块状生物质上吸式固定床气化发电联产电、炭、热的工艺

摘要

一种块状生物质上吸式固定床气化发电联产电、炭、热的工艺，用块状生物质上吸式固定床气化制得热燃气作为锅炉的燃料，锅炉产生的蒸汽推动蒸汽轮机发电，同时得炭、热，其工艺包括以下步骤：生物质原料的收集、削片或者破碎；块状生物质原料送入上吸式固定床气化炉进行气化；气化后产生热燃气；热燃气通过燃烧器供燃气锅炉产生中温中压蒸汽；生物质炭通过收集系统冷却收集；锅炉产生的蒸汽推动汽轮机进行发电、供热及其附属系统。本发明采用块状生物质作为原料，有利于农林加工剩余物的资源化利用及保护环境，其工艺运行稳定、热燃气燃烧热效率高、产品多样经济效益好、可规模化应用，以往的生物质上吸式固定床气化发电工艺没有产出生物质炭产品。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种块状生物质上吸式固定床气化发电联产电、炭、热的工艺，属于生物质能源和炭材料领域。

背景技术

在能源和环境的双重压力下，大力开发清洁的可再生能源已成为摆在世界各国政府面前的一个非常紧迫的世界性课题。生物质能和其他新能源相比，具有可再生、污染少、可运输和储存、与现在能源工业最具相容性等特点，因而特别受到关注。中国的林业三剩物资源丰富、数量巨大、品种多样性。在多种利好的政策背景下，生物质资源化利用在中国获得了长足的发展，但同时也产生工艺、装备上的很多问题。

以往的生物质上吸式固定床气化发电工艺没有产出生物质炭。

生物质气化作为生物质资源化利用中一种热化学转化的方法，在国内多所高校进行了深入研究。研究人员相继开发了很多气化发电工艺及装备。纵观当前生物质资源化利用气化发电工艺及装备：产品单一，经济效益低；采用湿式净化系统，系统热效率低，产生水污染；由于净化不彻底采用内燃机及燃气轮机发电，系统稳定性差；生物质气化技术相关设备的研制及装备能力的不足，工业化的应用问题颇多。如林源科技开发有限公司的韩文科等人开发的专利《规模化固定床生物质气化发电工艺及成套设备》、台湾黄家笙等人开发的专利《一种生物质能循环发电工艺及发电系统》、昆明电研新能源科技有限公司《生物质能源气化发电装置》：产品单一，采用湿式净化热损失多同时增加深度水处理工艺，采用内燃机发电，稳定性差，无法工业化规模化使用。现阶段国内所上生物质气化发电项目，其气化炉不外乎三种炉型:上吸式固定床、下吸式固定床、流化床，使用如下工艺：1、秸秆压块（稻壳、果壳类等）+固定床+气体净化装置+内燃机发电（燃气轮机）；2、木屑、稻壳等+流化床+气体净化装置+内燃机发电（燃气轮机）。这两种工艺运行过程中气化炉产出的可燃气中含有大量的粉尘和焦油，用于内燃机发电必须对可燃气进行深度净化，目前较好的可燃气净化方式是水洗加电捕焦，电捕焦对燃气中氧含量有要求，如超标可能会发生安全事故，这导致电捕焦法无法推广使用。可燃气经过水洗净化，确实去除了几乎全部的粉尘和可燃气，但还留有少量焦油，这部分少量焦油严重影响了内燃发电机的运行，使得内燃发电机稳定性、维护费用提高，净化后冷燃气发电效率下降，特别规模化上网发电无法稳定运行难以推广应用。

发明内容

本发明提出的是一种块状生物质上吸式固定床气化发电联产电、炭、热工艺，针对现有工艺技术不足，解决现有工艺及装置存在的问题，系统稳定、环保，没有二次污染，更能适应规模化推广使用的要求。生产产品多样化、提高经济效益。

本发明的技术解决方案：一种块状生物质上吸式固定床气化发电联产电、炭、热的工艺，其特征是利用规模化上吸式固定床气化炉，将块状生物质原料在上吸式固定床气炭气化炉内，气化产电、炭、热，其具体工艺步骤包括如下，

