专利名称：利用生物原料的方法及设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前序的、将碳质原材料的热能转换为机械功的方法，以及涉及根据权利要求9的前序的、将热能转换为机械功的设备。将结合生物原料 (biomass)描述本发明，但应注意的是，根据本发明的方法和设备也可用于其它碳质产品。
背景技术：
DE 100 39 246 C2涉及将热能转换为机械功的方法，其中，第一热能储存装置和第二热能储存装置与涡轮机支路交替连接。这种情况下，例如，必须通过旋风分离器 (cyclone)去除的烟气中形成的灰尘显得不利。DE 102 27 074 Al描述了使生物原料气化的方法及其装置。这种情况下，各物质在以气密方式与气化反应器分离的燃烧室内燃烧，并将热能从燃烧室引入气化反应器内。DE 198 36 428 C2公开了使生物原料(尤其机械纸浆(mechanical pulp))气化的方法及设备。这种情况下，在第一气化阶段、在高达600°C的温度下发生填充床除气，而在下游的第二气化阶段、在800°C -1000°C的温度下发生流化床除气。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种将源自碳质原材料的燃烧和气化的热能转换为机械功的方法及设备；所述方法及设备容许在免除烟气中灰尘的同时，获得高水平的效率 (efficiency)和高水平的效力(efficacy)。此外，提供一种向上述过程反馈产生的能量、 尤其是废热(waste heat)的方法。这通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求9的设备来实现。优选实施例和发展为从属权利要求的主旨。本发明的基本点在于将碳质原材料的热能转换为机械功的方法的事实，所述方法使用至少第一热能储存装置和至少第二热能储存装置，这些装置至少暂时地与涡轮机支路交替连接，在所述涡轮机支路下游有燃气涡轮机(gasturbine)；所述方法包括以下步骤a)在燃气燃烧器(gas burner)中使气体燃耗，b)通过热能储存装置传递所述燃气燃烧器中产生的烟气，以及c)将热能储存装置释放的热空气引入所述燃气涡轮机内或其扩展器(expander) 内，其中，在第一步，所述碳质原材料在气化炉内气化，且向所述气化炉下游的燃气燃烧器供应气体产物(product gas)。尤其地，在所述燃气燃烧器内的燃烧步骤前使用气化炉可容许灰尘(尤其烟气中的细粉尘)的显著降低。同样，灰尘比例降低则允许在气体燃烧过程内使用较高温度。另外，在动力(power)生产的情况下可获得较高水平的效力。细粉尘的减少也对所述燃气涡轮机的使用寿命具有积极作用。尤其地，术语“下游的”应理解为表示相对于各个待处理气体的下游设置。优选地， 所述燃气燃烧器直接在所述气化炉的下游。优选地，所述热能储存装置也适合于以例如热空气(hot air)的形式释放所储存的热能。因此依照本发明提出，从额外气化过程为所述燃气燃烧器获得气体产物而不形成额外尘粒，在这点上其与现有技术形成对比。因此优选地， 与所述涡轮机支路连接特别应理解为表示，向所述燃气涡轮机释放热能储存装置内获得的所述热空气。尤其地，如EP 0 620 909 Bl或DE 42 36 619 C2中所描述的，疏松材料 (bulkmaterial)发生器可用作热能储存装置。优选地，将受热水蒸气、或空气、或水蒸气与空气的混合物作为气化介质引入所述气化炉内并用于气化。优选地，与所述水蒸气一起向所述气化炉供应作为助燃气体的其他气态介质。例如，认为热空气、氧气、富含氧气的气体和类似物是助燃气体。优选地，将填充床逆流气化炉用作气化炉。一般而言，可使用根据现有技术的不同类型的气化炉。但是，填充床逆流气化炉的具体优点在于以下事实在这一反应器内形成单个区，在这些区内盛行不同温度，因此不同过程可在这些区内发生。所述不同温度由以下事实造成各个过程高度吸热，而热量仅来自于下面。优选地，提供至少一个其他热交换器，所述至少一个其他热交换器设置于所述燃气涡轮机的压缩机下游，其对供应的热空气至少部分进行冷却，并以冷空气形式将冷却的热空气供应给所述第一热能储存装置和/或所述第二热能储存装置。因此，其一方面确保了储能的效能增加。另一方面，通过空气冷却也可降低烟气温度。此外优选地，在所述燃气涡轮机的压缩机下游提供注水。