專利名稱：控制發(fā)電設備的方法和用于所述方法的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制發(fā)電設備的方法和用于所述方法的設備，所述設
備包括用于諸如廢料、木屑、稻草等生物質(zhì)材料的氣化器，所述氣 化器是井式上吸固定床型(shaft and updraft， fixed bed type ),其從頂 部裝入用于氣化的原料并從其底部引入氣化劑；驅(qū)動用于發(fā)電的發(fā)電 機的燃氣機，所述燃氣機由氣化器中產(chǎn)生的燃料氣體驅(qū)動。
背景技術：
在這類發(fā)電設備中，已知在氣化器和用于所產(chǎn)生的燃料氣體的燃 氣機或其它裝置之間使用儲氣器以便能夠獨立控制產(chǎn)生和使用，并補 償燃料氣體產(chǎn)生中的波動并且因此保持恒定的電力輸出。
從FR 2,844,804已知將在下吸式氣化器中提供的氣體用作用于發(fā) 電的燃氣機的燃料。而且，所產(chǎn)生的氣體還被用作燃燒器的燃料以用 于供熱目的。變化的氣體產(chǎn)生據(jù)稱部分由燃氣機的機械慣性引起。顯 然，這種變化的氣體產(chǎn)生還可以通過改變對燃燒器的氣體供應而引起。 下吸式氣化器的 一個主要缺陷是所產(chǎn)生的氣體在約500 - 650°C的高 溫下輸送，該氣體必須立即被冷卻以降低爆炸的危險。冷卻之后，在 氣體能夠用于燃氣機之前還要執(zhí)行另外幾個步驟凈化、洗滌和過濾。 此外，該文獻規(guī)定輸送至氣化器的生物質(zhì)燃料是具有明確限定的10-25%含水量的經(jīng)脫水、干燥和球化的生物質(zhì)。除大氣空氣被用于千燥、 熱分解、還原和氧化之外，在該文獻中未指出任何與氣化劑規(guī)格 (specification)有關的內(nèi)容。
從US 2004/0168468 Al和GB 2 331 128 A已知將氣體從高壓氣化 器輸送至用于發(fā)電的燃氣輪機。高壓氣化器適于氣化諸如煤炭或來自 石油工業(yè)的殘渣等微粒狀礦物燃料，并產(chǎn)生處于500 - 1000。C范圍內(nèi)的高溫下的燃料氣體。這種高壓氣化器的主要缺陷在于氣化器的密 封裝置必須是壓力容器，并且必須在氣化器的高壓下向氣化器提供燃 料和氣化劑，因此要使用高壓壓縮機輸送氣化劑。
US 2004/0168468 Al描述了供給氣化器的固態(tài)燃料進給流動的基 于所監(jiān)視的發(fā)電機輸出的自動上、下變化。此外，該文獻描述了一種 復雜的空氣分離系統(tǒng)，其中空氣被分離成分別由1\2和02組成的兩種 氣流，以提供純氧作為高溫高壓氣化器中的氣化劑，并且分離出的N2 被引入燃燒裝置(即燃氣輪機)中以便冷卻燃氣輪機。
GB2，331，128A使用了高壓緩沖煙道氣體儲存器，或者作為替換， 高壓氣化器系統(tǒng)本身用作緩沖氣體儲存器。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明的目標是提供與上述相關類型的簡化 方法和設備，通過上述方法和設備能夠?qū)?shù)量受控的產(chǎn)品氣體直接輸 送至燃氣機，而無需使用儲氣器以補償上吸式氣化器中的燃料氣體的 變化產(chǎn)生，并因此根據(jù)不同的需求釋放受控的電力，而這通過由插入 的合適的冷卻和過濾裝置直接將燃料氣體從氣化器供應到燃氣機中以 及通過控制燃料氣體的產(chǎn)生以保持恒定和/或受控的電力輸出而實現(xiàn)。 燃料氣體產(chǎn)生的控制可以通過控制供給到氣化器的氣化劑的數(shù)量執(zhí) 行。
與高壓氣化器相比，工作在大氣壓力附近的上吸式氣化器是一種 更為簡單且成本更低的機械裝置，并且使用低成本、低價值的生物質(zhì) 材料(諸如廢料、木屑、稻草等)來進行氣化。
