CN101353621A - 能源资源综合利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能源资源综合利用系统，包括：反应单元，其利用含有机物或生物质的进料进行反应以产生燃料；和发电单元，其至少利用所述燃料的一部分或全部来发电。发电单元至少部分地提供反应单元所需的能量。而且反应单元优选包括亚/超临界反应装置，其能够将所述进料升温加压到亚/超临界条件，使进料产生亚/超临界反应，完成有机物或生物质的水解过程，产生的燃料。总之，本发明的系统将含有机物或生物质的进料处理与能量梯级利用进行了有机整合，提高了系统稳定性、处理效率、能量利用率，降低或消除了系统对外部能源的依赖，不但可作为一种对废物进行资源化利用的有效途径，也是生物能源利用的有效途径。

Description

能源资源综合利用系统
技术领域
本发明涉及生态环保技术和再生能源技术。具体地，本发明涉及一种能源资源综合利用系统，其可利用含有机物或生物质的进料(例如厨余垃圾、粪便等)来获得有用能源(例如电能、热能等)和/或其它有用资源(例如农业肥料、有利用价值的中水等)。
背景技术
随着社会现代化程度的加快，人类社会面临能源、资源和生态可持续发展的多重挑战。为了解决能源、资源紧缺与环境污染、生态保护之间的矛盾，世界各国都在研究各种高效、环保、经济的资源化综合利用系统或可再生的能源资源系统。
例如，公开号为CN1935711A的中国发明专利中，描述了一种能源和资源一体化循环利用的新型分布式能量系统。该系统由太阳能和烟气余热复合沼气发生单元、污水处理单元、原动机单元相互连接组成，对厨余垃圾、粪便、生活污水进行循环利用，以输出一定的生活用电、清洁水以及用于农业生产的肥料。尽管该专利申请提供的技术方案不失为一种能够拓展能源和资源综合利用的有效途径。但是，由于其沼气发生单元仅仅是利用传统的沼气发酵技术在太阳能和/或原动机烟气余热的较为有限的升温作用下来产生沼气，因而发酵周期较长，系统处理效率不高。此外由于原动机烟气余热较为有限，因而在利用太阳能和/或原动机烟气余热来加热沼气发生单元时，受气候条件的影响较大，不利于该系统稳定地工作。
在现有技术中，除了上述对废物进行综合性资源化利用的方案外，还存在一些对废物进行某方面单一利用的技术。
例如，公开号为CN101113348A的中国发明专利中，描述了一种采用高压流体转化技术制备生物燃料的工艺，其利用林业或农业可燃固体废弃物以及生活垃圾中的可燃质、废油脂为原料，在高压反应器中连续进行亚临界或超临界流体转化处理，实现生物质的水解和脂化反应，从而制备出液态生物燃料。该工艺能够缩短制备生物液体燃料的反应时间、提高生物液体燃料产率、简化生物液体燃料后处理工艺。但是，由于该工艺的制备技术单一，未能充分考虑工艺中的残余物利用以及系统能耗等问题，因而在实际使用中，其经济效益和环保效益并不理想。
再例如，公开号为CN1316405A的中国发明专利中，描述了一种利用多种固体废弃物制成生物有机复合肥料的设备。尽管该技术能够在一定程度上起到治理环境污染改良农业土壤的作用，但是其同样由于制备技术单一，在生产过程中完全依赖外部能源进行工作，系统能耗相对较大，生产费用较高。
总之，在现有技术的各种能源和/或资源利用系统中，上文所述的运行稳定性、处理效率、残余物利用、系统能耗等问题是普遍存在的，因此目前迫切需要一种有效的技术方案来解决这些问题。
发明内容
本发明的一个目的是要针对现有技术的不足加以改进，以提供一种稳定地利用含有机物或生物质的进料产生有用能源和资源的系统。
本发明的一个进一步的目的是要在最大程度上提高系统的处理能力，使其能够高效率地对进料进行资源化利用。
本发明的一个进一步的目的是要在最大程度上减少系统对外部能源的依靠，使系统所需的能量基本上或者完全来自系统本身。
本发明的另一个进一步的目的是要充分利用进料中的有机质或生物质，在最大程度上提供尽可能多的有效能源。
具体地，本发明提供了一种能源资源综合利用系统，包括：反应单元，其利用含有机物或生物质的进料进行反应以产生燃料；和发电单元，其至少利用所述燃料的一部分或全部来发电；特别地，所述发电单元产生的电能输出的一部分被电连接到所述反应单元，以至少部分地提供所述反应单元所需的能量。
进一步地，所述发电单元设置有燃料发电装置，所述燃料发电装置利用送入所述发电单元的所述燃料发电，所述燃料发电装置的部分电能输出被传送到所述反应单元，以部分地提供所述反应单元所需的能量。所述燃料发电装置的烟气余热被传送到所述反应单元，以部分地提供所述反应单元所需的能量。