（1）生物质原料，收集木材、椰壳类，进行削片或破碎、烘干，干燥至含水率小于20%；

（2）干燥后的块状生物质原料，通过皮带输送、提升机输送入上吸式

固定床气炭气化炉内，进入气化，具体包括：

1）气化炉其结构包括进料口、主料仓、主料仓搅拌、过渡锥阀筒A、过渡料仓、过渡料仓搅拌、过渡锥阀筒B、料位计、炉内料筒、炉排、鼓风机、出气缓冲筒、出炭冷却器、冷却循环水箱。

1）气化炉其结构包括进料口、主料仓、主料仓搅拌、过渡锥阀筒A、过渡料仓、过渡料仓搅拌、过渡锥阀筒B、料位计、炉内料筒、炉排、鼓风机、出气缓冲筒、出炭冷却器、冷却循环水箱。

气化反应器运行时，原料首先经过提升机从进料口1加入主料仓2，此时主料仓搅拌3关闭和1#过渡锥阀筒4关闭，原料进入主料仓2中，当主料仓中装料量在一半左右（料位计控制装料量）时，停止进料，打开过渡锥阀筒4和主料仓搅拌3，在主料仓搅拌3搅动下，主料仓2中的原料进入到了过渡料仓5，当主料仓2中原料进入到过渡料仓5中，将主料仓搅拌3关闭和过渡锥阀筒4关闭，然后打开过渡料仓搅拌6和2#过渡锥阀筒4，在过渡料仓总搅拌6的搅动下，原料通过炉内料筒9进入到炉子内，然后关闭过渡料仓搅拌6和2#过渡锥阀筒4，进入下一个进料周期，通过炉内料筒9上的料位计8指示是否自动加料；原料进入炉内，从炉子下部点火孔处点火，同时鼓风机11鼓入气化剂（空气）从炉排10的缝隙中均匀进入反应层提供反应所需的气化剂，可燃气从上部出气缓冲筒12鼓出，在炉排10上300-400mm装有温度传感器，温度传感器与炉排相联动，设置温度在300-400度，炭从炉排均匀10进入下腔体最终进入出炭冷却器13，经过冷却后排出，收集生物质炭冷却的炭，其热值＞6000kcal/kg；

2）在600-800℃条件气化产生可燃气，可燃气热值为

1100KCAL~1300KCAL，温度280℃~320℃；

（3）气化产生的280℃~320℃的热燃气，直接通过燃烧器供燃气锅炉，热燃气在锅炉内燃烧产生中温中压蒸汽，中温中压蒸汽（435℃、3.43Mpa），推动蒸汽轮机发电，蒸汽轮机排出蒸汽余热用来供暖。

（4）炭冷却收集后，皮带输送至成型机，通过成型机机加工成烧烤炭、工业炭等。

（5）锅炉余热通过空气预热器对空气加热，热空气由鼓风机送入气化炉。

本发明的优点：

（1）采用块状（木块、椰壳块状等比较大＞10mm且不规则的原料）生物质作为原料，有利于农林加工剩余物的资源化利用及保护环境；

（2）工艺运行稳定、热燃气燃烧热效率高、产品多样经济效益好、可规模化应用。

（3）进料密闭系统保证气化炉出气管路无需安装抽风机可以依靠进气风机满足出气管路需要的动压，使得气化炉安全性提高、维修率降低、操作简单。

（4）通过温度控制齿状炉排旋转出炭保证出炭的品质的稳定性以及可调整性。

（5）在出炭部分增加了炭冷却器，提高了炭的得率和可收集性。

（6）本发明可在3MW及3MW以上的规模上使用。

附图说明

附图1是一种块状生物质上吸式固定床气化发电联产电、炭、热的工艺流程图。

附图2是规模化上吸式固定床气化炉的结构示意图。

附图2中，其组成部分为：1进料口、2主料仓、3主料仓搅拌、4过渡锥阀筒A、5过渡料仓、6过渡料仓搅拌、7过渡锥阀筒B、8料位计、9炉内料筒、10炉排、11鼓风机、12出气缓冲筒、13出炭冷却器、14冷却循环水箱。

具体实施方式

附图1所示，一种块状生物质上吸式固定床气化发电联产电、炭、热的工艺，利用规模化上吸式固定床气化炉，将块状生物质原料送入规模化上吸式固定床气炭气化炉内，气化产电、炭、热，其具体工艺步骤包括如下，

