CN102967080B - 太阳能与生物质能互补的热能动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能与生物质能互补的热能动力系统包括太阳能聚光装置、太阳能蓄热罐、生物质热能电站、集中供冷的联合制冷制冰装置及集中供热的热水系统，其太阳能聚光集热装置通过管路与太阳能蓄热罐连接，太阳能蓄热罐的第一输出换热器B1的入口与生物质锅炉给水泵出口相连，B1的出口与生物质锅炉的给水系统入口相连；太阳能蓄热罐的第二输出换热器B2的入口管路与净水场的输出管路相连，B2的输出口与联合制冷制冰装置的可提供热能用于制冷制冰的热能输入管路相连；联合制冷制冰装置的工作冷却水连接到供热系统的热水罐中，为用户集中供热。太阳能蓄热罐为两介质或三介质二循环蓄热罐,蓄热介质为导热油、熔融盐。

Description

太阳能与生物质能互补的热能动力系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能与生物质能互补的热能动力系统,属于清洁能源技术领域。
背景技术
随着传统化石能源（煤、石油、天然气）储量的日益减少，以及由于使用化石能源带来的环境污染问题，直接威胁着人类的生存和发展，重视和发展可再生、环保能源，减少CO2排放已成为各国政府的共识。
生物质是植物通过光合作用生成的有机物质，其分布广泛、可利用量大、用其废弃物秸杆作为能源利用,较化石能源清洁，具有CO2零排放的特征，是一种重要的可再生能源。广义地讲，生物质能也来源于太阳能,是植物通过叶绿素的光合作用收集太阳能,造福了人类。
太阳能具有分布广泛、储量无限、收集利用清洁、CO2零排放,属可再生能源的优点引起人们广泛关注;长期以来，太阳能的大规模开发利用因其分散，受天气影响较大，能量汇集不稳定、不连续等，而存在种种问题。
目前人类在利用能源时也还存在很不合理的情况，造成了极大的能源浪费。为用电就建电厂发电供应各家各户，为居住舒适，各用户就安装空调机，消耗电力夏季制冷使室内空气降温，移走的热能排往大气，冬季制热使室内空气升温，用热水就建各种热水器（太阳能、电热、燃气热），用冰（使食品流转中保鲜）就消耗电力制冰。可以看到目前现有的这种技术模式无休止的使用电力，造成能源的巨大浪费。
因此，寻找技术途径,将生物质热能合理地与太阳能相结合, 并使发电、制冷、制冰、热水一体化的提供给用户，相互弥补各自的不足,形成电、热、冷的三联供动力中心，是一种解决能源浪费问题的有效途径。
发明内容
本发明的目的是设计一种太阳能与生物质能互补的热能动力系统,为充分发挥清洁能源生物质能、太阳能热发电的互补作用,最大化地完成太阳能与生物质能的多次循环使用，并使发电、制冷、制冰、热水一体化地生产，建立低碳园区的电、热、冷三联供动力中心。
本发明的技术方案：本发明的太阳能与生物质能互补的热能动力系 统包括太阳能聚光装置、太阳能蓄热罐、生物质直燃电站、集中供冷的联合制冷制冰装置及集中供热的热水系统，其中太阳能聚光集热装置通过管路与太阳能蓄热罐连接，太阳能蓄热罐的第一输出换热器B1的入口与生物质锅炉给水泵出口相连，B1的出口与生物质锅炉的给水系统入口相连；太阳能蓄热罐的第二输出换热器B2的入口管路与净水场的输出管路相连，B2的输出口与联合制冷制冰装置的可提供热能用于制冷制冰的热能输入管路相连；联合制冷制冰装置的工作冷却水吸取制冷制冰装置的排放热后，与生物质直燃锅炉烟道中设置的余热收集器中输出的热水合流，连接到供热系统的热水罐中，为用户集中供热。
所述的太阳能蓄热罐为两介质二循环蓄热罐,置于太阳能蓄热罐中的蓄热介质为导热油或熔融盐，导热油或熔融盐通过高温泵流经太阳能聚光装置被太阳能加热, 再返回到蓄热罐中作为蓄热介质，蓄热罐中导热油或熔融盐放热，经第一输出换热器B1将来自给水泵的水加热供给生物质锅炉；经第二输出换热器B2将来自净水场的水加热供给联合制冷制冰装置制冷制冰。
