的地区，是一个需要解决的问题。采用分布式生物质热解***，将热解主要产物生物油用于内燃机发电，解决偏远地区电力供应问题，是生物油合理利用的重要手段之一。此外，如何高效利用生物质热解产物和生物质热解发电过程中的余热资源，是生物质热解发电过程迫切需要解决的问题。
发明内容
本实用新型针对现有技术存在的问题及不足，提供一种分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***。该***可最大限度地将生物质能转换为清洁的电能和生物质炭，并且能够提供生活热水，能够实现生物质热解发电过程余热的高效梯级利用，提高生物质能的利用率，本实用新型通过以下技术方案实现。
一种分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***，包括一级***、二级***和三级***；
所述一级***包括流化床热解炉1、高温旋风分离器2、高温电除尘器3、余热锅炉Ⅰ4、汽轮机Ⅰ5、发电机Ⅰ6、有机工质预热器Ⅰ7、冷凝器Ⅰ8、有机工质储液罐Ⅰ9和有机工质循环泵Ⅰ10，流化床热解炉1顶部的可燃气与生物油混合物的出气口与高温旋风分离器2连接，流化床热解炉1底部设有生物质碳出口，高温旋风分离器2一侧依次与高温电除尘器3、余热锅炉Ⅰ4连接，余热锅炉Ⅰ4为管壳式结构，外层管与高温电除尘器3的可燃气与生物油混合物的出气口连接，内层管与有机工质预热器Ⅰ7中的有机工质出口连接，余热锅炉Ⅰ4的有机工质蒸汽出口与汽轮机Ⅰ5连接，汽轮机Ⅰ5通过发电机Ⅰ6发电，汽轮机Ⅰ5中的有机工质蒸汽乏汽出口与有机工质预热器Ⅰ7连接，有机工质预热器Ⅰ7中的有机工质预热出口依次连接冷凝器Ⅰ8、有机工质储液罐Ⅰ9，有机工质储液罐Ⅰ9中的有机工质通过有机工质循环泵Ⅰ10流入有机工质预热器Ⅰ7中；
所述二级***包括生物油储罐11、油水分离器12、内燃机13、发电机Ⅱ14、余热锅炉Ⅱ15、导热油循环泵16、有机工质蒸发器17、汽轮机Ⅱ18、发电机Ⅲ19、有机工质预热器Ⅱ20、冷凝器Ⅱ21、有机工质储液罐Ⅱ22、有机工质循环泵Ⅱ23、生物质干燥机24、热水预热器25、引风机26和烟囱27，生物油储罐11与余热锅炉Ⅰ4的生物油冷凝析出出口连接，生物油储罐11出口依次与内燃机13连接，内燃机13通过发电机Ⅱ14发电，内燃机13中的高温烟气出口与余热锅炉Ⅱ15中的外层管道连接，余热锅炉Ⅱ15中的内层管道相对高温烟气逆流通过导热油循环泵16与有机工质蒸发器17中的导热油出口连接，余热锅炉Ⅱ15中的内层管道中被加热的导热油出口连接有机工质蒸发器17，有机工质蒸发器17的加热工质蒸汽出口与汽轮机Ⅱ18连接，汽轮机Ⅱ18通过发电机Ⅲ19发电，汽轮机Ⅱ18出口依次与有机工质预热器Ⅱ20、冷凝器Ⅱ21、有机工质储液罐Ⅱ22连接，有机工质储液罐Ⅱ22有机工质通过有机工质循环泵Ⅱ23回到有机工质预热器Ⅱ20中，有机工质预热器Ⅱ20有机工质出口与有机工质蒸发器17连接，余热锅炉Ⅱ15中的中低温烟气出口与生物质干燥机24连接，生物质干燥机24中的干燥生物质出口与流化床热解炉1连接，生物质干燥机24低温烟气出口与热水预热器25连接，热水预热器25中的烟气出口经引风机26从烟囱27中排出；
