CN105368496B - 一种生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺方法，其特征在于利用自干燥、喷动式多联产气化装置，气化制得的热燃气作为锅炉的燃料，锅炉产生的蒸汽推动汽轮机发电，同时得到电、炭、热、粗肥四项产品，其工艺步骤包括：生物质预处理（收集、削片）；生物质在多联产气化装置气化；粗肥收集；气化以后的热燃气通过燃烧器供燃气锅炉；生物质炭冷却收集；锅炉产生的蒸汽带动蒸汽轮机发电、供热。优点：采用农林三剩物作为原料，有利于保护环境及农林三剩物资源化利用；工艺运行稳定、热燃气燃烧热效率高、产品多样经济效益好，可规模化使用。

Description

一种生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺方法

技术领域

本发明涉及的是一种生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺方法，属于生物质能源领域。

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。中国是一个农业大国，农林生物质资源丰富、数量巨大、品种多样性。在利好的政策背景下，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。

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。人们相续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，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。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。

现阶段国内所上秸秆气化发电项目，使用如下工艺：生物质原料预处理（削片、干燥到含水率20%以下）+固定床或者流化床+气体净化装置+内燃机发电（燃气轮机）。这些气化发电工艺只有发电没有炭产品；这些运行过程中气化炉产出的可燃气中含有粉尘和焦油，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、效率下降及维护费用提高，特别规模化上网发电无法稳定运行难以推广应用；这种工艺产品单一，经济效益差。

发明内容

本发明提出的是一种生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺方法，其目的旨在解决现有技术存在的上述缺陷，无需对生物质炉外干燥，可生产多样化产品，提高经济效益，系统稳定、环保，满足适应规模化推广使用的要求。

本发明技术解决方案：一种生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺方法，利用自干燥、喷动式多联产气化装置，气化制得的热燃气作为锅炉的燃料，锅炉产生的蒸汽推动汽轮机发电，同时得到电、炭、热、粗肥四项产品，具体工艺步骤包括如下：

1）生物质原料的收集、削片至5cm左右；

2）生物质原料在皮带输送、提升机作用下，被送入自干燥、喷动式多

联产气化装置内，生物质原料在600-800℃条件气化产生可燃气，可燃气热值为1100-1300Kcal，温度300℃左右；

3）温度300℃左右的热燃气通过粗肥收集器，肥料醋液被截留在粗肥收集器内；所述的粗肥收集器是一种迷宫沉降器；

4）热燃气快速通过粗肥收集器后，直接送入燃烧器供燃气锅炉，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;

5）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；

6）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）本工艺生产电、炭、热、肥四项产品，多样性产品，提高了经济效益。

2）采用气化装置设有原料自干燥系统，对于含水率50%左右的原料，不需要对原料干燥，可以利用气化装置反应室热量进行自干燥，原料适应性更广。

3）喷动式气化系统，使得可燃气管路无风机，气化炉安全性提高、维修率降低、操作简单。

4）采用热燃气烧锅炉，热效率大大提高。

5）发电系统由燃气锅炉提供蒸汽推动汽轮机发电，设备稳定大大提高，利于规模化生产。

附图说明

附图1是生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺流程图

附图2是自干燥、喷动式多联产气化装置的结构示意图。

附图3是粗肥收集器结构示意图。

对照附图1

生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺流程图中，1是预处理（切片、提升机）、2是自干燥、喷动式多联产气化装置、3是炭冷却收集系统、4是干式粗肥收集器（也是一种重力沉降器）、5是鼓风机、6是热燃气燃烧器、7是燃烧器供空气风机、8是燃气锅炉、9是省煤器、10是空气预热器、11是烟气抽风机、12是排气筒、13是蒸汽汽轮机、14是发电机、15是料斗、16上气动阀、17是过渡料筒（带料位计）、18是下气动阀、19是螺旋前料仓、20是一级进料螺旋、21是二级立式插入装置内部进料螺旋、22是蓄热体（陶瓷等）、23是上检修人孔、24是反应腔、25是燃气出口、26是压力变送器、27是料位计、28是热电偶（根据需要布置相对数量的）、29是下检修人孔、30是点火口、31是干燥水汽排出口、32是鼓风机、33是炉排、34是炉排支撑旋转结构、35是炉排旋转动力装置、36是出炭口（设有出炭冷却螺旋与关风机，保证出炭密封）、37是燃气进口、38是燃气出口、39是中间隔离板、40是打满直径20mm的孔间距30mm的迷宫板、41是积液槽。

具体实施方式

对照附图1，以木材原料为例：经过切片的原料经过预处理1（用鼓式切片机切片至6CM左右）、提升机进入气化装置2中在600-800℃发生氧化-还原反应，鼓风机5从气化装置2鼓入来自空气预热器10的热空气和来自于炉内干燥的水汽，气化后产生热燃气（热燃气温度200-300℃含有提取液、焦油、粉尘），在鼓风机5的正压下经过原料层实现气体中粉尘的初步过滤，然后在粗肥收集器4经过初步重力沉降，将重质焦油和提取液截留在粗肥收集器中，气化装置2下部产生的生物质炭经过常规设备内轴和外壳通水的螺旋冷却收集后打包入库，最终热燃气通过热燃气燃烧器6送入燃气锅炉8中燃烧，锅炉8产生中温中压蒸汽推动蒸汽汽轮机13，进而带动发电机14发电，蒸汽经过汽轮机部分蒸汽供热使用，低温水进入凝气器回省煤器9用于锅炉补水。燃气燃烧后锅炉8尾气经过先经过省煤器9，再经过空气预热器10对气化剂进行预热，最终通过排气筒12排出。

