改良式生物质气化炉发电系统设计及性能分析

发布时间：2022-02-14 16:12

　　对生物质气化炉进行改良,与斯特林发动机结合构建生物质发电系统。通过在上吸式固定床气化炉热裂解区内安装燃烧管进行改良,利用燃烧管所产生的高温烟气加热斯特林发动机,并通过轴带发电机将机械能转换成电能。结果表明:嵌入式燃烧管在气化炉内不经过除焦程序,直接将合成燃气与焦油烧掉,可大幅简化系统复杂度,增加燃烧强度,并可在热裂解区持续产生高温烟气;烟气成分中CO、氮氧化物、硫氧化物和过剩氧体积分数较低,该系统具有较高的环保性;通过调整气化当量比,热电联产系统可稳定地达到斯特林发动机的额定输出电能功率35 kW,且最高输出电能为44kW,■效率可达61%,验证了该系统的有效性。 

【文章来源】：动力工程学报. 2020,40(10)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

改良式上吸式固定床气化炉的设计示意图

发电系统采用STM Power公司生产的斯特林发动机,该发动机是一种以气体为工作介质的热机,氢气被密封在机器装置内部并在机械装置的冷、热端循环流动,使发动机的活塞动作,进而产生机械能,使用一组曲轴连杆与活塞连接,将活塞的上下运动转变为旋转运动,并带动发电机工作产生电能。图3为实验测量装置示意图。采用热电偶测量气化炉内(燃烧区、还原区、热裂解区和燃烧管)与斯特林发动机(高温烟气入口、高温烟气出口、冷却水入口和冷却水出口)的温度。采用均速管与质量流量计组合的方式测量烟气质量流量,同时测量烟道中烟气的密度和流速。均速管与质量流量计的安装位置和安装方式直接影响整个装置的测量精度,为了使测量点具有代表性,测量点位置选在烟道气流均匀而稳定的管段上,将质量流量计安装在导管上,质量流量计的另一端连接在烟气管道上,形成一个环路。安装完质量流量计和均速管后,将信号传输到积算仪上即可进行测量。利用可移动式烟道气体分析仪监测气化炉输出的烟气质量流量。采用多功能电表测量输出电能功率。4 性能分析

发电实验过程为首先将气化炉装满生物质燃料,在底层点火开始气化过程,约15 min左右,当嵌入式燃烧管内的合成燃气温度达到约300 ℃时,将二次燃烧空气通入燃烧管,在燃烧管内集中燃烧,并产生高温且干净的烟气,排灰则落在炉底栅栏上。系统气化稳定后,热裂解区、还原区和燃烧区温度随时间的变化如图4所示。从图4可以看出,气化炉各区在较短的时间内均能达到稳定状态。斯特林发动机烟气入口与出口的温度分布如图5所示。从图5可以看出,烟气入口温度约为1 020 ℃,而经热交换器吸收热能后,输出烟气温度下降至约790 ℃。通过控制二次燃烧空气当量比,斯特林发动机烟气入口温度被控制在950 ℃,入口温度在950 ℃时功率不再增大是受到斯特林发动机热端温度的限制而不是气化炉的影响,在此空气当量比条件下,输出烟气的质量流量约为633 g/s,冷却水温度控制在30 ℃以内,而通过斯特林发动机的压降为1.52 kPa。图5 斯特林发动机烟气入口与出口温度分布

【参考文献】：
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本文编号：3624870