可燃物气化发电系统技术方案

一种气体转化方法，其包括：　　　　在气化工序中气化可燃物，生成气体；　　　　在转化工序中使用催化剂转化在所述气化工序中生成的气体，生成燃料气体；以及　　　　利用通过燃烧所述气化程序中生成的炭所产生的热量来恢复所述催化剂的催化活性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及把可燃物具有的化学能高效转化为电能的技术。更具体地说，本专利技术涉及一种发电系统，它将可燃性废弃物或煤这样的可燃物气化，所产生的气体用作燃料电池的燃料进行发电。在此，可燃性废弃物包括城市垃圾、废渣燃料、淤浆化燃料(solid-water mixture，固体和水的混合物)、废塑料、废纤维增强塑料(FRP)、生物质废物、汽车废弃物以及废木料、劣质煤和废油之类的工业废物。
技术介绍
近年来，已进行各种尝试把煤之类可燃物所具有的化学能转换成电能。其中之一是采用联合循环发电系统，在该系统中，可燃物在压力下气化，产生的气体用来驱动燃气透平，同时采用废热锅炉从燃气透平排出的废气中回收热量，来驱动蒸汽透平，以致燃气透平和蒸汽透平共同进行联合循环发电，高效获得电能。可是在上述联合循环发电系统中，需要产生一种如天然气那样的高热值气体，以驱动现有的燃气透平。即采用具有低热值的可燃物(如城市垃圾这样的可燃性废物)气化所产生的低热值气体，不能驱动现有燃气透平。因此，为了得到高热值气体就必须采取某些措施，例如采用纯氧代替空气作为气化剂，以防止生成的气体被空气中所含的氮稀释。至于具有较高的固定碳含量的煤等可燃物，当采用IGCC(气化联合循环一体化)进行气化时，必须提高气化温度使固定碳完全气化。近来，已在开发利用低热值气体的燃气透平。但是，为了提高效率而提高燃气透平入口气体的温度时，就需要冷空气来冷却暴露于高温下的部件如透平叶片。然而在低热值气体的情况下，如果过剩空气比太大，燃烧气的温度就会降低，因此，必须限制过剩空气比。这种情况下冷却空气量不足，遂使低热值气体燃气透平的开发没有进展。如果采用氧生产高热值气体，那么制氧就需要能量。如果为了完全气化而提高气化反应温度，相应地就需要过量显热，以提高氧气的比例，从而带来降低冷气效率的问题。另外，由于对供给发电设施的气体温度有限制，曾被提到高温的气体必须冷却，这就很不利地增加了显热损失。由于上述原因，从总体上讲效率不一定改善。此处“冷气体效率”，是指所生成可燃性气体的总热值除以所投入原料的总热值得到的数值。专利技术的公开鉴此，本专利技术者作出本专利技术，它能够通过优化联合如下技术而采用低热值可燃物作为原料进行高效发电，并能富集和分离所产生的二氧化碳抑制全球变暖，这些技术包括使低热值气体高效转化为电能的技术、从各种可燃物稳定生产气体的技术以及从生成气中脱除对燃料电池有害组分的技术。据此，本专利技术的目的是提供一种通过气化可燃物进行发电的系统，在该系统中，将可燃性废弃物或煤这样的可燃物气化，利用化学反应使气化生成气进行高效发电。本专利技术的另一目的是提供一种通过气化可燃物进行发电的系统，在该系统中，如可燃性废弃物或煤这样的可燃物在低温气化炉中稳定气化，生成气体，然后从生成气中脱除对燃料电池有害的组分，再将净化后气体引入燃料电池进行高效发电。为了达到上述目的，根据本专利技术的一种方案，提供了一种通过气化可燃物进行发电的系统，其特点是将可燃物气化成气体，其生成气再用于化学反应发电。根据本专利技术的另一种方案，提供了一种通过气化可燃物进行发电的系统，其特点是可燃物气化成气体，其生成气再用于燃料电池发电。根据本专利技术的再一种方案，提供了一种通过气化可燃物进行发电的系统，其特点是将可燃物在流化床燃烧炉中气化成气体，其生成气再用于燃料电池发电。根据本专利技术的又一种方案，提供了一种通过气化可燃物进行发电的系统，其特点是将可燃物气化成气体，其生成气经过转化，转化后的气体再用于燃料电池发电。根据本专利技术的又一种方案，提供了一种通过气化可燃物进行发电的系统，其特点是将可燃物气化成气体，其生成气用于燃料电池发电，同时燃料电池所产生的废热用作气化的热源。