本实用新型涉及生物质等有机固废的气化资源化技术领域，具体涉及一种生物质气化发电装置。
背景技术：
近年来，固废资源化国家重点研发计划以及无废城市建设等相关工作得以推动开展，固废资源化成为我国环境领域的重要发展方向。对于集中产生的固废可集中处置。比如对于城市生活垃圾，大中型的集中焚烧日益成为主流技术。然而，对于分散产生的固废，比如中国广大农村或偏远地区产生的农业垃圾或生活垃圾等，由于其转运成本高，很难实现高效、低成本的处置。尤其为了应对空气污染及温室效应，农业源的生物质废弃物已不允许就地焚烧。因此，如何高效地处置上述废弃物成为了固废资源化领域的重点和难点。
将农村的生物质废弃物进行气化后生成一氧化碳，氢气和低分子烃类等可燃气体的合成气是一种清洁燃料，可以作为燃料或者收集进行发电，特别是在偏远地区的农村，富余的生物质废弃物发电有利于快速实现农村电气化。但是现有的生物质气化发电采用的是集中处置模式，设置中小型发电厂，采用结构复杂的发电设备，将密度低、分散度高的生物质集中处置，存在运输成本昂贵，偏远地区推广应用较困难。
技术实现要素：
本实用新型解决的技术问题是：针对现有生物质气化发电设备结构复杂不适合广泛推广的问题，提供一种小型一体化的生物质气化发电装置，以实现高效、低成本的生物质就地处置。
本实用新型采用如下技术方案实现：
一种生物质气化发电装置，包括依次串联连接的气化炉、合成气除尘单元、引风机和燃气引擎发电机，
所述气化炉的进料口设置用于添加生物质原料的干燥料仓，所述干燥料仓与原料预干燥仓连接，所述气化炉的底部设置卸料仓，所述气化炉的排气口与合成气除尘单元的进风口连接；
所述合成气除尘单元的出风口连接引风机，所述引风机与燃气引擎发电机的燃气进口通过燃气管路连接，所述引风机和燃气引擎发电机之间通过切换阀门设有连接合成气紧急焚烧炉的旁路。
上述方案的一种生物质气化发电装置中，进一步：所述合成气除尘单元包括串联连接在气化炉排气口的旋风除尘器和陶瓷过滤器，燃气引擎发电机对合成气的纯净度要求较高，通过旋风除尘器去除气化反应过程中产生的飞灰，从而避免对后续设备造成的堵塞风险，陶瓷过滤器用于过滤合成气中残留的粉尘及焦油，避免对燃气引擎发电机造成损害。
上述方案的一种生物质气化发电装置中，进一步：所述原料预干燥仓串联设置在旋风除尘器和陶瓷过滤器之间，回收高温合成气的热量用于生物质原料预热。
上述方案的一种生物质气化发电装置中，进一步：所述原料预干燥仓采用间壁换热结构，其内部设有对仓内生物质原料进行预热干燥的加热夹层，所述加热夹层连接在旋风除尘器的出风口和陶瓷过滤器的进风口之间。
上述方案的一种生物质气化发电装置中，进一步：所述陶瓷过滤器设有对进入陶瓷过滤器的合成气进行喷粉的喷粉器，通过对陶瓷过滤器内部进行喷粉操作，避免合成气中的焦油颗粒附着在陶瓷滤芯上堵塞陶瓷滤筒。
上述方案的一种生物质气化发电装置中，进一步：所述气化炉采用下吸式气化炉。
在本实用新型的一种生物质气化发电装置中，所述引风机与燃气引擎发电机之间的燃气管路上设有合成气浓度传感器，所述合成气浓度传感器与切换阀门的控制模块反馈连接，用于在线监测合成气的浓度，保证燃气引擎发电机正常运转，对于浓度不达标的合成气，切换到合成气紧急焚烧炉进行焚烧排空。
本实用新型的生物质气化发电装置针对自然风干的生物质经成型后，水分含量仍然较高(通常可达到30wt％)，过高的水分含量会降低气化效率，本实用新型设置原料预干燥仓，通过回收合成气中的热量，对进料进行干燥，在不额外增加能耗的前提下，提高了生物质气化的效率。
