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CN114874813A - 一种布朗气催化生物质解耦气化的发电系统 - Google Patents

一种布朗气催化生物质解耦气化的发电系统 Download PDF

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CN114874813A
CN114874813A CN202210539181.XA CN202210539181A CN114874813A CN 114874813 A CN114874813 A CN 114874813A CN 202210539181 A CN202210539181 A CN 202210539181A CN 114874813 A CN114874813 A CN 114874813A
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gasification
power generation
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杨硕
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潘宏刚
徐有宁
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Shenyang Institute of Engineering
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Shenyang Institute of Engineering
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Abstract

本发明涉及生物质再利用技术领域，一种布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其中给料装置的输出端与所述布朗气催化生物质解耦气化炉连通，布朗气供应系统通过管路与布朗气催化生物质解耦气化炉连接，斯特林发电系统具有燃烧器，斯特林发电系统与布朗气催化生物质解耦气化炉通过管路连接，尾气处理系统与通过管路与斯特林发电系统连接。该系统可利用布朗气分步催化实现生物质解耦气化，降低还原区反应条件，减少空气当量比，提高燃气热值、减少CO2含量，布朗气作为催化剂掺混比例小，成本较低，布朗气催化生物质解耦气化燃气得到提质，搭配斯特林发电装置，形成的发电系统可靠性提高。

Description

一种布朗气催化生物质解耦气化的发电系统
技术领域
本发明涉及生物质再利用技术领域，特别是一种布朗气催化生物质解耦气化的发电系统。
背景技术
生物质能源是唯一的碳基可再生能源，是替代传统化石能源的有效途径之一。生物质能源具有碳中性、可再生、低污染、分布广和数量大等优点，因此在大力发展清洁能源的政策背景下，生物质气化发电技术获得了长足的发展，但是其设备工艺仍存在许多问题。
生物质气化是生物质热化学转化利用的有效手段之一，然而其气化可燃气热值偏低、含有焦油，限制了生物质气化发电技术的工业应用。目前，采用空气作为气化剂的生物质气化技术应用较为普遍，其优点是成本低、易获得、工艺系统简单、易于操作。但是，空气中氮气的引入以及空气与碳基反应生成的CO2，降低了生物质气化燃气的热值。
布朗气是以碱性水溶液为原料电解生成2：1比例的氢氧混合可燃气体，其中含有-H、-OH、-O活性原子团，其在生物质气化过程中，促进大分子快速裂解并能够降低焦炭反应条件,可减少空气通入比例，提高生物质气化燃气CO、H2、CH4含量，降低N2和CO2含量，增加燃气热值，并减少焦油含量。
催化剂可提高生物质气化燃气热值，降低焦油含量。常用催化剂主要由天然矿石类、碱金属类、镍基类、复合催化剂等，但是此类催化剂在参与生物质气化过程中，易积碳、烧结，甚至失活，这也使此类催化剂的应用受到局限。因此，需要提供一种新的生物质气化技术，来解决现有生物质气化发电过程中生物质气化燃气热值低，焦油含量高等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，该系统可利用布朗气分步催化实现生物质解耦气化，降低还原区反应条件，减少空气当量比，提高燃气热值、减少CO2含量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，包括给料装置、布朗气催化生物质解耦气化炉、布朗气供应系统、斯特林发电系统和尾气处理系统，其中
