生物质高温热解气化发电系统.pdf

本发明公开了一种生物质高温热解气化发电系统。包括按系统流程设置的生物质物料仓、螺旋给料机、生物质旋风高温热解气化炉、生物质气排出管、生物质气余热利用蒸汽发生器、生物质气余热利用空气加热器、生物质气除尘器、水环式真空泵、生物质气储气罐、内燃机和发电机，以及高速气体燃料燃烧器、启动阶段燃料气罐、罗茨鼓风机、给水泵和灰渣池。在运行时，被高温生物质气的余热加热的空气和生物质气在高速气体燃料燃烧器内燃烧产生高温低氧烟气，并喷入生物质旋风高温热解气化炉，与炉内的生物质物料混合、使其发生热解气化，生成1600℃以上的低焦油含量的生物质气，然后，利用以内燃机为动力的发电机发电。系统运行稳定可靠，热效率高。

1、  生物质高温热解气化发电系统包括生物质旋风热解气化炉室2、其上部设置的生物质物料仓5、其下部设置的灰渣池1和其内部设置的生物质气排出管3、以及按照生物质气主要流程设置的生物质气余热利用蒸汽发生器7、生物质气余热利用空气加热器8、生物质气除尘器9、水环式真空泵13、生物质气储气罐10和连接着发电机12的内燃机11。此外，分别与启动阶段燃料气罐6和生物质气储气罐10相连接的高速气体燃料燃烧器16设置在生物质旋风热解气化炉室2的外部并与相连通。

2、  根据权利要求1所述的生物质高温热解气化发电系统，其特征在于采用设置于生物质旋风高温热解气化炉2外部的高速气体燃料燃烧器16来燃烧产生用于热解气化生物质物料的高温低氧烟气。并且，高温低氧烟气以高速射流的形式切向喷入生物质旋风高温热解气化炉2，形成强烈的涡旋流场，与同时被送入炉内的生物质物料混合、加热、发生热解，并同时将其中部分的固定碳气化。

3、  根据权利要求1所述的生物质高温热解气化发电系统，其特征在于通过生物质气余热利用空气加热器8，利用在生物质旋风高温热解气化炉2内热解气化后产生的、1600℃以上的高温生物质气的余热来加热经过罗茨鼓风机14加压的空气，使其温度达到800℃以上，并作为氧化剂与燃料气在高速气体燃料燃烧器16中进行燃烧，使得燃烧后所产生高温低氧烟气温度可达1800℃以上，保证用其热解气化生物质物料所产生的生物质气的焦油含量极低。

4、  根据权利要求1所述的生物质高温热解气化发电系统，其特征在于通过生物质气余热利用蒸汽发生器7、利用在生物质旋风高温热解气化炉2内热解气化后产生的高温生物质气余热来将给水加热成水蒸汽，并作为部分气化介质喷入生物质旋风高温热解气化炉2来气化生物质物料热解后所剩的固定碳。

5、  根据权利要求1所述的生物质高温热解气化发电系统，其特征在于在系统稳定运行中，高速气体燃料燃烧器16所燃用的燃料气是通过生物质气储气罐10所输送的一部分生物质气，启动阶段燃料气罐6内的燃料气仅在系统启动阶段使用。

6、  根据权利要求1所述的生物质高温热解气化发电系统，其特征在于生物质旋风高温热解气化炉2内热解气化生成的、1600℃以上的高温生物质气的余热可通过生物质气余热利用蒸汽发生器7、生物质气余热利用空气加热器8进行余热利用，并降温到100℃以下。

