一種生物質氣化發電的方法
【專利摘要】本發明涉及清潔能源領域，特別是涉及一種生物質氣化發電的方法，其包括下列步驟：將生物質材料通過壓縮機壓制成能量塊或顆粒；所述能量塊或顆粒經過工況為高于1.2大氣壓的富氧、溫度1100～1200℃的可燃氣體燃燒段，瞬間干燥、預熱后落到生物質氣化段；在生物質氣化段，工況為隔絕空氣、溫度900～1000℃下，所述能量塊或顆粒被氣化為可燃氣體；所述可燃氣體直接進入可燃氣體燃燒段燃燒，使可燃氣體燃燒段達溫度1100～1200℃；生物質氣化段或/和可燃氣體燃燒段的熱量加熱工質；所述工質至發電裝置，產生電能。本發明顯著地提高了生物質燃燒熱值利用率，減少環境污染又獲得了可觀的經濟效益，具有良好的應用前景。
【專利說明】一種生物質氣化發電的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及清潔能源領域，特別是涉及一種生物質氣化發電的方法。
【背景技術】
[0002] 生物質主要是指農林業生產過程中除糧食、果實以外的秸桿、樹木等木質纖維素 (簡稱木質素）、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄 物等物質。
[0003] 生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，他是僅次于煤炭、石油和天然氣而居 于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位。我國生物質能源極 為豐富，全國農作物秸桿年產生量約6億噸，大約3億噸可作為燃料使用，折合約1. 5億噸 標準煤，林木枝椏和林業廢棄物年可獲得量約9億噸，大約3億噸可作為能源利用，折合約 2億噸標準煤，目前我國生物質資源可轉換為能源的潛力約8億噸標準煤。
[0004] 生物質氣化發電技術的基本原理是把生物質轉化為可燃氣，再利用可燃氣推動 燃氣發電設備進行發電。生物質氣化發電過程包括3個方面：（1)生物質氣化，把固體生 物質轉化為氣體燃料；（2)氣體凈化，氣化出來的燃氣都含有一定的雜質，包括灰分、焦炭 和焦油等，需經過凈化系統把雜質除去，以保證燃氣發電設備的正常運行；（3)燃氣發電， 利用燃氣輪機或燃氣內燃機進行發電。生物質氣化發電技術取得了一定的經濟、社會、 環境效益，但技術上也存在不足，如氣化所得的生物質燃氣熱值利用率低，小中型生物質 發電系統總效率只有25%?35%，（吳創之等生物質發電技術分析比較，可再生能源， 200826 (3) 34-37);燃氣中焦油含量高，造成后系統堵塞和腐蝕等，這些嚴重限制了生物質 氣化發電技術的應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的就是解決上述現有技術出現的問題，提供一種生物質氣化發電的方 法，以解決廢棄生物質材料的處理，又獲得效益可觀的電能。
[0006] 為此，本發明公開了一種生物質氣化發電的方法，包括下列步驟：
[0007] 將生物質材料通過壓縮機壓制成能量塊或顆粒；
[0008] 所述能量塊或顆粒經過工況為高于1. 2大氣壓的富氧條件、溫度1100?1200°C的 可燃氣體燃燒段，瞬間干燥、預熱后落到生物質氣化段；
[0009] 在生物質氣化段，工況為隔絕空氣、900?1000°C下，所述能量塊或顆粒被氣化為 可燃氣體；
[0010] 所述可燃氣體直接進入可燃氣體燃燒段燃燒，使可燃氣體燃燒段達溫度1100? 1200。。；
[0011] 生物質氣化段和/或可燃氣體燃燒段的熱量加熱工質；
[0012] 所述工質至發電裝置，產生電能。
[0013] 本發明的創新點在于本發明工況溫度上高下低（上：可燃氣體燃燒段1100? 1200°C，下：生物質氣化段900?1000°C )，完全不同于現有技術中上吸式固定床氣化爐上 低下高（干燥層100?250°C，熱解層300?800°C，還原層900°C，氧化層1200°C )，將生物 質氣化和可燃氣體富氧燃燒整合一體，利用生物質氣化產生可燃氣體富氧燃燒，形成高溫， 其一部分熱量供給生物質快速高溫氣化，其他熱量加熱工質用于發電，保證了熱量利用率 高，同時產生可燃氣體焦油含量極低，避免燃燒結焦現象。
[0014] 在一些實施例中，所述生物質材料為秸桿、樹木等木質纖維素（簡稱木質素）、農 產品加工業下腳料或農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物，其中優選為秸 桿和酒糟。
[0015] 在一些實施例中，所述能量塊或顆粒包括生物質材料和添加劑，其所述添加劑 含量為總重量的1%?5% ;所述添加劑包含下列占添加劑總重量百分比的組分：氫氧化 鈣40 %?65 %、硝酸鉀5%?15%、硝酸銨15 %?30%、二氧化錳0· 1 %?1. 5 %、氯酸 鉀8%?20%、硝酸鈉0.5%?2%、乙二胺四乙酸0. 1 %?1.5%、六次甲基四胺0. 1 %? 1. 5%。
[0016] 在一些實施例中，所述添加劑包含重量百分比0. 1 %?2%的焦油裂解催化劑，如 白云石、鎳基催化劑、高碳烴或低碳烴水蒸氣重整催化劑、方解石、菱鎂礦以及混合基催化 劑等。
[0017] 在一些實施例中，所述工質為水或有機工質，優選為水。
[0018] 在一些實施例中，所述發電裝置為汽輪機或螺桿膨脹機，優選為螺桿膨脹機，其特 點為對蒸汽的要求寬泛，理論上攝氏八十度以上的熱水就可以驅動，蒸汽品質越好其運行 效率越高。
