一种快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统及方法

技术领域

本发明涉及生物质能源技术领域，尤其涉及一种快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统及方法。

背景技术

目前，生物质热电联产、生物质成型燃料及其他可再生能源成为能源发展的主要方向，正在逐渐实现生物质能清洁供暖替代燃煤。

生物质气化联产炭汽是指生物质原料经简单的破碎加工处理后，在欠氧条件下，送入气化炉中进行气化裂解，得到可燃气体后送入蒸汽锅炉燃烧得到蒸汽，并且产生生物炭的过程。生物质热解气化技术替代化石燃料供汽技术，是一种清洁、高效的生物质能利用方式，能够解决生物质燃料能量密度低、资源分散等缺点，可实现二氧化碳负排放，已成为解决能源与环境问题的重要途径之一。

CN113372957A公开了一种生物质气化供热联产氢能的装置及方法，包括炭气联产气化炉、燃烧器、锅炉、炭汽反应器、导热油换热器、引风机、出炭螺旋器和脱二氧化碳器，进炭气联产气化炉连接出炭螺旋器，炭气联产气化炉的可燃气出口连接燃烧器，燃烧器连接锅炉，锅炉的烟气出口连接导热油换热器，导热油换热器的烟气出口连接引风机；锅炉的蒸汽出口连接炭汽反应器，导热油换热器的导热油出口连接炭汽反应器的导热油入口，导热油换热器的导热油进口连接炭汽反应器的导热油出口，出炭螺旋器连接炭汽反应器的进炭口，炭汽反应器的富氢出口连接脱二氧化碳器。该装置及方法实现了生物质气化清洁供热的同时得到氢能，显著提高了经济效益和环境效益。

CN110160029A公开了一种生物质炭汽联产的系统及方法，其中系统包括：依次连接的流化床气化炉、气固分离机构和燃气锅炉；所述燃气分级燃烧燃烬锅炉的内壁为水冷壁，燃气分级燃烧燃烬锅炉的内部设有分隔水冷壁将燃气锅炉分成底部连通的燃烧室和余热回收室；所述燃烧燃烬室内及入口烟道设有燃料分级燃烧风管，所述余热回收室内设有受热面，所述燃气锅炉在余热回收室侧连接有用于排出烟气的尾部烟道；所述燃气锅炉连接有用于收集水冷壁、分隔水冷壁和过热器产生的过热蒸汽的汽包；所述汽包将饱和蒸汽供入水冷壁、分隔水冷壁和过热器进行循环。

但是，在蒸汽需求侧快速调整时，上述装置难以满足蒸汽量快速变化要求。

因此，开发一种快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统及方法具有重要意义。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统及方法，在净化装置和生物质直燃供热锅炉之间设置燃气储存装置和第一管道，可以根据生物质直燃供热锅炉蒸汽负荷的变动情况和燃气储存罐内的燃气储量及时调整生物质气化炉出力，保障燃气储罐内有足够的燃气快速响应生物质直燃供热锅炉负荷增加，同时确保提供足够的燃气满足生物质直燃供热锅炉现有负荷需求，并产生生物质炭和焦油。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统，所述装置系统包括依次连接的生物质气化炉、净化装置、燃气储存装置、生物质直燃供热锅炉和烟气处理装置；所述净化装置与生物质直燃供热锅炉之间通过第一管道相连。

本发明所述的快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统通过在净化装置和生物质直燃供热锅炉之间设置燃气储存装置和第一管道，生物质气化炉产生的可燃气经过净化装置处理，分离出燃气和副产物焦油，燃气分两路进入生物质直燃供热锅炉，一路直接送至生物质直燃供热锅炉进行燃烧，一路送至燃气储存装置储存。当生物质直燃供热锅炉的蒸汽负荷快速降低时，增加进入燃气储存装置的燃气量，进而降低进入生物质直燃供热锅炉的燃气量，同步降低生物质气化炉出力，降低蒸汽负荷，防止资源浪费；当生物质直燃供热锅炉蒸汽负荷快速升高时，增加从燃气储存装置进入生物质直燃供热锅炉的燃气量，同步增加生物质气化炉出力，保障蒸汽负荷快速提升。当生物质原料特性发生变化时，也可以通过燃气储存装置的调节实现生物质直燃供热锅炉蒸汽供给与燃气供应的精准匹配。而且，所述装置系统可以产生大量高品质生物质炭和焦油，既可以作为产品销售，也可作为生物质直燃供热锅炉的燃料。

