将生物质原料的能量转移至至少一个能量用户的方法和设备的制造方法
【专利说明】将生物质原料的能量转移至至少一个能量用户的方法和设备发明领域
[0001]本发明涉及一种生产能量的方法，包括:在主容器单元中自生物质原料生产可燃气体，通过在氧气存在下使该可燃气体燃烧来将所生产的可燃气体引入至用户单元中，将来自用户单元的能量转移至至少一个能量用户。本发明还涉及一种用于生产能量的对应设备。
【背景技术】
[0002]在已知的燃气轮机发电厂中，可燃气体产生自固体燃料的气化，例如生物燃料，泥煤和褐煤的气化。这样产生的可燃气体传输至燃气轮机组上游的燃烧室中，且该燃气轮机组与发电机和压缩机组连接，以用于将压缩的助燃空气供应至燃烧室。
[0003]闭锁料斗通常用于目前的固体可燃气体发生器的进料。惰性气体，例如氮气，用于起火和自燃防护的目的。对该固体燃料通常进行利用翻滚床等进行机械粉碎，然后进行过滤，而生产的可燃气体是凉的。
[0004]从气体发生器运行中回收能量是已知的，其用于将由此提取的热转移至发电的单独的蒸汽轮机中。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是至少解决【背景技术】中发电方法和设备的问题，并提供能全面提高设备的整体效益的方法和设备。该目标通过上述的方法实现，其通过回收用户单元下游的排出气流中的热量，并利用该回收的热量在蒸汽发生器中产生加压过热的蒸汽，将生物质原料间歇地装载至至少一个容器中，该至少一个容器包含于主容器单元中，对装载的至少一个容器利用加压的过热蒸汽来加压，使加压的过热蒸汽通过装载的和加压的至少一个容器，由此使加压的过热蒸汽接触该生物质原料并对其热处理，以生产该可燃气体，将生产的可燃气体与仍然过热的蒸汽一起在基本维持原来压力情况下供应至用户单元，并且将固体生物质残基自该至少一个容器间歇地排出。
[0006]因此，有可能在发电厂中在一定程度上将由固体燃料生产可燃气体的过程整合，由此可获得不复杂的且更有效率的生产过程。这使得能改善操作、设备成本和效率，由此提高设备的总体效益。
[0007]本文中，术语“生物质原料”包括树木原料、泥煤、农业上的废物和其他类型的废物和褐煤。
[0008]本文中，“生物质残余物”是指在经主容器单元处理之后的固体残余物，其主要为碳，例如烤过的生物燃料、木炭及类似物。
[0009]在主容器单元中使用加压的过热蒸汽是有利的，且其设置为穿过被装载的和加压的至少一个容器，因为这样能有效接触原料并对其热处理。使加压的过热蒸汽穿过至少一个容器，这确保了能达到并维持预期的温度。
[0010]该加压的过热蒸汽也是优异的保护气体，能防止被引入的可燃气体被无意地点燃。加压的过热蒸汽是重要的载能体，它对于本发明的方法的全部能量效率是有利的，因为它能在本方法的不同步骤中优异且低成本低回收能量。
[0011]因此利用加压的过热蒸汽升高并保持主容器单元中的压力而无需任何附加设施。通常，主容器单元中达到的温度为250至500°C。在该温度范围内，约10%至60%的生物质原料将被气化，这取决于例如温度水平材料性质、压力等参数。生产的可燃气体主要为CO、CH4, CxHy,(气化焦油)等。
[0012]本文中“过热蒸汽”是指在整个过程中蒸汽总是高于露点以上，同样适用于蒸汽与可燃气体混合的情况。这意味着在可燃气体生产过程中连至入口到达燃烧室的所有路径中都没有出现冷凝。使蒸汽成为过热的过程是由通常的压力和温度决定的。由此，不含有堵塞部分因为这样可避免可能出现的液体水。
[0013]本发明中主容器内部以及在用户单元的设备整个上游有30至SObar的压力，甚至更高压力。
[0014]根据本发明，以上优势通过把自固体生物质原料生产可燃气体的过程在高压下进行并使加压的过热蒸汽通过负载的和加压的至少一个容器。由此还有可能自动地实现有利的高温，这对于本发明的方法和设备以非常高效和节能地运行是必要的。