本实用新型的生物质气化发电装置设置合成气紧急焚烧炉，使得系统的运行更加安全可靠。
本实用新型的生物质气化发电装置此装置采用陶瓷过滤器用于高温合成气的进一步除尘，陶瓷过滤器还搭配有石灰粉喷粉器，解决了合成气中焦油容易造成过滤装置堵塞的难题，同时，石灰粉还可以捕集合成气中的重金属元素，进一步提高系统的环保性。将吸附有焦油的石灰粉回用于生物质造粒，实现了焦油和石灰粉的回用。由气化炉产生的气化后残渣可挥发分含量低，孔隙发达，可用作吸附剂，作为副产物出售，实现了生物质资源化。
综上所述，本实用新型的生物质气化发电装置可以高效、低成本地实现生物质就地处置，并且可以以电能的形式实现资源回收，并且结构紧凑，方便搬运，能很好地适应生物质有机固废分散度高的特点，可以实现生物质气化发电在偏远地区的分散式处置，有利于生物质发电技术在广大农村地区的推广应用。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为实施例中的生物质气化发电装置的结构示意图。
图2为实施例中的生物质气化发电装置的工艺流程示意图。
图中标号：1-干燥料仓、2-气化炉、3-卸料仓、4-原料进料口、5-原料预干燥仓，51-加热夹层、6-旋风除尘器、7-飞灰仓、8-喷粉器、9-陶瓷过滤器、10-引风机、11-合成气紧急焚烧炉、12-燃气引擎发电机、13-烟气排放口，14-切换阀门。
具体实施方式
实施例
参见图1，图示中的生物质气化发电装置为本实用新型的一种具体实施方案，具体包括干燥料仓1、气化炉2、卸料仓3、原料进料口4、原料预干燥仓5、旋风除尘器6、飞灰仓7、喷粉器8、陶瓷过滤器9、引风机10、合成气紧急焚烧炉11、燃气引擎发电机12、烟气排放口13和切换阀门14，其中将气化炉2、旋风除尘器6、陶瓷过滤器9、引风机10和燃气引擎发电机12串联在一起形成生物质气化发电的主要工艺路线，气化炉2将生物质原料高温气化形成合成气，然后将合成气通过旋风除尘器6和陶瓷过滤器9组成的合成气除尘单元进行净化，引风机10提供合成气的输送动力，并通过引风机10调节进入气化炉内部的空气通入量，将净化后的合成气从合成气除尘单元送入燃气引擎发电机12内部进行燃烧发电。
具体的，气化炉2顶部设置用于添加生物质原料的干燥料仓1，干燥料仓1通过螺旋输送机与原料预干燥仓5连接，原料预干燥仓5上设有原料进料口4，所有进入气化炉的气化原料均通过原料进料口4送入原料预干燥仓5内部，预热后通过螺旋输送机送入到气化炉的干燥料仓1内部，然后进入气化炉2进行高温气化。本实施例的气化炉2采用现有的下吸式气化炉，底部设置卸料仓3，气化炉的排气口与合成气除尘单元的旋风除尘器6连接，在气化炉2内部，生物质原料由送风系统从下部送风至气化炉中，气化炉中原料从下到上依次可分为燃烧层、气化层、热解层、干燥层，物料经由燃烧层后，产生的残渣排入卸料仓3，其气化区的温度约为800-900℃，产生的高温合成气从上侧部的排气口排出。
旋风除尘器6和陶瓷过滤器9串联设置形成两级合成气除尘单元，其中旋风除尘器6的进风口与气化炉2的排气口直接连接，合成气中一同排出的部分气化反应过程中产生的飞灰在旋风除尘器中分离去除，旋风除尘器6的底部设置飞灰仓7，对分离去除的飞灰颗粒进行统一收集，从而避免合成气中的飞灰颗粒对后续设备造成的堵塞风险。
