CN102678382A - 一种生物质分布式冷热电多联产能源系统 - Google Patents

一种生物质分布式冷热电多联产能源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，属于可再生能源技术领域。技术方案包括物质燃烧器(1)、斯特林发动机(5)、热交换器(10)、发电机(14)及吸收式制冷机(24)，由生物质燃烧器(1)产生的烟气经净化后进入斯特林发动机(5)，产生的动力通过输出轴(13)为发电机(14)提供动力产生电能，产生的废热气通过热废气管(15)进入吸收式制冷机(24)制冷、制热，冷却水通过热交换器(10)预热空气及提供热水，实现冷、热、电多联产。本发明以生物质燃料为原料，采用燃烧后的烟气，通过斯特林发动机产生动力直接发电，热废气通过吸收式制冷机实现制冷、供热，热交换装置实现空气预热及提供热水等，实现能源梯级利用。

Description

一种生物质分布式冷热电多联产能源系统
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，是一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，具体是以生物质燃料为原料，采用燃烧后的烟气，通过斯特林发动机产生动力直接发电，热废气通过吸收式制冷机实现制冷、供热，热交换装置实现空气预热及提供热水等，实现能源梯级利用。
背景技术
我国具有丰富的生物质能资源，秸秆数量大、种类多、分布广，每年秸秆产量约8亿t，因此大力开发生物质资源，实现秸秆固体成型燃料规模化生产和应用，不仅能够在一定程度上缓解能源短缺的压力，而且可以相应减少使用煤、石油等不可再生资源对生态环境保护的负面影响。生物质固体成型燃料是指农作物秸秆、林业剩余物在一定温度与压力作用下经干燥和粉碎后挤压成具有一定形状的、密度较大的固体燃料。体积缩小6～8倍，密度为1.0～1.4t/m3，能源密度相当于中质烟煤，使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧效率好。既可用于小型生物质炉具或小型锅炉作为农村居民的炊事和取暖燃料，也可用于大型锅炉作为城市区域供热和发电厂的燃料。因此以生物质固体成型燃料为原料的能源供应系统近年来越来越受到人们的广泛关注。
分布式能源系统的能源利用率远远高于多数国家依靠大型主要电站将电力从发电厂向终端用户单向传输的集中供电系统，是一种新型的能源系统，与常规能源供应系统相比，具有安全可靠、能源利用效率高、环境友好、经济性良好等优点，因而受到世界范围的广泛重视。
分布式能源系统依靠在能源消费地区附近小型发电设备来有效补充或取代集中供电系统。由于近距离为用户提供冷、热、电需求，分布式供能系统可以实现能量的梯级利用，并有效降低了冷、热、电能远距离输送的损失，一次能源利用效率大大提高，同时降低了相应的输配系统投资。以目前的技术水平，分布式供能系统的总热效率可达70％～90％。而目前我国发电厂的供电效率的平均水平仅33％。与大型的发电站及发电设施相比，生物质分布式发电将会提高整个社会的能源利用率。
目前分布式冷热电联产系统主要由动力发电装置和吸收式机组等组成，动力装置一般为燃气轮机或内燃机，燃气轮机或内燃机的排烟作为高温热源驱动吸收式机组，在夏季吸收式机组制冷，在冬季吸收式机组作为换热器使用，生产热量满足建筑热负荷和生活热水需求，实现冷热电多联产。但目前的这些分布式冷热电联产系统的动力主要来源于天然气、煤炭等化石燃料，如专利号为200810204142.4(申请日2008.12.5)的专利中燃料驱动动力机的动力来源于燃气、煤炭等化石燃料，另外也有部分冷热电联产系统的动力来源于风能等，如专利号200710098469.3(申请日2007.4.18)的专利中介绍了一种以风能为动力来源的冷热电多联产系统，以生物质固体成型燃料燃烧后的烟气作为动力的分布式冷热电多联产系统尚未发现。
发明内容
本发明的目的是以生物质固体成型燃料高效燃烧后的烟气作为分布式冷热电多联产系统的动力，提供一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，通过斯特林发动机产生动力直接发电，热废气通过吸收式制冷机实现制冷、供热，热交换装置实现空气预热及提供热水等，实现能源梯级利用，提高生物质能利用效率。
为达到这一目的所采取的技术方案包括生物质燃烧器、斯特林发动机、热交换器、发电机及吸收式制冷机，其特征在于，由生物质燃烧器产生的烟气经净化后进入斯特林发动机，产生的动力通过输出轴为发电机提供动力产生电能，产生的废热气通过乏气管进入吸收式制冷机制冷、制热，冷却水通过热交换器预热空气及提供热水，实现生物质能源梯级利用，提高能源利用效率。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，斯特林发动机的动力通过生物质燃烧器燃烧生物质固体成型燃料产生的烟气提供。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，生物质燃烧器产生的烟气通过烟管首先进入烟气净化器，因为燃烧后的烟气灰分、氮化物、氧化物等杂质较多，净化后的烟气再通过三通阀进入斯特林发动机，能够提高燃烧效率。