所述三级***包括电捕焦油器28、冷却器29、燃烧器30、换热器31和热水加热器32，电捕焦油器28与余热锅炉Ⅰ4中的可燃气和生物油混合物出口连接，电捕焦油器28的可燃气出口与冷却器29连接，冷却器29的生物油出口与生物油储罐11连接，冷却器29的的可燃气出口分别与燃烧器30和换热器31连接，燃烧器30出口连接换热器31，换热器31中的高温可燃气出口与热水加热器32连接，热水加热器32中的预热水入口与热水预热器25预热水出口连接，热水加热器32中的热水出口与用户端连接，用户端中的冷水出口与热水预热器25连接，换热器31中的高温可燃气体出口连接流化床热解炉1。
如图2所述，上述分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***的使用方法，其具体步骤如下：
（1）首先将破碎后的生物质和高温可燃气体进入到流化床热解炉中分解成可燃气、生物油和生物质炭，生物质炭由螺旋输送机从流化床热解炉底部输出，螺旋输送机设有水冷装置对生物质炭进行冷却，直至生物质炭的温度低于炭的燃点时由出炭口排出，得到生物质炭产品，每吨生物质热解可生产生物质炭的量为70~120kg；可燃气和生物油的混合物从流化床热解炉顶部输出，进入高温旋风分离器经旋风分离后得到的少量生物质炭及可燃气和生物油混合物，少量生物质炭从高温旋风分离器底部输出，所述旋风分离器入口处可燃气温度为550~750℃；可燃气和生物油混合物继续进入到高温电除尘器后流入到余热锅炉中，此时可燃气和生物油混合物温度为500~650℃，在余热锅炉中与有机朗肯循环发电的方式回收可燃气和生物油混合物中的余热资源，即余热锅炉为管壳式结构，外层管与高温电除尘器的可燃气与生物油混合物的出气口连接，内层管与有机工质预热器Ⅰ中的有机工质出口连接，有机工质被加热温度升高到200~300℃，产生的蒸汽进入汽轮机输出机械能带动发电机发电，然后乏汽进入有机工质预热器将有机工质温度由40~60℃提高到100~130℃，随后进入冷凝器冷凝，最后进入有机工质储液罐，储液罐中的液体有机工质经有机工质循环泵加压至蒸发压力进入有机工质预热器中，并最终进入余热锅炉一中再次受热蒸发，形成一个循环；
（2）步骤（1）中的余热锅炉中生物油温度降低至250~350℃后进入到生物油储罐中，然后流入到油水分离器中进行油水分离获得水和生物油，生物油流入到内燃机中发电，内燃机产生的高温烟气进入到余热锅炉中加热导热油，所述内燃机产生的高温烟气排出温度为800~1100℃，加热导热油至300~400℃经导热油循环泵流入到有机工质蒸发器中加热有机工质，采用有机朗肯循环发电的方式进行生物油产生的高温烟气余热回收，即将导热油进入有机工质蒸发器中与液态有机工质间壁式逆流换热，将热量传递给有机工质，有机工质受热蒸发，温度升高到200~300℃，产生的蒸汽进入汽轮机输出机械能带动发电机发电，然后乏汽进入有机工质预热器将有机工质的温度由40~60℃提高到100~130℃，随后进入冷凝器冷凝，最后进入有机工质储液罐，储液罐中的液体有机工质经有机工质循环泵加压至蒸发压力，并最终进入有机工质蒸发器中再次受热蒸发，形成一个循环；从有机工质蒸发器出来的导热油温度降低到100~210℃，经导热油循环泵加压进入余热锅炉二中再次加热，形成一个循环；余热锅炉中加热导热油后得到的550~650℃中低温烟气进入生物质干燥机中干燥湿生物质，生物质的含水率由干燥前的30~45%降低到15~25%，烟气温度降低到250~350℃，干燥后的生物质进入到流化床热解炉；生物质干燥机中得到的低温烟气进入到热水预热器中预热来自用户的回水后排出，回水温度由30~40℃升高到45~50℃，烟气温度则由250~350℃降低为120~150℃，经引风机引至烟囱排放；