给料装置的输出端与所述布朗气催化生物质解耦气化炉连通并向布朗气催化生物质解耦气化炉输送生物质；
所述布朗气供应系统通过管路与布朗气催化生物质解耦气化炉连接，布朗气供应系统用于对布朗气催化生物质解耦气化炉提供布朗气，以及通过混气结构对布朗气催化生物质解耦气化炉输送布朗气与空气的混合气；
所述斯特林发电系统具有燃烧器，所述斯特林发电系统与所述布朗气催化生物质解耦气化炉通过管路连接，所述斯特林发电系统用于接收布朗气催化生物质解耦气化炉供给的生物质气化燃气并点燃发电；
所述尾气处理系统与通过管路与斯特林发电系统连接，尾气处理系统用于对斯特林发电系统燃烧生物质气化燃气产生的尾气进行环保处理。
作为优选的，所述布朗气催化生物质解耦气化炉包括炉体、布朗气空气混合风箱、气化介质喷嘴、夹层套管空气侧接口、夹层套管布朗气侧接口、气化介质环形母管、气化炉喉口、布朗气喷嘴和燃气引出管，其中气化炉喉口设置在炉体中部，所述气化炉喉口处的炉内空腔为纺锤形空腔，所述气化介质环形母管设置在炉体外部临近气化炉喉口顶端位置，所述气化介质喷嘴有若干个，气化介质喷嘴置于炉体内临近气化炉喉口顶端位置，每一所述气化介质喷嘴与气化介质环形母管连通，所述气化介质环形母管通过管路与布朗气空气混合风箱连接；所述布朗气喷嘴设置在炉体内部且位于气化炉喉口缩径段与气化炉喉口下端之间的锥形腔中，所述布朗气喷嘴通过管路以及三通接头与夹层套管空气侧接口和夹层套管布朗气侧接口连接，布朗气供应系统通过夹层套管布朗气侧接口和布朗气空气混合风箱对布朗气催化生物质解耦气化炉供气；
所述燃气引出管连接于炉体和燃烧器的燃气输入端，燃气引出管与炉体的连接处位于气化炉喉口的下方。
作为优选的，所述炉体顶部设有电动机，电动机的动力端连接有搅拌布料器，该搅拌布料器穿过炉体延伸至炉体内部，所述电动机驱动搅拌布料器转动作，以防止炉体内生物质搭桥。
作为优选的，所述炉体的底部安装有斗状的炉排装置，该炉排装置的下部聚拢端安装有排渣装置。
作为优选的，所述布朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括生物质气化助燃风机和生物质气化助燃风预热器，所述生物质气化助燃风机的输出端通过管路与布朗气空气混合风箱连接，所述生物质气化助燃风预热器用于将进入布朗气空气混合风箱的空气和排出布朗气催化生物质解耦气化炉的生物质气化燃气进行热交换，以对进入布朗气空气混合风箱的空气进行预热。
作为优选的，所述朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括燃料预热装置，所述燃烧器的排气口与燃料预热装置的进气口连通，所述燃料预热装置的排气口通过管路与尾气处理系统连接，所述给料装置的给料路径经过燃料预热装置内，以对供给给布朗气催化生物质解耦气化炉的生物质进行升温预热。
作为优选的，所述朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括燃烧器助燃风机和燃烧器助燃风预热器，其中燃烧器助燃风机具有两个空气输出分路，一个空气输出分路通过管路与夹层套管空气侧接口连接，另一个空气输出分路与燃烧器连接，所述燃烧器助燃风预热器用于将进入燃烧器的空气和燃烧器排放的尾气进行换热。
作为优选的，所述尾气处理系统包括布袋式除尘器、烟气净化装置、排烟筒和引风机，其中斯特林发电系统与排烟筒通过管路连接，布袋式除尘器、烟气净化装置和引风机依次设置在斯特林发电系统与排烟筒之间的管路上。
作为优选的，所述供料装置包括储料仓和螺旋式上料机，所述储料仓与螺旋式上料机的输入端对接，螺旋式上料机的输出端与布朗气催化生物质解耦气化炉对接。
使用本发明的有益效果是：
(1)本发明利用布朗气分步催化实现生物质解耦气化，降低还原区反应条件，减少空气当量比，提高燃气热值、减少CO2含量。
(2)本发明利用下吸式固定床气化炉，焦油穿床过程中，在布朗气催化作用下，促进焦油裂解，降低生物质气化燃气焦油含量。
(3)本发明利用斯特林发电装置中燃气燃烧余热为生物质原料进行预热，进一步提高生物质能利用效率。
(4)本发明的布朗气催化生物质解耦气化技术结合斯特林发电装置可提高生物质能源发电效率，降低发电成本，能够建成生物质气化分布式发电系统。
