專利名稱：利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用植物秸稈、樹葉、谷殼等生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā) 電的方法和裝置，屬于綠色。潔凈的新能源利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源是經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。工業(yè)革命以來，世界能源消費(fèi)劇 增，煤炭、石油、天然氣等化石能源資源的消耗迅速增長，造成生態(tài)自然環(huán)境 不斷惡化，特別是溫室氣體排放導(dǎo)致日益嚴(yán)峻的全球氣候變暖，使得人類社會 的可持續(xù)發(fā)展遭受嚴(yán)重威脅。目前，中國已成為世界能源的生產(chǎn)和消費(fèi)大國， 但是，人均能源消費(fèi)水平仍然很低。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，中國能源需 求將會持續(xù)增長。增加能源供應(yīng)、保障能源安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和 社會的可持續(xù)發(fā)展，是中國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略任務(wù)。
包括所有的動、植物和微生物的生物質(zhì)是通過光合作用而形成的各種有機(jī) 體。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式儲存在生物質(zhì)中的能量，它是以生物質(zhì)為 載體的太陽能，其直接或間接來源于綠色植物的光合作用，是一種儲量豐富的 可再生能源。據(jù)估計(jì)，每年光合作用所固定的碳為世界現(xiàn)有能耗的數(shù)倍。通過 光合作用由生物而生產(chǎn)的生物質(zhì)能始終在人類能源利用中占有很重要的地位。
生物質(zhì)資源包括農(nóng)林廢棄物、能源植物等。其中農(nóng)業(yè)廢棄物是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、 加工過程中形成的廢棄物，如秸稈、稻殼、果殼，玉米心、蔗渣、棉粕、麻粕、 桐粕等。林業(yè)廢棄物是在林木生產(chǎn)、采運(yùn)和加工過程中產(chǎn)生的瑣碎木材、樹皮、 鋸末等廢棄物。
傳統(tǒng)的生物質(zhì)利用是燃燒，但燃燒方式的熱轉(zhuǎn)換效率不高，還污染環(huán)境。生 物質(zhì)氣化后形成的天然氣是一種燃燒值高、又非常清潔的燃料，它是大自然數(shù)萬 年的運(yùn)動杰作。模擬大自然的杰作---氣化生物質(zhì)，是科學(xué)家多年追求的奮斗目標(biāo)。在氧氣作用下，將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細(xì)怏w的過程，被稱為生物質(zhì)氣化。 生物質(zhì)氣化的優(yōu)點(diǎn)是碳轉(zhuǎn)化效率高，其氣化的碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到70%以上，而
其直接燃燒的碳轉(zhuǎn)化率只有20%左右。其缺點(diǎn)是氣體的熱值低，通常為 4000KJ/m3,而且所得到的氣體中雜質(zhì)多。所以大多用作民用燃?xì)?。因此，如?在工農(nóng)業(yè)、其它產(chǎn)業(yè)、或服務(wù)業(yè)中實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)氣化就成為許多技術(shù)人員關(guān)注的 熱點(diǎn)。
術(shù)，通常有三種方式直接燃燒發(fā)電、混合燃燒發(fā)電和氣化發(fā)電。與煤、石油 相比較，生物質(zhì)原料具有種類多樣、形態(tài)各異、堆積體積大和密度小的特點(diǎn)， 收儲運(yùn)和預(yù)處理都比煤、石油要困難得多。再者，生物質(zhì)原料含水量較高，熱 值比較低， 一般約為標(biāo)煤的一半。生物質(zhì)灰中堿金屬含量也比較高，導(dǎo)致灰的 熔化溫度比煤灰低，在鍋爐燃燒過程中容易積灰與結(jié)渣。飛灰中的堿金屬和煙 氣中的氯氣，對鍋爐內(nèi)壁金屬材料會有較大的腐蝕性，影響鍋爐長期安全運(yùn)行。 因此，發(fā)電時必須使用專門設(shè)計(jì)制造的鍋爐來燃燒生物質(zhì)。