优选地，在所述燃气涡轮机的所述压缩机与减压器之间提供使所述涡轮机支路截断的至少一个阀状装置。所述阀状装置用于紧急关闭，且优选地设置于所述减压器的供料管线与离开所述燃气涡轮机的压缩机的传导管线之间的旁路管线(bypass)。在优选实施例中，气化后所述过程的至少一个的废热用于产生湿蒸汽。尤其地，这涉及向所述燃气涡轮机下游的至少一个热交换器供应所述废热，所述热交换器对水进行加热。同样还提供用于加热空气的热交换器。优选地，分配有废热的气体是从所述燃气涡轮机离开的任何气体，且其仍然处于非常高的温度。在向所述气化炉供应湿蒸汽之前，通过设置在所述燃气涡轮机下游的热交换器产生所述湿蒸汽。优选地，通过至少一个热交换器开始冷却，所述冷却过程获得的热量作为有用热量而分离。这进一步有助于环境兼容性和提高该方法的效率。优选地，再次向所述燃气燃烧器供应来自所述涡轮机的减压热空气，以便进一步提高该方法的效率。例如，可通过相应的供料管线将离开所述燃气涡轮机的助燃空气 (combustion air)反馈给所述燃气燃烧器。在其他优选方法中，通过其他蒸汽涡轮机使来自所述燃气涡轮机的减压热空气用于产生能量。这一额外的蒸汽涡轮机可并入一单独水回路(s印aratewater circuit)，可通过热交换器使这一回路中的水蒸发和受热。一旦所述蒸汽离开所述蒸汽涡轮机，当其经所述热交换器再次循环之前，通过泵使其在液体状态下冷凝和压缩。依照本发明，为一种将热能转换为机械功的设备提供使燃料(fuel)燃烧的燃气燃烧器；至少第一热能储存装置和至少第二热能储存装置，这些装置至少暂时地可与涡轮机支路可交替连接，在所述涡轮机支路下游有燃气涡轮机或其扩展器；以及至少一个连接管线，所述连接管线向所述热能储存装置供应所述燃气燃烧器内产生的烟气；其中，产生所述燃料的气化炉设置在所述燃气燃烧器上游。优选地，所述设备包括压缩供应至所述热能储存装置的空气的压缩机，其中特别优选地，这一压缩机是所述燃气涡轮机的组件。参照本发明还提出的是，在气体产物燃烧期间形成所述烟气，所述气体产物转而在气化炉内产生。所述热能储存装置的暂时交替连接应理解为表示，在选定时期内，所述两个装置的其中一个供给有烟气，而另一个装置则向所述燃气涡轮机释放热空气。此外同样可能的是，提供多个至少部分地以延时方式运行的热能储存装置。因此例如，这些热能储存装置的其中一个可供给有烟气，而其他装置的一个或多个则释放热空气。对释放热空气而言，所述热能储存装置也至少部分地以延时方式运行。优选地，在所述涡轮机支路下游提供气体冷却装置。优选地，如上所述，这些气体冷却装置是可同时加热空气的热交换器，以便产生可供应至气化炉的热空气。此外，通过这些装置可产生湿蒸汽，并可同样地向所述气化炉供应该湿蒸汽。此外优选地，提供使至少第一装置和至少第二装置与所述涡轮机支路交替连接的
直ο例如，这些交替连接装置可能是多个可控阀，每个所述可控阀允许向所述热能储存装置交替供应烟气、以及允许向所述燃气涡轮机交替释放受热空气。此外，提供温度传感器，每个所述温度传感器在所述热能储存装置的适当点测量温度，并对这些测量值作出响应而对相应阀进行开关，以便随时和适时地实现所述燃气涡轮机的最佳热空气供给，此外， 还实现所述热能储存装置的高效重装载。此外优选地，为了对供应的空气进行压缩，从而向所述热能储存装置供应待加热的冷空气，所述燃气涡轮机或其一部分还充当压缩机。特别优选地，至少一个热交换器设置在所述燃气涡轮机下游。优选地，在所述燃气涡轮机与所述气化炉之间连接有至少一个热交换器和优选地多个热交换器，所述热交换器用于热能分离。优选地，在所述燃气涡轮机与所述气化炉之间不存在直接的气体连接。但是，通过所述热交换器将所述燃气涡轮机释放的气体的热能传递至其他媒介，所述其他媒介例如所述湿蒸汽和所述热空气；如上所述，随后向所述气化炉供应这些媒介。此外优选地，在所述燃气涡轮机与所述燃气燃烧器之间提供连接管线，以便可向所述燃气燃烧器供应从所述燃气涡轮机离开的助燃空气，从而使所述燃气燃烧器内的燃烧过程更高效。在其他优选实施例中，在所述燃气涡轮机下游设置有其他蒸汽涡轮机。由于这一下游涡轮机，来自所述第一燃气涡轮机的热空气可再次用于动力生产。因此可进一步改进当前效率。
从结合附图的以下描述中将推断出各优点和便利性，附图中图1是第一流程图；以及