所述的太阳能蓄热罐为三介质两循环蓄热罐。置于太阳能蓄热罐中的蓄热介质为熔融盐，太阳能换热器A中的传热介质为导热油，导热油流经太阳能聚光装置吸收热后，通过导热油换热器A对太阳能蓄热罐中的蓄热介质熔融盐放热, 蓄热介质熔融盐再经第一输出换热器B1将来自给水泵的水加热供给生物质锅炉；经第二输出换热器B2将来自净水场的水加热供给联合制冷制冰装置制冷制冰。
所述的生物质锅炉烟道中设置有烟气余热收集器，烟气余热收集器的输出热水管连接到供热系统的热水罐中。
所述的供热系统的热水罐通过管路、阀门、回水泵与太阳能蓄热罐连接。
所述的联合制冷制冰装置为溴化锂吸收式制冷机或蒸噴式制冷机。
所述的流经太阳能聚光聚热器的导热介质是导热油,或者是熔融盐。
所述的熔融盐为二元硝酸盐体系，如NaNO3、KNO3的混合盐，其二元硝酸盐体系由90% ～40%（重量）NaNO3和10%～60%（重量）KNO3的混合盐组成。
或者所述的熔融盐为三元体系硝酸盐，如NaNO2、NaNO3、 KNO3的混 合盐，其三元硝酸盐体系由  5%～10%（重量）NaNO2、30%～70%（重量）NaNO3、20%～65%重量KNO3的混合盐组成。
优选地，所述的二元硝酸盐体系为重量份60%～40%NaNO3+40%～60%KNO3的混合盐。 
优选地，所述的三元硝酸盐体系为重量份7%NaNO2+ 40%NaNO3+ 53%KNO3的混合盐。
本发明的优点：本发明的系统采用太阳能与生物质能的互补发电、及集中供冷（空调）供冰（保鲜用）、集中提供热水的方式，使得清洁能源太阳能及生物质能的一部分完成了三次循环使用，与现有的能源使用技术相比，是一种更加节能环保的使用能源模式。
本发明中的太阳能蓄热罐中的蓄热介质在高温泵的驱动下,流经太阳能聚光聚热器,吸收热能使温度升高,流进附保温层的蓄热罐中蓄能保温。而生物质直燃电站的生物质锅炉给水,在锅炉给水泵的驱动下先流经蓄热罐内设置的换热器使水温度升高,再流入锅炉中生成过热蒸汽, 输往汽轮机发电。由于采用合理的蓄热介质，合理的收集热能设备。既解决了使用太阳能热量不稳定的问题，又在白天阳光充足时少烧了燃料，保证汽轮发电机的正常运行。同时还使太阳能这种清洁能源在夏季阳光充足季节，成为夏季用冷用冰高负荷季节的主要动力能，而发电及制冷制冰的余热又生产出热水供人们夏季洗浴或其它用热（如：食品加工、纺织、印染），这种用能方式，使能量反复循环使用。
与传统使用能源方式相比，本发明具有显著的节能、低耗、低粉尘,既不排放SO2污染大气、又属CO2零排放,一次能源，反复多次使用，属于低碳循环经济的冷、热、电集中三联供热能动力系统。
上述的系统,其中的太阳能蓄热罐可为多介质多循环，蓄热介质为熔融盐更经济，更廉价，使方案更具实用性。
附图说明
图1是本发明的系统示意框图。
图2是本发明的二介质两循环蓄热罐系统示意图。
图3是本发明的三介质两循环蓄热罐系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的最佳实施方式和结构。
图1中, 包括太阳能聚光装置、太阳能蓄热罐、生物质热能电站、集中供冷的联合制冷制冰装置及集中供热的热水系统，其特征在于：太阳能聚光集热装置通过管路与太阳能蓄热罐连接，太阳能蓄热罐的第一输出换热器B1的入口与生物质锅炉给水泵出口相连，B1的出口与生物质锅炉的给水系统入口相连；太阳能蓄热罐的第二输出换热器B2的入口管路与净水场的输出管路相连，B2的输出口与联合制冷制冰装置的可提供热能用于制冷制冰的热能输入管路相连；联合制冷制冰装置的工作冷却水吸取制冷制冰装置的排放热后，与生物质直燃锅炉烟道中设置的余热收集器中输出的热水合流，再连接到供热系统的热水罐中，为用户集中供热。
图2是本发明的二介质两循环蓄热罐系统示意图：
置于太阳能蓄热罐1中的蓄热介质1a为导热油（或熔融盐），导热油（或熔融盐）通过高温阀门2b、高温泵2a流经太阳能聚光装置被太阳能加热, 第一输出换热器B1将来自锅炉给水泵的水加热供给生物质锅炉；3a是生物质锅炉的给水泵,3b是给水泵的出口开关阀。