进一步地，所述发电单元还设置有太阳能发电装置，其电能输出构成所述发电单元电能输出的一部分，并且至少部分地提供了所述系统初始运行时所需的能量。
进一步地，所述反应单元优选包括亚/超临界反应装置，所述亚/超临界反应装置能够将送入其内的含有机物或生物质的进料升温加压到亚/超临界条件，利用亚/超临界液体的特性，完成进料中所含有机物或生物质的水解过程，产生气态为主的燃料。
进一步地，所述能源资源综合利用系统还可包括污水处理单元，用于对所述反应单元产生的污水进行处理以获得经处理的水，而且所述污水处理单元工作所需的电能由所述发电单元提供。所述污水处理单元对污水进行处理后得到的污泥被部分地或全部地送回所述反应单元进行再次反应。而且所述能源资源综合利用系统还可包括热泵单元，用于将所述经处理的水与系统外界进行换热，而且所述热泵单元工作所需的电能由所述发电单元提供。经所述热泵单元换热后的所述经处理的水被部分地或全部地送回所述反应单元。
进一步地，所述反应单元利用的含有机物或生物质的进料为厨余垃圾和/或粪便，且所述反应单元产生的燃料为沼气，而反应残渣被输出用作肥料。
在本发明的系统中，由于将反应单元产生的燃料的一部分能量以电能形式反送回反应单元，为反应单元提供所需的部分或全部能量，使得根据本发明的系统即使在不利的气候条件下仍然可以稳定地工作，保证反应单元可以根据需要进行有效的升温加压等操作。而且在为反应单元提供了充足能量供应保证的基础上，本发明采用了亚/超临界反应装置对进料进行反应，大大缩短了进料反应时间，提高了系统的处理效率。此外，本发明还采用了太阳能发电装置，使得系统所需的能量能够基本上完全来自系统本身，在最大程度上减少了对外部能源的依靠。总之，本发明的这种新型分布式能源资源系统将含有机物或生物质的进料处理与能量梯级利用进行了有机整合，提高了系统稳定性、处理效率、能量利用率，降低或消除了系统对外部能源的依赖，不但可作为一种对废物进行资源化利用的有效途径，也是生物能源利用的有效途径。
附图说明
虽然上文已经概括地描述了本发明的内容，但为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明的各个技术特征及优点，从而能够根据本文的描述来实施本发明的技术方案，后文将进一步参照附图详细介绍本发明的具体实施方式，在所述附图中：
图1是根据本发明一个优选实施例的能源资源综合利用系统的示意性框图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个优选实施例的能源资源综合利用系统100。该能源资源综合利用系统100首先应包括可利用含有机物或生物质的进料(例如厨余垃圾和/或粪便等)进行反应以产生燃料的反应单元110。具体地，反应单元110优选可包括亚/超临界反应装置，所述亚/超临界反应装置能够将送入其内的含有机物或生物质的进料升温加压到亚/超临界条件，利用亚/超临界液体的特性，完成进料中所含有机物或生物质的水解过程，产生燃料(例如沼气)，而反应残渣可被输出用作肥料。
本领域技术人员可以意识到，产生的燃料一般是以气态为主的燃料，包括但不限于气态成分所占重量百分比大于50％、或大于60％、或大于70％、或大于80％、或大于90％等的燃料。但是，在不脱离本发明保护范围的情况下，其它形式的例如液态、气态或某种液气混合态的燃料也是可能的。
在本发明中，能源资源综合利用系统100还应包括至少可利用所述燃料的一部分或全部来发电的发电单元120。发电单元120产生的电能输出的一部分被电连接到反应单元110，以至少部分地提供所述反应单元110进行升温加压等操作所需的能量。发电单元120产生的电能除满足系统100自身所需的能耗外，多余的能量用于输出。
具体地，发电单元120中优选设置有燃料发电装置(例如燃气轮机或者燃气内燃机)，所述燃料发电装置利用从反应单元110送入发电单元120的燃料发电，所述燃料发电装置的部分电能输出被传送到反应单元110，以部分地提供反应单元110所需的能量。优选地，所述燃料发电装置的烟气余热可被传送到反应单元110，以部分地提供反应单元110所需的能量。
发电单元120中优选还包括有与所述燃料发电装置并联设置的太阳能发电装置。该太阳能发电装置的电能输出不但可以补充提供系统所需的能量，构成所述发电单元电能输出的一部分，而且可以提供了本发明的能源资源综合利用系统100初始运行时所需的能量。
