本發(fā)明涉及生物質(zhì)氣化發(fā)電,尤其是涉及一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的生物質(zhì)氣化發(fā)電余熱回收利用系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著全球能源危機(jī)的加劇,生物質(zhì)能源的高效轉(zhuǎn)換和清潔利用日益受到全世界的重視,開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能已成為各國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。生物質(zhì)是植物通過(guò)光合作用而形成的有機(jī)物,是一種包括所有動(dòng)植物和微生物的可再生能源。近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人民收入快速增長(zhǎng),生活水平穩(wěn)步提高,廣大農(nóng)村開(kāi)始逐漸使用天然氣、電力作為主要用能,取代了傳統(tǒng)的燃燒生物質(zhì)為主的能源利用方式。用能形式的巨大轉(zhuǎn)變使大量秸稈堆積在田間,這些秸稈通常采用露天焚燒的方式處理,不僅造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi),也帶來(lái)了巨大的環(huán)保壓力。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù),將生物質(zhì)氣化與發(fā)電技術(shù)結(jié)合在一起,其中的生物質(zhì)氣化技術(shù)能夠?qū)U棄的農(nóng)林生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富含CO、H2的可燃?xì)怏w,稱之為生物質(zhì)氣化氣,氣化氣經(jīng)凈化除塵和脫焦處理后,進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電力。一般地生物質(zhì)氣化氣離開(kāi)氣化爐后的溫度通常高達(dá)600℃以上,氣化氣將被引入到噴淋塔中,通過(guò)噴淋水直接將氣化氣冷凝至常溫,這一過(guò)程有大量的物理熱損失。在內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)中,排煙溫度常高達(dá)500℃以上,如此高的排煙溫度如果不進(jìn)行回收利用的話,也是一種較大的能源浪費(fèi),降低了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。因此,通過(guò)合適的能量回收裝置,將這兩部分能量進(jìn)行回收并用于發(fā)電,可以極大地提高生物質(zhì)氣化發(fā)電效率。
有機(jī)朗肯循環(huán)能夠利用較低溫度的熱源,基于低沸點(diǎn)的有機(jī)工質(zhì),將這些低品位熱能轉(zhuǎn)化高品位的電能,從而可以將原來(lái)廢氣的低品位熱能再生后以電能的形式輸出。
中國(guó)專利CN102183010A公開(kāi)一種具有煙氣余熱回收功能的生物質(zhì)發(fā)電汽水系統(tǒng)。包括冷凝式凝結(jié)水加熱器,冷凝式凝結(jié)水加熱器包括外殼,外殼內(nèi)設(shè)置有上下連通的交換腔和疏水腔,生物質(zhì)鍋爐的煙氣出口與交換腔連通,交換腔中設(shè)置有豎向布置凝結(jié)水盤(pán)管且在交換腔的外殼上設(shè)置有上下布置的凝結(jié)水出口和凝結(jié)水入口,疏水腔的外殼上設(shè)置有上下布置的煙氣出口和煙氣冷凝水出口;凝結(jié)水出口接除氧器,凝結(jié)水入口接汽封加熱器。該發(fā)明可及時(shí)排掉煙氣冷凝水,增強(qiáng)了加熱器的防積灰和耐腐蝕性能,節(jié)約的回?zé)岢槠米靼l(fā)電。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供基于有機(jī)朗肯循環(huán)的生物質(zhì)氣化發(fā)電余熱回收利用系統(tǒng)。