燃气引擎发电机12对合成气的纯净度要求较高，合成气中残留的粉尘及焦油可能对燃气引擎发电机造成损害，通过陶瓷过滤器9内部设置的陶瓷滤芯对合成气中的焦油等粘性粉尘进行过滤去除，使得合成气满足燃气引擎发电机对燃气洁净度的要求，陶瓷滤芯一来可以适应合成气的较高温度，同时将陶瓷过滤器9与喷粉器8一同联用，通过喷粉器对进入陶瓷过滤器内部进行喷粉操作，主要是喷石灰粉，通过石灰粉消除焦油等粉尘的黏性，避免大量焦油颗粒附着在陶瓷滤芯上导致陶瓷滤筒堵塞。陶瓷过滤器9内部配置有脉冲氮气反吹系统及出灰口，通过对陶瓷滤芯进行反向喷吹可以将陶瓷过滤器内部喷入的吸附焦油颗粒的石灰粉从陶瓷过滤器中清出，由此产生的吸附有焦油的石灰粉可以作为副产物用于前端生物质颗粒的造粒，一般与生物质原料的质量比不高于1:10混合，其中所含钙离子对焦油在气化过程中被二次分解生成合成气起到催化剂的作用，促进了气化反应的发生同时减少了气化过程中焦油的生成。
本实施例还利用合成气的高温对原料预干燥仓5内部的生物质原料进行预热干燥，将原料预干燥仓5串联设置在旋风除尘器6和陶瓷过滤器9之间，回收高温合成气的热量用于生物质原料预热。具体的，原料预干燥仓5采用间壁换热结构，其内部设有对仓内生物质原料进行预热干燥的加热夹层51，加热夹层51的进口和出口端分别与旋风除尘器的出风口和陶瓷过滤器的进风口之间，经过旋风除尘器6去除合成气中飞灰的高温合成气进入原料预干燥仓5的加热夹层51内部，通过间壁换热的方式，回收合成气中的热量对原料预干燥仓5内的生物质原料进行预干燥，合成气经原料预干燥仓5的加热夹层51后与陶瓷过滤器9相连。
陶瓷过滤器9的排风口通过燃气管与引风机10连接，引风机10与燃气引擎发电机12的燃气进口通过燃气管路连接，引风机10将净化后的合成气输送到燃气引擎发电机12内，燃气引擎发电机12设有烟气排放口13，对完成燃烧发电的烟气进行排放。
合成气在气化初期阶段或者其他原因导致的浓度变化，会影响燃气引擎发电机12的正常运转，本实施例在引风机10和燃气引擎发电机12之间通过切换阀门14设有连接合成气紧急焚烧炉11的旁路，引风机10一路与合成气紧急焚烧炉11相连，用于紧急情况下的合成气焚烧排空，一般进入合成气紧急焚烧炉11的合成气浓度较低，为了提高合成气在合成气紧急焚烧炉11内部充分燃烧，合成气紧急焚烧炉11还配备有天然气罐等燃料，与合成气一同混合燃烧，以燃尽合成气中的可燃组分；另一路与燃气引擎发电机12相连。在合成气气化初期以及合成气浓度发生波动的时候将合成气切换输送到合成气紧急焚烧炉11内部进行紧急焚烧排空。为进一步提高装置工作的自动化程度，在引风机10与燃气引擎发电机12之间的燃气管路上设有合成气浓度传感器，切换阀门14采用自动控制的电控阀门，合成气浓度传感器与切换阀门14的控制模块反馈连接，用于在线监测合成气的浓度，保证燃气引擎发电机正常运转，对于浓度不达标的合成气，切换到合成气紧急焚烧炉进行焚烧排空。
以下结合图2对本实施例的生物质气化发电装置的发电工艺流程进行详细说明。
由于生物质中含有丰富的纤维素，可以通过简单的生物质造粒机对生物质进行造粒。生物质原料经造粒后，其密度大大增加，可以提高气化过程的稳定性及气化效率。因此，本实施例的生物质气化发电装置可以选配生物质造粒装置进行进料。
