專利名稱：分布式可再生能源系統(tǒng)的生物質(zhì)和高熱值垃圾氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分布式可再生能源的氣化方法，尤其涉及一種分布式可再生能源
系統(tǒng)的生物質(zhì)和高熱值垃圾的氣化方法，屬于可再生清潔能源技術(shù)領(lǐng)域和廢料生產(chǎn)燃料的 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分布式可再生能源的氣化方法用于供能系統(tǒng)很有發(fā)展前景，它以靈活的可調(diào)節(jié) 性、能量利用率高和污染小的優(yōu)勢正逐漸被人們接受。常規(guī)分布式供能系統(tǒng)是以不可再生 的天然氣為原料，且我國產(chǎn)量不高。因此采用以可再生能源為主的燃料具有一定的經(jīng)濟(jì)效 益和環(huán)境效益。生物質(zhì)是一種可再生能源，我國農(nóng)村秸稈類生物質(zhì)年產(chǎn)量超過6億噸，但長 期以來農(nóng)作物秸稈大部分被田間焚燒，此方式不僅生物質(zhì)利用效率低、而且污染空氣環(huán)境、 易引發(fā)火災(zāi)和交通事故等問題。按我國國家環(huán)境保護(hù)總局頒布的《秸稈禁燒和綜合利用管 理辦法》(環(huán)發(fā)[1999]98號)，農(nóng)作物秸稈在禁燒區(qū)內(nèi)是禁止焚燒的。 分布式可再生能源系統(tǒng)前期燃料供應(yīng)的關(guān)鍵，就是尋求一種產(chǎn)生高熱值燃?xì)獾募?術(shù)。生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化中最具實(shí)用性的技術(shù)之一。生物質(zhì)氣化是指將固體生 物質(zhì)在不完全燃燒條件下，利用空氣中的氧氣或含氧物質(zhì)作氣化劑，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為含C0， H2， C4等可燃?xì)怏w的過程。但通過氣化的方式所得到的生物質(zhì)氣熱值較低(4-6MJ/m"，遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不能滿足分布式供能系統(tǒng)中的微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料熱值，且氣化過程產(chǎn)生的焦油較多， 造成燃?xì)鈨艋щy，影響燃?xì)廨啓C(jī)的正常工作。 本發(fā)明采用的高熱值垃圾包括廢塑料以及生活垃圾經(jīng)一次粉碎、垃圾分選剔除 不燃物及廚余垃圾后得到的可燃物紙類、塑料橡膠、木竹及紡織品(所占比例分別為5%、 10%、2%和7% )。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，此高熱值垃圾氣化的燃?xì)鉄嶂蹈哌_(dá)到12-35MJ/m3。我國的 白色垃圾(廢塑料)所占的比重越來越大，據(jù)統(tǒng)計2005年國內(nèi)廢棄塑料產(chǎn)生量約為960.8 萬噸，排放率約36%，占我國垃圾排放總量的15%左右(國家重點(diǎn)攻關(guān)廢塑料橡膠利用技 術(shù).再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2008 (05))。而且我國歷年垃圾堆積量約60億噸，城市生活垃圾 產(chǎn)生量以年平均增長約9%的速率迅速增大，儲量巨大的生活垃圾已對城市及城市周圍的 生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。據(jù)有關(guān)規(guī)定表明，產(chǎn)氣發(fā)熱量大于15. 07MJ/m3的燃料為高熱值 燃料。故若將這些高熱值垃圾混入生物質(zhì)中，既能使廢塑料和生活垃圾得到處理又能使燃 氣熱值提高，符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。因此本"分布式可再生能源系 統(tǒng)"采用的燃料為秸稈和高熱值垃圾的混合物。 經(jīng)相關(guān)計算得出，應(yīng)用生物質(zhì)和高熱值垃圾聯(lián)合氣化的方法，使得分布式可再生 能源系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)能源綜合利用率提高30-50%，且單位電價比電網(wǎng)電價低 0. 19元/KWh，供熱成本比集中供暖低7. 41元/m、在經(jīng)濟(jì)上具有一定的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用生物質(zhì)和高熱值垃圾為原料產(chǎn)生氣化氣，以滿足分布式能源系統(tǒng)中燃
