CN101348764A - 太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统 - Google Patents

太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统 Download PDF

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Abstract

太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特点是包括有太阳能集热箱1，太阳能集热箱1与储热水箱2相连通，储热水箱2与高温发酵装置3相连通，高温发酵装置3与中温发酵装置4相连通；中温发酵装置4与常温发酵装置5相连通；高温发酵装置3、中温发酵装置4和常温发酵装置5与压气装置6相连通，高温发酵装置3、中温发酵装置4和常温发酵装置5与循环水泵14相连，循环水泵14与太阳能集热箱1相连；压气装置6与制冷装置相连，制冷装置与净化装置11相连通，净化装置11与发电装置相连，发电装置与制冷装置相连，设在发电装置下部的涡轮增压冷却器9和缸套冷却器10与换热器12相连，并与储热水箱2相连。其能源利用率高、成本低、经济性好。

Description

太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统
技术领域：
本发明涉及太阳热能与生物质能等可再生能源利用技术领域，特别是涉及一种太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统。
背景技术：
近年来，作为世界第二代能源技术发展重要方向之一的冷热电联产系统在世界范围内受到广泛重视。冷热电联产系统是一种先进的用能方式，根据能量品质进行梯级利用的综合产能、用能分布式系统。分布式能源系统要遵循科学用能原理(科学使用能源，科学配置能源和科学管理能源)，采用各种先进技术，通过“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的方式优化配置资源，提高能源的综合利用效率。分布式冷热电联供系统能够在供电的同时，充分利用发电余热，实现能量的梯级利用，具有很高的能源利用总效率(可达70％以上)；同时，冷热电联供系统采用天然气、液化气、沼气、汽油或柴油作为一次能源，可以有效避免用电高峰负荷，大大缓解空调用能对电网的压力，起到对燃气负荷、电力负荷的削峰填谷作用。冷热电联供系统在大幅度提高系统能源利用率的同时，降低环境污染，明显改善系统的热经济性，所以冷热电联供系统是一种环境友好的供能方式。
冷热电联供系统的核心是热电转换装置与热冷转换装置。国际上现已投入商业化运用的冷热电联供系统热电转换装置有燃气(油)涡轮发电机组(燃气轮机)、燃气(油)内燃发电机组(内燃机)和燃气(油)外燃发电机组(热气机)三种；热冷转换装置有吸收式制冷机和吸附式制冷机两种；燃料电池还处在实验室研究阶段。
中国发明专利名称为：一种电力调峰冷热电联供运行方法及其装置，申请号为：00134616.4，该中国专利公开了一种电力调峰冷热电联产运行方法及其装置。包括热电联产机组及锅炉，热电联产机组发的电入电网。中国发明专利名称为：基于固体吸附制冷机的微型冷热电三联供系统，申请号为：200310108451.9，该专利基于高效吸附式制冷技术实现余热利用。
本发明中能量的转化率和品位得到很大提升，产生大量电能和热能，使沼气得到综合利用，既节约了能源又保护了环境，同时也缓解了夏季的电力紧张问题，增加了供电的可靠性。在进一步的检索中，尚未发现有与本发明主题相同或者类似的冷热电联供系统。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷而提供一种太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，有效克服了背景技术所述存在的一系列问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特点是包括有太阳能集热箱1，太阳能集热箱1通过第一阀门1-0与储热水箱2相连通，储热水箱2上设有第一温度传感器3-0，储热水箱2通过第一电磁阀2-1与高温发酵装置3相连通，高温发酵装置3上设有第二温度传感器3-1，高温发酵装置3通过第四阀门1-3与压气装置6相连通，高温发酵装置3通过第二电磁阀2-2与中温