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生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统及方法

2021-02-02 07:17:38

生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统及方法

  技术领域

  本发明涉及火力发电技术领域,具体涉及一种生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统及发电方法。

  背景技术

  现阶段技术现状为生物质气化-燃料电池发电系统,生物质气化-燃煤锅炉耦合发电系统,两种技术都有一定的技术缺陷,生物质气成分复杂,生物质气化-燃料电池发电系统仅利用生物质气提纯的氢气发电,造成了生物质气中其它气体成分的浪费,生物质气化-燃煤锅炉耦合发电系统将生物质气直接通入锅炉燃烧进行发电,能量转换效率低,目前氢气价格约为70-80元/kg,直接通入锅炉燃烧经济性差。

  发明内容

  本发明的目的是提供一种生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统及利用该系统进行发电的方法,该结构利用气体净化提纯车间将生物质气分成氢气及其他气体,氢气通入燃料电池分布式电站进行发电,反应剩余氢气及气体净化提纯车间分离出的其他气体在炉前气体混合罐中再次混合,该混合气替代一部分煤通入燃煤锅炉中燃烧进行发电,充分利用生物质气。

  上述的目的通过以下的技术方案实现:

  一种生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,其组成包括:干燥机,所述的干燥机右端通过管路与引风机连接,所述的引风机通过管路与燃煤锅炉尾部烟道的热烟气引出口连接,所述的干燥机下方与斗式提升机连接,所述的斗式提升机上部与炉前料仓连接,所述的炉前料仓通过给料机构与气化炉连接,所述的气化炉上部与旋风分离器连接,所述的旋风分离器通过管路与气体净化提纯车间连接,所述的气体净化提纯车间分别通过管路与气体混合罐、燃料电池分布式电站的一端连接,所述的燃料电池分布式电站的另一端与所述的气体混合罐,所述的气体混合罐通过管路与所述的燃煤锅炉内部的燃气燃烧器连接。

  所述的生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,所述的旋风分离器底部具有返料系统,所述的返料系统底部通过管路与鼓风机B连接,所述的返料系统与所述的气化炉下部连接,所述的气化炉底部通过管路连接鼓风机A,所述的燃料电池分布式电站通过管路与空气压缩机连接。

  所述的生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,所述的干燥机左端连接烟筒,所述的干燥机上方通过皮带输送机与原料仓连接。

  一种生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统及方法,该方法包括如下步骤:

  (1)首先是将生物质由原料仓送至干燥机内进行干燥,干燥后的生物质通过斗式提升机送至炉前料仓,所述的炉前料仓内的生物质通过给料机构中的手动插板门、星形密封器、高速给料机送至气化炉进行气化,并通过鼓风机A送入到气化炉中的空气作为生物质气化的气化剂;

  (2)所述的气化炉中气化后的生物质通过旋风分离器对生物质气进行分离,其中未气化完全的生物质残渣通过返料系统重新进入气化炉进行气化;

  (3)利用鼓风机B通风疏通返料系统,防止生物质残渣堵塞;

  (4)旋风分离器分离出的生物质气通入气体净化提纯车间进行氢气的提纯,提纯后的氢气通入燃料电池分布式电站进行高效率发电,空气通过空气压缩机进入燃料电池分布式电站与氢气发生电化学反应进行发电;

  (5)所述的气体净化提纯车间提纯后的剩余气体通过管道输送至炉前气体混合罐,所述的燃料电池分布式电站电化学反应剩余氢气通过管道输送至炉前气体混合罐,所述的气体混合罐混合后的气体利用燃气燃烧器在燃煤锅炉中燃烧;

  (6)所述的燃煤锅炉尾部烟道热烟气在引风机的作用下通过热烟气引出口输出进入干燥机内对生物质进行烘干,在干燥机内换热后的热烟气通过烟囱排放。

  有益效果:

  1.本发明是将生物质气化-燃料电池发电系统,生物质气化-燃煤锅炉耦合发电系统整合为生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,利用气化炉将生物质气化为成分复杂的生物质气,利用气体净化提纯车间将生物质气分成氢气及其他气体,氢气通入燃料电池分布式电站进行发电,发电效率高,反应剩余氢气及气体净化提纯车间分离出的其他气体在炉前气体混合罐中再次混合,该混合气替代一部分煤通入燃煤锅炉中燃烧进行发电,实现了废气再利用,节省了能源。

  本发明的耦合发电系统充分利用生物质气,避免气体可燃成分的损失,生物质水分较大,在一定程度上延长了气化时间,增加气化成本,该结构设置在生物质进入气化炉前对生物质进行烘干,省煤器出口侧烟气温度约为400℃左右,可引部分热烟气对生物质进行烘干处理,实现能源的梯级利用。

