一种滚轮挤压秸秆碳化颗体料送入高压燃气发生炉设备及方法—说明书.doc

第14/14说 明 书一种滚轮挤压秸秆碳化颗体料送入高压燃气发生炉设备及方法技术领域 秸秆、碎煤滚轮挤压成颗体燃料及气化，是洁净、节能、减排和农业秸秆有效利用领域。背景技术 当前世界极力研制和发展燃气轮蒸汽轮联合循环发电，通过燃气轮即做功发电，又利用排出520以上高温气体代替喷煤粉燃烧蒸汽锅炉，而锅炉生产蒸汽继续推动蒸汽轮机发电，使燃料构成二次做功综合作用，将有限燃料能效提高近一倍。而燃气轮发电机组已是成熟技术，设备发展到单机功率60万kw，燃气轮机燃烧室温度超过上千度，原来使用天燃气、燃油从常压到1030kg/c各种压力类型。现在关键是燃气轮机使用的天燃气、燃油受资源、消耗、排污限制，还有国家能源政策、价格等制约因素，大部分陷入停顿。焦炉煤气和高炉煤气混合再添加柴油的燃气轮蒸汽轮联合循环发电机组处在试运行（称CCPP工程），都是借助燃气轮机第一次发电排出520高温气体再进入锅炉，产生蒸汽再推动蒸汽轮第二次发电构成联合循环发电而换取能效利用的提高坚持运行。其它燃气如：干馏煤气、水蒸煤气、加压水煤气、秸秆酵化、转醇等各种燃气体增压后，都可以作为燃气轮机使用的燃气。但是，原料必须适用精块煤或焦炭才能产生较好燃气，同时需要一罐一罐或者炉窑交替产生，产出燃气需高压电捕焦油、除尘庞大系统，秸秆、植物转化气系统更大。因而用于大型发电厂许多问题需要解决，其中精块煤数量有限，无法满足大型发电厂消耗使用量。发明内容 本发明经过试验、测试验证后提供一种滚轮挤压秸秆碳化颗体料送入高压燃气发生炉设备及方法，在常压炉试验中将秸秆、碎煤混合滚轮挤压成秸秆碳化颗柱体燃料，送入发生炉内；然后使用氧气、蒸汽混合从炉底部进入常压发生炉连续不断的产出燃气。试验产出的气体成分电子仪器检测结果是：CO49%、H229%、CH43%、发热值10500KJ/m3。使用碎煤炭与秸秆配比1:0.20.5效果最佳，试验运行最后选定体积配比2:1，氧气与蒸汽配比1:0.20.6，使用氧气消耗功率折算0.37kwh/m3。氧气产出燃气比达到1:5，即每立方米煤燃气所消耗氧气功率0.1kwh/m3，占每立方米燃气联合循环发电3%以内。试验证明；原（碎）煤与秸秆混合滚轮碾压从漏孔挤出成碳化颗柱体燃料替代精块煤、焦炭，拓宽了煤转气化途径，并有效的大量使用碎煤转化燃气用于燃气轮是最节能、洁净燃料，同时实现燃料热能利用成倍提高。将蒸汽用到最佳状态时，除吸收一氧化碳反应过程释放出热量和产生高温碳，而蒸汽与热碳自身还原又分解释放出一氧化碳、氢气而增加燃气产量，也是煤转燃气效能提高的关键，更主要是含氢气量上升利于煤燃气爆燃特性、应合燃气轮机需要。为了适用于燃气替代天燃气、燃油，在大规模使用时：既节能又清洁环保，在试验测验结果基础上；实际应用是高压煤燃气发生炉，而高压燃气发生炉：一是直接输送高于燃气轮机所需压力的燃气，二是必须实现连续不断、密闭平衡稳定向高气压发生炉内送入燃料，同时实现秸秆或碎煤与秸秆混合成颗柱体燃料并挤压送入炉内两种功能集于一体完成。一种滚轮挤压秸秆碳化颗体料送入高压燃气发生炉设备及方法；主要采用一种有很多密布漏孔钢盘或圆桶上，设有高压力滚轮围绕钢盘平面或圆桶立体内转动、与装入粉碎秸秆形成强制滚动碾压从漏孔排出柱体状颗粒，而这种颗体密度大，比重可达到300/m3，硬度与煤炭相近。