（3）步骤（1）中的余热锅炉中得到的少量生物油和可燃气体的混合物经电捕焦油器和冷凝器，得到的少量生物油流入到生物油罐中，可燃气体分为两部分，一部分通过在燃烧器中燃烧放热，生成高温烟气进入换热器，另一部分直接进入换热器与高温烟气换热后升温至900~1100℃进入流化床热解炉为生物质热解供热，换热器排放的高温烟气进入到热水加热器中，对来自热水预热器的回水进行加热后，加热后的热水温度由45~50℃升高到65~80℃，供用户使用，烟气的温度则降低到150~250℃，烟气经引风机引至烟囱排放。
上述步骤（1）中的高温可燃气为900~1100℃。
上述步骤（3）得到的热水加热器中的热水供给到用户端，变冷后进入到热水预热器中。
上述使用的有机工质为五氟丙烷(R245fa)、己烷(n-hexane)、环己烷(cyclohexane)、六氟丙烷(R236fa)或异戊烷(R601a)五种纯工质以及由这五种纯工质中的两种或两种以上任意比例组成的混合工质。
本实用新型的有益效果是：（1）生物质能是一种清洁的可再生能源，生物质能的利用可降低SOx、NOx等污染物的排放，并可在一定程度上实现CO2的零排放，生物质能的利用具有显著的环境效益；
（2）将低能量密度的生物质能转换为清洁的电能和高品质的生物质炭，同时可为用户提供热水，实现了生物质能的梯级利用；
（3）采用有机朗肯循环余热发电技术回收生物质热解、发电过程中的余热资源，生物质中的能量得到最大限度的利用，有效提高了生物质能利用率；
（4）分布式能源***可以小规模、小容量、模块化的方式布置在用户附近，在一些远离电网或电力供应不足而生物质资源相对丰富的地区，能够为用户提供电力、热水等，可有效减少电能及热能的输送成本，同时可解决生物质能分散不易集中利用的问题，实现生物质能的就地、就近利用。
附图说明
图1是本实用新型分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***结构示意图；
图2是本实用新型分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产方法工艺流程图。
图中：1-流化床热解炉，2-高温旋风分离器，3-高温电除尘器，4-余热锅炉Ⅰ，5-汽轮机Ⅰ，6-发电机Ⅰ，7-有机工质预热器Ⅰ，8-冷凝器Ⅰ，9-有机工质储液罐Ⅰ，10-有机工质循环泵Ⅰ，11-生物油储罐，12-油水分离器，13-内燃机，14-发电机Ⅱ，15-余热锅炉Ⅱ，16-导热油循环泵，17-有机工质蒸发器，18-汽轮机Ⅱ，19-发电机Ⅲ，20-有机工质预热器Ⅱ，21-冷凝器Ⅱ，22-有机工质储液罐Ⅱ，23-有机工质循环泵Ⅱ，24-生物质干燥机，25-热水预热器，26-引风机，27-烟囱，28电捕焦油器，29-冷却器，30-燃烧器，31-换热器，32-热水加热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***，包括一级***、二级***和三级***；