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，生物质燃烧器烟气根据需求，如在夏天，需要电力较多时，可以直接进入斯特林发动机，以产生较多的电能，如果在冬天，可以根据供热供暖及制冷的需求，通过三通阀直接进入热废弃管，然后进入吸收式制冷机，提供热水或制冷等。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，进入生物质燃烧器的空气为预热空气，这样能够提高生物质成型燃料的燃烧效率。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，常温空气通过预热空气进口进入热交换器，加热后空气通过预热空气管进入生物质燃烧器，为燃烧器提供预热空气。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，热交换器通过斯特林发动机中的预热对常温水增温进行换热，增温后的水通过冷却出水管进入热交换器，交换后的冷水通过冷却回水管进入斯特林发动机，既能保证斯特林发动机的冷却，又能为热交换器提供热量。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，常温水通过生活用水进水管进入热交换器进行热量交换，增温后的热水通过生活用水出水管进行供热、供暖。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，斯特林发动机动力通过输出轴输出，为发电机提供动力进行发电，为用电装置提供电力。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，斯特林发动机产生的废热气通过乏气管进入吸收式制冷机，常温水通过供暖用水进水管进入吸收式制冷机进行换热，产生热水通过供暖用水出水管进行供暖，常温空气通过常温空气进气管进入吸收式制冷机，换热后的水对常温空气进行制冷，产生的冷气通过冷空气排出管排出。
上述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，吸收式制冷机中的热气通过蓄能进气管进入蓄能装置进行蓄能，再通过蓄能排气管回到吸收式制冷机，能够保证热量的充分利用。
本发明的生物质分布式冷热电多联产能源系统，是以生物质固体成型燃料高效燃烧后的烟气作为分布式冷热电多联产系统的动力，通过斯特林发动机产生动力直接发电，为用电装置提供电能；热废气通过吸收式制冷机实现制冷、供热，能够为用户提供热水，夏季提供冷气，实现制冷，同时净化后的烟气也可以根据需求直接进入吸收式制冷机，实现制冷、供热；斯特林发动机的冷却水能够通过热交换装置实现空气预热，为生物质固体成型燃料高效燃烧提供预热空气，提高燃烧效率，同时也能通过热交换提供热水等，实现生物质能源梯级利用，提高生物质能利用效率。
具有以上结构特点的生物质分布式冷热电多联产能源系统所具有的优点如下：
1)本发明生物质能源利用率达到95％以上。本发明是一种以生物质固体成型燃料高效燃烧后的烟气作为分布式冷热电多联产系统的动力，斯特林发动机的热废气用于供热、制冷，冷却水用于预热空气等，实现了能源的梯级利用，提高了能源利用效率，试验结果表明该系统比直接燃烧生物质固体成型燃料供热供暖相比，能源利用率达到95％以上。
2)本发明提高了生物质固体成型燃料的燃烧效率。本发明中采用斯特林发动机进行发电，其中冷却水通过热交换器，不仅能够得到高温热水，提供热水供暖等，关键能够预热空气，为生物质固体成型燃料的燃烧提供热空气，提高了燃烧效率。
3)本发明应用性强，能够解决偏远地区的用能问题。本发明通过生物质固体成型燃料燃烧及斯特林发动机，能够产生电力、提供热水、制冷等，实现冷热电多联产，在尚未通电的地区大都分布在西部地区及东部沿海的一些岛屿上，远离电网。但这些地区大都拥有丰富的生物质能资源。事实证明，在一定的条件下，利用可再生能源解决无电问题，有时往往比延伸电网来得更经济、有效、节能，生物质能分布式供电系统已经在中国部分地区受到极大的欢迎。
附图说明：
图1为生物质分布式冷热电多联产能源系统结构示意图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的实施例进行描述：
如图1所示：1为生物质燃烧器，2为烟管，3为烟气净化器，4为三通阀，5为斯特林发动机，6为预热空气管，7为预热空气进口，8为冷却回水管，9为冷却出水管，10为热交换器，11为生活用水进水管，12为生活用水出水管；13为输出轴，14为发电机，15为乏气管，16为蓄能进气管，17为蓄能装置，18为蓄能排气管，19为供暖用水进水管，20为供暖用水出水管，21为常温空气进气管，22为冷空气排出管，23为尾气排出管，24为吸收式制冷机。
生物质固体成型燃料进入生物质燃烧器1及在通过预热空气管6的热空气的作用下高效燃烧，燃烧的烟气通过烟管2进入烟气净化器3，在通过三通阀4进入斯特林发动机，也可以通过三通直接进入乏气管15。净化后的烟气为斯特林发动机提供动力，通过输出轴13为发电机14提供动力，产生电能。