斯特林機(jī)是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動機(jī)，它是1816年為蘇 格蘭的R.斯特林所發(fā)明，故被稱為斯特林發(fā)動機(jī)。斯特林機(jī)使用氣體作為工質(zhì)， 在氣缸內(nèi)充有設(shè)定容積的工質(zhì)。其氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。在低溫冷 腔中被壓縮的工質(zhì)，流到高溫?zé)崆恢袃羝ぱ杆偌訜?、膨脹做功。燃料則在氣缸外 的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，并通過加熱器傳遞給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒，也無 須更換。由于斯特林機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中的震爆做功問題，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、 低噪音和低污染，而且運(yùn)行成本低。尤其是斯特林機(jī)氣缸外的燃燒室內(nèi)可以燃 燒各種不同的可燃?xì)怏w，既可燃燒柴油、液化石油氣等燃料，也可以利用太陽 能加熱等。只要其熱腔中的工質(zhì)溫度不低于500°C，該設(shè)備就能夠做功運(yùn)行， 而且環(huán)境溫度越低，做功或發(fā)電的效率越高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法和裝置，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)林廢棄物的綜合利用，不僅有利于環(huán) 境保護(hù)，又提供了潔凈能源。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)
進(jìn)行發(fā)電的方法，其特征在于，包括下列步驟
(1) 將植物秸稈和/或樹葉、谷殼、鋸末、或竹木麻及其它的生物物質(zhì)放 入生物質(zhì)氣化爐中；
(2) 在氣化爐中對生物物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w；
(3) 將可燃?xì)怏w直接送入燃?xì)馔馊紮C(jī)，即斯特林機(jī)的燃燒室，在燃燒室中 該可燃?xì)怏w進(jìn)行充分燃燒，產(chǎn)生的燃燒氣體溫度在50(TC以上；
(4) 斯特林機(jī)燃燒室的燃燒氣體溫度藉由其加熱器傳遞給工質(zhì)，使得在低 溫冷腔中被壓縮而流到高溫?zé)崆恢械墓べ|(zhì)迅速加熱而膨脹做功，推動活塞不斷 循環(huán)往復(fù)，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
所述放入生物質(zhì)氣化爐中的生物物質(zhì)的含水量要低于15%,其長度《 50mm。
所述生物質(zhì)氣化爐處于全封閉工作狀態(tài)，其產(chǎn)生的可燃高溫氣體直接通入 斯特林機(jī)進(jìn)行燃燒、做功而發(fā)電，或者加壓存放在儲氣柜中。
所述生物物質(zhì)包括植物秸稈、稻殼、果殼，玉米心、蔗渣、棉粕、麻粕、 或桐粕的農(nóng)業(yè)廢棄物和/或瑣碎木材、樹皮、或鋸末的林業(yè)廢棄物。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林 機(jī)進(jìn)行發(fā)電的裝置，其特征在于該裝置包括下列組成設(shè)備用于對生物物質(zhì) 進(jìn)行熱解反應(yīng)、以產(chǎn)生可燃?xì)怏w的生物質(zhì)氣化爐，在生物質(zhì)氣化爐和儲氣拒之 間、以及在儲氣拒和斯特林機(jī)之間傳送高溫、可燃?xì)怏w的密閉、保溫管道，利 用高溫、可燃?xì)怏w在斯特林機(jī)燃燒室中燃燒、使其工質(zhì)加熱而膨脹做功的斯特 林機(jī)，以及藉由斯特林機(jī)驅(qū)動發(fā)電的發(fā)電機(jī)。
所述斯特林機(jī)有一個或多個，每個斯特林機(jī)分別驅(qū)動各自的發(fā)電機(jī)，組成 多臺斯特林機(jī)發(fā)電機(jī)組，每臺發(fā)電機(jī)組輸出的電能并聯(lián)輸入電網(wǎng)。