发酵装置4相连通；中温发酵装置4上设有第三温度传感器3-2，中温发酵装置4通过第四阀门1-3与压气装置6相连通，中温发酵装置4通过第三电磁阀2-3与常温发酵装置5相连通；常温发酵装置5上设有第四温度传感器3-3，常温发酵装置5通过第四阀门1-3与压气装置6相连通，高温发酵装置3、中温发酵装置4和常温发酵装置5分别通过第二阀门1-1、第三阀门1-2和第五阀门1-4与循环水泵14相连，循环水泵14与太阳能集热箱1相连；压气装置6通过第六阀门1-5与制冷装置相连，制冷装置与净化装置11相连通，制冷装置和净化装置11下部设有换热器12，净化装置11上设有第五温度传感器3-4和第四压力表5-4，净化装置11通过第八阀门1-7与发电装置相连，发电装置通过第七阀门1-6与制冷装置相连，发电装置下部设有涡轮增压冷却器9和缸套冷却器10，涡轮增压冷却器9和缸套冷却器10通过第九阀门1-8与换热器12相连，并通过第四电磁阀2-4与储热水箱2相连。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其能量的转化率和品位得到很大提升，产生大量电能和热能，使沼气得到综合利用，既节约了能源又保护了环境，同时也缓解了夏季的电力紧张问题，增加了供电的可靠性。能源利用率高、成本低、经济性好、环保性好。
附图说明：
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式：
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述：
如图1所示，所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特点是包括有太阳能集热箱1，太阳能集热箱1通过第一阀门1-0与储热水箱2相连通，储热水箱2上设有第一温度传感器3-0，储热水箱2通过第一电磁阀2-1与高温发酵装置3相连通，高温发酵装置3上设有第二温度传感器3-1和第一沼气采样计4-1，高温发酵装置3通过第四阀门1-3与压气装置6相连通，高温发酵装置3与压气装置6之间的管路上设有第一压力表5-1，高温发酵装置3通过第二电磁阀2-2与中温发酵装置4相连通；中温发酵装置4上设有第三温度传感器3-2和第二沼气采样计4-2，中温发酵装置4通过第四阀门1-3与压气装置6相连通，中温发酵装置4与压气装置6之间的管路上设有第二压力表5-2，中温发酵装置4通过第三电磁阀2-3与常温发酵装置5相连通；常温发酵装置5上设有第四温度传感器3-3和第三沼气采样计4-3，常温发酵装置5通过第四阀门1-3与压气装置6相连通，常温发酵装置5与压气装置6之间的管路上设有第三压力表5-3，，高温发酵装置3、中温发酵装置4和常温发酵装置5分别通过第二阀门1-1、第三阀门1-2和第五阀门1-4与循环水泵14相连，循环水泵14与太阳能集热箱1相连；压气装置6通过第六阀门1-5与制冷装置相连，制冷装置与净化装置11相连通，制冷装置和净化装置11下部设有换热器12，净化装置11上设有第五温度传感器3-4和第四压力表5-4，净化装置11通过第八阀门1-7与发电装置相连，发电装置通过第七阀门1-6与制冷装置相连，发电装置下部设有涡轮增压冷却器9和缸套冷却器10，涡轮增压冷却器9和缸套冷却器10通过第九阀门1-8与换热器12相连，并通过第四电磁阀2-4与储热水箱2相连。
所述的太阳能集热箱1为平板式、真空管式、抛物槽式、碟式或热管式集热器。高温发酵装置3为高温厌氧发酵器，所述的中温发酵装置4为中温厌氧发酵器，所述的常温发酵装置5为常温恒温厌氧发酵器。净化装置11为搅拌式、间歇搅拌式或静态式。发电装置为内燃机发电、燃气轮机发电、锅炉燃烧汽轮机发电或燃料电池发电。发电装置包括燃气内燃机7，燃气内燃机7与发电机组8相连。制冷装置为压缩式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷、喷射式制冷或20℃的环境制冷。制冷装置为溴化锂吸收式制冷机13。高温发酵装置3、中温发酵装置4和常温发酵装置5都设有进料口和出料口。