生物质高温热解气化发电系统
技术领域
本发明涉及一种利用生物质能源发电系统，具体为生物质高温热解气化发电系统。
背景技术
植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而存在生物质内部的能量称为生物质能，因此，生物质能是可再生能源。目前，作为一次能源的生物质通常指农林业废弃物，如木屑、树皮、稻壳、秸杆、花生壳和甘蔗渣等。就其能量当量而言，目前，生物质能仅次于煤、石油、天然气而列第4位。
生物质能的利用有多种形式，生物质气化技术是通过热化学反应，将固态生物质转换为洁净的气体燃料，这种生物质能的转化和利用方式对于节约能源和保护环境，以及缓解日益严重的温室效应具有极其重要的意义。
但是，现有的生物质气化工艺都是采用使部分生物质物料燃烧，然后利用其烟气所具有的热量和剩余氧气对其余生物质物料进行热解和气化的方法。由于生物质物料与常温空气混合燃烧后所产生的烟气温度比较低，所以，利用其热量热解和气化其余生物质物料所产生的生物质气的温度相应也比较低(通常小于800℃)，因此，这样气化工艺所生产的生物质气的焦油含量通常很高。对于生物质气化发电系统，焦油会污染气缸，堵塞火花塞或燃气孔，使发电与供气无法正常运行。因此，焦油问题是制约生物质气化发电工程的主要问题。
为了去除焦油，现有的生物质气化发电工艺不得不采用水洗的方法来去除生物质气中的焦油，因此，在生物质气化过程中所生成的焦油、大多数转移到其净化工业所产生的污水中，由于焦油的成分复杂(包含100种以上的有机成分)，其中各种污染物的浓度非常高，很难有效处理，会造成严重的二次污染。并且，水洗方法净化后的生物质气中的焦油含量仍然大大超过国家标准，无法使生物质气化发电系统稳定运行。
在生物质气化过程中大幅度地减少焦油的生成，使生物质气中焦油含量达到国家标准的有效工艺方法是在生物质气化工艺中用高温(1600℃以上)将焦油热解成沸点低于常温的气体。因此，采用生物质高温热解气化发电工艺是发展生物质气化发电工程有效工艺方法，该工艺方法在工程上的实现和推广应用，对于推动生物质气化发电事业、促进生物质能源的有效利用、改善我国的能源结构、保护生态环境具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质高温热解气化发电系统，用来大幅度降低所生产的生物质气中焦油的含量，使其达到国家标准，彻底解决现有生物质气化发电工艺存在的生物质气焦油含量过高所导致的堵塞火花塞或燃气孔，并污染气缸，使发电与供气无法正常运行的问题。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案和步骤：
(1)采用高温低氧烟气作为热解气化介质进行生物质的热解气化
利用在生物质旋风高温热解气化炉内热解气化后产生的、1600℃以上的高温生物质气余热的一部分，通过生物质气余热利用空气加热器来加热经过罗茨鼓风机加压的空气，使其温度达到800℃以上，然后，用800℃以上的高温空气作为氧化剂与燃料气在高速气体燃料燃烧器中进行燃烧，燃烧后所产生的、1800℃以上高温低氧烟气以高速射流的形式切向喷入生物质旋风高温热解气化炉，形成强烈的涡旋流场，同时，将存放于生物质物料仓内的生物质物料送入生物质旋风高温热解气化炉，生物质物料与高温烟气混合、加热、发生热解，并同时将其中部分的固定碳气化，由于热解气化过程是吸热过程，所以可以产生出1600℃以上的高温生物质气。
(2)利用生物质气余热生产水蒸气作为部分气化介质利用在生物质旋风高温热解气化炉内热解气化后产生的、1600℃以上的高温生物质气余热的另一部分，通过生物质气余热利用蒸汽发生器，将给水加热成水蒸汽，并喷入生物质高温热解气化炉室。水蒸汽作为部分气化介质来气化生物质物料热解后所剩的固定碳。
(3)利用生物质气储气罐作为储气和稳压
生物质气在水环式真空泵的负压作用下流出生物质高温热解气化炉室，并依次通过生物质气余热利用蒸汽发生器、生物质气余热利用空气加热器、生物质气除尘器后被送入生物质气储气罐。