上吸式氣化器適用于具有高水分含量的非均勻生物質(zhì)燃料并在非 常低的溫度下產(chǎn)生燃料氣體，并且氣化可通過控制注入氣化器底部的 氣化劑而得以控制。因此，恒定的電產(chǎn)生通過以受控的方式并動態(tài)地 改變氣化劑的數(shù)量和參數(shù)而得以控制，從而隨后產(chǎn)生的燃料氣體被直 接供應并且立即由驅(qū)動發(fā)電機的燃氣機100%地消耗。
優(yōu)選地，通過將設定的期望電力輸出與從燃氣機和發(fā)電機中產(chǎn)生
5的實際電產(chǎn)生進行比較來執(zhí)行這種控制，并且如果存在偏差，則通過 控制來自氣化器的燃料氣體略微增加或減小而減小這種偏差以保持期 望的設定輸出功率。這種調(diào)節(jié)例如借助于用于改變流入燃氣機的燃料 氣體流動的簡單的氣體控制閥來實現(xiàn)，并且在這種調(diào)節(jié)之后進行隨后 的向氣化器添加氣化劑的自動改變。


在本說明書的以下細節(jié)部分中，本發(fā)明將參考附圖所示的根據(jù)本
發(fā)明的發(fā)電設備的示例性實施例進行更詳細的解釋，在附圖中 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設備的實施例； 圖2是示出了通過改變氣體控制閥開口獲得的穩(wěn)定發(fā)電量的曲線
具體實施例方式
在圖1中示出的發(fā)電設備包括井式上吸固定床型氣化器1，其中 通過投料輸送機2從頂部裝入用于氣化的原料。氣化劑從氣化器1的 底部引入，該氣化劑包括從加濕器3和預熱器4輸送的經(jīng)過加濕和預 熱的空氣。在氣化器1中產(chǎn)生的氣體被輸送至驅(qū)動發(fā)電機6發(fā)電的燃 氣機5。在氣化器1和燃氣機5之間設有氣體凈化裝置以對燃氣機5 提供凈化氣體，其中所述氣體凈化裝置為氣體冷卻系統(tǒng)7和靜電濾塵 器8的形式。此外，風扇9增加輸送至燃氣機5的燃料氣體的壓力， 所述風扇9被控制以輸送恒定壓力，并且隨后設有改變?nèi)剂蠚怏w流動 的氣體控制閥用于該目的。氣體冷卻系統(tǒng)7連接到熱交換器10以便利 用在氣體冷卻系統(tǒng)7中從氣體中除去的能量。熱交換器IO可集成在氣 體冷卻系統(tǒng)7中，并且氣體冷卻系統(tǒng)7可以包括另外的氣體冷卻塔以 便降低燃料氣體的溫度并從燃料氣體中提取另外的冷凝物。來自氣體 冷卻系統(tǒng)7的冷凝物被取出，并且在凈化之后可能用作加濕器3的供 應水，這種凈化可能包括焦油和其它易燃冷凝產(chǎn)物的分離。在燃料氣 體輸送至燃氣機5之前，由靜電濾塵器8除去可能存在于燃料氣體中的其他的微粒/浮質(zhì)。從燃氣機5排出的廢氣可被用在預熱器4中用于 預熱用作氣化劑的空氣，并且在將廢氣輸送至煙囪14之前可在獨立的 熱交換器11中提取出可能的更多熱量。來自熱交換器4的經(jīng)預熱的次 級空氣被直接輸送至氣化器1的底部(如圖1所示)，或者與在加濕器 3中加濕的初級空氣一同輸送至氣化器1的底部，所述加濕器3可能 包括獨立的風扇和水循環(huán)系統(tǒng)，其中可能通過熱交換器10利用來自氣 體冷卻系統(tǒng)7的多余熱量和/或利用從熱交換器11輸送的來自燃氣機5 的廢氣的多余熱量對水進行供熱。
通過控制分別用于初級空氣和次級空氣的獨立風扇12、 13將數(shù)量 受控的經(jīng)加濕的初級空氣和次級空氣形式的氣化劑輸送至氣化器的底 部，并且通過控制輸送至加濕器3中循環(huán)水的熱量來控制加濕作用， 從而能夠向氣化器1輸送具有受控濕度的數(shù)量受控的氣化劑。
如圖2所示，典型的發(fā)電量隨時間的變化曲線表明能夠在相當長 的 一 段時間內(nèi)保持恒定的電力。氣體控制閥位置的周期性變化與投料 輸送機2對生物質(zhì)材料的周期性進料相關。
初級空氣的典型參數(shù)是70。C下的水飽和空氣，次級空氣的典型參 數(shù)是400。C下的干燥空氣，所述初級空氣和次級空氣混合用作120。C的 氣化劑。