对照附图2

自干燥、喷动式多联产气化装置，其结构是在气化装置中下部设有进料系统，进料系统设有料斗、上气动阀、过渡料仓、下气动阀，一级进料螺旋、设置有利用装置内热干燥的外敷设有蓄热体的立式二级进料螺旋；气化装置上筒体设有检修孔、可燃气出口以及热电偶、料位计；气化装置中部设有带孔旋流片结构的炉排、炉排支撑以及炉排转动系统；气化装置下部设有喷入气化剂的鼓气入口、风机、干燥螺旋干燥水汽抽出口，和风机入口；气化装置低部设有生物质炭出口及炭冷却。

自干燥、喷动式多联产气化装置的优点：

1）本气化装置设有原料自干燥系统，对于含水率50%左右的原料，不需要对原料干燥增加干燥系统，可以利用气化装置反应室热量进行自干燥。

2）气化装置设有的进料系统采用封闭结构进料，保证喷动式气化装置的实现，不需要在出口外设引风机同时可燃气的含氧量很低。

3）气化装置设有独特带孔旋流片结构的炉排，保证了出炭均匀，鼓气均匀。

4）气化装置最终可以得到可燃气、生物质炭产品。

对照附图3，粗肥收集器，其结构包括燃气进口37、燃气出口38、中间隔离板39、打满直径20mm的孔间距30mm的迷宫板40、积液槽41；其中中间隔离板39插入积液槽41，中间隔离板39上是迷宫板40，中间隔离板39两侧是燃气进口37、燃气出口38。

粗肥收集器实施时 ，

燃气经过燃气进口37进入干式粗肥收集器，先经过左侧N道迷宫板40，再经过右侧N道迷宫板40，最终燃气从燃气出口38流出，粗肥仔积液槽41中截留，液体经过精馏得到提取液。

所述的提取液经过化学分析是一种含有酸类、醇类、酯类、醛类、酮类、酚类等多种化学成分的有机化合物，其本身都具有多种生物活性，促进作物生长和抑菌、杀菌性能，各物质之间相互协同作用，使生物质活性提取液作用效果更佳，可用于家畜饲养的消毒、杀菌液、除臭剂或用于农药、助剂、促进作物生长的叶面肥，在有机作物中效果明显。日本、韩国等国家对提取液的研究较为深入，已广泛应用于生活、农业和环境等领域。经过江苏省疾病预防中心的细胞毒性试验，遗传毒性试验和经口急慢毒性试验证实活性有机物在农业生产上使用安全。本申请人已经在江苏、山东、宁夏、江西、河北等省市的推广和应用，生物质活性液体肥可广泛应用于各种大田作作物、经济作物、蔬菜、水果等农林作物。生物质提取液是一种成分复杂而作用特殊的天然有机物产品，应该用中医的观念去理解、研究和应用它。

Claims (1)

1.一种生物质气化供气联产电、炭、热、肥的工艺方法，其特征在于利用自干燥、喷动式多联产气化装置，气化制得的热燃气作为锅炉的燃料，锅炉产生的蒸汽推动汽轮机发电，同时得到电、炭、热、粗肥四项产品，具体工艺步骤包括如下：

1）生物质原料的收集、削片至5cm；

2）生物质原料在皮带输送、提升机作用下，被送入自干燥、喷动式多联产气化装置内，生物质原料在600-800℃条件气化产生可燃气，可燃气热值为1100-1300Kcal，温度300℃；

3）温度300℃的热燃气通过粗肥收集器，肥料醋液被截留在粗肥收集器内；所述的粗肥收集器是一种迷宫沉降器；

4）热燃气快速通过粗肥收集器后，直接送入燃烧器供燃气锅炉，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；

5）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，其热值＞6500kcal/kg；

6）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装置；

所述的自干燥、喷动式多联产气化装置，其结构气化装置中下部设有进料系统，进料系统设有料斗、上气动阀、过渡料仓、下气动阀，一级进料螺旋、设置有利用装置内热干燥的外敷设有蓄热体的立式二级进料螺旋；气化装置上筒体设有检修孔、可燃气出口以及热电偶、料位计；气化装置中部设有带孔旋流片结构的炉排、炉排支撑以及炉排转动系统；气化装置下部设有喷入气化剂的鼓气入口、风机、干燥螺旋干燥水汽抽出口以及风机入口；气化装置低部设有生物质炭出口及炭冷却；

所述的自干燥、喷动式多联产气化装置，全封闭进料，利用反应内热对原料进行干燥，由锅炉尾气余热加热过的热空气作为气化剂；

所述粗肥收集采用干式粗肥收集器收集的液体经过精馏得到生物质提取液，加工后可作为液体肥；

所述的粗肥收集器，其结构包括燃气进口、燃气出口、中间隔离板、打满直径20mm的孔间距30mm的迷宫板、积液槽；其中中间隔离板插入积液槽，中间隔离板上是迷宫板，中间隔离板两侧是燃气进口、燃气出口。