图2是第二流程图；以及图3是第三流程图。标号清单1气化炉2燃气燃烧器3烟气、连接管线4第一热能储存和释放装置6第二热能储存和释放装置7热空气、连接管线8燃气涡轮机9湿蒸汽10热空气11、12、13、15 热交换器14碳质原材料16气化介质的供料管线21,22至燃气涡轮机的供料管线25 管线26至热交换器的供料管线32、34、36、38、40、42、44、46 可控阀52、54、56 风扇58、78 泵60发生器61 阀63 阀70 回路71热交换器72蒸汽涡轮机74发生器76冷凝器Pl方向箭头T涡轮机支路
具体实施例方式图1是使用根据本发明的设备将碳质原材料的热能转换为机械功的示例性流程图。标号1表示填充床逆流反应器。从上面向反应器1内引入原材料14，从下面沿供料管线16引入气化介质(例如空气)。这样，气化介质和气体产物在与燃料流相反的方向上在反应室内循环。气化炉1内形成的灰向下(换言之，在箭头Pl的方向上)移除。气体产物到达燃气燃烧器2并且燃烧。然后，通过连接管线3向第一疏松材料蓄热器4或第二疏松材料蓄热器(regenerator) 6供应燃气燃烧器2内形成的烟气，通过管线12向燃气涡轮机8供应由疏松材料蓄热器4和6释放的热空气7。发生器G设置在涡轮机支路T的燃气涡轮机8上。标号23表示排出管线，其用于移除热能储存装置4和6内形成的烟气。管线22从第一蓄热器4引向燃气涡轮机8。通过其他管线沈向燃气燃烧器2供应从燃气涡轮机8离开的废气，将其作为预热的助燃空气。在涡轮机支路T内或在“预热支路”内，第一蓄热器4和第二蓄热器6可通过一装置(未显示)交替运行。标号60表示与涡轮机8连接的发生器。标号32、34、36、38、40、42、44和46各自涉及可控阀，所述可控阀控制向疏松材料蓄热器4和6供应烟气(阀44和46)、控制从疏松材料蓄热器4和6向燃气涡轮机8释放热空气(阀35和42)、控制烟气释放(阀32和38)、以及相反地也控制向疏松材料蓄热器 4和6供应冷空气(阀34和40)。填充有黑色的阀为打开状态，而仅仅有边的阀为关闭状态。标号5254和56各自涉及对空气(标号56)、烟气(标号5 和废气(标号54)各自进行压缩或传送的压缩机或风扇。此外，通过管线25向燃气涡轮机8供应空气，并通过其他热交换器15供应空气， 以便将空气作为冷空气供应至疏松材料蓄热器4和6内。通过使用气化炉1可能无需对烟气3进行成本很高的除尘。标号61表示使燃气涡轮机的压缩机和减压器之间的涡轮机支路截断的阀状装置。在涡轮机与热交换器15之间可能注水。在这一支路提供另一阀63。在从燃气涡轮机8引出的管线沈内连接有热交换器11、12和13，以便以受热状态向填充床逆流反应器1供应作为气化媒介的空气和水。同样，通过至少一个热交换器13开始冷却，将冷却过程获得的热能作为有用热量分离。在图2显示的实施例中，热交换器13直接设置在涡轮机支路T的下游。通过这一装置可能对处于较高温度水平的分离热量进行利用(用于产生热水)。下游设置有将空气和水作为气化媒介而加热的热交换器11和12。因此，在所示的两个实施例中改变了热交换器的顺序。但是，在图1显示的实施例中，接收最高温度助燃空气的第一热交换器12用于产生热空气，下一个热交换器11用于产生湿蒸汽，而最后的热交换器13用于产生热量；在图2所示的实施例中，使用最热空气产生热量，然后产生热空气和湿蒸汽。此外同样可能的是，交换两个热交换器12和11的顺序。 两幅图内的标号58涉及传送水的泵。图中的标号10涉及助燃气体，标号9表示湿蒸汽。图3是本发明的另一实施例。在这一实施例中提供有其它回路70，所述回路设置在燃气涡轮机8下游。更精确地，来自燃气涡轮机8的热空气馈入这一回路70内整合有的热交换器71中。通过热交换器对回路70内的水进行加热，并将其供应至蒸汽涡轮机72，所述蒸汽涡轮机转而驱动一发生器74。标号78涉及泵，标号76涉及冷凝器。由于这一方法，该系统的当前效率可进一步提尚。本申请文件公开的所有特征对本发明是必要的，在与现有技术相比的范围内，他们单独地或结合地具有新颖性。
权利要求
