生物质气化发电系统的制作方法

本实用新型涉及一种生物质气化发电系统，属于新能源发电技术领域。

背景技术：

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的报告称，如果全球温室效应以现有速度发展，在2030年到2052年间，世界平均气温将比工业革命前高1.5度。由此，零碳排发电技术的快速发展将成为迫切的社会需求。

生物质是重要的可再生能源之一，具有资源丰富、可再生、分布地域广、大气污染物排放少等优点，国内外均在大力发展生物质能源发电技术。生物质发电技术主要有直接燃烧发电、混合燃烧发电、热解气化发电和沼气发电四类，其中，生物质热解气化联合循环发电系统的发电效率高，代表了生物质气化发电的先进水平。但是，生物质发电是否是真正二氧化碳零排放发电方式，行业内仍有争议，因为实际上生物质电厂仍然有排放烟气的烟囱。

近年来，以超临界二氧化碳为工质的动力循环技术发展很快，特别是，采用纯氧燃烧直接加热的半闭式超临界二氧化碳循环，兼具高效发电与廉价捕碳的优点，并且系统简单、结构紧凑、灵活性好。生物质燃气可作为半闭式超临界二氧化碳的燃料，而后者可非常方便地分离出水和多余的二氧化碳，水可作为生物质气化炉的气化剂，二氧化碳可直接收集用于其它用途或封存。因此，采用半闭式超临界二氧化碳循环的生物质气化发电系统可实现二氧化碳零排放，或者说是负排放，具有很高的社会效益。

如何对生物质气化系统和半闭式超临界二氧化碳循环系统进行集成是本领域技术人员致力于解决的难题。此类发电系统在行业上未见有相关报道。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：如何对生物质气化系统和半闭式超临界二氧化碳循环系统进行集成，组成负碳排、高效率的发电系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种生物质气化发电系统，其特征在于：包括半闭式超临界二氧化碳循环子系统和生物质气化子系统；

所述半闭式超临界二氧化碳循环子系统包括第一二氧化碳泵，第一二氧化碳泵出口连接中间冷却器进口，中间冷却器出口连接第二二氧化碳泵进口，第二二氧化碳泵出口连接回热器低温侧进口，回热器低温侧出口连接燃烧室工质侧进口，燃烧室出口连接透平进口，透平连接发电机，透平出口连接回热器高温侧进口，回热器高温侧出口连接冷却器进口，冷却器出口连接水分离器进口，水分离器出口连接冷凝器进口，冷凝器出口分两路，分别连接第一二氧化碳泵进口和二氧化碳收集装置进口；

所述生物质气化子系统包括加料装置，加料装置出口连接生物质气化炉进料口，生物质气化炉燃气出口连接燃气净化冷却装置燃气进口；氧气源出口分为两路，分别连接生物质气化炉给氧压缩机进口和燃烧室给氧压缩机进口；

燃气净化冷却装置设有燃气进口和燃气出口，燃气净化装置内部设有四个预热器，分别为第一预热器、第二预热器、第三预热器、第四预热器；

燃烧室给氧压缩机出口连接第一预热器进口，第一预热器出口连接半闭式超临界二氧化碳循环子系统的燃烧室的氧气进口；

燃气净化冷却装置燃气出口连接燃气压缩机进口，燃气压缩机出口连接第二预热器进口，第二预热器出口连接半闭式超临界二氧化碳循环子系统的燃烧室的燃气进口。

生物质气化炉给氧压缩机出口连接第三预热器进口，第三预热器出口连接生物质气化炉气化剂进口。

半闭式超临界二氧化碳循环子系统的水分离器的水出口连接水力透平进口，水力透平出口连接第四预热器进口，第四预热器出口连接生物质气化炉气化剂进口。

优选地，所述第四预热器出口与所述第三预热器出口汇合后连接生物质气化炉气化剂进口。

优选地，所述生物质气化炉为加压型流化床，压力为1MPa以上。

优选地，所述生物质气化炉的气化剂为纯氧和蒸汽的混合气。

上述的生物质气化发电系统使用时，步骤为：

生物质通过加料装置送入生物质气化炉，纯氧和蒸汽混合气化剂注入生物质气化炉，生物质经生物质气化炉生成的粗燃气进入燃气净化冷却装置，经净化、冷却后形成的清洁燃气供给半闭式超临界二氧化碳循环的燃烧室；