所述一级***包括流化床热解炉1、高温旋风分离器2、高温电除尘器3、余热锅炉Ⅰ4、汽轮机Ⅰ5、发电机Ⅰ6、有机工质预热器Ⅰ7、冷凝器Ⅰ8、有机工质储液罐Ⅰ9和有机工质循环泵Ⅰ10，流化床热解炉1顶部的可燃气与生物油混合物的出气口与高温旋风分离器2连接，流化床热解炉1底部设有生物质碳出口，高温旋风分离器2一侧依次与高温电除尘器3、余热锅炉Ⅰ4连接，余热锅炉Ⅰ4为管壳式结构，外层管与高温电除尘器3的可燃气与生物油混合物的出气口连接，内层管与有机工质预热器Ⅰ7中的有机工质出口连接，余热锅炉Ⅰ4的有机工质蒸汽出口与汽轮机Ⅰ5连接，汽轮机Ⅰ5通过发电机Ⅰ6发电，汽轮机Ⅰ5中的有机工质蒸汽乏汽出口与有机工质预热器Ⅰ7连接，有机工质预热器Ⅰ7中的有机工质预热出口依次连接冷凝器Ⅰ8、有机工质储液罐Ⅰ9，有机工质储液罐Ⅰ9中的有机工质通过有机工质循环泵Ⅰ10流入有机工质预热器Ⅰ7中；
所述二级***包括生物油储罐11、油水分离器12、内燃机13、发电机Ⅱ14、余热锅炉Ⅱ15、导热油循环泵16、有机工质蒸发器17、汽轮机Ⅱ18、发电机Ⅲ19、有机工质预热器Ⅱ20、冷凝器Ⅱ21、有机工质储液罐Ⅱ22、有机工质循环泵Ⅱ23、生物质干燥机24、热水预热器25、引风机26和烟囱27，生物油储罐11与余热锅炉Ⅰ4的生物油冷凝析出出口连接，生物油储罐11出口依次与内燃机13连接，内燃机13通过发电机Ⅱ14发电，内燃机13中的高温烟气出口与余热锅炉Ⅱ15中的外层管道连接，余热锅炉Ⅱ15中的内层管道相对高温烟气逆流通过导热油循环泵16与有机工质蒸发器17中的导热油出口连接，余热锅炉Ⅱ15中的内层管道中被加热的导热油出口连接有机工质蒸发器17，有机工质蒸发器17的加热工质蒸汽出口与汽轮机Ⅱ18连接，汽轮机Ⅱ18通过发电机Ⅲ19发电，汽轮机Ⅱ18出口依次与有机工质预热器Ⅱ20、冷凝器Ⅱ21、有机工质储液罐Ⅱ22连接，有机工质储液罐Ⅱ22有机工质通过有机工质循环泵Ⅱ23回到有机工质预热器Ⅱ20中，有机工质预热器Ⅱ20有机工质出口与有机工质蒸发器17连接，余热锅炉Ⅱ15中的中低温烟气出口与生物质干燥机24连接，生物质干燥机24中的干燥生物质出口与流化床热解炉1连接，生物质干燥机24低温烟气出口与热水预热器25连接，热水预热器25中的烟气出口经引风机26从烟囱27中排出；
所述三级***包括电捕焦油器28、冷却器29、燃烧器30、换热器31和热水加热器32，电捕焦油器28与余热锅炉Ⅰ4中的可燃气和生物油混合物出口连接，电捕焦油器28的可燃气出口与冷却器29连接，冷却器29的生物油出口与生物油储罐11连接，冷却器29的的可燃气出口分别与燃烧器30和换热器31连接，燃烧器30出口连接换热器31，换热器31中的高温可燃气出口与热水加热器32连接，热水加热器32中的预热水入口与热水预热器25预热水出口连接，热水加热器32中的热水出口与用户端连接，用户端中的冷水出口与热水预热器25连接，换热器31中的高温可燃气体出口连接流化床热解炉1。
Claims (1)
1.一种分布式生物质与有机朗肯循环联合发电、炭热多联产***，其特征在于：包括一级***、二级***和三级***；