本發(fā)明是利用植物秸稈、樹葉、谷殼等生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法和裝置，其主要創(chuàng)新特點(diǎn)是由于生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的氣體密度熱值低，達(dá)不 到內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的要求(內(nèi)燃機(jī)要求氣體密度熱值> 12MJ/m3),因此，缺少 商業(yè)應(yīng)用價值而被人們丟棄、或者只作為家用爐灶的燃料。本發(fā)明創(chuàng)造性地將 生物質(zhì)氣化技術(shù)與燃?xì)馔馊紮C(jī)一斯特林機(jī)結(jié)合起來，因?yàn)樗固亓謾C(jī)只要求氣體 密度熱值> 350KJ/m3，從而較好地解決了生物質(zhì)能的利用問題。
本發(fā)明的發(fā)電裝置主要有兩部分生物質(zhì)氣化爐和斯特林機(jī)發(fā)電機(jī)組。其 中氣化爐以粉碎后的農(nóng)作物秸稈、或玉米芯、稻殼、果殼、蔗渣、棉粕、麻粕、 桐粕等農(nóng)業(yè)廢棄物或林產(chǎn)加工的廢棄物為原料，且對這些原料的前期處理加工 的要求也不高，便于在中國許多地區(qū)推廣應(yīng)用。其中氣化爐全封閉工作，輸出 的可燃?xì)怏w直接傳送到斯特林機(jī)的燃燒室中燃燒做功發(fā)電。其可燃?xì)怏w的燃燒 率為95%以上。燃燒后產(chǎn)生的剩余爐灰成份與普通植物的燃燒灰一樣，只是其 殘余量或體積大大減少，不會產(chǎn)生環(huán)保問題。此外，本發(fā)明裝置可以使用多臺 斯特林機(jī)構(gòu)成多個單元組合，形成供當(dāng)?shù)厥褂玫陌l(fā)電企業(yè)。由于斯特林機(jī)的購 置費(fèi)用不高，組成的發(fā)電機(jī)組功率大小也可以因地制宜，這樣能夠有效消化和 實(shí)現(xiàn)作物秸桿、雜草等農(nóng)林廢棄物的綜合利用，既解決了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)問題， 又為其經(jīng)濟(jì)、教育、衛(wèi)生和文化的發(fā)展提供了取之不盡的潔凈能源。因此，本 發(fā)明的推廣應(yīng)用能為廣大農(nóng)村、城鄉(xiāng)市鎮(zhèn)的物質(zhì)文明和精神文明創(chuàng)造可觀財富。


圖1是本發(fā)明利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的裝置結(jié)構(gòu)組成 示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作 進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明是一種利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法，包括下 列操作步驟(1) 將植物秸稈和/或樹葉、谷殼、鋸末、或竹木麻及其它生物物質(zhì)》文入 生物質(zhì)氣化爐中。這些生物物質(zhì)包括植物秸稈、稻殼、果殼，玉米心、蔗渣、
棉粕、麻粕、或桐粕的農(nóng)業(yè)廢棄物和/或瑣碎木材、樹皮、或鋸末的林業(yè)廢棄物； 而且，放入生物質(zhì)氣化爐中的生物物質(zhì)的含水量要低于15%,其長度《50mm。
(2) 在全封閉工作狀態(tài)的氣化爐中對生物物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)?體；這些裂解可燃?xì)怏w可以加壓存放在儲氣拒中。
(3) 將可燃?xì)怏w直接送入燃?xì)馔馊紮C(jī)，即斯特林機(jī)燃燒室，在燃燒室中該 可燃?xì)怏w進(jìn)行充分燃燒，產(chǎn)生的燃燒氣體溫度在500。C以上；
(4) 斯特林機(jī)燃燒室的燃燒氣體溫度藉由其加熱器傳遞給工質(zhì)，使得在低 溫冷腔中被壓縮而流到高溫?zé)崆恢械墓べ|(zhì)迅速加熱而膨脹做功，推動活塞不斷 循環(huán)往復(fù)，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
參見圖1，介紹本發(fā)明利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的裝置， 該裝置包括下列設(shè)備用于對生物物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)、以產(chǎn)生高溫、裂解的可 燃?xì)怏w的生物質(zhì)氣化爐，在生物質(zhì)氣化爐和儲氣根之間、以及在儲氣拒和斯特 林機(jī)之間傳送高溫、可燃?xì)怏w的密閉、保溫管道，利用可燃?xì)怏w在燃燒室中燃 燒、進(jìn)而使其工質(zhì)加熱而膨脹做功的斯特林機(jī)，以及藉由斯特林機(jī)驅(qū)動發(fā)電的 發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明裝置中的斯特林機(jī)有一個或多個，每個斯特林機(jī)分別驅(qū)動各自的發(fā) 電機(jī)，組成多臺斯特林機(jī)發(fā)電機(jī)組，每臺發(fā)電機(jī)組輸出的電能并聯(lián)輸入電網(wǎng)。
