[发明专利]一种将生物质能量形式进行转换的设备及其运行工艺

说明书

技术领域

一种将生物质能量形式进行转换的设备及其运行工艺。本发明具体涉及到一种适用于生物质能源材料的能量形式转换设备及其运行工艺。属于生物质热化工设备的技术领域。

技术背景

生物质材料是CO₂和H₂O依靠太阳能的光合作用生成的一种可以再生的资源，是C元素在地球表面循环的一条最主要的途径，是人类在发现煤炭及油、气等资源之前唯一的主要能源来源，属于可再生能源范畴中的一种。比如，在我国每年产生的6亿多吨各类农作物秸秆中，除了用于畜牧业饲料、还田肥料和少量工业原料以外，大量的是用作了燃料。尤其在煤炭及油、气资源短缺的地区，生物质材料至今仍然是人们在生活、生产中对能源需求的主要来源。

随着工业的发展，全世界对能源的需求数量也日益增加。但是，目前满足这种需求量增加的主要途径是通过增加煤炭及油、气资源的消耗量来满足的。这不仅涉及到这些有限的化石资源的可持续发展问题，更严重的是燃用这些资源会使得目前已经危及到人类生存的环境条件更加恶化。因此积极的开发生物质可再生能源是新能源工业中的一个非常重要的组成部分。

但是生物质可再生能源资源特别是一年生植物秸秆及其它草本植物、树叶等不但具有能量密度低、挥发份高、发热量低的特点，而且还具有结构松散、原生态水份含量高、干燥后孔隙内又储存有大量空气的特点。因此，传统的直接利用方法，在燃烧时冒黑烟、能源利用率低；储存时体积大并且极易发生火灾。

现代的主要利用方法是将生物质原料气化后进行利用。具有突出代表意义的有下列成果：

●山东省科学院能源研究所的“秸秆气化集中供气技术”。

这是一种主要使用空气作为气化剂，通过秸秆气化炉使秸秆转变为发热量为5MJ/NM³以下的低热值煤气之后再进行利用的技术方式。我国已经在这方面取得了很大的成就，特别适合于在农村集中推广使用。

根据《生态农业中废弃物的处理与再生利用》(卞有生著  化学工业出版社出版  2000年5月版)中披露的资料，该项目上所用的一台XF-2000型气化机组需要投资5万元，每年转化处理的植物秸秆数量为500吨。折合每气化一万吨植物秸秆的单位投资额度为100万元。

●广州能源研究所的“生物质气化发电技术”。

这是一种主要使用富氧空气作气化剂，通过秸秆气化炉使秸秆转变为发热量为15MJ/NM³以下的中热值煤气之后再用来发电的技术方式。作为“九五”科技攻关项目，中国科学院已经在2001年7月4日对广州能源研究所承担的“IMW生物质气化发电系统”进行了鉴定。鉴定的主要结论为：

·“鉴定委员会对此进行了高度的评价，认为该项成果设计合理，成套性好，运行可靠，填补了国内MW级生物质气化发电装置的空白，属国内首创。”

·“达到了同类技术的国际先进水平，开发的系列产品在国际生物质气化发电技术商业化中处于领先地位。”

按照广州能源研究所在《生态农业中废弃物的处理与再生利用》中披露的资料，和1MW生物质气化发电配套的气化炉投资为50万元，每年转化处理的稻壳数量为1.3万吨。折合每气化一万吨植物秸秆的单位投资额度为38万元。

●德国鲁奇公司的“100MW生物质燃气联合循环(IGCC)示范工程”；

这是一项建立在秸秆气化、木焦油裂解、中低热值燃气专用的燃气发电机等几项比较成熟的技术上并将其综合起来的一种比较理想的大规模运行方式。

但是，在上述国内外的已有成果中有一个共同的特点，即都是要在先将生物质材料在控制燃烧的情况下，通过使用如空气、空气和水蒸汽、富氧空气等作为气化介质，根据两步法气化原理，经过先热解再气化或燃烧的工艺技术路线来生产燃气或高温烟气，然后再作为生产和生活用的热源。所使用的气化设备有固定床、移动床、流化床、气流床等。由于必须要使用气化剂，生产的燃气发热量较低，不能最大限度的趋近于生物质理论上可能达到的发热量指标〔约≮35MJ/NM³〕。因此，现有的生物质气化设备不能为近代工业提供更为广泛的服务。

从技术经济角度分析，上述的成果还存在投资大、效益差的问题，规模较小，推广的难度较大。

因此，国内外目前更加集中的将注意力放在如何使生物质材料转化为高发热量的燃气和裂解油的研究，研究从高发热量的燃气中提取氢气及氢燃料电池作为汽车动力和发电的技术。