專利名稱：生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人類大量使用礦物燃料帶來的環(huán)境問題日益嚴重，各國政府開始關(guān) 心、重視生物質(zhì)能源的開發(fā)利用。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)作為利用方式之一，基本原理是把生 物質(zhì)轉(zhuǎn)化為清潔燃氣，再利用清潔燃氣推動燃氣發(fā)電設(shè)備進行發(fā)電。它既能解決生物質(zhì)因 分布分散而難以利用的問題，又可以充分發(fā)揮燃氣發(fā)電技術(shù)設(shè)備緊湊而污染少的優(yōu)點，所 以是生物質(zhì)能最有效最潔凈的利用方法之一。氣化發(fā)電過程包括三個方面，一是生物質(zhì)氣化，把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料，二 是氣體凈化，氣化出來的燃氣都帶有一定的雜質(zhì)，包括灰分、焦炭和焦油等，需經(jīng)過凈化系 統(tǒng)把雜質(zhì)除去，以保證后續(xù)燃氣發(fā)電設(shè)備的正常運行；三是燃氣發(fā)電，利用燃氣輪機或燃氣 內(nèi)燃機進行發(fā)電，為了提高發(fā)電效率，發(fā)電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機。由生物質(zhì)氣化爐氣化產(chǎn)生的生物質(zhì)燃氣，含有相當(dāng)濃度的粉塵和氣相焦油，焦油 在低溫時凝結(jié)為液態(tài)，容易和水、焦炭等結(jié)合在一起，堵塞送氣管道，使氣化設(shè)備運行發(fā)生 困難。另外，凝結(jié)為細小液滴的焦油難以燃盡，在燃燒時容易產(chǎn)生炭黑等顆粒，對氣化發(fā)電 設(shè)備，如內(nèi)燃機、燃氣輪機等損害相當(dāng)嚴重，使發(fā)電與供氣無法正常運行。因此，焦油問題是 制約生物質(zhì)氣化發(fā)電工藝與系統(tǒng)的主要問題。因此，無論作為集中供應(yīng)生活燃氣的氣源，或 作為內(nèi)燃機發(fā)電的氣體燃料，都要求對其進行凈化冷卻處理，即嚴格除塵、除焦油和冷卻。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于 生產(chǎn)，制造成本低，可大幅度降低焦油含量，提高生物質(zhì)氣化發(fā)電效率的生物質(zhì)固定床氣化 發(fā)電系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案—種生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，包括氣化爐，氣化爐的燃氣出口通過管道與高 溫灰分清除器連接，高溫灰分清除器出氣口與焦油處理裝置相連，焦油處理裝置的燃氣出 口與燃氣輸送機相連接，燃氣輸送機與貯氣罐連接，貯氣罐與燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組連接。所述焦油處理裝置包括重質(zhì)焦油冷析器，重質(zhì)焦油冷析器的入口通過管道與高溫 灰分清除器出氣口相連，重質(zhì)焦油冷析器的上下兩個出口分別與重質(zhì)焦油分離和輕質(zhì)焦油 分離通過管道連接，重質(zhì)焦油分離器的燃氣出口和輕質(zhì)焦油分離器的燃氣出口均與燃氣輸 送機相連接。所述氣化爐為下吸式固定床氣化爐，其包括喉口裝置和環(huán)繞配風(fēng)裝置，所述喉口 裝置包括喉口減縮段、喉口段和喉口漸擴段，喉口減縮段，喉口段，喉口漸擴段從上而下依 次連接并由耐火混凝土整體澆注而成，環(huán)繞配風(fēng)裝置與喉口段連通。所述喉口段的高度為氣化爐爐體內(nèi)徑的0. 85 0. 95倍，喉口段的內(nèi)徑是氣化爐爐體內(nèi)徑的0. 4 0. 5倍。所述喉口段內(nèi)壁采用圓弧漸變式結(jié)構(gòu)。所述環(huán)繞配風(fēng)裝置包括配風(fēng)總通道、環(huán)形配風(fēng)通道和螺旋配風(fēng)分通道，配風(fēng)總通 道與氣化爐體上的進氣口相連通，環(huán)形配風(fēng)通道沿氣化爐圓周布置并與配風(fēng)總通道相連 通，環(huán)形配風(fēng)通道上均勻分布若干螺旋配風(fēng)分通道，螺旋配風(fēng)分通道的噴口連通喉口段。