优选地，所述生物质气化炉包括固定床气化炉或流化床气化炉。

优选地，所述生物质直燃供热锅炉包括煤粉锅炉或循环流化床锅炉。

优选地，所述装置系统包括生物质储存装置、给料装置、冷却装置和生物质炭储存装置。

优选地，所述生物质储存装置、给料装置、生物质气化炉、冷却装置和生物质炭储存装置依次连接。

本发明中生物炭在冷却装置内可以采用进入空预器的冷风进行冷却，也可以采用生物质直燃供热锅炉给水进行冷却。

优选地，所述装置系统包括空气输送装置。

优选地，所述空气输送装置分别与净化装置和冷却装置相连。

优选地，所述净化装置与生物质直燃供热锅炉之间通过第二管道相连。

优选地，所述冷却装置与生物质直燃供热锅炉之间通过第三管道相连。

本发明中空气经空气输送装置进入净化装置被加热，或者进入冷却装置中被生物质炭加热，被加热的空气可作为补燃风进入生物质直燃供热锅炉助燃。

优选地，所述装系统包括焦油储存装置。

优选地，所述焦油储存装置与净化装置相连。

优选地，所述装置系统包括蒸汽管道和烟囱。

优选地，所述蒸汽管道与生物质直燃供热锅炉相连。

优选地，所述烟囱与烟气处理装置相连。

优选地，所述烟气处理装置包括依次连接的脱硝装置和除尘装置。

第二方面，本发明还提供一种快速调负荷的生物质气化联产炭汽的方法，所方法采用第一方面所述的快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统进行；所述方法包括：

生物质在生物质气化炉内生成生物炭和可燃气，所述可燃气经净化装置分离出燃气和副产物焦油；所述净化装置出口的燃气分为两部分，一部分通过第一管道直接送入生物质直燃供热锅炉燃烧，另一部分送入燃气储存装置，根据蒸汽负荷情况再送入生物质直燃供热锅炉燃烧，燃烧产生的烟气进入烟气处理装置。

优选地，所述生物质从生物质储存装置经给料装置进入生物质气化炉。

优选地，所述生物炭通过冷却装置收集，送入生物质炭储存装置。

优选地，所述焦油进入焦油储存装置。

优选地，所述生物质直燃供热锅炉产生的蒸汽通过蒸汽管道送给蒸汽用户。

优选地，空气经空气输送装置分为两路，一路进入净化装置被加热，通过第二管道进入生物质直燃供热锅炉；另一路进入冷却装置被加热，通过第三管道进入生物质直燃供热锅炉。

优选地，所述烟气进入烟气处理装置处理后，经烟囱排放。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括：

生物质从生物质储存装置经给料装置进入生物质气化炉，在生物质气化炉内生成生物炭和可燃气，所述生物炭通过冷却装置收集，送入生物质炭储存装置；所述可燃气经净化装置分离出燃气和副产物焦油；所述净化装置出口的燃气分为两部分，一部分通过第一管道直接送入生物质直燃供热锅炉燃烧，另一部分送入燃气储存装置，根据蒸汽负荷情况再送入生物质直燃供热锅炉燃烧，燃烧产生的烟气依次进入脱硝装置和除尘装置，最后经烟囱排放；

所述焦油进入焦油储存装置；所述生物质直燃供热锅炉产生的蒸汽通过蒸汽管道送给蒸汽用户；

空气经空气输送装置分为两路，一路进入净化装置被加热，通过第二管道进入生物质直燃供热锅炉；另一路进入冷却装置被加热，通过第三管道进入生物质直燃供热锅炉。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统可以产生高品质的生物质炭、燃气和焦油，实现生物质的高品质利用；