(4)采用生物质气作为内燃机燃料和生成作为热解气化介质的烟气的燃料气
进入生物质气储气罐的大部分生物质气在罐内压力作用下被送入内燃烧使内燃机运转；运转的内燃机提供动力使发电机转动发电；进入生物质气储气罐的小部分生物质气在罐内压力作用下被送入高速气体燃烧系统内替代启动阶段燃料气源中的燃料气进行燃烧以产生生物质热解所需的高温烟气。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)由于采用高温低氧烟气(1800℃以上)作为气化介质，本专利系统在生物质气化过程中所产生的焦油在生物质气中的含量低于国家标准，保证使生物质气化发电系统稳定可靠地运行。
(2)由于采用800℃以上的高温空气作为氧化剂与燃料气在高速气体燃料燃烧器中进行燃烧后所产生的、1800℃以上高温低氧烟气作为热解气化介质，所以本专利系统生产的生物质气的低位发热量高。
(3)由于采用生物质气余热利用蒸汽发生器和系统和生物质气余热利用空气加热器等节能设备和技术，本专利系统的热效率高。
(4)系统简单可靠，可连续运行，易于操作控制和维护。
本专利所述生物质物料指经破碎的、直径或长度小于10毫米的农林业废弃物，如木屑、树皮、稻壳、秸杆、花生壳和甘蔗渣等。
附图说明
图1为本发明的系统方案示意图
图中件号说明：
1、灰渣池；2、生物质旋风热解气化炉；3、生物质气排出管；4、螺旋给料机；5、生物质物料仓；6、启动阶段燃料气罐；7、生物质气余热利用蒸汽发生器；8、生物质气余热利用空气加热器；9、生物质气除尘器；10、生物质气储气罐；11、内燃机；12、发电机；13、水环式真空泵；14、罗茨鼓风机；15、给水泵；16、高速气体燃料燃烧器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方案进行详细描述。一种生物质高温热解气化发电系统包括生物质旋风热解气化炉室2、其上部设置的生物质物料仓5、其下部设置的灰渣池1和其内部设置的生物质气排出管3、以及按照生物质气主要流程设置的生物质气余热利用蒸汽发生器7、生物质气余热利用空气加热器8、生物质气除尘器9、水环式真空泵13、生物质气储气罐10和连接着发电机12的内燃机11。此外，分别与启动阶段燃料气罐6和生物质气储气罐10相连接的高速气体燃料燃烧器16设置在生物质旋风热解气化炉室2的外部并与相连通。
生物质高温热解气化发电系统在运行时，首先将生物质物料存放于生物质物料仓5，然后将启动阶段燃料气罐6内的燃料气和经过罗茨鼓风机14加压的空气通过生物质气余热利用空气加热器8送入高速气体燃料燃烧器16中进行燃烧，燃烧后所产生的高温低氧烟气以高速射流的形式切向喷入生物质旋风高温热解气化炉2，形成强烈的涡旋流场。同时将存放于生物质物料仓5内的生物质物料通过螺旋给料机4送入生物质旋风高温热解气化炉2，生物质物料与高温烟气混合、加热、发生热解，并同时将其中部分的固定碳气化，生物质物料气化后的灰渣排入灰渣池1。在生物质旋风高温热解气化炉2内热解气化生成的生物质气在水环式真空泵13的负压作用下，通过生物质气排出管3流出生物质高温热解气化炉2，并依次通过生物质气余热利用蒸汽发生器7、生物质气余热利用空气加热器8、生物质气除尘器9后被送入生物质气储气罐10。与此同时，启动给水泵15，给水通过生物质气余热利用蒸汽发生器的受热面后被生物质气的余热加热成水蒸汽，并喷入生物质高温热解气化炉室。水蒸汽作为气化介质使其中残余的固定碳气化。生物质气在通过生物质气余热利用蒸汽发生器7和生物质气余热利用空气加热器8后，其温度可下降到100℃以下。进入生物质气储气罐10的大部分生物质气在罐内压力作用下被送入内燃机11内燃烧使其运转以提供动力使发电机12转动发电。同时，进入生物质气储气罐10的另外小部分生物质气在罐内压力作用下被送入高速气体燃烧器16内替代启动阶段燃料气罐6内的石油液化气进行燃烧以产生生物质热解所需的高温烟气。启动阶段燃料气罐6内的燃料气仅在系统启动阶段使用。