將生物質原料的能量轉移至至少一個能量用戶的方法和設備的制造方法
【專利說明】將生物質原料的能量轉移至至少一個能量用戶的方法和設備發明領域
[0001]本發明涉及一種生產能量的方法，包括:在主容器單元中自生物質原料生產可燃氣體，通過在氧氣存在下使該可燃氣體燃燒來將所生產的可燃氣體引入至用戶單元中，將來自用戶單元的能量轉移至至少一個能量用戶。本發明還涉及一種用于生產能量的對應設備。
【背景技術】
[0002]在已知的燃氣輪機發電廠中，可燃氣體產生自固體燃料的氣化，例如生物燃料，泥煤和褐煤的氣化。這樣產生的可燃氣體傳輸至燃氣輪機組上游的燃燒室中，且該燃氣輪機組與發電機和壓縮機組連接，以用于將壓縮的助燃空氣供應至燃燒室。
[0003]閉鎖料斗通常用于目前的固體可燃氣體發生器的進料。惰性氣體，例如氮氣，用于起火和自燃防護的目的。對該固體燃料通常進行利用翻滾床等進行機械粉碎，然后進行過濾，而生產的可燃氣體是涼的。
[0004]從氣體發生器運行中回收能量是已知的，其用于將由此提取的熱轉移至發電的單獨的蒸汽輪機中。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是至少解決【背景技術】中發電方法和設備的問題，并提供能全面提高設備的整體效益的方法和設備。該目標通過上述的方法實現，其通過回收用戶單元下游的排出氣流中的熱量，并利用該回收的熱量在蒸汽發生器中產生加壓過熱的蒸汽，將生物質原料間歇地裝載至至少一個容器中，該至少一個容器包含于主容器單元中，對裝載的至少一個容器利用加壓的過熱蒸汽來加壓，使加壓的過熱蒸汽通過裝載的和加壓的至少一個容器，由此使加壓的過熱蒸汽接觸該生物質原料并對其熱處理，以生產該可燃氣體，將生產的可燃氣體與仍然過熱的蒸汽一起在基本維持原來壓力情況下供應至用戶單元，并且將固體生物質殘基自該至少一個容器間歇地排出。
[0006]因此，有可能在發電廠中在一定程度上將由固體燃料生產可燃氣體的過程整合，由此可獲得不復雜的且更有效率的生產過程。這使得能改善操作、設備成本和效率，由此提高設備的總體效益。
[0007]本文中，術語“生物質原料”包括樹木原料、泥煤、農業上的廢物和其他類型的廢物和褐煤。
[0008]本文中，“生物質殘余物”是指在經主容器單元處理之后的固體殘余物，其主要為碳，例如烤過的生物燃料、木炭及類似物。
[0009]在主容器單元中使用加壓的過熱蒸汽是有利的，且其設置為穿過被裝載的和加壓的至少一個容器，因為這樣能有效接觸原料并對其熱處理。使加壓的過熱蒸汽穿過至少一個容器，這確保了能達到并維持預期的溫度。
[0010]該加壓的過熱蒸汽也是優異的保護氣體，能防止被引入的可燃氣體被無意地點燃。加壓的過熱蒸汽是重要的載能體，它對于本發明的方法的全部能量效率是有利的，因為它能在本方法的不同步驟中優異且低成本低回收能量。
[0011]因此利用加壓的過熱蒸汽升高并保持主容器單元中的壓力而無需任何附加設施。通常，主容器單元中達到的溫度為250至500°C。在該溫度范圍內，約10%至60%的生物質原料將被氣化，這取決于例如溫度水平材料性質、壓力等參數。生產的可燃氣體主要為CO、CH4, CxHy,(氣化焦油)等。
[0012]本文中“過熱蒸汽”是指在整個過程中蒸汽總是高于露點以上，同樣適用于蒸汽與可燃氣體混合的情況。這意味著在可燃氣體生產過程中連至入口到達燃燒室的所有路徑中都沒有出現冷凝。使蒸汽成為過熱的過程是由通常的壓力和溫度決定的。由此，不含有堵塞部分因為這樣可避免可能出現的液體水。
[0013]本發明中主容器內部以及在用戶單元的設備整個上游有30至SObar的壓力，甚至更高壓力。
[0014]根據本發明，以上優勢通過把自固體生物質原料生產可燃氣體的過程在高壓下進行并使加壓的過熱蒸汽通過負載的和加壓的至少一個容器。由此還有可能自動地實現有利的高溫，這對于本發明的方法和設備以非常高效和節能地運行是必要的。