1.一种将碳质原材料的热能转换为机械功的方法，所述方法使用至少第一热能储存和释放装置(4)和至少第二热能储存和释放装置(6)，这些装置至少暂时地与涡轮机支路(T) 交替连接，在所述涡轮机支路下游有燃气涡轮机(8)，所述方法包括以下步骤a)在燃气燃烧器O)内使气体燃烧，b)通过热能储存装置(4、6)传送所述燃气燃烧器O)内形成的烟气(3)，c)向所述燃气涡轮机(8)内引入至少一个装置(4、6)释放的热空气(7)， 其特征在于，在第一步，所述碳质原材料在气化炉(1)内气化，以及向所述气化炉(1)下游的所述燃气燃烧器( 供应气体产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将受热水蒸气(9)和/或受热空气引入所述气化炉(1)内，且所述受热水蒸气和/或受热空气用于气化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，与所述水蒸气(9)一起向所述气化炉(1) 供应作为助燃气体(10)的其他气态介质。
4.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，填充床逆流气化炉(1)用作所述气化炉(1)。
5.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，气化后至少一个过程的废热用于产生湿蒸汽。
6.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，在向所述气化炉(1)供应湿蒸汽(9)之前，通过设置在所述燃气涡轮机(8)下游的热交换器(11)产生所述湿蒸汽⑶。
7.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过至少一个热交换器(13)开始冷却，所述冷却过程获得的热能作为有用热量分离。
8.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，再次向所述燃气燃烧器(2)供应来自所述燃气涡轮机(8)的减压热空气。
9.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过另一蒸汽涡轮机(7 使来自所述燃气涡轮机(8)的减压热空气用于产生能量。
10.一种将热能转换为机械功的设备，其中提供以下组件使燃料燃烧的燃气燃烧器(2)；至少第一热能储存装置(4)和至少第二热能储存装置(6)，这些装置至少暂时地与涡轮机支路(T)交替连接，在所述涡轮机支路下游有燃气涡轮机(8)；以及至少一个连接管线(3)，所述连接管线向所述热能储存装置(4、6)供应所述燃气燃烧器(2)内形成的烟气； 其特征在于，在所述燃气燃烧器( 上游设置有对助燃气体进行转换的气化炉(1)。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在所述涡轮机支路(T)下游提供气体冷却装置(11、12、13)。
12.根据权利要求9或10中至少一项权利要求所述的设备，其特征在于，在所述涡轮机支路(T)内提供用于改变至少第一热能储存装置(4)和至少第二热能储存装置(6)的连接的装置。
13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在所述燃气涡轮机(8)下游设置至少一个热交换器(11、12、13)。
14.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在所述燃气涡轮机(8)与所述气化炉 (1)之间连接有用于分离热能的至少一个热交换器(13)。
15.根据前述权利要求9-14中至少一项权利要求所述的设备，其特征在于，在所述燃气涡轮机(8)下游设置蒸汽涡轮机处理。
全文摘要
本发明尤其涉及将碳质原材料的热能转换为机械功的方法，其具有至少一个第一热能储存和释放装置(4)和至少一个第二热能储存和释放装置(6)，这些装置至少暂时地与涡轮机支路(T)交替连接，该涡轮机支路在其下游具有与其连接的燃气涡轮机(8)；该方法包括以下步骤a)在燃气燃烧器(2)内使气体燃烧；b)通过热能储存装置(4、6)传递燃气燃烧器(2)内产生的烟气(3)，以及c)向燃气涡轮机(8)供应至少一个装置(4、6)释放的热空气(7)，其中，在第一步在气化炉(1)内发生碳质原材料的气化，向气化炉(1)下游连接的燃气燃烧器(2)供应气体产物。
文档编号F02C1/04GK102482996SQ201080037009
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月21日
发明者德拉干·斯蒂凡诺维奇, 斯文·约翰森, 莱茵哈德·普蕾切尔 申请人:克朗斯股份有限公司