（1）生物质原料，收集木材、椰壳类，进行削片或破碎、烘干，干燥至含水率小于20%；

（2）干燥后的块状生物质原料，通过皮带输送、提升机输送入上吸式

固定床气炭气化炉内，进入气化，包括

1）气化炉其结构包括进料口、主料仓、主料仓搅拌、过渡锥阀筒A、过渡料仓、过渡料仓搅拌、过渡锥阀筒B、料位计、炉内料筒、炉排、鼓风机、出气缓冲筒、出炭冷却器、冷却循环水箱。

1）气化炉其结构包括进料口、主料仓、主料仓搅拌、过渡锥阀筒A、过渡料仓、过渡料仓搅拌、过渡锥阀筒B、料位计、炉内料筒、炉排、鼓风机、出气缓冲筒、出炭冷却器、冷却循环水箱。

气化反应器运行时，原料首先经过提升机从进料口1加入主料仓2，此时主料仓搅拌3关闭和1#过渡锥阀筒4关闭，原料进入主料仓2中，当主料仓中装料量在一半左右（料位计控制装料量）时，停止进料，打开过渡锥阀筒4和主料仓搅拌3，在主料仓搅拌3搅动下，主料仓2中的原料进入到了过渡料仓5，当主料仓2中原料进入到过渡料仓5中，将主料仓搅拌3关闭和过渡锥阀筒4关闭，然后打开过渡料仓搅拌6和2#过渡锥阀筒4，在过渡料仓总搅拌6的搅动下，原料通过炉内料筒9进入到炉子内，然后关闭过渡料仓搅拌6和2#过渡锥阀筒4，进入下一个进料周期，通过炉内料筒9上的料位计8指示是否自动加料；原料进入炉内，从炉子下部点火孔处点火，同时鼓风机11鼓入气化剂（空气）从炉排10的缝隙中均匀进入反应层提供反应所需的气化剂，可燃气从上部出气缓冲筒12鼓出，在炉排10上300-400mm装有温度传感器，温度传感器与炉排相联动，设置温度在300-400度，炭从炉排均匀10进入下腔体最终进入出炭冷却器13，经过冷却后排出，收集生物质炭冷却的炭，其热值＞6000kcal/kg；

2）在600-800℃条件气化产生可燃气，可燃气热值为

1100KCAL~1300KCAL，温度280℃~320℃；

（3）气化产生的280℃~320℃的热燃气，直接通过燃烧器供燃气锅炉，热燃气在锅炉内燃烧产生中温中压蒸汽，中温中压蒸汽（435℃、3.43Mpa），推动蒸汽轮机发电，蒸汽轮机排出蒸汽余热用来供暖。

（4）炭冷却收集后，皮带输送至成型机，通过成型机机加工成烧烤炭、工业炭等。

（5）锅炉余热通过空气预热器对空气加热，热空气由鼓风机送入气化炉。

所述的生物质原料包括樟子松、竹柳、木片、椰壳，直径＞10mm，且不规则的片状、块状。

所述的发电工艺中是没有焦油和废水产生。

所述的上吸式固定床气炭气化炉采用单机1MW以及1WM以上，所需的气化剂由空气经过燃气锅炉烟气余热加热所得热空气。

所述的规模化上吸式固定床气化炉，其规模在3MW以及3MW以上。

实施例以樟子松为例

3MW以及3MW以上的块状生物质上吸式固定床气化发电联产电、炭、热的工艺:块状等收集后经过预处理，木材用鼓式切片机切片至6CM左右，水份控制在20%以下（如果大于20%，需经滚筒等干燥设备干燥），通过皮带输送、提升机送入炉前料斗，进而送入气炭联产上吸式固定床气化炉，以燃气锅炉尾气余热产生热空气作气化剂，在600-800℃的温度下发生氧化-还原反应产生热燃气（热燃气热值1200Kcal左右），气化后产生热燃气温度在300℃左右，热燃气由气化炉前供气化剂的鼓风机鼓入带有燃烧器锅炉内燃烧产生中温中压蒸汽，中温中压蒸汽（435℃、3.43Mpa）推动蒸汽轮机发电，蒸汽轮机排出蒸汽余热用来供暖，其气炭联产固定床气化炉通过炉排转动产生的生物质炭经过内外轴通水螺旋输送系统冷却同时送出炉外，通过输送带送入炭的加工设备系统（炭热值＞6000kcal/kg，工业分析：固定碳含量86%左右、挥发分含量6.5%左右、灰分含量6.8%左右），适宜于做活性炭、工业还原剂炭、民用烧烤炭）。