基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统及方法与流程

本发明涉及生物质能源，具体而言，涉及一种基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统及方法。

背景技术：

1、生物质能可通过物理、化学、生物等形式转化为常规的固态生物质燃料、液态生物质燃料和气态生物质燃料。目前中国生物质发电主要以直燃发电和垃圾发电为主，这两种发电形式在所有生物质发电形式中的占比超过90％。生物质气化是将生物质转化为燃气的有效手段之一。生物质气化技术根据气化介质的不同可分为空气气化、氧气气化、水蒸汽气化。空气气化的气化剂容易获得，但产物气体含有大量氮气，热值低。氧气气化的气化剂需要空气分离获得氧气，能耗大，成本高。水蒸汽气化产物气体热值高，氢气产量高，需要额外能量获取水蒸汽。

2、现有技术中公开了可通过塔式太阳能集热系统获得约700℃的高温热能，传热工质将高温热能传递给生物质，生物质受高温热发生热解反应，通过多级热解生产燃气和焦炭，低温热加热生物质原料进行烘焙干燥，实现高温太阳能的梯级利用。但该技术存在以下缺点：(1)高温太阳能集热系统复杂、成本高。(2)未进行燃气余热的梯级利用。(3)生物质热解的燃气中氢气含量较低、热值较低。因此，目前急需研发高效率、低能耗、低成本的生物质气化方法以改善上述问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统及方法，以解决现有技术在利用生物质产燃气时存在的效率较低、能耗较高及成本较高等问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统，燃气-电联产系统包括顺次相连通的供水单元、太阳能集热单元、气化-燃烧单元及发电单元；其中，太阳能集热单元包括聚光型太阳能集热器，其具有第一进水口及第一水蒸汽出气口，且第一进水口与供水单元相连通；气化-燃烧单元包括流化床气化炉、流化床燃烧炉；流化床气化炉具有水蒸汽进气口、生物质原料进料口及第一燃气出气口，水蒸汽进气口与第一水蒸汽出气口相连通；流化床燃烧炉与流化床气化炉通过床料循环通道相连通，且流化床燃烧炉具有空气进气口及第一烟气出气口；发电单元用于发电，其与第一烟气出气口相连通。

3、进一步地，发电单元具有余热锅炉；余热锅炉具有第二进水口及烟气进气口，第二进水口与供水单元相连通，烟气进气口与第一烟气出气口相连通；余热锅炉还具有第二水蒸汽出气口，其与水蒸汽进气口相连通。

4、进一步地，第二水蒸汽出气口与水蒸汽进气口相连通的连通通道上还设置有透平机，透平机用于输出机械功以发电。

5、进一步地，气化-燃烧单元还包括冷凝器，其与第一燃气出气口相连通；优选地，冷凝器具有冷凝水出口及第二燃气出口；优选地，冷凝水出口与供水单元相连通。

6、进一步地，第一进水口与供水单元相连通的连通通道上设置有水泵；优选地，第二进水口与供水单元相连通的连通通道上设置有水泵。

7、进一步地，聚光型太阳能集热器为槽式太阳能集热器或菲涅尔式太阳能集热器。

8、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于太阳能-生物质的燃气-电联产方法，采用前述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统进行燃气-电联产；燃气-电联产方法包括以下步骤：使供水单元中的水通过第一进水口进入至聚光型太阳能集热器进行气化，生成第一水蒸汽；使第一水蒸汽通过水蒸汽进气口进入至流化床气化炉，并与通过生物质原料进料口进入至流化床气化炉的生物质原料进行化学反应，生成第一燃气、残炭及600～800℃的低温固体床料；使低温固体物料通过床料循环通道进入至流化床燃烧炉与空气进行燃烧，生成800～1000℃的高温固体床料、灰和第一烟气；使第一烟气进入至发电单元以发电。

9、进一步地，在燃烧及发电步骤之间，燃气-电联产方法还包括：使第一烟气通过烟气进气口进入至余热锅炉进行朗肯循环，生成第二水蒸汽及第二烟气；第二水蒸汽进入透平机做功，并输出机械功以发电。

10、进一步地，流化床气化炉中的温度为600～900℃；优选地，流化床燃烧炉中的温度为800～1000℃；优选地，第一水蒸气的温度为200～300℃；优选地，第二水蒸汽的温度为400～600℃。

11、进一步地，生物质原料选自秸秆、木屑、稻壳、生活废弃物或农产品加工废弃物中的一种或多种。

12、应用本发明的技术方案，在低能耗、低成本、高效率生产高热值燃气的同时还可利用烟气以输出电能，有效实现燃气-电的多联产系统。

技术特征：

1.一种基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统，其特征在于，所述燃气-电联产系统包括顺次相连通的供水单元(10)、太阳能集热单元(20)、气化-燃烧单元(30)及发电单元(40)；其中，

2.根据权利要求1所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统，其特征在于，所述发电单元(40)具有余热锅炉(41)；

3.根据权利要求2所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统，其特征在于，所述气化-燃烧单元(30)还包括冷凝器(33)，其与所述第一燃气出气口相连通。

4.根据权利要求3所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统，其特征在于，所述冷凝器(33)具有冷凝水出口及第二燃气出口；

5.根据权利要求2所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统，其特征在于，所述第一进水口与所述供水单元(10)相连通的连通通道上设置有水泵；

6.根据权利要求1至3中任一项所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统，其特征在于，所述聚光型太阳能集热器(21)为槽式太阳能集热器或菲涅尔式太阳能集热器。

7.一种基于太阳能-生物质的燃气-电联产方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任一项所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产系统进行所述燃气-电联产；所述燃气-电联产方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产方法，其特征在于，在所述燃烧及所述发电步骤之间，所述燃气-电联产方法还包括：使所述第一烟气通过烟气进气口进入至余热锅炉(41)进行朗肯循环，生成第二水蒸汽；

9.根据权利要求8所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产方法，其特征在于，所述流化床气化炉(31)中的温度为600～900℃；

10.根据权利要求7或8所述的基于太阳能-生物质的燃气-电联产方法，其特征在于，所述生物质原料选自秸秆、木屑、稻壳、生活废弃物或农产品加工废弃物中的一种或多种。

技术总结本发明提供了一种基于太阳能‑生物质的燃气‑电联产系统及方法。该燃气‑电联产系统包括顺次相连通的供水单元、太阳能集热单元、气化‑燃烧单元及发电单元。其中，太阳能集热单元包括聚光型太阳能集热器，气化‑燃烧单元包括流化床气化炉、流化床燃烧炉，发电单元用于发电。基于上述装置，本发明在低能耗、低成本、高效率生产高热值燃气的同时还可利用烟气以输出电能，有效实现燃气‑电的多联产系统。技术研发人员：刘浩,汲水,王楠,陈炼受保护的技术使用者：国家电投集团科学技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/11