3氣輪機(jī)的需要，該發(fā)明彌補(bǔ)了傳統(tǒng)分布式供能系統(tǒng)原料不可再生且數(shù)量不足的缺陷。 生物質(zhì)是一種可再生能源，但生物質(zhì)氣化產(chǎn)氣熱值相對較低(4-6MJ/m3)，不能滿
足分布式供能系統(tǒng)中的微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料熱值，且氣化過程產(chǎn)生的焦油較多，造成燃?xì)?br> 凈化困難，影響燃?xì)廨啓C(jī)的正常工作，本發(fā)明采用的分布式可再生能源系統(tǒng)的生物質(zhì)和高
熱值垃圾氣化方法，是一種能夠滿足分布式可再生能源系統(tǒng)中微型燃?xì)廨啓C(jī)燃料熱值的生
物質(zhì)和高熱值垃圾聯(lián)合氣化方法，并能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后續(xù)冷熱電三聯(lián)供，該方法采用新型多孔
床料循環(huán)流化床氣化爐制取高熱值燃?xì)狻Ｆ渲迫〔襟E包括 (1)將生物質(zhì)和高熱值垃圾以1 : 2的質(zhì)量比投入到運(yùn)行溫度為600-90(TC的爐 體中，其流化速度大于3-5倍的顆粒終端速度、當(dāng)量比在0. 2-0. 25之間，生物質(zhì)和高熱值垃 圾首先發(fā)生快速分解生成氣、焦炭和焦油； (2)焦油在高溫環(huán)境下繼續(xù)裂解，而焦炭與C02、 H20進(jìn)行進(jìn)一步的還原，在出口處 未完全反應(yīng)的碳粒與氣體被分離，氣體作為產(chǎn)品通過集氣裝置送走；焦炭由空氣泵送回流 化床3底部與空氣進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的熱量經(jīng)蒸氣發(fā)生器供給整個氣化爐，以確保熱解及還 原吸熱過程，基本滿足還原及焦油裂解要求； (3)氣相在爐內(nèi)的停留時間在2-4s之間，固相在爐內(nèi)的停留時間能達(dá)4-6s之間。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)是 1.選用了生物質(zhì)和高熱值垃圾作為氣化原料，產(chǎn)生的燃?xì)鉄嶂蹈撸h(huán)境污染小，而 且實(shí)現(xiàn)了廢物綜合利用； 2.采用多孔床料代替普通床料，該床料對^的生成有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，相同條件 下H2體積分?jǐn)?shù)最多可增加31. 76%，大大提高了燃?xì)獾姆€(wěn)定性。 3.選用了生物質(zhì)和高熱值垃圾作為氣化原料，能夠滿足分布式可再生能源系統(tǒng)中 微型燃?xì)廨啓C(jī)燃料熱值的需求，為分布式可再生能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后續(xù)冷熱電三聯(lián)供提供了保 證。 由此可見，本發(fā)明利用生物質(zhì)(秸稈)和高熱值垃圾(以廢塑料為主)制取可燃 氣體的方法，突破了傳統(tǒng)的單獨(dú)生物質(zhì)氣化的慣用方法，通過流化床中的化學(xué)反應(yīng)過程，實(shí) 現(xiàn)了燃?xì)鉄嶂蹈?、環(huán)境污染小、氣化反應(yīng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 這種方法可以明顯提高可再生能源的利用效率，且原料來源豐富，成本低廉，同時 解決了城鎮(zhèn)白色污染和生活垃圾的部分處理處置等問題。


圖1為本發(fā)明使用的新型多孔床料循環(huán)流化床氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明用于分布式可再生能源系統(tǒng)的冷熱電三聯(lián)供示意圖。
具體實(shí)施例方式
分布式可再生能源系統(tǒng)的生物質(zhì)和高熱值垃圾氣化方法，該方法采用多孔床料循 環(huán)流化床氣化爐制取高熱值燃?xì)?，其制取步驟包括 (1)將生物質(zhì)和高熱值垃圾以1 : 2的質(zhì)量比投入到運(yùn)行溫度為600-90(TC的爐 體中，其流化速度大于3-5倍的顆粒終端速度、當(dāng)量比在0. 2-0. 25之間，生物質(zhì)和高熱值垃 圾首先發(fā)生快速分解生成氣、焦炭和焦油；