權(quán)利要求
1、一種利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法，其特征在于，包括下列步驟(1)將植物秸稈和/或樹葉、谷殼、鋸末、或竹木麻及其它生物物質(zhì)放入生物質(zhì)氣化爐中；(2)在氣化爐中對生物物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w；(3)將可燃?xì)怏w直接送入燃?xì)馔馊紮C(jī)，即斯特林機(jī)的燃燒室，在燃燒室中該可燃?xì)怏w進(jìn)行充分燃燒，產(chǎn)生的燃燒氣體溫度在500℃以上；(4)斯特林機(jī)燃燒室內(nèi)燃燒氣體的溫度藉由其加熱器傳遞給工質(zhì)，使得在低溫冷腔中被壓縮而流到高溫?zé)崆恢械墓べ|(zhì)迅速加熱而膨脹做功，推動活塞不斷循環(huán)往復(fù)，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方 法，其特征在于所述放入生物質(zhì)氣化爐中的生物物質(zhì)的含水量要低于15%， 其長度《50mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方 法，其特征在于所述生物質(zhì)氣化爐處于全封閉工作狀態(tài)，其產(chǎn)生的可燃高溫 氣體直接通入斯特林機(jī)進(jìn)行燃燒、做功而發(fā)電，或者加壓存放在儲氣拒中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方 法，其特征在于所述生物物質(zhì)包括植物秸稈、稻殼、果殼，玉米心、蔗渣、 棉粕、麻粕、或桐粕的農(nóng)業(yè)廢棄物和/或瑣碎木材、樹皮、或鋸末的林業(yè)廢棄物。
5、 一種利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的裝置，其特征在于 該裝置包括下列組成設(shè)備用于對生物物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)、以產(chǎn)生可燃?xì)怏w的 生物質(zhì)氣化爐，在生物質(zhì)氣化爐和儲氣拒之間、以及在儲氣拒和斯特林機(jī)之間 傳送高溫、可燃?xì)怏w的密閉、保溫管道，利用高溫、可燃?xì)怏w在斯特林機(jī)燃燒 室中燃燒、使其工質(zhì)加熱而膨脹做功的斯特林機(jī)，以及藉由斯特林機(jī)驅(qū)動發(fā)電 的發(fā)電機(jī)。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的裝 置，其特征在于所述斯特林機(jī)有一個或多個，每個斯特林機(jī)分別驅(qū)動各自的 發(fā)電機(jī)，組成多臺斯特林機(jī)發(fā)電機(jī)組，每臺發(fā)電機(jī)組輸出的電能并聯(lián)輸入電網(wǎng)。
全文摘要
一種利用植物秸稈生物物質(zhì)和斯特林機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法和裝置，該方法包括下列步驟(1)將植物秸稈和/或樹葉、谷殼、鋸末、或竹木麻及其它生物物質(zhì)放入生物質(zhì)氣化爐中；(2)在氣化爐中對生物物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w；(3)將可燃?xì)怏w直接送入燃?xì)馔馊紮C(jī)，即斯特林機(jī)的燃燒室，在燃燒室中該可燃?xì)怏w進(jìn)行充分燃燒，產(chǎn)生500℃以上的高溫；(4)斯特林機(jī)燃燒室內(nèi)燃燒氣體的溫度藉由其加熱器傳遞給工質(zhì)，使得在低溫冷腔中被壓縮而流到高溫?zé)崆恢械墓べ|(zhì)迅速加熱而膨脹做功，推動活塞不斷循環(huán)往復(fù)，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了農(nóng)林廢棄物的綜合利用，不僅有利于環(huán)境保護(hù)，又提供了潔凈能源。因此，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號F02G1/043GK101592098SQ200810114088
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者宜 李 申請人:宜 李