本系统使用过程和结果中，布朗气反应产物为水，参与反应过程中，无污染物产生。布朗气随用随产，不储存，提高可靠性，且不存在失活、烧结等问题。布朗气作为催化剂掺混比例小，成本较低。布朗气催化生物质解耦气化燃气得到提质，搭配斯特林发电装置，形成的发电系统可靠性提高。
附图说明
图1为本发明布朗气催化生物质解耦气化的发电系统的结构示意图。
图2为本发明布朗气催化生物质解耦气化的发电系统中布朗气催化生物质解耦气化炉的透视图。
图3为本发明布朗气催化生物质解耦气化的发电系统有无布朗气催化生物质解耦气化合成气各成分含量。
图4为本发明布朗气催化生物质解耦气化的发电系统有无布朗气催化生物质解耦气化合成气热值。
附图标记包括：
1、储料仓；2、螺旋式上料机；3、布朗气催化生物质解耦气化炉；4、生物质气化助燃风机；5、生物质气化助燃风预热器；6、燃烧器；7、斯特林发电系统；8、燃料预热装置；9、布朗气发生器；10、燃烧器助燃风机；11、燃烧器助燃风预热器；12、布袋式除尘器；13、烟气净化装置；14、排烟筒；15、引风机；
3-1、布朗气空气混合风箱；3-2、气化介质喷嘴；3-3、夹层套管空气侧接口；3-4、夹层套管布朗气侧接口；3-5、气化介质环形母管；3-6、气化炉喉口；3-7、布朗气喷嘴；3-8、燃气引出管；3-9、搅拌布料器；3-10、电动机；3-11、炉排装置；3-12、排渣装置。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
如图1所示，布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，包括给料装置、布朗气催化生物质解耦气化炉3、布朗气供应系统、斯特林发电系统7和尾气处理系统，其中给料装置的输出端与布朗气催化生物质解耦气化炉3连通并向布朗气催化生物质解耦气化炉3输送生物质；布朗气供应系统通过管路与布朗气催化生物质解耦气化炉3连接，布朗气供应系统用于对布朗气催化生物质解耦气化炉3提供布朗气，以及通过混气结构对布朗气催化生物质解耦气化炉3输送布朗气与空气的混合气；斯特林发电系统7具有燃烧器6，斯特林发电系统7与布朗气催化生物质解耦气化炉3通过管路连接，斯特林发电系统7用于接收布朗气催化生物质解耦气化炉3供给的生物质气化燃气并点燃生物质气化燃气发电；尾气处理系统与通过管路与斯特林发电系统7连接，尾气处理系统用于对斯特林发电系统7燃烧生物质气化燃气产生的尾气进行环保处理。
结合图2所述，布朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括生物质气化助燃风机4和生物质气化助燃风预热器5，生物质气化助燃风机4的输出端通过管路与布朗气空气混合风箱3-1连接，生物质气化助燃风预热器5用于将进入布朗气空气混合风箱3-1的空气和排出布朗气催化生物质解耦气化炉3的生物质气化燃气进行热交换，以对进入布朗气空气混合风箱3-1的空气进行预热。
布朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括燃料预热装置8，燃烧器6的排气口与燃料预热装置8的进气口连通，燃料预热装置8的排气口通过管路与尾气处理系统连接，给料装置的给料路径经过燃料预热装置8内，以对供给给布朗气催化生物质解耦气化炉3的生物质进行升温预热。
布朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括燃烧器助燃风机10和燃烧器助燃风预热器11，其中燃烧器助燃风机10具有两个空气输出分路，一个空气输出分路通过管路与夹层套管空气侧接口3-3连接，另一个空气输出分路与燃烧器6连接，燃烧器助燃风预热器11用于将进入燃烧器6的空气和燃烧器6排放的尾气进行换热。
尾气处理系统包括布袋式除尘器12、烟气净化装置13、排烟筒14和引风机15，其中斯特林发电系统7与排烟筒14通过管路连接，布袋式除尘器12、烟气净化装置13和引风机15依次设置在斯特林发电系统7与排烟筒14之间的管路上。
供料装置包括储料仓1和螺旋式上料机2，储料仓1与螺旋式上料机2的输入端对接，螺旋式上料机2的输出端与布朗气催化生物质解耦气化炉3对接。
具体的，储料仓1与螺旋式上料机2相连、螺旋式上料机2与布朗气催化生物质解耦气化炉3相连、布朗气催化生物质解耦气化炉3排渣口与螺旋排渣装置3-12连接，布朗气催化生物质解耦气化炉3的气化燃气出口与生物质气化助燃风预热器5热工质端连接，生物质气化助燃风预热器5热工质出口与斯特林发电系统7的燃烧器6连接，燃烧器6出口与燃料预热装置8入口连接，燃料预热装置8出口与燃烧器助燃风预热器11入口连接，燃烧器助燃风预热器11出口与布袋式除尘器12入口连接，布袋式除尘器12出口与烟气净化装置13连接，烟气净化装置13出口与引风机15入口连接，引风机15出口与排烟筒14连接。