该结构的设备主要用在两个位置；第一种：布置在收割机后部，承担将田地收割秸秆转化成颗体，供燃气炉或秸秆与碎煤混合碳化原料使用、储存。第二种：布置在燃气高压发生炉顶部，使在炉内压力10/cm2到30/cm2状态下运行工作，滚轮挤压器能连续平稳强制性往炉内送入自身产生的颗体燃料，解决了在高压气运行工作中、并密闭送供料可靠的性能。为了使酥化饲料更加科学配比营养或精料，在酥化前将田地收割生秸秆含玉米颗体重新配料二次滚轮挤压颗体生饲料，然后再送入罐内加温、加压爆成熟饲料（酥化）。秸秆颗体燃料；秸秆的成分C6H10O5，与碎煤混合挤压碳化起着改变增加煤炭挥发度和转气催化作用，气化后是一种理想洁净燃气，在反应装置内保持温度400900、压力10/cm2到30/cm2，有送入压力10/cm2到30/cm2氧气、蒸汽与秸秆颗体分解发生释放含有甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）或甲醇（CH3OH）、乙醇等洁净气体燃料。为了更好稳定使用大量秸秆发生气化，扩大资源使用而增加植物杆茎、树枝或和秸秆与碎煤炭混合碳化成燃料，即秸杆碳化颗体燃料。秸杆颗体燃料除用于正常燃烧，主要目的是作为燃气轮机替代天燃气、燃油需要；采用高压、加温方式催化分解工艺用碎煤、秸秆混合碳化产生燃气体，能够直接用于推动燃气轮蒸汽轮联合循环发电，使燃料热能利用率达到75%，热能利用成倍提高靠的是燃气轮发电所使用的气体燃料是关键。秸秆气化应用到燃气轮蒸汽轮联合发电能带动秸秆、植物杆茎、树枝价值提高，同时大幅度提高农田、林业种植效益，通过消化吸收秸秆、植物杆茎、树枝增加煤炭气化性真正能实现洁净低碳能源国策，即是取之不尽、用之不竭又与大自然和谐的绿色能源。同时大量减少或替代煤炭、石油的消耗，提供稳定可供燃气轮机使用最洁净、节能气体燃料。 使用高压发生炉主要性能：一，产生气体压力稍大于燃气轮机的需要的压力构成直接送入燃气，常用压力1214/cm2、2530/cm2，去消降温、泵二次再升压系统。二，保持产生气体温度400，实际工作中高于500以上与燃气轮机排气温度接近，目的将焦油始终处于气化状态，并随气体在燃气轮运转中燃烧室烧掉做功。三是，重点利用蒸汽吸收、氧与碳反应一氧化碳，所释放热能产生的高温热碳接触蒸汽自身分解再释放出氢气、一氧化碳，在高温、高压作用下转化更多甲烷，提高热能吸收利用和燃气体发热值。秸秆饲料：将秸秆粉碎发酵或氨化处理后作为饲料并不是最佳有效一种途径，秸秆转化真正饲料需熟化，就是用带有玉米秸杆在田地一起收割挤压颗体后，送往工厂、加工车间高温、高压的一种设备进行爆化或者说是熟（酥）化类似爆米花。然后做成面粉袋装随时使用和便于存放，在喂养牲口时再添加适量的豆粕、麸皮及其他补充营养杂粉混合蒸成窝头，成为较好饲料替代原来的各种粮食饲料。