本發(fā)明設(shè)有生物質(zhì)給料機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、料倉(cāng)、氣化爐、一級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)旋風(fēng)分離器、儲(chǔ)灰室、工質(zhì)過(guò)熱器、氣化氣凈化系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)氣柜、內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、工質(zhì)預(yù)熱器、汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、工質(zhì)冷凝器和工質(zhì)壓縮機(jī);所述料倉(cāng)與生物質(zhì)給料機(jī)相連,生物質(zhì)給料機(jī)與氣化爐相連,鼓風(fēng)機(jī)的入口與氣化爐連接,氣化爐的出口與一級(jí)旋風(fēng)分離器的入口連接,一級(jí)旋風(fēng)分離器的氣體出口與二級(jí)旋風(fēng)分離器的入口連接,一級(jí)旋風(fēng)分離器和二級(jí)旋風(fēng)分離器的灰出口與儲(chǔ)灰室連接;二級(jí)旋風(fēng)分離器的出口與工質(zhì)過(guò)熱器的氣化氣入口連接,工質(zhì)過(guò)熱器的氣化氣出口與氣化氣凈化系統(tǒng)的入口連接,氣化氣凈化系統(tǒng)的出口與引風(fēng)機(jī)的入口連接,引風(fēng)機(jī)的出口與儲(chǔ)氣柜的入口連接,儲(chǔ)氣柜的出口與內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的入口連接,內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的出口與工質(zhì)預(yù)熱器的入口連接,工質(zhì)預(yù)熱器的煙氣出口排放尾氣,工質(zhì)預(yù)熱器的工質(zhì)出口與工質(zhì)過(guò)熱器的工質(zhì)入口連接,工質(zhì)過(guò)熱器的工質(zhì)出口與汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的入口連接,汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的出口與工質(zhì)冷凝器的入口連接,工質(zhì)冷凝器的出口與工質(zhì)壓縮機(jī)的入口連接,工質(zhì)壓縮機(jī)的出口與工質(zhì)預(yù)熱器的工質(zhì)入口連接。
本發(fā)明是對(duì)現(xiàn)有生物質(zhì)氣化發(fā)電的過(guò)程余熱,包括生物質(zhì)氣化氣降溫過(guò)程的物理熱和內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)排煙的物理熱,基于有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行回收利用。具有以下主要特點(diǎn):
1)利用內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)排放的煙氣對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱,利用旋風(fēng)分離器出口的高溫氣化氣對(duì)工質(zhì)進(jìn)行過(guò)熱,充分利用煙氣和氣化氣的余熱;
2)生物質(zhì)氣化氣在內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒后,排放的煙氣溫度達(dá)到400℃以上,經(jīng)換熱后降低至150℃以下,直接排放,充分利用了這部分能量;
3)生物質(zhì)氣化氣從一級(jí)、二級(jí)旋風(fēng)分離器離開(kāi)后的溫度通常超過(guò)600℃,通過(guò)工質(zhì)過(guò)熱器將熱量傳遞給工質(zhì),氣化氣的溫度降低至350℃,這樣的溫度可以保證氣化氣中的焦油不會(huì)冷凝,不會(huì)造成換熱管道的結(jié)焦、阻塞;
4)生物質(zhì)氣化裝置可以采用上吸式氣化爐、下吸式氣化爐、鼓泡流化床氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
1)傳統(tǒng)生物質(zhì)氣化技術(shù)難以大規(guī)模利用的重要原因是整體發(fā)電效率較低,本發(fā)明基于有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),充分利用內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)排放的煙氣熱量和高溫氣化氣中的熱量,能夠顯著提升系統(tǒng)的發(fā)電效率。