来自氧气源的一路氧气用作气化剂，经生物质气化炉给氧压缩机增压至生物质气化炉规定压力，再经燃气净化冷却装置的第三预热器预热；来自半闭式超临界二氧化碳循环的水分离器的水经水力透平降压至生物质气化炉规定压力，并回收压力能后经燃气净化冷却装置的第四预热器加热汽化，然后与燃气净化冷却装置的第三预热器出来的氧气汇合进入生物质气化炉；

燃气净化冷却装置出来的清洁燃气经燃气压缩机增压并经燃气净化冷却装置的第二预热器预热后进入燃烧室，氧气源出来的另一路氧气经燃烧室给氧压缩机增压并经燃气净化冷却装置的第一预热器预热后进入燃烧室；

第一二氧化碳泵将液体二氧化碳工质增压，同时二氧化碳工质温度升高，经中间冷却器降温后，再由第二二氧化碳泵增压，增压后的二氧化碳工质经回热器加热，再进入燃烧室被燃气燃烧加热；燃烧室排出的混合气进入透平膨胀做功，推动发电机产生电力；透平排气经回热器释放余热，再经冷却器冷却，通过水分离器除湿，最后经冷凝器冷却成液体；其中，多余的二氧化碳储存于二氧化碳收集装置，其余的二氧化碳回到第一二氧化碳泵。

优选地，所述第二二氧化碳泵出口压力为15MPa以上。

优选地，所述透平进口工质温度为800℃以上。

优选地，所述透平排气温度为750℃以下，透平排气压力为5～7MPa。

优选地，所述燃烧室和透平中的较高温度的部件通过抽取的较低温度的二氧化碳工质冷却。

优选地，所述二氧化碳收集装置收集的二氧化碳用于工业用途、增强型石油开采或者进行封存。

相比现有技术，本实用新型提供的生物质气化发电系统具有如下有益效果：

1、系统效率高，半闭式超临界二氧化碳循环工作于高温高压参数，发电效率高；

2、二氧化碳负排放，半闭式超临界二氧化碳循环采用纯氧燃烧，生物质燃气中的二氧化碳和燃烧产物中的二氧化碳可直接通过循环系统收集，不需要额外的捕碳装置；

3、系统简单、结构紧凑、运行灵活，可形成无烟囱的小型或大型的生物质气化发电厂。

附图说明

图1为本实施例提供的生物质气化发电系统示意图；

附图标记说明：

1-第一二氧化碳泵，2-中间冷却器，3-第二二氧化碳泵，4-回热器，5-燃烧室，6-透平，7-发电机，8-冷却器，9-水分离器，10-冷凝器，11-二氧化碳收集装置，12-加料装置，13-生物质气化炉，14-燃气净化冷却装置，15-氧气源，16-生物质气化炉给氧压缩机，17-燃烧室给氧压缩机，18-水力透平，19-燃气压缩机，141-第一预热器，142-第二预热器，143-第三预热器，144-第四预热器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。

图1为本实施例提供的生物质气化发电系统示意图，所述的生物质气化发电系统包括生物质气化子系统和半闭式超临界二氧化碳循环子系统。

生物质气化子系统包括加料装置12，加料装置12的出口连接生物质气化炉13进料口，生物质气化炉13燃气出口连接燃气净化冷却装置14燃气进口。氧气源15出口分为两路，一路连接生物质气化炉给氧压缩机16进口，另一路连接燃烧室给氧压缩机17进口。

燃气净化冷却装置14设有燃气进口和燃气出口，燃气净化冷却装置14内部中设有四个预热器，分别为第一预热器141、第二预热器142、第三预热器143、第四预热器144，四个预热器内走被加热的介质，为低温侧。