秸秆转化方式分类如下：一、秸秆颗体燃料发电：发电燃 气 轮滚轮挤压器收 割 机滚轮挤压器蒸汽锅炉发生装置存放发电汽轮机排渣氧气、蒸汽二、秸秆碳化颗体燃料发电：发电燃 气 轮滚轮挤压器加煤混合收 割 机蒸汽锅炉存 放反应装置滚轮挤压器氧气、蒸汽排渣发电蒸 汽 轮三、秸秆碳化燃料：回收燃气掺入煤炭干馏与煤混合滚压挤压器收 割 机附图说明附图1是本发明秸秆挤压颗体结构示意图；附图2是本发明滚轮挤压秸秆、碳化颗体料送入燃气发生炉结构示意图；附图3是附图2中高压炉使用的两组滚轮上、下串联挤压秸秆、碳化颗体料送入高压燃气发生炉结构示意图；附图4是附图2中高气压、大能力产气量和灰渣排放结构示意图；附图5是附图2中消耗和碾挤压能力需要10吨/h以上时，配用强力双驱动滚轮碾挤压设备结构示意图; 附图6是附图5俯视图。对照附图及试验成功实例和数据对本发明做进一步说明；本发明一种滚轮挤压秸秆、碳化颗体料送入高压燃气发生炉设备及方法；附图1是将农田收割机采收玉米时，秸秆粉碎后输入设置收割机后部滚轮挤压器回收料桶10中，有传动轴1经动力箱2驱动主轴8，主轴8旋转带动两滚轮合成一组滚轮9强制转动碾压在设有漏孔7钢盘6平面上，以主轴8驱动为中心围绕受料桶10内转动，将秸秆高重力、强滚动碾压力作用下，秸秆被强制挤压经漏孔7呈柱体状由上到下排入料箱 3内，柱体料长短有割刀47控制并负责从料筒3内的出料口 40排出装袋或车辆。整个过程就是将秸杆压缩成简单的长短圆柱状颗体，一是，缩小体积、达到比重200700kg/m3，二是，便于运输、存放，其工作能力10吨/h、功率5075KW，20吨/h、功率150KW，折算每吨颗体秸秆耗用功率57.5KW/吨。附图2是，秸秆颗体或秸秆与碎煤混合持续均匀输入受料桶10，有传动轴1经动力箱2驱动主轴8旋转带动两滚轮合成一组9滚轮转动碾压在设有漏孔7钢盘6平面上部，以主轴8驱动为中心围绕受料桶10内转动，将秸秆或秸秆与碎煤混合高重力、强滚动高碾压作用下，秸秆或秸秆与碎煤混合被强制挤压入沿孔7呈颗柱体状排出注入下料桶3内空间4自由落入锥盘5分散进炉11内，然后有氧气16、蒸汽15在混合管17定比例混合后经炉底盘21转动轴13内孔12到炉篦18后喷入炉内11的秸秆、或秸秆碳化颗体燃料在800以上温度发生自燃，自燃发生的燃气通过出气管34输送到燃气轮机、炉、窑或罐中储存使用。发生炉11工作中炉篦18由驱动齿轮41以每小时26转速度拨动、松散颗体燃料，关键还是靠氧气16、蒸汽15高强压力穿透燃料厚层。自燃后产生灰渣有拨刀刮入排渣管38进入灰渣罐29，为了更好吸收热能设置夹水套35加热纯净、软化水生产蒸汽供高压发生炉自身使用。发生炉体11使用耐高温、厚度50120钢板制造，目的是提高炉内整体温度达到500900，利于待燃秸秆、或秸秆与碎煤碳化颗体燃料处于被蒸馏状态，蒸馏过程产生更多的甲烷、吸收氧与碳反应一氧化碳释放热能，工作压力1214kg/2、2530kg/2多种类型，输送出燃气不再二次升压。炉内燃料自燃层主要分为大体四个层位；第一层灰渣1.21.5m，第二层燃烧层0.91.2m，第三层燃料自燃层将第二层燃烧发生上千度二氧化碳还原一氧化碳，利用蒸汽接触高温热碳吸收催化分解产生氢气、一氧化碳、甲烷，同时又控制炉内和其它空间温度500900。第四层1.23.0m预热层，剩余为气体空间。