所述螺旋配風(fēng)分通道的噴口距喉口段上部入口距離為喉口段高度的0. 2 0. 3倍。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)，制造成本低，在實際生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了大幅度降 低其生產(chǎn)的生物質(zhì)燃氣中焦油的含量，使其達到國家標(biāo)準(zhǔn)，徹底解決現(xiàn)有生物質(zhì)氣化發(fā)電 工藝存在的生物質(zhì)燃氣焦油含量過高導(dǎo)致的對氣化發(fā)電設(shè)備的損害，致使發(fā)電與供氣無法 正常運行的問題，提高生物質(zhì)氣化發(fā)電效率。本實用新型的有益效果是(1)屬于多個設(shè)備有序連接組合的技術(shù)密集型產(chǎn)品，涉及生物質(zhì)固定床氣化爐、無 水除焦系統(tǒng)、內(nèi)燃發(fā)電機組等多個技術(shù)領(lǐng)域；(2)與其它發(fā)電系統(tǒng)相比，其燃料都以柴油，煤炭等不可再生資源為主，現(xiàn)將其燃 料擴大為可再生的生物質(zhì)能源；(3)生物質(zhì)能源氣化發(fā)電機組除發(fā)電之外，還可用于一定區(qū)域內(nèi)的集中供氣，供 暖，實現(xiàn)氣熱電三聯(lián)供；(4)生產(chǎn)強度小，工作安全、穩(wěn)定。

圖1為本實用新型整體工藝示意圖，圖2為本實用新型中下吸式固定床氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本實用新型中下吸式固定床氣化爐喉口段的縱向剖視圖，圖4為本實用新型中的下吸式固定床氣化爐喉口段的橫向剖視圖。圖中1-氣化爐，2-高溫灰分清除器，3-重質(zhì)焦油冷析器，4-重質(zhì)焦油分離器， 5-輕質(zhì)焦油分離器，6-燃氣輸送機，7-貯氣罐，8-燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組，9-生物質(zhì)物料倉， 10-螺旋給料機，11-電磁調(diào)速電機，12-燃氣出口，13-外腔，14-灰室，15-排灰口，16-爐 排，17-進氣口，18-喉口裝置，19-爐膛，20-喉口減縮段，21-喉口段，22-喉口減擴段， 23-配風(fēng)總通道，24-環(huán)形配風(fēng)通道，25-螺旋配風(fēng)通道，26-噴口。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。根據(jù)圖1所示，氣化爐1的燃氣出口通過管道與高溫灰分清除器2連接，高溫灰分 清除器2出氣口與重質(zhì)焦油冷析器3通過管道連接，重質(zhì)焦油冷析器3分別與重質(zhì)焦油分 離器4和輕質(zhì)焦油分離器5通過管道連接，重質(zhì)焦油分離器4的燃氣出口與燃氣輸送機6相 連接，輕質(zhì)焦油分離器5的燃氣出口與燃氣輸送機6相連接。燃氣輸送機6與貯氣罐7連 接，貯氣罐7與燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組8連接。根據(jù)圖2所示，下吸式固定床氣化爐1，包括爐膛19、喉口裝置18、外腔13、爐排16、灰室14、排灰口 15。該喉口裝置18包括喉口減縮段20，喉口段21和喉口漸擴段22。喉 口減縮段20，喉口段21，喉口漸擴段22從上而下依次連接并由耐火混凝土整體澆注而成。 環(huán)繞配風(fēng)裝置與喉口段21連通。喉口段21的高度L為爐體內(nèi)徑D的0.85 0.95倍，喉口段21的內(nèi)徑d是爐體 內(nèi)徑D的0. 4 0. 5倍；所述的環(huán)繞配風(fēng)裝置由配風(fēng)總通道23，環(huán)形配風(fēng)通道對，螺旋配風(fēng) 分通道25構(gòu)成。配風(fēng)總通道23與進氣口 17相連通，環(huán)形配風(fēng)通道M沿氣化爐圓周布置 并與配風(fēng)總通道23相連通，環(huán)形配風(fēng)通道M上均勻分布八條螺旋配風(fēng)分通道25，螺旋配風(fēng) 分通道25的噴口洸連通喉口段21，螺旋配風(fēng)分通道25的噴口洸距喉口段21上部入口距 離為喉口段21高度(L)的0. 2 0. 3倍，控制配風(fēng)口徑IOX 10cm2，風(fēng)口速度12 20m/s。