专利名称：控制发电设备的方法和用于所述方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制发电设备的方法和用于所述方法的设备，所述设
备包括用于诸如废料、木屑、稻草等生物质材料的气化器，所述气 化器是井式上吸固定床型(shaft and updraft， fixed bed type ),其从顶 部装入用于气化的原料并从其底部引入气化剂；驱动用于发电的发电 机的燃气机，所述燃气机由气化器中产生的燃料气体驱动。
背景技术：
在这类发电设备中，已知在气化器和用于所产生的燃料气体的燃 气机或其它装置之间使用储气器以便能够独立控制产生和使用，并补 偿燃料气体产生中的波动并且因此保持恒定的电力输出。
从FR 2,844,804已知将在下吸式气化器中提供的气体用作用于发 电的燃气机的燃料。而且，所产生的气体还被用作燃烧器的燃料以用 于供热目的。变化的气体产生据称部分由燃气机的机械惯性引起。显 然，这种变化的气体产生还可以通过改变对燃烧器的气体供应而引起。 下吸式气化器的 一个主要缺陷是所产生的气体在约500 - 650°C的高 温下输送，该气体必须立即被冷却以降低爆炸的危险。冷却之后，在 气体能够用于燃气机之前还要执行另外几个步骤净化、洗涤和过滤。 此外，该文献规定输送至气化器的生物质燃料是具有明确限定的10-25%含水量的经脱水、干燥和球化的生物质。除大气空气被用于千燥、 热分解、还原和氧化之外，在该文献中未指出任何与气化剂规格 (specification)有关的内容。
从US 2004/0168468 Al和GB 2 331 128 A已知将气体从高压气化 器输送至用于发电的燃气轮机。高压气化器适于气化诸如煤炭或来自 石油工业的残渣等微粒状矿物燃料，并产生处于500 - 1000。C范围内的高温下的燃料气体。这种高压气化器的主要缺陷在于气化器的密 封装置必须是压力容器，并且必须在气化器的高压下向气化器提供燃 料和气化剂，因此要使用高压压缩机输送气化剂。
US 2004/0168468 Al描述了供给气化器的固态燃料进给流动的基 于所监视的发电机输出的自动上、下变化。此外，该文献描述了一种 复杂的空气分离系统，其中空气被分离成分别由1\2和02组成的两种 气流，以提供纯氧作为高温高压气化器中的气化剂，并且分离出的N2 被引入燃烧装置(即燃气轮机)中以便冷却燃气轮机。
GB2，331，128A使用了高压緩沖烟道气体储存器，或者作为替换， 高压气化器系统本身用作緩冲气体储存器。
发明内容
基于上述现有技术，本发明的目标是提供与上述相关类型的简化 方法和设备，通过上述方法和设备能够将数量受控的产品气体直接输 送至燃气机，而无需使用储气器以补偿上吸式气化器中的燃料气体的 变化产生，并因此根据不同的需求释放受控的电力，而这通过由插入 的合适的冷却和过滤装置直接将燃料气体从气化器供应到燃气机中以 及通过控制燃料气体的产生以保持恒定和/或受控的电力输出而实现。 燃料气体产生的控制可以通过控制供给到气化器的气化剂的数量执 行。
与高压气化器相比，工作在大气压力附近的上吸式气化器是一种 更为简单且成本更低的机械装置，并且使用低成本、低价值的生物质 材料(诸如废料、木屑、稻草等)来进行气化。
上吸式气化器适用于具有高水分含量的非均匀生物质燃料并在非 常低的温度下产生燃料气体，并且气化可通过控制注入气化器底部的 气化剂而得以控制。因此，恒定的电产生通过以受控的方式并动态地 改变气化剂的数量和参数而得以控制，从而随后产生的燃料气体被直 接供应并且立即由驱动发电机的燃气机100%地消耗。
优选地，通过将设定的期望电力输出与从燃气机和发电机中产生
5的实际电产生进行比较来执行这种控制，并且如果存在偏差，则通过 控制来自气化器的燃料气体略微增加或减小而减小这种偏差以保持期 望的设定输出功率。这种调节例如借助于用于改变流入燃气机的燃料 气体流动的简单的气体控制阀来实现，并且在这种调节之后进行随后 的向气化器添加气化剂的自动改变。
在本说明书的以下细节部分中，本发明将参考附图所示的根据本
发明的发电设备的示例性实施例进行更详细的解释，在附图中 图1示意性地示出了根据本发明的发电设备的实施例； 图2是示出了通过改变气体控制阀开口获得的稳定发电量的曲线
具体实施例方式