(2)本发明提供的快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统中燃气储存装置内的燃气供应和储存根据生物质直燃供热锅炉的蒸汽负荷变动及时进行调整，实现了生物质直燃供热锅炉蒸汽供应的快速调节和稳定供给。

附图说明

图1是具体实施方式中快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统的示意图。

图中：1-生物质储存装置；2-给料装置；3-生物质气化炉；4-净化装置；5-燃气储存装置；6-生物质直燃供热锅炉；7-空气输送装置；8-冷却装置；9-生物质炭储存装置；10-焦油储存装置；11-脱硝装置；12-除尘装置；13-烟囱；14-第一管道；15-第二管道；16-蒸汽管道；17-第三管道。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。

作为本发明的一个具体实施方式，提供一种快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统，其示意图如图1所示。

所述装置系统包括依次连接的生物质气化炉3、净化装置4、燃气储存装置5、生物质直燃供热锅炉6和烟气处理装置；所述净化装置4与生物质直燃供热锅炉6之间通过第一管道14相连。

所述生物质气化炉3为固定床气化炉。所述生物质直燃供热锅炉6为循环流化床锅炉。

所述装置系统包括生物质储存装置1、给料装置2、冷却装置8和生物质炭储存装置9；所述生物质储存装置1、给料装置2、生物质气化炉3、冷却装置8和生物质炭储存装置9依次连接。

所述装置系统包括空气输送装置7；所述空气输送装置7分别与净化装置4和冷却装置8相连；所述净化装置4与生物质直燃供热锅炉6之间通过第二管道15相连。所述冷却装置8与生物质直燃供热锅炉6之间通过第三管道16相连。

所述装系统包括焦油储存装置10；所述焦油储存装置10与净化装置4相连。

所述装置系统包括蒸汽管道16和烟囱13；所述蒸汽管道16与生物质直燃供热锅炉6相连；所述烟囱13与烟气处理装置相连。

所述烟气处理装置包括依次连接的脱硝装置11和除尘装置12。

作为本发明的一个具体实施方式，还提供一种快速调负荷的生物质气化联产炭汽的方法，所方法采用上述的快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统进行；所述方法包括：

2000kg生物质从生物质储存装置1经给料装置2进入生物质气化炉3，在生物质气化炉3内生成400kg生物炭和可燃气，所述生物炭通过冷却装置8收集，送入生物质炭储存装置9；所述可燃气经净化装置4分离出燃气和0.6kg副产物焦油；所述焦油进入焦油储存装置10；

所述净化装置4出口的燃气分为两部分，一部分通过第一管道14直接送入容量为20t/h的生物质直燃供热锅炉6燃烧，另一部分送入燃气储存装置5，2400m

所述生物质直燃供热锅炉6产生180℃/1.6MPa的蒸汽通过蒸汽管道16送给蒸汽用户；

空气经空气输送装置7分为两路，一路进入净化装置4被加热，通过第二管道15进入生物质直燃供热锅炉6；另一路进入冷却装置8被加热，通过第三管道16进入生物质直燃供热锅炉6。

本具体实施方式中快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统可以在额定工况下将生物质直燃锅炉的效率提升1.2％，在50％负荷工况下将生物质直燃锅炉的效率提升2.5％，可以实现生物质直燃锅炉最低运行负荷为15％。燃气装置5的储气量为2500m

综上所述，本发明提供的快速调负荷的生物质气化联产炭汽的装置系统可以产生高品质的生物质炭、燃气和焦油，实现生物质的高品质利用；而且燃气储存装置内的燃气供应和储存根据生物质直燃供热锅炉的蒸汽负荷变动及时进行调整，实现了生物质直燃供热锅炉蒸汽供应的快速调节和稳定供给，适合大规模推广应用。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。