2)本發(fā)明的工藝設(shè)計(jì)合理,充分考慮了400℃以上的排放煙氣溫度和600℃以上的生物質(zhì)氣化氣溫度,將工質(zhì)分別預(yù)熱和過(guò)熱,能夠提升有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)電效率,也就增加了系統(tǒng)的整體發(fā)電效率。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
參見(jiàn)圖1,本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有生物質(zhì)給料機(jī)1、鼓風(fēng)機(jī)2、料倉(cāng)3、氣化爐4、一級(jí)旋風(fēng)分離器5、二級(jí)旋風(fēng)分離器6、儲(chǔ)灰室7、工質(zhì)過(guò)熱器8、氣化氣凈化系統(tǒng)9、引風(fēng)機(jī)10、儲(chǔ)氣柜11、內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組12、工質(zhì)預(yù)熱器13、汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組14、工質(zhì)冷凝器15、工質(zhì)壓縮機(jī)16和尾氣排放17;所述料倉(cāng)3與生物質(zhì)給料機(jī)1相連,生物質(zhì)給料機(jī)1與氣化爐4相連,鼓風(fēng)機(jī)2的入口與氣化爐4連接,氣化爐4的出口與一級(jí)旋風(fēng)分離器5的入口連接,一級(jí)旋風(fēng)分離器5的氣體出口與二級(jí)旋風(fēng)分離器6的入口連接,一級(jí)旋風(fēng)分離器5和二級(jí)旋風(fēng)分離器6的灰出口與儲(chǔ)灰室7連接;二級(jí)旋風(fēng)分離器6的出口與工質(zhì)過(guò)熱器8的氣化氣入口連接,工質(zhì)過(guò)熱器8的氣化氣出口與氣化氣凈化系統(tǒng)9的入口連接,氣化氣凈化系統(tǒng)9的出口與引風(fēng)機(jī)10的入口連接,引風(fēng)機(jī)10的出口與儲(chǔ)氣柜11的入口連接,儲(chǔ)氣柜11的出口與內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組12的入口連接,內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組12的出口與工質(zhì)預(yù)熱器13的入口連接,工質(zhì)預(yù)熱器13的煙氣出口排放尾氣,工質(zhì)預(yù)熱器13的工質(zhì)出口與工質(zhì)過(guò)熱器8的工質(zhì)入口連接,工質(zhì)過(guò)熱器8的工質(zhì)出口與汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組14的入口連接,汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組14的出口與工質(zhì)冷凝器15的入口連接,工質(zhì)冷凝器15的出口與工質(zhì)壓縮機(jī)16的入口連接,工質(zhì)壓縮機(jī)16的出口與工質(zhì)預(yù)熱器13的工質(zhì)入口連接。
以下給出具體實(shí)施例。
實(shí)施例1
對(duì)于1~3MW的生物質(zhì)氣化發(fā)電裝置,生物質(zhì)物料為松木、杉木、楊木等各種林業(yè)產(chǎn)品的鋸末或高粱、玉米、水稻等農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的秸稈,含水量低于30%,顆粒粒徑小于20mm。生物質(zhì)物料在生物質(zhì)給料機(jī)1作用下進(jìn)入到氣化爐4,在800℃左右的溫度下,生物質(zhì)物料氣化為生物質(zhì)氣化氣,生物質(zhì)氣化氣夾帶著灰份、焦油離開(kāi)了氣化爐4,進(jìn)入到了下游的一級(jí)旋風(fēng)分離器5和二級(jí)旋風(fēng)分離器6,在其中脫除掉大部分灰份后,進(jìn)入到工質(zhì)過(guò)熱器8中,此時(shí)的生物質(zhì)氣化氣溫度保持在600℃以上,這一相對(duì)高品位的熱能作為有機(jī)工質(zhì)的過(guò)熱來(lái)使用,生物質(zhì)氣化氣經(jīng)換熱后進(jìn)入到下游的氣化氣凈化系統(tǒng)9,除掉氣化氣中的灰份和焦油后,在引風(fēng)機(jī)10的作用下進(jìn)入到儲(chǔ)氣柜11中儲(chǔ)存,從儲(chǔ)氣柜11中出來(lái)的氣化氣進(jìn)入到下游的內(nèi)燃機(jī)12進(jìn)行發(fā)電,排出的煙氣大約在400℃以上,進(jìn)入到工質(zhì)預(yù)熱器13中對(duì)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱后排到大氣中,這一過(guò)程的發(fā)電效率大約在18%。