在图1中示出的发电设备包括井式上吸固定床型气化器1，其中 通过投料输送机2从顶部装入用于气化的原料。气化剂从气化器1的 底部引入，该气化剂包括从加湿器3和预热器4输送的经过加湿和预 热的空气。在气化器1中产生的气体被输送至驱动发电机6发电的燃 气机5。在气化器1和燃气机5之间设有气体净化装置以对燃气机5 提供净化气体，其中所述气体净化装置为气体冷却系统7和静电滤尘 器8的形式。此外，风扇9增加输送至燃气机5的燃料气体的压力， 所述风扇9被控制以输送恒定压力，并且随后设有改变燃料气体流动 的气体控制阀用于该目的。气体冷却系统7连接到热交换器10以便利 用在气体冷却系统7中从气体中除去的能量。热交换器IO可集成在气 体冷却系统7中，并且气体冷却系统7可以包括另外的气体冷却塔以 便降低燃料气体的温度并从燃料气体中提取另外的冷凝物。来自气体 冷却系统7的冷凝物被取出，并且在净化之后可能用作加湿器3的供 应水，这种净化可能包括焦油和其它易燃冷凝产物的分离。在燃料气 体输送至燃气机5之前，由静电滤尘器8除去可能存在于燃料气体中的其他的微粒/浮质。从燃气机5排出的废气可被用在预热器4中用于 预热用作气化剂的空气，并且在将废气输送至烟囱14之前可在独立的 热交换器11中提取出可能的更多热量。来自热交换器4的经预热的次 级空气被直接输送至气化器1的底部(如图1所示)，或者与在加湿器 3中加湿的初级空气一同输送至气化器1的底部，所述加湿器3可能 包括独立的风扇和水循环系统，其中可能通过热交换器10利用来自气 体冷却系统7的多余热量和/或利用从热交换器11输送的来自燃气机5 的废气的多余热量对水进行供热。
通过控制分别用于初级空气和次级空气的独立风扇12、 13将数量 受控的经加湿的初级空气和次级空气形式的气化剂输送至气化器的底 部，并且通过控制输送至加湿器3中循环水的热量来控制加湿作用， 从而能够向气化器1输送具有受控湿度的数量受控的气化剂。
如图2所示，典型的发电量随时间的变化曲线表明能够在相当长 的 一 段时间内保持恒定的电力。气体控制阀位置的周期性变化与投料 输送机2对生物质材料的周期性进料相关。
初级空气的典型参数是70。C下的水饱和空气，次级空气的典型参 数是400。C下的干燥空气，所述初级空气和次级空气混合用作120。C的 气化剂。
在运行期间，燃气机5和发电机6受到控制以输送期望的电力， 并且风扇9被控制为以恒定压力向燃气机5输送燃料气体。此外，通 过分别用于初级空气和次级空气的风扇12、 13，气化器l被控制为在 气化器顶部以恒定压力输送燃料气体，所述压力优选被保持为接近环 境大气压力，优选比环境大气压力低0-5mmWG、更优选地寸氐 O-lmmWG。换句话说，通过控制气体控制阀的位置控制所产生的电 力。该气体控制阀位置的变化引起保持供给该气体控制阀的恒定压力 的风扇9的控制的变化，这将导致分别用于初级和次级空气的风扇12、 13的速度的变化，从而在气化器顶部保持输送的燃料气体的恒定压 力。借助上吸式固定床气化器的这种控制模式，获得以下功能性参数
所产生的电力的控制范围最大电力的10%-100%;
7所产生的电力的增长率最大电力的约10%/分钟； 所产生的电力的下降率最大电力的约35。/。/分钟。 小于最大电力的10%理论上可得到控制，但这因相对较高的热量 损耗等原因而在实践中并不受关注。
分别用于初级和次级空气的这两个风扇12、 13单独进行控制，以 便通过提供具有对过程优化的温度和湿度的气化剂而优化气化器1中 的气化作用。所述参数显然取决于从投料输送机2输送的生物质材料， 即所述生物质材料的湿度及其组分。投料输送机2对生物质的进料例 如通过使气化器顶部处的整平叶轮(levelling impeller )将生物质分布 在其上表面上并根据整平叶轮受到的阻力控制投料输送机2被控制成 将气化器内的生物质保持在基本不变的水平上。在气化器1的底部， 灰尘被取出并且以常规方式得到处理。优选地，气化器l被控制成使 得燃料气体在气化器顶部处的温度低于100°C，通常约为75°C。
虽然在上文中已经结合优选实施例对本发明进行了描述，然而可 以在不脱离以下权利要求的情况下构想多种改进，其中这类差别包括 使用多个燃气机5和发电机6来产生电力，和可能将来自气化器的燃 料气体中的一部分用于锅炉中用于产生区域供热，所述锅炉可能使用 未经气体净化的直接来自气化器的燃料气体。此外，来自气体冷却系 统7的为焦油水的冷凝物可通过使焦油与水分离并对水进行净化而得 以净化，正如在本申请的申请人所拥有的欧洲专利No.l，395，519中描 述的那样。
分离出的焦油可被用作燃料或者用作用于气化的原料。可以在热 交换器11之后和在气体冷却系统7与静电滤尘器8之间插入更多的热 交换器，以便分别在烟囱14中和在静电滤尘器8处获得适当低的废气 温度。在这几个热交换器中提取的热量可被用于区域供热。静电滤尘 器8的入口处的燃料气体的典型温度为35°C，而在其出口处为40°C; 并且在输送至燃气机的过程中风扇9将该温度进一步升高至约60°C， 从而避免燃料气体发生冷凝的风险。如上所述，气化介质的温度通常 为120。C，然而该温度可以在70。C到400。C的区间内变化。如上所述，