[0015]根據本發明的方法預計的氣體壓力是容易達到的，例如通過簡單地將回收的水泵至蒸汽發生器中達至需要的壓力水平。無論如何，已發現對于處理效率重要的是在高壓下且利用仍然過熱的蒸汽將可燃氣體供應至用戶單元。
[0016]有利地是，構成主容器單元的至少一個容器的間歇運行在本發明方法的壓力和溫度下進行，這可能產生性質優異的可燃氣體。關于裝載和卸載的間歇運行簡化了對于各種生物質原料的處理，該處理對于連續處理中的預處理和供應是復雜的，其中在產生的可燃氣體的后處理過程中也需要與產生的可燃氣體對應的壓力和溫度由此獲得需要的過程參數。
[0017]本發明的方法特別適用于具有10-20_或更大的粒度的生物質原料，用于間歇批量處理。
[0018]在所有過程中，可升高處理溫度以從給定的原料供應中獲得更多的氣體燃料。
[0019]對用戶單元排出的氣流中的熱進行回收能利用排出氣中的蒸汽的載熱性質進行熱交換。回收的熱通常可直接用于在蒸汽發生器中產生加壓的過熱蒸汽。
[0020]主容器單元為可燃氣體的生產裝置，其包括例如閘閥單元的裝置，該閘閥單元用于引入生物質材料，由此能進行加壓。
[0021]應理解，閘閥單元應被理解為包括用于固體材料等進料裝置的常規的閥門和水閘，它們可用于間歇地加入固體生物質材料，例如生物燃料、泥煤或褐煤。
[0022]通過在壓力下產生過熱蒸汽進行熱回收，這使得能夠產生增壓過程同時使用產生的過熱蒸汽作為處理貢獻者。這是因為使固體燃料經受過熱蒸汽的處理使其達到最終的固體燃料溫度，這產生了碳化，如果該過程沒有氧氣則主要通過熱分解。固體殘余物適用于外部使用，或者甚至在本過程中在附加的氣化處理后，或者在某些情況下，甚至為固體形式。
[0023]這意味著在進行的過程的主要時間里固體燃料優選達到需要的溫度。該溫度通常還優選為來自從固體燃料生產可燃氣體的裝置處理的固體燃料的出口溫度。
[0024]除了碳化產生固體，當固體燃料為生物質例如，樹木和農業和其他廢物材料、泥煤和褐煤，且使這些固體燃料在上述溫度水平經受過熱蒸汽處理時，該過程也產生了一定量的可燃氣體。
[0025]本發明特別適用于包含纖維的固體生物質材料，因為在燃料中的纖維成分通過處理過程將變成易碎的并且隨后容易被粉碎。在該設備中的進一步處理和/或外部處理和使用將被簡化。例如，這使得可使用更簡單的隨后的氣體發生器設備。
[0026]通過加壓和裝載狀態的主容器單元的連續的蒸汽流能對燃料有效快速地加熱并進行相關的傳熱。該燃料的相當多的蒸汽流和熱量也使得能夠加熱設備上的金屬零件，由此防止粘性物質凝結。這可通過該設備的外部隔熱來增強。
[0027]升高的溫度也防止在該燃料上形成粘的沉積物，并防止其堵塞成不需要的結塊。粘性焦油通常出現于溫度低于約200°C的情況。因此在設備內部的優選的高于250°C的溫度確保了不會出現此種堵塞。
[0028]因理解，設備設計和運行決定了是否引入該設備的所有燃料都用于該設備的運行，或者其零件將在外部使用。
[0029]優選該過熱蒸汽的供應設置為能影響原料的至少部分碳化。
[0030]優選地，加壓的過熱的蒸汽被引入并保持為氣流以流入主容器單元，由此生物質原料被處理為液化狀態。
[0031]除了加壓的效果，液化還加快了處理速度并減少了堵塞的可能。蒸汽以及氣體甚至再循環的可燃氣體/蒸汽混合物，根據情況可以用作液化氣體，以以下一種或多種形式:主容器單元、輔助加工容器單元(見下文)。
[0032]向流化床中加入砂顆粒、白云石顆粒或類似物以增強流化作用和產生的流化床的運行，這也在本發明的范圍內。
[0033]優選主容器單元包括多個容器，這些容器被控制為將來自主容器單元的可燃氣體和蒸汽以均勻流體提供至用戶單元。一種可能是設置為順序操作或使至少這些容器一個在另一個之后工作。使用多個并聯的容器可容易地將這些容器設置為更均勻地且至少連續地釋放可燃氣體。