在運行期間，燃氣機5和發(fā)電機6受到控制以輸送期望的電力， 并且風扇9被控制為以恒定壓力向燃氣機5輸送燃料氣體。此外，通 過分別用于初級空氣和次級空氣的風扇12、 13，氣化器l被控制為在 氣化器頂部以恒定壓力輸送燃料氣體，所述壓力優(yōu)選被保持為接近環(huán) 境大氣壓力，優(yōu)選比環(huán)境大氣壓力低0-5mmWG、更優(yōu)選地寸氐 O-lmmWG。換句話說，通過控制氣體控制閥的位置控制所產(chǎn)生的電 力。該氣體控制閥位置的變化引起保持供給該氣體控制閥的恒定壓力 的風扇9的控制的變化，這將導致分別用于初級和次級空氣的風扇12、 13的速度的變化，從而在氣化器頂部保持輸送的燃料氣體的恒定壓 力。借助上吸式固定床氣化器的這種控制模式，獲得以下功能性參數(shù)
所產(chǎn)生的電力的控制范圍最大電力的10%-100%;
7所產(chǎn)生的電力的增長率最大電力的約10%/分鐘； 所產(chǎn)生的電力的下降率最大電力的約35。/。/分鐘。 小于最大電力的10%理論上可得到控制，但這因相對較高的熱量 損耗等原因而在實踐中并不受關注。
分別用于初級和次級空氣的這兩個風扇12、 13單獨進行控制，以 便通過提供具有對過程優(yōu)化的溫度和濕度的氣化劑而優(yōu)化氣化器1中 的氣化作用。所述參數(shù)顯然取決于從投料輸送機2輸送的生物質(zhì)材料， 即所述生物質(zhì)材料的濕度及其組分。投料輸送機2對生物質(zhì)的進料例 如通過使氣化器頂部處的整平葉輪(levelling impeller )將生物質(zhì)分布 在其上表面上并根據(jù)整平葉輪受到的阻力控制投料輸送機2被控制成 將氣化器內(nèi)的生物質(zhì)保持在基本不變的水平上。在氣化器1的底部， 灰塵被取出并且以常規(guī)方式得到處理。優(yōu)選地，氣化器l被控制成使 得燃料氣體在氣化器頂部處的溫度低于100°C，通常約為75°C。
雖然在上文中已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，然而可 以在不脫離以下權利要求的情況下構(gòu)想多種改進，其中這類差別包括 使用多個燃氣機5和發(fā)電機6來產(chǎn)生電力，和可能將來自氣化器的燃 料氣體中的一部分用于鍋爐中用于產(chǎn)生區(qū)域供熱，所述鍋爐可能使用 未經(jīng)氣體凈化的直接來自氣化器的燃料氣體。此外，來自氣體冷卻系 統(tǒng)7的為焦油水的冷凝物可通過使焦油與水分離并對水進行凈化而得 以凈化，正如在本申請的申請人所擁有的歐洲專利No.l，395，519中描 述的那樣。
分離出的焦油可被用作燃料或者用作用于氣化的原料?？梢栽跓?交換器11之后和在氣體冷卻系統(tǒng)7與靜電濾塵器8之間插入更多的熱 交換器，以便分別在煙囪14中和在靜電濾塵器8處獲得適當?shù)偷膹U氣 溫度。在這幾個熱交換器中提取的熱量可被用于區(qū)域供熱。靜電濾塵 器8的入口處的燃料氣體的典型溫度為35°C，而在其出口處為40°C; 并且在輸送至燃氣機的過程中風扇9將該溫度進一步升高至約60°C， 從而避免燃料氣體發(fā)生冷凝的風險。如上所述，氣化介質(zhì)的溫度通常 為120。C，然而該溫度可以在70。C到400。C的區(qū)間內(nèi)變化。如上所述，
8氣化介質(zhì)由初級空氣和次級空氣組成，然而該氣化介質(zhì)可以補充有高
達50%的再循環(huán)的煙道氣體或者廢氣，該煙道氣體或者廢氣包含有助 于氣化過程的C02和H20。
權利要求
1.一種控制發(fā)電設備的方法，所述設備包括a)用于諸如廢料、木屑、稻草等生物質(zhì)材料的氣化器(1)，所述氣化器(1)為井式上吸固定床型，其從頂部裝入用于氣化的原料并從其底部引入氣化劑；和b)驅(qū)動用于發(fā)電的發(fā)電機(6)的燃氣機(5)，所述燃氣機(5)由來自所述氣化器的燃料氣體驅(qū)動；所述方法包括以下步驟-在不使用儲氣器的情況下將所產(chǎn)生的燃料氣體從氣化器(1)直接供應到燃氣機(5)；和-控制所述氣化器(1)中的所述燃料氣體的產(chǎn)生以便保持設定的期望恒定電力輸出。