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(2)焦油在高溫環(huán)境下繼續(xù)裂解，而焦炭與C02、 H20進(jìn)行進(jìn)一步的還原，在出口處 未完全反應(yīng)的碳粒與氣體被分離，氣體作為產(chǎn)品通過集氣裝置5送走；焦炭由空氣泵10送 回流化床3底部與空氣進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的熱量經(jīng)蒸氣發(fā)生器11供給整個氣化爐，以確保熱 解及還原吸熱過程，基本滿足還原及焦油裂解要求； (3)氣相在爐內(nèi)的停留時間在2-4s之間，固相在爐內(nèi)的停留時間能達(dá)4-6s之間。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明提供的生物質(zhì)和高熱值垃圾聯(lián)合氣化方法的實(shí)現(xiàn) 手段。 參看圖l，本發(fā)明以多孔床料循環(huán)流化床氣化爐為研究手段，在該方法中所使用的 多孔床料循環(huán)流化床氣化爐固定在支架12上，其爐壁設(shè)有保溫層2，流化床3底部設(shè)有多孔 床料層1，并通過流化床3底部的外接管路分別與空氣泵10和蒸氣發(fā)生器11連接；在流化 床3頂部設(shè)有進(jìn)料口 4，并通過管路與集氣裝置5連通；溫控裝置6通過熱電偶7與靠近流 化床3的爐體內(nèi)壁控制連接。在所述空氣泵10和蒸氣發(fā)生器11與流化床3之間的管路上 分別設(shè)有流量計8。在所述蒸氣發(fā)生器11與流化床3之間的管路上還設(shè)有限壓閥9。
參看圖2，使用多孔床料循環(huán)流化床氣化爐對生物質(zhì)顆粒和高熱值垃圾進(jìn)行氣化， 制取的高熱值燃?xì)鉃榉植际娇稍偕茉聪到y(tǒng)提供了實(shí)現(xiàn)后續(xù)冷熱電三聯(lián)供。生物質(zhì)顆粒 (秸稈顆粒)和高熱值垃圾(以廢塑料為主)同時進(jìn)入多孔床料流化床，產(chǎn)生的高熱值氣體 經(jīng)凈化器和儲氣罐處理后進(jìn)入微型燃?xì)廨啓C(jī)，其內(nèi)部燃燒室產(chǎn)生的氣體在壓力的作用下膨 脹作功，驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，多余電量輸入電網(wǎng)。燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)入換熱器，與 給水換熱后一部分供給用戶采暖和生活使用，另一部分進(jìn)入溴化鋰制冷機(jī)制出冷媒水，冷 媒水再進(jìn)入中央空調(diào)的風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)進(jìn)行換熱降溫。換熱器排出的低溫?zé)煔饨?jīng)防污染處理后 排入大氣，實(shí)現(xiàn)冷熱電三聯(lián)供。 以下實(shí)施例均是在不同實(shí)驗(yàn)工況下對生物質(zhì)和高熱值垃圾聯(lián)合氣化產(chǎn)氣趨勢的
研究，作為本發(fā)明的理論基礎(chǔ)。
實(shí)施例1 首先投入沸石作床料到流化床3內(nèi)形成多孔床料層1，再按1 : 2質(zhì)量比取2-5mm 的生物質(zhì)顆粒(秸稈顆粒)和壓縮成型后直徑小于8mm的高熱值垃圾，由進(jìn)料口 4投入到運(yùn) 行溫度為600-900°C的爐體中，進(jìn)料量控制在3. 78kg/h，其流化速度大于3_5倍的顆粒終端 速度、當(dāng)量比在0. 2-0. 25之間，在氧氣濃度為40%以上的富氧氣氛中，秸稈顆粒和廢塑料 首先發(fā)生快速分解生成氣、焦炭和焦油；焦油在高溫環(huán)境下繼續(xù)裂解，而焦炭與C02、 1120進(jìn) 行進(jìn)一步的還原，在出口處未完全反應(yīng)的碳粒與氣體被分離，氣體當(dāng)成產(chǎn)品被送進(jìn)集氣裝 置5，焦炭由空氣泵10送回流化床3底部與空氣進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的熱量經(jīng)蒸氣發(fā)生器11供 給整個氣化爐，以確保熱解及還原吸熱過程，以及基本滿足還原及焦油裂解要求；氣相在爐 內(nèi)的停留時間在2-4s之間，固相在爐內(nèi)的停留時間能達(dá)4-6s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)顆粒 和高熱值垃圾聯(lián)合氣化后產(chǎn)生的氣體有H2、C0，同時還有CH4， 、C2H4、C2H6和C02等，所有氣體 的總熱值達(dá)到30MJ/m3。此燃?xì)鉄嶂悼蓾M足微型燃?xì)廨啓C(jī)所需燃料的熱值(26. 1_93. 85MJ/ Nm3) ， C30低壓燃?xì)庑腿細(xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組日可利用余熱量為7174MJ，可以產(chǎn)生672KWh的電 會g，且滿足1800m2的小區(qū)22家住戶洗浴621MJ和制冷機(jī)886MJ的熱量需求。流量計8和 限壓閥9分別控制試驗(yàn)系統(tǒng)的空氣流量和壓力，由集氣裝置5收集聯(lián)合氣化后的燃?xì)狻?