在有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電中,工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)壓縮機(jī)16壓縮后,進(jìn)入到工質(zhì)預(yù)熱器13中,充分吸收從燃燒尾氣中獲得的熱量,工質(zhì)離開(kāi)工質(zhì)預(yù)熱器13后,進(jìn)入到下游的工質(zhì)過(guò)熱器8中,進(jìn)一步吸收從高溫氣化氣中獲得的熱量,轉(zhuǎn)化為高溫高壓的工質(zhì),進(jìn)入到渦輪透平發(fā)電機(jī)組14中進(jìn)行做功并轉(zhuǎn)化為電力,工質(zhì)離開(kāi)渦輪透平發(fā)電機(jī)組14后轉(zhuǎn)化為高溫低壓的工質(zhì)蒸氣,進(jìn)入到工質(zhì)冷凝器15中,將熱量傳遞給冷凝水后轉(zhuǎn)換為低溫低壓狀態(tài),進(jìn)入到工質(zhì)壓縮機(jī)16中,這一過(guò)程的發(fā)電效率大約為3%。氣化系統(tǒng)的總效率為21%。
實(shí)施例2
作為本發(fā)明的另一種方案,其它部分與實(shí)施例1相同,不同之處在于:實(shí)施例1中的內(nèi)燃機(jī)12更換成燃?xì)廨啓C(jī),連同發(fā)電機(jī)組輸出電力,整個(gè)氣化發(fā)電效率達(dá)到24%以上。
以下給出本發(fā)明的工藝操作說(shuō)明:
1)料倉(cāng)3中的物料在生物質(zhì)給料機(jī)1的作用下進(jìn)入到氣化爐4中,并在鼓風(fēng)機(jī)2鼓入空氣的作用下發(fā)生氣化反應(yīng),生成的生物質(zhì)氣化氣離開(kāi)氣化爐4,進(jìn)入到下游的一級(jí)旋風(fēng)分離器5和二級(jí)旋風(fēng)分離器6,在這兩級(jí)分離器中脫除生物質(zhì)氣化氣中的灰份,灰份在重力作用下落入到底部的儲(chǔ)灰室7中。
2)生物質(zhì)氣化氣離開(kāi)二級(jí)旋風(fēng)分離器6后進(jìn)入到下游的工質(zhì)過(guò)熱器8中,將熱量傳遞給從工質(zhì)預(yù)熱器13中流入的工質(zhì)蒸氣,并將工質(zhì)蒸氣轉(zhuǎn)換為過(guò)熱工質(zhì),離開(kāi)工質(zhì)過(guò)熱器8的生物質(zhì)氣化氣繼續(xù)進(jìn)入到氣化氣凈化系統(tǒng)9,脫除氣化氣中含有的焦油和灰份,氣化氣離開(kāi)氣化氣凈化系統(tǒng)9后,在引風(fēng)機(jī)10的作用下進(jìn)入到儲(chǔ)氣柜11中存儲(chǔ),氣化氣離開(kāi)儲(chǔ)氣柜11后進(jìn)入到下游的內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組12中進(jìn)行燃燒并產(chǎn)生電力,燃燒尾氣進(jìn)入到工質(zhì)預(yù)熱器13中,并將熱量傳遞給從工質(zhì)壓縮機(jī)16中流入的工質(zhì),離開(kāi)工質(zhì)預(yù)熱器13后的燃燒尾氣排放至大氣中。
3)工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)壓縮機(jī)16壓縮后,進(jìn)入到工質(zhì)預(yù)熱器13中,充分吸收從燃燒尾氣中獲得的熱量,工質(zhì)離開(kāi)工質(zhì)預(yù)熱器13后,進(jìn)入到下游的工質(zhì)過(guò)熱器8中,進(jìn)一步吸收從高溫氣化氣中獲得的熱量,轉(zhuǎn)化為高溫高壓的工質(zhì),進(jìn)入到渦輪透平發(fā)電機(jī)組14中進(jìn)行做功并轉(zhuǎn)化為電力,工質(zhì)離開(kāi)渦輪透平發(fā)電機(jī)組14后轉(zhuǎn)化為高溫低壓的工質(zhì)蒸氣,進(jìn)入到工質(zhì)冷凝器15中,將熱量傳遞給冷凝水后轉(zhuǎn)換為低溫低壓狀態(tài),進(jìn)入到工質(zhì)壓縮機(jī)16中。