生物質(zhì)經(jīng)過熱解后在喉口上部產(chǎn)生生物質(zhì)熱解氣和炭，經(jīng)喉口減縮段20進入喉 口段21，在喉口段21螺旋配風(fēng)分通道25噴口沈中旋轉(zhuǎn)噴出的高溫空氣與生物質(zhì)熱分解產(chǎn) 生的炭進行氧化燃燒反應(yīng)，釋放出大量的熱量，形成局部高溫使焦油高溫裂解。該喉口裝置 的喉口段21內(nèi)壁采用圓弧漸變式結(jié)構(gòu)，一方面可使自熱階段下來的熱解產(chǎn)物順利通過喉 口段21而不發(fā)生阻塞和停滯狀況，同時又可以確保喉口段21噴口處具有更高的局部高溫， 確保熱解產(chǎn)生的焦油在該段可得到充足的高溫裂解環(huán)境，使得焦油裂解更充分。本新型結(jié)構(gòu)結(jié)合生物質(zhì)的熱解特性及氣體燃料的燃燒特性，使流經(jīng)喉口段21的 生物質(zhì)熱解產(chǎn)物穩(wěn)定燃燒，達到高溫狀態(tài)從而裂解大部分焦油，大大縮減了氣化燃氣的 焦油含量，提高了氣化效率，經(jīng)測定，本氣化爐的氣化效率達79. 6%，燃氣焦油含量小于 1000mg/Nm3。針對目前國內(nèi)外生物質(zhì)氣化燃氣凈化存在的焦油凈化效率低、水洗二次污染嚴重 等瓶頸難題，本生物質(zhì)氣化發(fā)電的燃氣凈化裝置用了無水除焦循環(huán)系統(tǒng)，基于可再生循環(huán) 溶劑作為焦油去除工質(zhì)，集成冷凝、萃取、吸收和吹脫氣提等工藝技術(shù)，分階段去除灰分、重 質(zhì)和輕質(zhì)焦油及凝結(jié)水，實現(xiàn)對生物質(zhì)焦油的高效低成本脫除凈化，徹底避免了二次污染 的產(chǎn)生。經(jīng)測定，該無水除焦循環(huán)系統(tǒng)機組噪聲67. IdB (A)，系統(tǒng)阻力1.90kPa，經(jīng)凈化后的 燃氣焦油與灰分含量為8mg/Nm3。本實用新型的控制裝置由電控柜，熱電偶及溫度顯示表，壓力表及風(fēng)量控制閥所 構(gòu)成，也可增加相應(yīng)的電腦監(jiān)控系統(tǒng)。本實用新型工作過程為氣化爐中，由電磁調(diào)速電機11驅(qū)動螺旋給料機10，將生 物質(zhì)物料倉9中的物料送入爐膛19上部中，在爐膛19內(nèi)部自下而上依次形成了干燥區(qū)、 熱分解區(qū)、氧化區(qū)、還原區(qū)。進入爐膛19上部的物料首先被干燥，變成干物料，當(dāng)溫度達到 250°C，生物質(zhì)發(fā)生熱解反應(yīng)，生成炭、熱解氣和焦油。生成的炭隨著物料的消耗繼續(xù)下移落 入喉口 18處，經(jīng)喉口減縮段20進入喉口段21，在喉口段21螺旋配風(fēng)分通道25噴口沈中 旋轉(zhuǎn)噴出的高溫空氣與生物質(zhì)熱分解所產(chǎn)生的炭進行氧化燃燒反應(yīng)，生成C02、C0，并釋放 出大量的熱量，形成局部高溫使焦油高溫裂解。沒有在氧化反應(yīng)中消耗掉的炭繼續(xù)下移進 入還原區(qū)，與熱分解及氧化區(qū)生成的C02發(fā)生還原反應(yīng)，生成C0，炭還與水蒸氣反應(yīng)生成H2 和C0，反應(yīng)后的灰分和爐渣通過爐排16排入灰室14中，通過排灰口 15定期排出。可燃氣 通過爐排進入外腔后通過燃氣出口 12被導(dǎo)出。氣化爐燃氣出口的無水除焦循環(huán)系統(tǒng)工作過程是氣化爐燃氣出口 12與高溫灰 分清除器2相連接，燃氣通過高溫灰分清除器2強力除灰，99%的灰分留在高溫灰分清除器內(nèi)，剩余含有少量焦油的燃氣進入重質(zhì)焦油冷析器3，選擇與重質(zhì)焦油極性相反的化學(xué)溶 劑，采用了化學(xué)溶劑與燃氣對流換熱的方式，將燃氣中重質(zhì)焦油高效冷凝析出，同時保證該 過程中燃氣的溫度始終控制在水的露點以上，避免了水分的出現(xiàn)。經(jīng)過重質(zhì)焦油冷析器3 后，一方面析出的重質(zhì)焦油和燃氣通過管道進入重質(zhì)焦油分離器4，利用液-液旋流分離技 術(shù)，自動對溶劑和重質(zhì)焦油進行高效分離回收，實現(xiàn)了化學(xué)溶劑的循環(huán)利用，同時有效地避 免了焦油中能量的浪費。另一方面將重質(zhì)焦油析出后剩下的輕質(zhì)焦油和燃氣通過管道進入 輕質(zhì)焦油分離器5，利用輕質(zhì)焦油與化學(xué)溶劑吹脫分離技術(shù)，實現(xiàn)了對溶劑和焦油的分離和 溶劑的循環(huán)利用，最后將分離得的重質(zhì)焦油和輕質(zhì)焦油分別送回氣化爐進行再裂解循環(huán)利 用，既節(jié)約了能量又避免了污染的產(chǎn)生。 經(jīng)過無水除焦循環(huán)系統(tǒng)除焦的燃氣，已經(jīng)得到徹底的冷卻凈化處理，因此通過燃 氣輸送機6將其送入貯氣罐7，貯氣罐的作用是儲存一定量的可燃氣體以平衡系統(tǒng)燃氣負 荷的波動，并提供一個始終恒定的壓力保證可燃氣體的穩(wěn)定。貯氣罐7下端通過管道連接 燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組8來進行生物質(zhì)氣化發(fā)電。