8气化介质由初级空气和次级空气组成，然而该气化介质可以补充有高
达50%的再循环的烟道气体或者废气，该烟道气体或者废气包含有助 于气化过程的C02和H20。
权利要求
1.一种控制发电设备的方法，所述设备包括a)用于诸如废料、木屑、稻草等生物质材料的气化器(1)，所述气化器(1)为井式上吸固定床型，其从顶部装入用于气化的原料并从其底部引入气化剂；和b)驱动用于发电的发电机(6)的燃气机(5)，所述燃气机(5)由来自所述气化器的燃料气体驱动；所述方法包括以下步骤-在不使用储气器的情况下将所产生的燃料气体从气化器(1)直接供应到燃气机(5)；和-控制所述气化器(1)中的所述燃料气体的产生以便保持设定的期望恒定电力输出。
2. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述气化器(1 ) 顶部处的所述燃料气体温度保持成低于100。C的步骤。r
3. 如权利要求1或2所述的方法，所述方法还包5^在所述气化器 (1)的顶部处保持恒定的燃料气体压力的步骤。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于所述恒定压力接近环 境大气压力。
5. 如权利要求3或4所述的方法，其特征在于通过控制引入气 化器的气化剂的数量保持所述恒定压力。
6. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述气化 剂是供热空气，并且将所述供热空气中的水蒸汽的含量保持恒定。
7. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述气化 剂还包括再循环的烟道气体或者排出气体。
8. 如权利要求6或7所述的方法，其特征在于通过将所述供热 空气引入具有受控湿度和恒定温度的装置(3 )中保持所述恒定的水蒸 汽含量。
9. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括借助风扇(9)和介于所述气化器(1)与所述燃气机(5)之间 的用于改变燃料气体流动的气体控制阀来保持输送给所述燃气机(5) 的所述燃料气体的恒定压力的步骤。
10. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述气 化器(1)顶部处的所述燃料气体压力被保持成比环境大气压力低 0-5mmWG、优选低O-lmmWG。
11. 一种发电设备，其包括-用于气化诸如废料、木屑、稻草等生物质材料的气化器(1)， 所述气化器(1)为井式上吸固定床型，其中待气化的原料从顶部供应 并且气化剂从下部供应；和-燃气机(5)，其由在所述气化器(1)内产生的燃料气体驱动， 并且连接到用于发电的发电机(6);其特征在于所述燃气机(5)直接连接到所述气化器(1)的出口而不使用储 气器，并且所述气化器(1)由保证恒定电力输出的控制装置控制。
12. 如权利要求ll所述的发电设备，其特征在于所述控制装置 包括闭环控制装置，其用于通过控制引入所述气化器(1)的气化剂的 数量而在所述气化器(1)顶部处保持燃料气体压力恒定。
13. 如权利要求12所述的发电设备，其特征在于所述恒定的压 力接近环境大气压力，优选比环境大气压力低0-5mmWG、更优选低 O-lmmWG。
14. 如前述权利要求11-13中任一项所述的发电设备，其特征在 于所述发电设备还包括风扇(9)和介于所述气化器(1)与所述燃 气机(5)之间的气体控制阀，以便保持输送至所述燃气机(5)的所 述燃料气体的压力恒定。
全文摘要
本发明公开了一种控制发电设备的方法和用于所述方法的设备，所述设备包括用于诸如废料、木屑、稻草等生物质材料的气化器，所述气化器是井式上吸固定床型，其从顶部充满用于气化的原料并从其底部引入气化剂；和驱动用于发电的发电机的燃气机，所述燃气机由来自气化器的燃料气体驱动。通过将所产生的燃料气体直接从气化器供应到燃气机并控制气化器中的燃料气体的产生以保持恒定的电力输出，消除了在气化器和燃气机之间使用储气器的必要性。
文档编号C10J3/20GK101495604SQ200780028174
公开日2009年7月29日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年6月30日
发明者B·泰斯莱夫, C·格斯特 申请人:巴威福龙股份公司