實(shí)施例2
將燃料進(jìn)料量為3. 78kg/h的生物質(zhì)顆粒(2-5mm)和壓縮成型的高熱值垃圾(直 徑8mm)以l : 2的質(zhì)量比投入沸石作床料的流化床內(nèi)，在蒸汽氣氛(水蒸氣流量為1.38kg/ h)反應(yīng)溫度在600-90(TC條件下進(jìn)行氣化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者聯(lián)合氣化后產(chǎn)生的氣體有H2、 CO，同時還有CH4， 、 C2H4、 C2H6和C02等，所有氣體的總熱值達(dá)到28MJ/m3。此燃?xì)鉄嶂悼蓾M 足微型燃?xì)廨啓C(jī)所需燃料的熱值(26. 1-93. 85MJ/Nm3)， C30低壓燃?xì)庑腿細(xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組 日可利用余熱量為6695MJ，可以產(chǎn)生627KWh的電能，且滿足1600m2的小區(qū)19家住戶洗浴 580MJ和制冷機(jī)827MJ的熱量需求。其他內(nèi)容同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
分布式可再生能源系統(tǒng)的生物質(zhì)和高熱值垃圾氣化方法，該方法采用多孔床料循環(huán)流化床氣化爐制取高熱值燃?xì)?，其制取步驟包括(1)將生物質(zhì)和高熱值垃圾以1∶2的質(zhì)量比投入到運(yùn)行溫度為600-900℃的爐體中，其流化速度大于3-5倍的顆粒終端速度、當(dāng)量比在0.2-0.25之間，生物質(zhì)和高熱值垃圾首先發(fā)生快速分解生成氣、焦炭和焦油；(2)焦油在高溫環(huán)境下繼續(xù)裂解，而焦炭與CO2、H2O進(jìn)行進(jìn)一步的還原，在出口處未完全反應(yīng)的碳粒與氣體被分離，氣體作為產(chǎn)品通過集氣裝置(5)送走；焦炭由空氣泵(10)送回流化床(3)底部與空氣進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的熱量經(jīng)蒸氣發(fā)生器(11)供給整個氣化爐，以確保熱解及還原吸熱過程，基本滿足還原及焦油裂解要求；(3)氣相在爐內(nèi)的停留時間在2-4s之間，固相在爐內(nèi)的停留時間能達(dá)4-6s之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式可再生能源系統(tǒng)的生物質(zhì)和高熱值垃圾氣化方法，其 特征在于在該方法中所使用的多孔床料循環(huán)流化床氣化爐固定在支架(12)上，其爐壁設(shè) 有保溫層(2)，流化床(3)底部設(shè)有多孔床料層(l)，并通過流化床(3)底部的外接管路分 別與空氣泵(10)和蒸氣發(fā)生器(11)連接；在流化床(3)頂部設(shè)有進(jìn)料口 (4)，并通過管路 與集氣裝置(5)連通；溫控裝置(6)通過熱電偶(7)與靠近流化床(3)的爐體內(nèi)壁控制連 接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式可再生能源系統(tǒng)的生物質(zhì)和高熱值垃圾氣化方法，其 特征在于在所述空氣泵(10)和蒸氣發(fā)生器(11)與流化床(3)之間的管路上分別設(shè)有流 量計(8)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的分布式可再生能源系統(tǒng)的生物質(zhì)和高熱值垃圾氣化方法，其 特征在于在所述蒸氣發(fā)生器(11)與流化床(3)之間的管路上還設(shè)有限壓閥(9)。
全文摘要
分布式可再生能源系統(tǒng)的生物質(zhì)和高熱值垃圾氣化方法，為了解決生物質(zhì)氣化氣熱值較低，不能滿足分布式供能系統(tǒng)中的微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃料熱值，且氣化過程產(chǎn)生的焦油較多，造成燃?xì)鈨艋щy，影響燃?xì)廨啓C(jī)的正常工作等技術(shù)問題而設(shè)計的，該方法采用多孔床料循環(huán)流化床氣化爐，以生物質(zhì)(秸稈)和高熱值垃圾作為原料來制取高熱值燃?xì)狻Ｍ黄屏藗鹘y(tǒng)的單獨(dú)生物質(zhì)氣化的慣用方法，通過流化床中的化學(xué)反應(yīng)過程，實(shí)現(xiàn)了分布式可再生能源系統(tǒng)的燃?xì)鉄嶂蹈?、環(huán)境污染小、氣化反應(yīng)穩(wěn)定等目標(biāo)。該方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)分布式供能系統(tǒng)原料不可再生且數(shù)量不足的缺陷，滿足了分布式供能系統(tǒng)中燃?xì)廨啓C(jī)的需要，同時可以明顯提高可再生能源的利用效率，且原料來源豐富，成本低廉，同時解決了城鎮(zhèn)白色污染和生活垃圾的部分處理處置問題。
文檔編號C10J3/64GK101768473SQ20101010102
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者孫洋, 李延吉, 李潤東, 楊天華, 邢萬麗 申請人:沈陽航空工業(yè)學(xué)院