秸秆等生物质原料经简单破碎后，进行成型，将成型后的秸秆燃料颗粒送入气化炉2，并在原料预干燥仓中加入需要干燥的生物质颗粒。系统点火之前，控制切换阀门14关闭引风机10出口与燃气引擎发电机12相连处的燃料管路，打开通往合成气紧急焚烧炉的旁路。使用燃烧喷枪对气化炉2下层原料进行点火，采用画圈的点火方式，以确保点火均匀，尽量使得同层的原料燃烧程度相近。打开引风机10，并控制风量处于较低水平；当气化炉2内温度逐渐升高时，逐渐增大风量，使得炉内温度逐步上升。当气化炉2内的燃烧层温度达到800℃以上时，空气通入量提高到设计空气通入速率。通过合成气浓度传感器在线监测合成气中co浓度，当合成气中co浓度(体积浓度)达到20％以上时，由自控系统自动切换引风机10后的切换阀门14，将合成气通向燃气引擎发电机12，并启动发电机，实现稳定发电。在稳定的工况下，发电机的发电功率为10-20kw，生物质原料消耗量约为300-600kg/d，空气通入速率为10-50m3/h。如果气化过程出现不稳定，导致合成气热值下降，合成气浓度传感器联动切换阀门14将合成气切换至合成气紧急焚烧炉，对合成气进行焚烧处理，当合成气热值在此满足发电要求时，则重新将合成气切换至燃气引擎发电机进行发电。
为降低合成气中焦油及水汽对陶瓷过滤器9中滤筒性能的影响，需定期通过喷粉器8向陶瓷过滤器的陶瓷滤筒中喷入石灰粉。当系统稳定运行产生吸附有焦油的石灰粉后，利用陶瓷过滤器9中的喷吹系统将其从陶瓷过滤器中清出并与生物质以10％以下的质量比混合进行气化。
气化反应结束后，先将合成气阀门切换至合成气紧急焚烧炉11，关闭燃气引擎发电机12。将空气通入量降低至正常通气量的70％，维持十分钟，接着继续降低至正常通气量的40％，维持十分钟后，将气化炉内部的合成气排清后，便可关闭整个发电装置，关闭所有连接阀门，最后关闭合成气焚烧炉。待气化炉中温度降低至室温后，方可打开炉膛进行清理操作。
此生物质气化发电一体机可以快速、高效、安全、稳定地实现生物质的资源化利用，全过程环境影响小，气化后的生物质炭可用作炭基吸附剂或直接还田用作无机肥，从而实现生物质的资源化利用。
以上实施例描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的具体工作原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种生物质气化发电装置，其特征在于：包括依次串联连接的气化炉、合成气除尘单元、引风机和燃气引擎发电机，
所述气化炉的进料口设置用于添加生物质原料的干燥料仓，所述干燥料仓与原料预干燥仓连接，所述气化炉的底部设置卸料仓，所述气化炉的排气口与合成气除尘单元的进风口连接；
所述合成气除尘单元的出风口连接引风机，所述引风机与燃气引擎发电机的燃气进口通过燃气管路连接，所述引风机和燃气引擎发电机之间通过切换阀门设有连接合成气紧急焚烧炉的旁路。
2.根据权利要求1所述的一种生物质气化发电装置，其特征在于：所述合成气除尘单元包括串联连接在气化炉排气口的旋风除尘器和陶瓷过滤器。
3.根据权利要求2所述的一种生物质气化发电装置，其特征在于：所述原料预干燥仓串联设置在旋风除尘器和陶瓷过滤器之间。
4.根据权利要求3所述的一种生物质气化发电装置，其特征在于：所述原料预干燥仓采用间壁换热结构，其内部设有对仓内生物质原料进行预热干燥的加热夹层，所述加热夹层连接在旋风除尘器的出风口和陶瓷过滤器的进风口之间。
5.根据权利要求2所述的一种生物质气化发电装置，其特征在于：所述陶瓷过滤器设有对进入陶瓷过滤器的合成气进行喷粉的喷粉器。
6.根据权利要求1所述的一种生物质气化发电装置，其特征在于：所述气化炉采用下吸式气化炉。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种生物质气化发电装置，其特征在于：所述引风机与燃气引擎发电机之间的燃气管路上设有合成气浓度传感器，所述合成气浓度传感器与切换阀门的控制模块反馈连接。
技术总结