[0015]根据本发明的方法预计的气体压力是容易达到的，例如通过简单地将回收的水泵至蒸汽发生器中达至需要的压力水平。无论如何，已发现对于处理效率重要的是在高压下且利用仍然过热的蒸汽将可燃气体供应至用户单元。
[0016]有利地是，构成主容器单元的至少一个容器的间歇运行在本发明方法的压力和温度下进行，这可能产生性质优异的可燃气体。关于装载和卸载的间歇运行简化了对于各种生物质原料的处理，该处理对于连续处理中的预处理和供应是复杂的，其中在产生的可燃气体的后处理过程中也需要与产生的可燃气体对应的压力和温度由此获得需要的过程参数。
[0017]本发明的方法特别适用于具有10-20_或更大的粒度的生物质原料，用于间歇批量处理。
[0018]在所有过程中，可升高处理温度以从给定的原料供应中获得更多的气体燃料。
[0019]对用户单元排出的气流中的热进行回收能利用排出气中的蒸汽的载热性质进行热交换。回收的热通常可直接用于在蒸汽发生器中产生加压的过热蒸汽。
[0020]主容器单元为可燃气体的生产装置，其包括例如闸阀单元的装置，该闸阀单元用于引入生物质材料，由此能进行加压。
[0021]应理解，闸阀单元应被理解为包括用于固体材料等进料装置的常规的阀门和水闸，它们可用于间歇地加入固体生物质材料，例如生物燃料、泥煤或褐煤。
[0022]通过在压力下产生过热蒸汽进行热回收，这使得能够产生增压过程同时使用产生的过热蒸汽作为处理贡献者。这是因为使固体燃料经受过热蒸汽的处理使其达到最终的固体燃料温度，这产生了碳化，如果该过程没有氧气则主要通过热分解。固体残余物适用于外部使用，或者甚至在本过程中在附加的气化处理后，或者在某些情况下，甚至为固体形式。
[0023]这意味着在进行的过程的主要时间里固体燃料优选达到需要的温度。该温度通常还优选为来自从固体燃料生产可燃气体的装置处理的固体燃料的出口温度。
[0024]除了碳化产生固体，当固体燃料为生物质例如，树木和农业和其他废物材料、泥煤和褐煤，且使这些固体燃料在上述温度水平经受过热蒸汽处理时，该过程也产生了一定量的可燃气体。
[0025]本发明特别适用于包含纤维的固体生物质材料，因为在燃料中的纤维成分通过处理过程将变成易碎的并且随后容易被粉碎。在该设备中的进一步处理和/或外部处理和使用将被简化。例如，这使得可使用更简单的随后的气体发生器设备。
[0026]通过加压和装载状态的主容器单元的连续的蒸汽流能对燃料有效快速地加热并进行相关的传热。该燃料的相当多的蒸汽流和热量也使得能够加热设备上的金属零件，由此防止粘性物质凝结。这可通过该设备的外部隔热来增强。
[0027]升高的温度也防止在该燃料上形成粘的沉积物，并防止其堵塞成不需要的结块。粘性焦油通常出现于温度低于约200°C的情况。因此在设备内部的优选的高于250°C的温度确保了不会出现此种堵塞。
[0028]因理解，设备设计和运行决定了是否引入该设备的所有燃料都用于该设备的运行，或者其零件将在外部使用。
[0029]优选该过热蒸汽的供应设置为能影响原料的至少部分碳化。
[0030]优选地，加压的过热的蒸汽被引入并保持为气流以流入主容器单元，由此生物质原料被处理为液化状态。
[0031]除了加压的效果，液化还加快了处理速度并减少了堵塞的可能。蒸汽以及气体甚至再循环的可燃气体/蒸汽混合物，根据情况可以用作液化气体，以以下一种或多种形式:主容器单元、辅助加工容器单元(见下文)。
[0032]向流化床中加入砂颗粒、白云石颗粒或类似物以增强流化作用和产生的流化床的运行，这也在本发明的范围内。
[0033]优选主容器单元包括多个容器，这些容器被控制为将来自主容器单元的可燃气体和蒸汽以均匀流体提供至用户单元。一种可能是设置为顺序操作或使至少这些容器一个在另一个之后工作。使用多个并联的容器可容易地将这些容器设置为更均匀地且至少连续地释放可燃气体。