[0019] 另一方面，本發明還公開了一種一步式蒸汽發生爐，其包括爐體和燃燒床，爐體頂 部設置有進料口，所述燃燒床位于爐體腔中央，燃燒床的嘴頂部有富氧噴氣口，所述爐體腔 被燃燒床分界為可燃氣體燃燒段和生物質氣化段，所述生物質氣化段的爐體由水冷壁夾套 包圍，所述水冷壁夾套設置有進水口和蒸汽出口。
[0020] 在一些實施例中，所述燃燒床為一個可由帶壓氣體（1. 2個大氣壓以上）驅動轉動 的爐箅結構，其驅動結構類似于風車，帶壓氣體經過風葉使其產生扭力帶動爐箅轉動。其主 要目的有三個：一是使能量塊均勻干餾氣化；二是通過對氣化速度的控制來控制燃燒床的 溫度；三是過濾反應后的灰渣，使其落到出渣裝置，以便除去。
[0021] 在一些實施例中，所述生物質氣化段的爐體和水冷壁夾套間襯有一層50mm厚的 絕熱防腐保溫層，使反應區熱量散失、均勻對水冷壁放熱和反應物對爐壁產生的腐蝕，而且 附帶地解決了材料的熱脹冷縮問題。
[0022] 本發明將反應成可燃氣體和燃燒在轉換成蒸汽所有步驟融合，顯著地提高了生物 質燃燒熱值利用率，最大限度減少了能量傳輸過程中的熱量損失，減少環境污染又獲得了 可觀的經濟效益，具有良好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1 一步式蒸汽發生爐的結構示意圖。
[0024] 圖2 -步式蒸汽發生爐的俯視面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 以下結合具體實施例，進一步闡述本發明。這些實施例僅用于說明本發明而不用 于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按 照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則所有的百分比和份數均按重量計。
[0026] 除非另行定義，文中所使用的所有專業與科學用語與本領域熟練人員所熟悉的意 義相同。此外，任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發明方法中。文 中所述的較佳實施方法與材料僅作示范之用。
[0027] 實施例1制備生物質能量塊或顆粒
[0028] 以秸桿為例，將秸桿通過壓縮機壓制成規定大小的能量塊或按照表2配方在秸桿 中添加表1所述添加劑，混勻，通過壓縮機壓制成規定大小的能量塊。
[0029] 表1添加劑配方（重量單位：g)
[0030]
【權利要求】
1. 一種生物質氣化發電的方法，包括下列步驟： a) 將生物質材料通過壓縮機壓制成能量塊或顆粒； b) 所述能量塊或顆粒經過工況為高于1. 2大氣壓的富氧條件、溫度1100?1200°C的 可燃氣體燃燒段，瞬間干燥、預熱后落到生物質氣化段； c) 在生物質氣化段，工況為隔絕空氣、溫度900?1000°C下，所述能量塊或顆粒被氣化 為可燃氣體； d) 所述可燃氣體直接進入可燃氣體燃燒段燃燒，使可燃氣體燃燒段達溫度1100? 1200。。； e) 生物質氣化段和/或可燃氣體燃燒段的熱量加熱工質； f) 所述工質至發電裝置，產生電能。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述生物質材料為秸桿、木質素、農產品加工 業下腳料、農林廢棄物或畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述生物質材料為秸桿或酒糟。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述能量塊或顆粒包括生物質材料和添加 齊U，其所述添加劑含量為總重量的1%?5% ;所述添加劑包含下列占添加劑總重量百分比 的組分：氫氧化鈣40%?65%、硝酸鉀5%?15%、硝酸銨15%?30%、二氧化錳0. 1 %? 1. 5%、氯酸鉀8%?20%、硝酸鈉0. 5%?2%、乙二胺四乙酸0. 1 %?1. 5%、六次甲基四 胺 0· 1%?1. 5%。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于所述添加劑包含重量百分比0. 1 %?2 %的焦 油裂解催化劑。
6. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述工質為水或有機工質。
7. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述發電裝置為汽輪機或螺桿膨脹機。
8. -種一步式蒸汽發生爐，其包括爐體和燃燒床，爐體頂部設置有進料口，所述燃燒床 位于爐體腔中央，燃燒床的嘴頂部有富氧噴氣口，所述爐體腔被燃燒床分界為可燃氣體燃 燒段和生物質氣化段，所述生物質氣化段的爐體由水冷壁夾套包圍，所述水冷壁夾套設置 有進水口和蒸汽出口。
9. 如權利要求8所述的一步式蒸汽發生爐，其特征在于所述燃燒床為由帶壓氣體驅動 轉動的爐箅結構。
10. 如權利要求8所述的一步式蒸汽發生爐，其特征在于所述生物質氣化段的爐體和 水冷夾套間襯有一層絕熱防腐保溫層。
【文檔編號】C10J3/82GK104152182SQ201410414955
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】潘凡峰 申請人:潘凡峰