所述一级***包括流化床热解炉（1）、高温旋风分离器（2）、高温电除尘器（3）、余热锅炉Ⅰ（4）、汽轮机Ⅰ（5）、发电机Ⅰ（6）、有机工质预热器Ⅰ（7）、冷凝器Ⅰ（8）、有机工质储液罐Ⅰ（9）和有机工质循环泵Ⅰ（10），流化床热解炉（1）顶部的可燃气与生物油混合物的出气口与高温旋风分离器（2）连接，流化床热解炉（1）底部设有生物质碳出口，高温旋风分离器（2）一侧依次与高温电除尘器（3）、余热锅炉Ⅰ（4）连接，余热锅炉Ⅰ（4）为管壳式结构，外层管与高温电除尘器（3）的可燃气与生物油混合物的出气口连接，内层管与有机工质预热器Ⅰ（7）中的有机工质出口连接，余热锅炉Ⅰ（4）的有机工质蒸汽出口与汽轮机Ⅰ（5）连接，汽轮机Ⅰ（5）通过发电机Ⅰ（6）发电，汽轮机Ⅰ（5）中的有机工质蒸汽乏汽出口与有机工质预热器Ⅰ（7）连接，有机工质预热器Ⅰ（7）中的有机工质预热出口依次连接冷凝器Ⅰ（8）、有机工质储液罐Ⅰ（9），有机工质储液罐Ⅰ（9）中的有机工质通过有机工质循环泵Ⅰ（10）流入有机工质预热器Ⅰ（7）中；
所述二级***包括生物油储罐（11）、油水分离器（12）、内燃机（13）、发电机Ⅱ（14）、余热锅炉Ⅱ（15）、导热油循环泵（16）、有机工质蒸发器（17）、汽轮机Ⅱ（18）、发电机Ⅲ（19）、有机工质预热器Ⅱ（20）、冷凝器Ⅱ（21）、有机工质储液罐Ⅱ（22）、有机工质循环泵Ⅱ（23）、生物质干燥机（24）、热水预热器（25）、引风机（26）和烟囱（27），生物油储罐（11）与余热锅炉Ⅰ（4）的生物油冷凝析出出口连接，生物油储罐（11）出口依次与内燃机（13）连接，内燃机（13）通过发电机Ⅱ（14）发电，内燃机（13）中的高温烟气出口与余热锅炉Ⅱ（15）中的外层管道连接，余热锅炉Ⅱ（15）中的内层管道相对高温烟气逆流通过导热油循环泵（16）与有机工质蒸发器（17）中的导热油出口连接，余热锅炉Ⅱ（15）中的内层管道中被加热的导热油出口连接有机工质蒸发器（17），有机工质蒸发器（17）的加热工质蒸汽出口与汽轮机Ⅱ（18）连接，汽轮机Ⅱ（18）通过发电机Ⅲ（19）发电，汽轮机Ⅱ（18）出口依次与有机工质预热器Ⅱ（20）、冷凝器Ⅱ（21）、有机工质储液罐Ⅱ（22）连接，有机工质储液罐Ⅱ（22）有机工质通过有机工质循环泵Ⅱ（23）回到有机工质预热器Ⅱ（20）中，有机工质预热器Ⅱ（20）有机工质出口与有机工质蒸发器（17）连接，余热锅炉Ⅱ（15）中的中低温烟气出口与生物质干燥机（24）连接，生物质干燥机（24）中的干燥生物质出口与流化床热解炉（1）连接，生物质干燥机（24）低温烟气出口与热水预热器（25）连接，热水预热器（25）中的烟气出口经引风机（26）从烟囱（27）中排出；
所述三级***包括电捕焦油器（28）、冷却器（29）、燃烧器（30）、换热器（31）和热水加热器（32），电捕焦油器（28）与余热锅炉Ⅰ（4）中的可燃气和生物油混合物出口连接，电捕焦油器（28）的可燃气出口与冷却器（29）连接，冷却器（29）的生物油出口与生物油储罐（11）连接，冷却器（29）的的可燃气出口分别与燃烧器（30）和换热器（31）连接，燃烧器（30）出口连接换热器（31），换热器（31）中的高温可燃气出口与热水加热器（32）连接，热水加热器（32）中的预热水入口与热水预热器（25）预热水出口连接，热水加热器（32）中的热水出口与用户端连接，用户端中的冷水出口与热水预热器（25）连接，换热器（31）中的高温可燃气体出口连接流化床热解炉（1）。
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