  本发明利用可再生能源生物质发电,其优势主要为:(1)燃料电池发电效率为50%左右,远高于火电机组,且燃料电池发电没有污染物产生;(2)燃料电池未反应的氢气与生物质气混合后替代一部分煤,通入锅炉内燃烧,在减少不可再生能源消耗的同时,降低了污染物的排放,净化了空气环境。

  附图说明

  附图1是本发明的结构示意图。

  其中:1、皮带输送机,2、干燥机,3、斗式提升机,4、鼓风机A,5、鼓风机B,6、气体净化提纯车间,7、空气压缩机,8、燃料电池分布式电站,9、燃煤锅炉,10、热烟气引出口,11、气体混合罐,12、旋风分离器,13、气化炉,14、炉前料仓,15、引风机,16、给料机构,17、烟筒,18、原料仓。

  具体实施方式

  实施例1:

  一种生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,其组成包括:干燥机2,所述的干燥机右端通过管路与引风机15连接,所述的引风机通过管路与燃煤锅炉9尾部烟道的热烟气引出口10连接,所述的干燥机下方与斗式提升机3连接,所述的斗式提升机上部与炉前料仓14连接,所述的炉前料仓通过给料机构与气化炉13连接,所述的气化炉上部与旋风分离器12连接,所述的旋风分离器通过管路与气体净化提纯车间6连接,所述的气体净化提纯车间分别通过管路与气体混合罐11、燃料电池分布式电站8的一端连接,所述的燃料电池分布式电站的另一端与所述的气体混合罐,所述的气体混合罐通过管路与所述的燃煤锅炉内部的燃气燃烧器连接。

  实施例2:

  根据实施例1所述的生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,所述的旋风分离器底部具有返料系统,所述的返料系统底部通过管路与鼓风机B5连接,所述的返料系统与所述的气化炉下部连接,所述的气化炉底部通过管路连接鼓风机A4,所述的燃料电池分布式电站通过管路与空气压缩机7连接。

  实施例3:

  根据实施例2所述的生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,所述的干燥机左端连接烟筒17,所述的干燥机上方通过皮带输送机1与原料仓18连接。

  实施例4:

  一种生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统的方法,该方法包括如下步骤:

  (1)首先是将生物质由原料仓送至干燥机内进行干燥,干燥后的生物质通过斗式提升机送至炉前料仓,所述的炉前料仓内的生物质通过给料机构中的手动插板门、星形密封器、高速给料机送至气化炉进行气化,并通过鼓风机A送入到气化炉中的空气作为生物质气化的气化剂;

  (2)所述的气化炉中气化后的生物质通过旋风分离器对生物质气进行分离,其中未气化完全的生物质残渣通过返料系统重新进入气化炉进行气化;

  (3)利用鼓风机B通风疏通返料系统,防止生物质残渣堵塞;

  (4)旋风分离器分离出的生物质气通入气体净化提纯车间进行氢气的提纯,提纯后的氢气通入燃料电池分布式电站进行高效率发电,空气通过空气压缩机进入燃料电池分布式电站与氢气发生电化学反应进行发电;

  (5)所述的气体净化提纯车间提纯后的剩余气体通过管道输送至炉前气体混合罐,所述的燃料电池分布式电站电化学反应剩余氢气通过管道输送至炉前气体混合罐,所述的气体混合罐混合后的气体利用燃气燃烧器在燃煤锅炉中燃烧;

  (6)所述的燃煤锅炉尾部烟道热烟气在引风机的作用下通过热烟气引出口输出进入干燥机内对生物质进行烘干,在干燥机内换热后的热烟气通过烟囱排放。

  目前现有技术未见生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,现阶段技术现状为生物质气化-燃料电池发电系统,生物质气化-燃煤锅炉耦合发电系统,两种技术都有一定的技术缺陷,本申请的生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,利用气化炉将生物质气化为成分复杂的生物质气,利用气体净化提纯车间将生物质气分成氢气及其他气体,氢气通入燃料电池分布式电站进行发电,发电效率高,反应剩余氢气及气体净化提纯车间分离出的其他气体在炉前气体混合罐中再次混合,该混合气替代一部分煤通入燃煤锅炉中燃烧进行发电,充分利用生物质气,避免生物质气中可燃成分的损失,最大程度的减少化石燃料的燃烧;

  对于火力发电行业来说,现阶段尽管开发出了超临界、超超临界机组,发电效率不断提高,耗煤量不断减少,但机组规模巨大、超高压远距离输电、投资上升,到用户的综合能源效率仍然只有35%左右,大规模的污染仍然没有得到根本解决,采用生物质气化、燃料电池及燃煤锅炉耦合发电系统,利用可再生能源生物质发电,燃料电池发电效率为50%左右,远高于火电机组,且燃料电池发电没有污染物产生;燃料电池未反应的氢气与生物质气混合后替代一部分煤,通入锅炉内燃烧,在减少不可再生能源消耗的同时,降低了污染物的排放。

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