如图2所示，布朗气催化生物质解耦气化炉3包括炉体、布朗气空气混合风箱3-1、气化介质喷嘴3-2、夹层套管空气侧接口3-3、夹层套管布朗气侧接口3-4、气化介质环形母管3-5、气化炉喉口3-6、布朗气喷嘴3-7和燃气引出管3-8，其中炉体内壁贴附保温材料和耐火层，气化炉喉口3-6设置在炉体中部，气化炉喉口3-6处的炉内空腔为纺锤形空腔，气化介质环形母管3-5设置在炉体外部临近气化炉喉口3-6顶端位置，气化介质喷嘴3-2有若干个，气化介质喷嘴3-2置于炉体内临近气化炉喉口3-6顶端位置，每一气化介质喷嘴3-2与气化介质环形母管3-5连通，气化介质环形母管3-5通过管路与布朗气空气混合风箱3-1连接；布朗气喷嘴3-7设置在炉体内部且位于气化炉喉口3-6缩径段与气化炉喉口3-6下端之间的锥形腔中，布朗气喷嘴3-7通过管路以及三通接头与夹层套管空气侧接口3-3和夹层套管布朗气侧接口3-4连接，布朗气供应系统通过夹层套管布朗气侧接口3-4和布朗气空气混合风箱3-1对布朗气催化生物质解耦气化炉3供气；燃气引出管3-8连接于炉体和燃烧器6的燃气输入端，燃气引出管3-8与炉体的连接处位于气化炉喉口3-6的下方。
炉体顶部设有电动机3-10，电动机3-10的动力端连接有搅拌布料器3-9，该搅拌布料器3-9穿过炉体延伸至炉体内部，电动机3-10驱动搅拌布料器3-9转动作，以防止炉体内生物质搭桥。
炉体的底部安装有斗状的炉排装置3-11，该炉排装置3-11的下部聚拢端安装有排渣装置3-12。
气化炉喉口3-6为缩放形，其上部布置气化介质喷嘴3-2，气化介质为布朗气和空气的混合气，下部布置布朗气喷嘴3-7；搅拌布料器3-9包括均料板、搅拌器及电动机3-10，均料板与搅拌器同轴安装，搅拌器叶片采用扭叶片；布朗气空气混合风箱3-1使布朗气与空气炉外预混，通过布置的气化介质环形母管3-5，经气化介质喷嘴3-2送入布朗气催化生物质解耦气化炉3内，气化介质喷嘴3-2个数为奇数；布朗气供应系统包括布朗气发生器9、夹层套管、气化介质喷嘴3-2。布朗气发生器9与夹层套管内管相连，保护载气(空气)与夹层套管外管相连，气化介质喷嘴3-2将保护载气与布朗气混合，喷入布朗气催化生物质解耦气化炉3内。炉体下部的排渣装置3-12包括螺旋式输渣机和电机。生物质气化燃气引出管3-8连接环形排气管，排气管在炉排下方对称布置。
布朗气空气混合风箱3-1出口与气化介质环形母管3-5相连，环形母管通过多个气化介质喷嘴3-2与布朗气催化生物质解耦气化炉3相连，气化介质喷嘴3-2在气化炉同一截面，均匀布置。布朗气发生器9与夹层套管布朗气侧接口3-4连接，生物质气化助燃风预热器5与夹层套管空气侧接口3-3连接，空气与布朗气在夹层套管出口混合，并通过布朗气喷嘴3-7通入气化炉内。气化炉喉口3-6上端与气化介质喷嘴3-2相连，生物质气化燃气引出管3-8与布朗气催化生物质解耦气化炉3本体相连通。炉排装置3-11与布置其下端的排渣装置3-12相连。电动机3-10可驱动搅拌布料器3-9旋转，在旋转过程中均匀布料，并防止生物质燃料“搭桥”。
本发电系统使用过程如下，破碎的玉米芯从储料仓1经螺旋式上料机2送入布朗气催化生物质解耦气化炉3内，玉米芯在布朗气和空气混合气作用下促进玉米芯热裂解和氧化反应的进行，使其产生大量可燃气和生物质焦炭。生物质焦炭在布朗气催化作用下与CO2、H2O(g)进一步发生还原反应生成CO、H2，生物质气化可燃气经引出管引入到斯特林发电系统7燃烧器6中，使生物质气化燃气热能转换为电能。燃气经燃烧器6燃烧后，产生的烟气经过燃烧器助燃风预热器11、布袋式除尘器12、烟气净化系统、引风机15、排烟筒14后排入大气。
如图3、图4所示，布朗气催化生物质解耦气化炉3产生的气化燃气中可燃成分CO含量可提高至24.37％，H2含量可提高至13.48％，而温室气体CO2含量由11.53％降至6.14％，燃气热值可达5060.72KJ/Nm3。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：包括给料装置、布朗气催化生物质解耦气化炉、布朗气供应系统、斯特林发电系统和尾气处理系统，其中
给料装置的输出端与所述布朗气催化生物质解耦气化炉连通并向布朗气催化生物质解耦气化炉输送生物质；