本领域技术人员还可意识到，也可将发电单元120为能源资源综合利用系统100的其它部分供电的线路可操作地(至少是可断开地)连接到外部电源，以为系统的不完全运行(例如发电单元120未工作)或检修等特殊情况提供后备电源或作为补充。当然，本领域技术人员还可意识到，也可为系统中每个需要电能的单元或装置单独地连接外部电源。另外，发电单元120也可以设置一定的电能储存装置，以保证发电单元120在特殊情况下的应急供电或者保证电力供应稳定等等。这些措施是本领域技术人员根据实际需要容易想到并实现的，本文不再赘述。
能源资源综合利用系统100优选还可包括污水处理单元130，用于对反应单元110产生的污水进行处理以获得经处理的水，而且该单元工作所需的电能也是由发电单元120提供。经处理的水通常为中水，其可直接排出系统100，但是优选在系统100中部分地或全部地继续利用这些中水。污水处理单元130对污水进行处理后得到的污泥可以被部分地或全部地送回反应单元110进行再次反应，以最大限度地利用其中的有机物或生物质。或者，污泥也可以被部分地或全部地直接排出系统100例如可作为肥料或其它用途。
能源资源综合利用系统100优选还可以包括热泵单元140，用于将所述经处理的水(优选为中水)与系统外界进行换热(可用于制冷或制热)，而且热泵单元140工作所需的电能也是由发电单元120提供。被热泵单元140换热后的水可以被部分地或全部地送回反应单元110。本领域技术人员同样可以容易地意识到，此时多余的水也可以直接排出系统100。
尽管上文中结合附图描述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应当意识到，本发明不应限制于上述优选实施例的具体内容。在不脱离所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，可以上述实施例作出各种变型和改进。

Claims (10)

1.一种能源资源综合利用系统，包括：
反应单元，其利用含有机物或生物质的进料进行反应以产生燃料；和
发电单元，其至少利用所述燃料的一部分或全部来发电；
所述能源资源综合利用系统的特征在于：
所述发电单元产生的电能输出的一部分被电连接到所述反应单元，以至少部分地提供所述反应单元所需的能量。
2.根据权利要求1所述的能源资源综合利用系统，其特征在于，所述发电单元设置有燃料发电装置，所述燃料发电装置利用送入所述发电单元的所述燃料发电，所述燃料发电装置的部分电能输出被传送到所述反应单元，以部分地提供所述反应单元所需的能量。
3.根据权利要求2所述的能源资源综合利用系统，其特征在于，所述燃料发电装置的烟气余热被传送到所述反应单元，以部分地提供所述反应单元所需的能量。
4.根据权利要求1所述的能源资源综合利用系统，其特征在于所述发电单元设置有太阳能发电装置，其电能输出构成所述发电单元电能输出的一部分，并且至少部分地提供了所述系统初始运行时所需的能量。
5.根据权利要求1所述的能源资源综合利用系统，其特征在于，所述反应单元包括亚/超临界反应装置，所述亚/超临界反应装置能够将送入其内的含有机物或生物质的进料升温加压到亚/超临界条件，利用亚/超临界时液体的特性，完成进料中所含有机物或生物质的水解过程，产生燃料。
6.根据权利要求1所述的能源资源综合利用系统，其特征在于还包括污水处理单元，用于对所述反应单元产生的污水进行处理以获得经处理的水，而且所述污水处理单元工作所需的电能由所述发电单元提供。
7.根据权利要求6所述的能源资源综合利用系统，其特征在于所述污水处理单元对污水进行处理后得到的污泥被部分地或全部地送回所述反应单元进行再次反应。
8.根据权利要求6所述的能源资源综合利用系统，其特征在于还包括热泵单元，用于将所述经处理的水与系统外界进行换热，而且所述热泵单元工作所需的电能由所述发电单元提供。
9.根据权利要求8所述的能源资源综合利用系统，其特征在于经所述热泵单元换热后的所述经处理的水被部分地或全部地送回所述反应单元。
10.根据权利要求1所述的能源资源综合利用系统，其特征在于所述反应单元利用的含有机物或生物质的进料为厨余垃圾和/或粪便，且所述反应单元产生的燃料为沼气，而反应残渣被输出用作肥料。
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