在工作压力1214kg/2、2530kg/2时，炉内燃气高压、中和作用会产出更多氢气、甲烷的效果，降低二氧化碳和富余氧气产生，使燃气成分达到：CO4060%、CH41025%、H220-30%、CO21.5%、O28kg/cm2 产气量=400-700m3/m2h空气压力=常压200-900H2 产气量=100-300m3/m2h3.8m炉径发生气量参数：使用氧气压30kg/cm2 、产气强度3000-5000 m3/m2h、产气量（3000-5000m3/m2h）11.3=33000-56000 m3/m2h，消耗原料：一、1、氧气+碳化燃料 分子式 C+O2 =2CO 8000+10667C=8000kg O2=10667kg CO产气量= =14934m31.25 2、蒸汽+碳化燃料 分子式 H2 O+C=CO+H2 4000+5333C=4000kg H2O=5333kg CO产气量= =7478m31.248 H2产气量= 7478 m33、碳化燃料被蒸馏 1200（8000+4000）15%=1800kg CH4产气量= =1681m30.714 600H2产气量= =6666m30.09 总产气量: 14934+7478+7478+1681+6666=38237m3/h 产气强度符合范围内数据要求。二、成本 1、燃料（8000+4000+1800）1.1=15180kg 费用1.2元/kg15180=18216元2、氧气10667kg1.427=7475m3费用0.3元/ m37475=2243元 18216+2243 3、单价=0.54元/m3 38157三、燃烧值1、CO=（14934+7478）12621.8=2828797812、H2 =（7478+6742）12711=1807504203、CH4 =168139694=66725614热值：53035581538237=13870KJ/m3德国PKM加压气炉为当今世界先进的煤气化设备，其工作压力达到30kg/2，气化强度2500m3/m3h、煤气发热值11500KJ/m3，往炉内注入燃料、排出灰渣为罐式结构，适用原料煤炭粒度450，整体系统罐式加料复杂、制造代价高，产出含氢气体基本上靠蒸汽发生，制约甲烷多量的发生。本发明；通过秸秆、植物杆茎、树枝与碎煤混合后，滚轮碾压加挤压成碳化颗体燃料落入炉内，目的是；碳化颗体燃料在炉内高温处于被蒸馏状态，不等到燃烧自然层阶段，混合燃料内燃点低的秸秆、植物杆茎、树枝就先挥发放出氢气、甲烷，借以增加到燃气中使发热值达到推动燃气轮机，这是本发明突出特征。经过60多天借用常压煤气炉反复燃烧自燃出燃气成功试验证实：（1）秸秆、碎煤选用上百条方案、配比、操作方法与程序，将秸秆颗体与碎煤2：105：10挤压成直径15（可达到30mm)、长度30100，硬度超过煤炭、强度与粉笔相等。送入常压炉内燃烧自燃，靠着秸秆燃点低并在里面先被蒸发产出气体遗留木炭，燃烧火焰明显蓝色较多，测试也证明：氢气29%、甲烷3%以上。秸秆被蒸馏释放氢气、甲烷改变了燃气成分，使得产出燃气燃烧热值达到6500KJ/m3而实现推动燃气轮机发电目标。（2）秸秆、碎煤混合碾压加挤压结构如附图2所示，取钢平盘 6 下面安置封闭料桶用12kg/2压力氧气冲击孔7，正在挤压排出颗体燃料照常稳定流入料桶内，也就是说能做到反应过程燃料注入时气体是平稳产生。实现挤压混合颗体燃料，并在有高压气中正常注入，安置在发生炉顶一次完成。（3）秸秆碳化颗体燃料试验成功的是：秸秆颗体与碎煤混合碾压挤压成直径1530颗体柱体燃料；树枝、碎木材与煤混合