燃烧室给氧压缩机17出口连接第一预热器141进口，第一预热器141出口连接半闭式超临界二氧化碳循环子系统的燃烧室5的氧气进口。

燃气净化冷却装置14燃气出口连接燃气压缩机19进口，燃气压缩机19出口连接第二预热器142进口，第二预热器142出口连接半闭式超临界二氧化碳循环子系统的燃烧室5的燃气进口。

生物质气化炉给氧压缩机16出口连接第三预热器143进口，第三预热器143出口与第四预热器144出口汇合后连接生物质气化炉13气化剂进口。

半闭式超临界二氧化碳循环子系统的水分离器9的水出口连接水力透平18进口，水力透平18出口连接第四预热器144进口，第四预热器144出口与第三预热器143出口汇合后连接生物质气化炉13气化剂进口。

所述半闭式超临界二氧化碳循环子系统包括第一二氧化碳泵1，第一二氧化碳泵1出口连接中间冷却器2进口，中间冷却器2出口连接第二二氧化碳泵3进口，第二二氧化碳泵3出口连接回热器4低温侧进口，回热器4低温侧出口连接燃烧室5工质侧进口，燃烧室5出口连接透平6进口，透平6连接发电机7，透平6出口连接回热器4高温侧进口，回热器4高温侧出口连接冷却器8进口，冷却器8出口连接水分离器9进口，水分离器9出口连接冷凝器10进口，冷凝器10出口分两路，分别连接第一二氧化碳泵1进口和二氧化碳收集装置11进口。

本实施例提供的生物质气化发电系统的各个设备之间通过管道连接，根据系统控制需要，管道上还可布置阀门、仪表等设备。系统中还可包括辅助设施、电气系统、控制系统等。

本实施例提供的生物质气化发电系统使用时的具体步骤如下：

生物质通过加料装置12送入生物质气化炉13，纯氧和蒸汽混合气化剂注入生物质气化炉13，生物质气化炉13压力为2MPa，生物质经生物质气化炉13生成的粗燃气进入燃气净化冷却装置14，经净化、冷却后形成的清洁燃气供给半闭式超临界二氧化碳循环的燃烧室5；

来自氧气源15的一路氧气用作气化剂，经生物质气化炉给氧压缩机16增压至生物质气化炉13压力2MPa，再经燃气净化冷却装置14的第三预热器143预热。来自半闭式超临界二氧化碳循环的水分离器9的水经水力透平18降压至生物质气化炉13压力2MPa，并回收压力能后经燃气净化冷却装置14的第四预热器144加热汽化，然后与燃气净化冷却装置14的第三预热器143出来的氧气汇合进入生物质气化炉13。

燃气净化冷却装置14出来的清洁燃气经燃气压缩机19增压并经燃气净化冷却装置14的第二预热器142预热后进入燃烧室5，氧气源15出来的另一路氧气经燃烧室给氧压缩机17增压并经燃气净化冷却装置14的第一预热器141预热后进入燃烧室5。第一二氧化碳泵1将液体二氧化碳工质增压至15MPa，同时二氧化碳工质温度升高，经中间冷却器2降温后，再由第二二氧化碳泵3增压至35MPa，增压后的二氧化碳工质经回热器4加热，再进入燃烧室5被燃气燃烧加热至1100℃。燃烧室5排出的混合气进入透平6膨胀至6MPa，透平6推动发电机7产生电力，透平6排气经回热器4释放余热，再经冷却器8冷却，通过水分离器9除湿，最后经冷凝器10冷却成液体。其中，多余的二氧化碳储存于二氧化碳收集装置11，其余的二氧化碳回到第一二氧化碳泵1。二氧化碳收集装置11收集的二氧化碳可用于工业用途、增强型石油开采或者进行封存。多余的水排出系统后可回收处理。

本实用新型的生物质气化发电系统没有排放烟气的烟囱，生物质燃烧产物全部得到收集，二氧化碳不向大气排放，可实现负碳排。

应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。