權(quán)利要求1.一種生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括氣化爐，氣化爐的燃氣出口通 過管道與高溫灰分清除器連接，高溫灰分清除器出氣口與焦油處理裝置相連，焦油處理裝 置的燃氣出口與燃氣輸送機相連接，燃氣輸送機與貯氣罐連接，貯氣罐與燃氣內(nèi)燃發(fā)電機 組連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述焦油處理裝 置包括重質(zhì)焦油冷析器，重質(zhì)焦油冷析器的入口通過管道與高溫灰分清除器出氣口相連， 重質(zhì)焦油冷析器的上下兩個出口分別與重質(zhì)焦油分離和輕質(zhì)焦油分離通過管道連接，重質(zhì) 焦油分離器的燃氣出口和輕質(zhì)焦油分離器的燃氣出口均與燃氣輸送機相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述氣化爐為下 吸式固定床氣化爐，其包括喉口裝置和環(huán)繞配風(fēng)裝置，所述喉口裝置包括喉口減縮段、喉口 段和喉口漸擴段，喉口減縮段，喉口段，喉口漸擴段從上而下依次連接并由耐火混凝土整體 澆注而成，環(huán)繞配風(fēng)裝置與喉口段連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述喉口段的高 度為氣化爐爐體內(nèi)徑的0. 85 0. 95倍，喉口段的內(nèi)徑是氣化爐爐體內(nèi)徑的0. 4 0. 5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述喉口段內(nèi)壁 采用圓弧漸變式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)繞配風(fēng)裝 置包括配風(fēng)總通道、環(huán)形配風(fēng)通道和螺旋配風(fēng)分通道，配風(fēng)總通道與氣化爐體上的進氣口 相連通，環(huán)形配風(fēng)通道沿氣化爐圓周布置并與配風(fēng)總通道相連通，環(huán)形配風(fēng)通道上均勻分 布若干螺旋配風(fēng)分通道，螺旋配風(fēng)分通道的噴口連通喉口段。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述螺旋配風(fēng)分 通道的噴口距喉口段上部入口距離為喉口段高度的0. 2 0. 3倍。
專利摘要本實用新型涉及一種生物質(zhì)固定床氣化發(fā)電系統(tǒng)，包括氣化爐，氣化爐的燃氣出口通過管道與高溫灰分清除器連接，高溫灰分清除器出氣口與焦油處理裝置相連，焦油處理裝置的燃氣出口與燃氣輸送機相連接，燃氣輸送機與貯氣罐連接，貯氣罐與燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組連接。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)，制造成本低，在實際生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了大幅度降低其生產(chǎn)的生物質(zhì)燃氣中焦油的含量，使其達到國家標(biāo)準(zhǔn)，徹底解決現(xiàn)有生物質(zhì)氣化發(fā)電工藝存在的生物質(zhì)燃氣焦油含量過高導(dǎo)致的對氣化發(fā)電設(shè)備的損害，致使發(fā)電與供氣無法正常運行的問題，提高生物質(zhì)氣化發(fā)電效率。
文檔編號C10J3/84GK201890871SQ201020619198
公開日2011年7月6日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者劉桂才, 劉艷濤, 張兆玲, 張通, 強寧, 景元琢, 李景東, 續(xù)健康, 董玉平, 董磊, 郭飛強, 閆永秀 申請人:山東大學(xué)