所述布朗气供应系统通过管路与布朗气催化生物质解耦气化炉连接，布朗气供应系统用于对布朗气催化生物质解耦气化炉提供布朗气，以及通过混气结构对布朗气催化生物质解耦气化炉输送布朗气与空气的混合气；
所述斯特林发电系统具有燃烧器，所述斯特林发电系统与所述布朗气催化生物质解耦气化炉通过管路连接，所述斯特林发电系统用于接收布朗气催化生物质解耦气化炉供给的生物质气化燃气并点燃发电；
所述尾气处理系统与通过管路与斯特林发电系统连接，尾气处理系统用于对斯特林发电系统燃烧生物质气化燃气产生的尾气进行环保处理。
2.根据权利要求1所述的布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：所述布朗气催化生物质解耦气化炉包括炉体、布朗气空气混合风箱、气化介质喷嘴、夹层套管空气侧接口、夹层套管布朗气侧接口、气化介质环形母管、气化炉喉口、布朗气喷嘴和燃气引出管，其中气化炉喉口设置在炉体中部，所述气化炉喉口处的炉内空腔为纺锤形空腔，所述气化介质环形母管设置在炉体外部临近气化炉喉口顶端位置，所述气化介质喷嘴有若干个，气化介质喷嘴置于炉体内临近气化炉喉口顶端位置，每一所述气化介质喷嘴与气化介质环形母管连通，所述气化介质环形母管通过管路与布朗气空气混合风箱连接；所述布朗气喷嘴设置在炉体内部且位于气化炉喉口缩径段与气化炉喉口下端之间的锥形腔中，所述布朗气喷嘴通过管路以及三通接头与夹层套管空气侧接口和夹层套管布朗气侧接口连接，布朗气供应系统通过夹层套管布朗气侧接口和布朗气空气混合风箱对布朗气催化生物质解耦气化炉供气；
所述燃气引出管连接于炉体和燃烧器的燃气输入端，燃气引出管与炉体的连接处位于气化炉喉口的下方。
3.根据权利要求2所述的布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：所述炉体顶部设有电动机，电动机的动力端连接有搅拌布料器，该搅拌布料器穿过炉体延伸至炉体内部，所述电动机驱动搅拌布料器转动作，以防止炉体内生物质搭桥。
4.根据权利要求2所述的布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：所述炉体的底部安装有斗状的炉排装置，该炉排装置的下部聚拢端安装有排渣装置。
5.根据权利要求2所述的布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：所述布朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括生物质气化助燃风机和生物质气化助燃风预热器，所述生物质气化助燃风机的输出端通过管路与布朗气空气混合风箱连接，所述生物质气化助燃风预热器用于将进入布朗气空气混合风箱的空气和排出布朗气催化生物质解耦气化炉的生物质气化燃气进行热交换，以对进入布朗气空气混合风箱的空气进行预热。
6.根据权利要求2所述的布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：所述朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括燃料预热装置，所述燃烧器的排气口与燃料预热装置的进气口连通，所述燃料预热装置的排气口通过管路与尾气处理系统连接，所述给料装置的给料路径经过燃料预热装置内，以对供给给布朗气催化生物质解耦气化炉的生物质进行升温预热。
7.根据权利要求2所述的布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：所述朗气催化生物质解耦气化的发电系统还包括燃烧器助燃风机和燃烧器助燃风预热器，其中燃烧器助燃风机具有两个空气输出分路，一个空气输出分路通过管路与夹层套管空气侧接口连接，另一个空气输出分路与燃烧器连接，所述燃烧器助燃风预热器用于将进入燃烧器的空气和燃烧器排放的尾气进行换热。
8.根据权利要求1所述的布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：所述尾气处理系统包括布袋式除尘器、烟气净化装置、排烟筒和引风机，其中斯特林发电系统与排烟筒通过管路连接，布袋式除尘器、烟气净化装置和引风机依次设置在斯特林发电系统与排烟筒之间的管路上。
9.根据权利要求1所述的布朗气催化生物质解耦气化的发电系统，其特征在于：所述供料装置包括储料仓和螺旋式上料机，所述储料仓与螺旋式上料机的输入端对接，螺旋式上料机的输出端与布朗气催化生物质解耦气化炉对接。
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