所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其工作原理如下：从平板式太阳能集热箱1获得太阳能的温水通过第一阀门1-0流入储热水箱2，当第一温度传感器3-0显示蓄热水箱的水温达到60℃时，通过第一电磁阀2-1来调节水流量实现高温(53℃)发酵装置恒温发酵产气，第二温度传感器3-1和第一压力表5-1测量其温度和压力，当达到设定温度和压力值时第四阀门1-3开启，沼气进入压气装置6。同理，通过第二电磁阀2-2来调节水流量实现中温(37℃)发酵装置的正常产气，第三温度传感器3-2和第二压力表5-2测量其温度和压力；通过第三电磁阀2-3来调节水流量实现常温(24℃)发酵装置的正常产气，第四温度传感器3-3和第三压力表5-3测量其温度和压力。当由于季节或天气等原因致使环境温度降低，保证恒温发酵所需热量增大时，热水不能满足三个发酵装置的恒温发酵条件，这时通过开启第二阀门1-1，关闭第二电磁阀2-2使高温发酵装置和太阳能加热系统单独构成一个循环回路，实现高温发酵装置恒温产生沼气。同理，温度较高时，可通过开启第二电磁阀2-2、第三阀门1-2，关闭第二阀门1-1、第三电磁阀2-3构成另一个循环回路，实现高温发酵装置和中温发酵装置在设定温度下恒温高效生产沼气；当沼气发酵装置中压力达到设定值时，打开第四阀门1-3、第六阀门1-5，开启压气装置6，有其产生高温沼气和从内燃机排出的高温烟气驱动溴化锂吸收式制冷机13工作。净化装置由溴化锂吸收式制冷机13通过铜管来输送冷量，第五温度传感器3-4和第四压力表5-4控制其温度和压力；同时从溴化锂吸收式制冷机13出来的混合气通过换热器12进入净化装置，产生高纯度的甲烷气体；燃气内燃机7及三相交流异步发电机组8，燃气内燃机7和三相交流异步发电机组8转动轴通过联轴器连接在一起，由三相交流异步发电机组8对外提供电负荷。冷水经燃气内燃机7的涡轮增压冷却器9加热后进入缸套冷却器10继续加热，再通过换热器12得到高温热水，向用户提供热能。当由于季节天气等原因储热水箱的水温达不到设定要求时，通过开启第四电磁阀2-4，利用换热器12中的热水保证系统正常运行。
所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，可分为太阳能加热的沼气生产系统、沼气压缩和净化系统、燃气内燃机发电和余热利用系统三部分。
太阳能加热的沼气生产系统：从平板式太阳能集热箱1获得太阳能的温水通过第一阀门1-0流入储热水箱2，当第一温度传感器3-0显示蓄热水箱的水温达到60℃时，通过第一电磁阀2-1来调节水流量实现高温(53℃)发酵装置恒温发酵产气，第二温度传感器3-1和第一压力表5-1测量其温度和压力，当达到设定温度和压力值时第四阀门1-3开启，沼气进入压气装置6。同理，通过第二电磁阀2-2来调节水流量实现中温(37℃)发酵装置的正常产气，第三温度传感器3-2和第二压力表5-2测量其温度和压力；通过第三电磁阀2-3来调节水流量实现常温(24℃)发酵装置的正常产气，第四温度传感器3-3和第三压力表5-3测量其温度和压力。当由于季节或天气等原因致使环境温度降低，保证恒温发酵所需热量增大时，热水不能满足三个发酵装置的恒温发酵条件，这时通过开启第二阀门1-1，关闭第二电磁阀2-2使高温发酵装置和太阳能加热系统单独构成一个循环回路，实现高温发酵装置恒温产生沼气。同理，温度较高时，可通过开启第二电磁阀2-2、第三阀门1-2，关闭第二阀门1-1、第三电磁阀2-3构成另一个循环回路，实现高温发酵装置和中温发酵装置在设定温度下恒温高效生产沼气。
沼气压缩和净化系统：当沼气发酵装置中压力达到设定值时，打开第四阀门1-3、第六阀门1-5，开启压气装置6，有其产生高温沼气和从内燃机排出的高温烟气驱动溴化锂吸收式制冷机13工作。净化装置由溴化锂吸收式制冷机13通过铜管来输送冷量，第五温度传感器3-4和第四压力表5-4控制其温度和压力；同时从溴化锂吸收式制冷机13出来的混合气通过换热器12进入净化装置，产生高纯度的甲烷气体。
燃气内燃机发电和余热利用系统包括：燃气内燃机7及三相交流异步发电机组8，燃气内燃机7和三相交流异步发电机组8转动轴通过联轴器连接在一起，由三相交流异步发电机组8对外提供电负荷。冷水经燃气内燃机7的涡轮增压冷却器9加热后进入缸套冷却器10继续加热，再通过换热器12得到高温热水，向用户提供热能。当由于季节天气等原因储热水箱的水温达不到设定要求时，通过开启第四电磁阀2-4，利用换热器12中的热水保证系统正常运行。
本发明首先通过太阳能加热的沼气生产装置，产生沼气，经过压缩装置驱动溴化锂吸收式制冷机工作，冷却净化装置，产生高纯度的甲烷气体，进入燃气内燃机，带动发电机组发电，向用户提供电能。冷水经燃气内燃机的涡轮增压冷却器和缸套冷却器及换热器得到高温热水，用于采暖或者生活热水，从而太阳能加热的沼气冷热电联供系统一年四季都有稳定的冷、热、电的能量供应。