冷却水通过生活用水进水管11进入到斯特林发动机5中，再通过生活用水出水管进入到热交换器10中，再进行换热。在热交换器10中，进行空气和水两种交换，常温空气筒预热空气进口进入到热交换器10中，热交换后再通过预热空气管6进入到生物质燃烧器1中，为其提供预热空气；常温水通过生活用水进水管11进入到热交换器10中，热交换后的高温热水通过生活用水出水管12排出，提供热水。
斯特林发动机5产生的热废气通过乏气管15进入吸收式制冷机24，常温水通过供暖用水进水管19进入吸收式制冷机24进行换热，产生热水通过供暖用水出水管20进行供暖，常温空气通过常温空气进气管21进入吸收式制冷机24，换热后的水对常温空气进行制冷，产生的冷气通过冷空气排出管22排出，为房间制冷。吸收式制冷机24中的热气通过蓄能进气管16进入蓄能装置17进行蓄能，再通过蓄能排气管18回到吸收式制冷机24，循环利用后的尾气由尾气排出管23排出。
试验结果表明，采用本发明的生物质分布式能源系统实现了冷热电多联产，与生物质固体成型燃料直接燃烧供热相比，不仅能够供热供暖，而且能够提供电力、制冷等，生物质能源利用率能够达到95％以上，本发明结合图例说明如下：
实施例：北京郊区某中小学校生物质分布式冷热电多联产能源系统
根据本发明，在北京郊区某中小学校建立生物质分布式冷热电多联产能源系统，其中总建筑面积6000平方米，在未建立生物质分布式冷热电多联产能源系统前，建有700kw生物质锅炉，年消耗成型燃料2500吨，供暖时间120天，能源利用率仅为80％，采用本发明建设生物质分布式冷热电多联产能源系统后，年消耗秸秆6000吨，除冬季供暖外，夏季用于房间制冷，替代空调，同时进行发电，解决了学校用电问题，能源利用率达到95％以上。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，包括生物质燃烧器(1)、斯特林发动机(5)、热交换器(10)、发电机(14)及吸收式制冷机(24)，其特征在于，由生物质燃烧器(1)产生的烟气经净化后进入斯特林发动机(5)，产生的动力通过输出轴(13)为发电机(14)提供动力产生电能，产生的废热气通过乏气管(15)进入吸收式制冷机(24)制冷、制热，斯特林发动机(5)中的冷却水通过热交换器(10)预热空气及提供热水。
2.根据权利要求1所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，斯特林发动机(5)的动力通过生物质燃烧器(1)燃烧生物质固体成型燃料产生的烟气提供。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，生物质燃烧器(1)产生的烟气通过烟管(2)进入烟气净化器(3)，净化后的烟气再通过三通阀(4)进入斯特林发动机(5)。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，生物质燃烧器(1)产生的烟气根据需求，通过三通阀(4)直接进入热废弃管(15)，然后进入吸收式制冷机(24)。
5.根据权利要求1所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，进入生物质燃烧器(1)的空气为预热空气。
6.根据权利要求1或5所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，常温空气通过空气进口(7)进入热交换器(10)，加热后空气通过预热空气管(6)进入生物质燃烧器(1)。
7.根据权利要求1或5所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，热交换器(10)通过斯特林发动机(5)中的预热对常温水增温进行换热，增温后的水通过冷却出水管(9)进入热交换器(10)，交换后的冷水通过冷却回水管(8)进入斯特林发动机(5)。
8.根据权利要求1或5所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，常温水通过生活用水进水管(11)进入热交换器(10)进行热量交换，增温后的热水通过生活用水出水管(12)进行供热、供暖。
9.根据权利要求1所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，斯特林发动机(5)产生的废热气通过乏气管(15)进入吸收式制冷机(24)，常温水通过供暖用水进水管(19)进入吸收式制冷机(24)进行换热，产生热水通过供暖用水出水管(20)进行供暖，常温空气通过常温空气进气管(21)进入吸收式制冷机(24)，换热后的水对常温空气进行制冷，产生的冷气通过冷空气排出管(22)排出。
10.根据权利要求1所述的一种生物质分布式冷热电多联产能源系统，其特征在于，吸收式制冷机(24)中的热气通过蓄能进气管(16)进入蓄能装置(17)进行蓄能，再通过蓄能排气管(18)回到吸收式制冷机(24)，最终的尾气由尾气排出管(23)排出。
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