根据本专利技术的又一种方案，提供了一种通过气化可燃物进行发电的系统，其特点是将可燃物气化成气体，其生成气用于燃料电池发电，而从燃料电池排出的废气又被引入气化过程加以利用。根据本专利技术的又一种方案，提供了一种通过气化可燃物进行发电的系统，其特点是将可燃物在集成式流化床气化炉中气化成气体，该炉是将气化室、炭燃烧室和热回收室集合在一个气化炉中，其生成气再用于燃料电池发电。根据本专利技术的又一种方案，提供了一种通过气化可燃物进行发电的系统，其特点是提供一种在400～1000℃下气化可燃物的低温气化炉，该炉中产生的气体供应发电设施发电；同时，发电后含大量蒸汽的排气用作低温气化炉的气化剂。根据本专利技术的优选方案，这种发电设施是燃料电池。近年来，燃料电池作为一种将化学能不经过转化为热能而直接转化为电能的技术得到迅速发展。燃料电池大致可以分为4类，从操作温度最高到操作温度最低排列如下固体电解质燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和聚合物电解质燃料电池(PEFC)。磷酸燃料电池和聚合物电解质燃料电池需要纯氢气作为燃料气。另一方面，固体电解质燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池反应温度高，无需贵金属催化剂，因此有显著特点，即不仅氢气而且连一氧化碳(催化剂的毒物)也可以用作燃料。而且，燃料电池还有一个显著特点，即混合气中只有燃料气体组分可以选择性地进行反应。例如，即使如氢气、一氧化碳的燃料气与燃料气以外的气体如氮气、二氧化碳或蒸汽混合时，混合气中也只有可用作燃料的气体组分才能与氧反应进行发电。因此，可以不用任何特殊的气体分离技术而采用混合气进行高效发电。例如，当煤或有机废弃物采用空气气化，其生成气用于驱动燃气透平发电时，由于生成气中含有来自空气的氮气，因此要得到高温燃烧气，就需要过量的热，这相当于使氮气升温所需的显热。理论上，当生成气热值为3.35MJ/m3(NTP)(800kcal/Nm3)时，燃烧气的温度大约是1500℃；而当生成气热值为2.51MJ/m3(NTP)(600kcal/Nm3)时，燃烧气的温度大约是1200℃。而实际上，除非生成气的热值超过4.19MJ/m3(NTP)(1000kcal/Nm3)，否则很难稳定燃烧，而高温燃烧就有产生热NOx的问题。因此，靠燃烧含有大量氮气的气体，很难高效发电。另一方面，当同类气体用于燃料电池发电时，生成气即燃料气种含有氮会产生某些不利影响，例如降低燃料气组分与电极接触的频率，但是这种不利影响比燃气透平发电时要小得多。当将8.37～12.56MJ/kg(2000～3000kcal/kg)的低热值可燃物如城市垃圾气化进行发电时，重要的是尽可能提高冷气效率。某些情况下，在一个尚在开发中的用于废物处理的气化熔融燃烧过程中，热解炉采用了间接加热如外部加热方式。这完全是“为了避免部分燃烧和限制氧气比例以提高冷气效率”。提高冷气效率最有效的方法是避免产生无效热量，特别有效的是尽可能降低气化温度。当气化温度能够降低时，用来产生热量以提高温度所消耗的可燃物数量以及氧气耗量都可以降低。这样就可以提高冷气效率，甚至，当采用纯氧作氧化剂时，制氧消耗的能量也降低了，因此，最终的输出效率得以提高。降低气化温度对气化炉材质也有利。目前正在开发的煤完全气化过程(IGCC)中，气化炉最高温度达到1500℃，甚至还高。因此，选择能耐受这样高温的耐火材料非常困难。目前，没有能耐受这样高温和使用环境的耐火材料，因而要从外部冷却耐火材料以延长其使用寿命。为此，即使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：藤村宏幸，大下孝裕，广势哲久，三好敬久，成濑克利，早川淳一，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：