Claims (9)

1.太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特征是包括有太阳能集热箱(1)，太阳能集热箱(1)通过第一阀门(1-0)与储热水箱(2)相连通，储热水箱(2)上设有第一温度传感器(3-0)，储热水箱(2)通过第一电磁阀(2-1)与高温发酵装置(3)相连通，高温发酵装置(3)上设有第二温度传感器(3-1)，高温发酵装置(3)通过第四阀门(1-3)与压气装置(6)相连通，高温发酵装置(3)通过第二电磁阀(2-2)与中温发酵装置(4)相连通；中温发酵装置(4)上设有第三温度传感器(3-2)，中温发酵装置(4)通过第四阀门(1-3)与压气装置(6)相连通，中温发酵装置(4)通过第三电磁阀(2-3)与常温发酵装置(5)相连通；常温发酵装置(5)上设有第四温度传感器(3-3)，常温发酵装置(5)通过第四阀门(1-3)与压气装置(6)相连通，高温发酵装置(3)、中温发酵装置(4)和常温发酵装置(5)分别通过第二阀门(1-1)、第三阀门(1-2)和第五阀门(1-4)与循环水泵(14)相连，循环水泵(14)与太阳能集热箱(1)相连；压气装置(6)通过第六阀门(1-5)与制冷装置相连，制冷装置与净化装置(11)相连通，制冷装置和净化装置(11)下部设有换热器(12)，净化装置(11)上设有第五温度传感器(3-4)和第四压力表(5-4)，净化装置(11)通过第八阀门(1-7)与发电装置相连，发电装置通过第七阀门(1-6)与制冷装置相连，发电装置下部设有涡轮增压冷却器(9)和缸套冷却器(10)，涡轮增压冷却器(9)和缸套冷却器(10)通过第九阀门(1-8)与换热器(12)相连，并通过第四电磁阀(2-4)与储热水箱(2)相连。
2.根据权利要求1所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特征是：所述的太阳能集热箱(1)为平板式、真空管式、抛物槽式、碟式或热管式集热器。
3.根据权利要求1所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特征是：所述的高温发酵装置(3)为高温厌氧发酵器，所述的中温发酵装置(4)为中温厌氧发酵器，所述的常温发酵装置(5)为常温恒温厌氧发酵器。
4.根据权利要求1所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特征是：所述的净化装置(11)为搅拌式、间歇搅拌式或静态式。
5.根据权利要求1所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特征是：所述的发电装置为内燃机发电、燃气轮机发电、锅炉燃烧汽轮机发电或燃料电池发电。
6.根据权利要求5所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特征是：所述的发电装置包括燃气内燃机(7)，燃气内燃机(7)与发电机组(8)相连。
7.根据权利要求1所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特征是：所述的制冷装置为压缩式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷、喷射式制冷或20℃的环境制冷。
8.根据权利要求7所述的太阳热能与生物质能互补的冷热电联产系统，其特征是：所述的制冷装置为溴化锂吸收式制冷机(13)。
9.根据权利要求3所述的高效三级恒温沼气生产装置，其特征在于：所述的高温发酵装置(3)、中温发酵装置(4)和常温发酵装置(5)都设有进料口和出料口。
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