2. 如權利要求1所述的方法，所述方法還包括將所述氣化器(1 ) 頂部處的所述燃料氣體溫度保持成低于100。C的步驟。r
3. 如權利要求1或2所述的方法，所述方法還包5^在所述氣化器 (1)的頂部處保持恒定的燃料氣體壓力的步驟。
4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于所述恒定壓力接近環(huán) 境大氣壓力。
5. 如權利要求3或4所述的方法，其特征在于通過控制引入氣 化器的氣化劑的數(shù)量保持所述恒定壓力。
6. 如前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述氣化 劑是供熱空氣，并且將所述供熱空氣中的水蒸汽的含量保持恒定。
7. 如前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述氣化 劑還包括再循環(huán)的煙道氣體或者排出氣體。
8. 如權利要求6或7所述的方法，其特征在于通過將所述供熱 空氣引入具有受控濕度和恒定溫度的裝置(3 )中保持所述恒定的水蒸 汽含量。
9. 如前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述方法還包括借助風扇(9)和介于所述氣化器(1)與所述燃氣機(5)之間 的用于改變?nèi)剂蠚怏w流動的氣體控制閥來保持輸送給所述燃氣機(5) 的所述燃料氣體的恒定壓力的步驟。
10. 如前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述氣 化器(1)頂部處的所述燃料氣體壓力被保持成比環(huán)境大氣壓力低 0-5mmWG、優(yōu)選低O-lmmWG。
11. 一種發(fā)電設備，其包括-用于氣化諸如廢料、木屑、稻草等生物質(zhì)材料的氣化器(1)， 所述氣化器(1)為井式上吸固定床型，其中待氣化的原料從頂部供應 并且氣化劑從下部供應；和-燃氣機(5)，其由在所述氣化器(1)內(nèi)產(chǎn)生的燃料氣體驅(qū)動， 并且連接到用于發(fā)電的發(fā)電機(6);其特征在于所述燃氣機(5)直接連接到所述氣化器(1)的出口而不使用儲 氣器，并且所述氣化器(1)由保證恒定電力輸出的控制裝置控制。
12. 如權利要求ll所述的發(fā)電設備，其特征在于所述控制裝置 包括閉環(huán)控制裝置，其用于通過控制引入所述氣化器(1)的氣化劑的 數(shù)量而在所述氣化器(1)頂部處保持燃料氣體壓力恒定。
13. 如權利要求12所述的發(fā)電設備，其特征在于所述恒定的壓 力接近環(huán)境大氣壓力，優(yōu)選比環(huán)境大氣壓力低0-5mmWG、更優(yōu)選低 O-lmmWG。
14. 如前述權利要求11-13中任一項所述的發(fā)電設備，其特征在 于所述發(fā)電設備還包括風扇(9)和介于所述氣化器(1)與所述燃 氣機(5)之間的氣體控制閥，以便保持輸送至所述燃氣機(5)的所 述燃料氣體的壓力恒定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制發(fā)電設備的方法和用于所述方法的設備，所述設備包括用于諸如廢料、木屑、稻草等生物質(zhì)材料的氣化器，所述氣化器是井式上吸固定床型，其從頂部充滿用于氣化的原料并從其底部引入氣化劑；和驅(qū)動用于發(fā)電的發(fā)電機的燃氣機，所述燃氣機由來自氣化器的燃料氣體驅(qū)動。通過將所產(chǎn)生的燃料氣體直接從氣化器供應到燃氣機并控制氣化器中的燃料氣體的產(chǎn)生以保持恒定的電力輸出，消除了在氣化器和燃氣機之間使用儲氣器的必要性。
文檔編號C10J3/20GK101495604SQ200780028174
公開日2009年7月29日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權日2006年6月30日
發(fā)明者B·泰斯萊夫, C·格斯特 申請人:巴威福龍股份公司