第二输出换热器B2将来自净水场的水加热供给联合制冷制冰装置制冷制冰。联合制冷制冰装置为溴化锂吸收式制冷机，或蒸噴式制冷机。导热油可以为重量23.5%的联苯与72.5%的联笨醚混合液，而熔融盐为NaNO3、KNO3的混合盐，或NaNO2、NaNO3、 KNO3的混合盐。
图3是本发明的三介质两循环蓄热罐系统示意图：
置于太阳能蓄热罐中1的蓄热介质1a为熔融盐，导热油换热器A中的传热介质为导热油，导热油通过高温阀门2b，高温泵2a流经太阳能聚光装置被太阳能加热,再流经导热油换热器A对太阳能蓄热罐中的蓄热介质1a熔融盐放热, 第一输出换热器B1将来锅炉给水泵的水加热供给生物质锅炉；图3中3a是生物质锅炉的给水泵,3b是给水泵的出口开关阀。
图3中正常运行时，第二输出换热器B2将来自净水场的水加热供给联合制冷制冰装置用于制冷制冰。装置故障长期停机发生蓄热罐中熔融盐产生冻堵时，可向B2通入过热蒸汽（这种水与蒸气介质间的管道切换很易实现，图中不再赘述），使蓄热介质升温消除冻堵。
为了使生物质能、太阳能热发电的互补效应最大化,减少系统的废热 排放, 生物质锅炉烟道中置入烟气余热收集器，烟气余热收集器的输出热水管连接到供热系统的热水罐中。冷水吸收了生物质锅炉烟气余热及制冷制冰中心的排放热,生成热水存储在热水罐中,可成为低碳产业园区的的热水供应中心。
太阳能聚光装置中太阳光集热器(可以采用抛物面槽式真空集热管,或菲涅耳式真空集热管,或塔式太阳能吸热锅炉)组件的集热器内充有传热介质,在集热器内吸收太阳能热,温度升高,流入蓄热罐内,在蓄热罐内进行热交换降低温度后,经高温泵的驱动,形成太阳能的热工质循环。另一路是驱动汽轮机转动的工质水—蒸汽的循环,来自汽轮机的冷凝水在除氧器中与来自化水车间的补给软化水汇合,并除去溶解氧气,在给水泵的驱动下流经太阳能蓄热罐内的热交换器,吸收热能,温度升高,补进生物质锅炉汽包中,生成蒸汽用于发电。
流经太阳能聚光聚热器的导热介质是导热油。
如使用导热介质为23.5%的联苯与72.5%的联笨醚混合液,其在12℃以下成为固态,50-12℃时虽为液态但粘度大,流动性差,405℃以上会发生热分解反应,通常人们用于导热蓄热系统中,使用温度控制在395--50℃之间。
上述的熔融盐为二元硝酸盐体系，如NaNO3、KNO3的混合物。
其二元硝酸盐体系由90% ～40%（重量）NaNO3和10%～60%（重量）KNO3的混合盐组成。
上述重量份60%NaNO3+40%的KNO3的混合物时，则其物理属性，295℃以下为固态,295-565℃之间为液态,565℃以上会分解变质,通常，正常运行使用时温度控制在295--550℃之间。
改变二元硝酸盐体系中NaNO3与KNO3配比,则温度特性也会改变。
或者上述的熔融盐为三元体系硝酸盐，如NaNO2、NaNO3、KNO3的混合物。
三元硝酸盐体系由 5%～10%（重量）NaNO2、30%～70%（重量）NaNO 3、20%～65%重量KNO3的混合盐组成。
上述重量份7%NaNO2+ 40%NaNO3+ 53%KNO3的混合物时。其物理属性，180℃以下为固态，180℃-500℃为液态，500℃以上会缓慢分解，超过550℃会加速分解，通常正常运行使用时温度控制在180℃--500℃之间。
改变三元体系硝酸盐中NaNO3与KNO3配比,则其温度特性也会改变。
综上所述，本发明的核心是充分发挥清洁能源生物质能、太阳能热发电的互补作用,并以集中供冷供冰、集中提供热水的方式，使得清洁能源太阳能及生物质能最大化地完成三次循环使用，使发电、制冷、制冰、热水一体化，建立低碳园区的电、热、冷三联供动力中心。因此，凡是根据本发明思想所作的任何改变，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能与生物质能互补的热能动力系统，包括太阳能聚光集热装置、太阳能蓄热罐、生物质直燃电站、集中供冷的联合制冷制冰装置及集中供热系统，其特征在于：太阳能聚光集热装置通过管路与太阳能蓄热罐连接，太阳能蓄热罐内设置有第一输出换热器B1及第二输出换热器B2；第一输出换热器B1的入口与生物质锅炉给水泵出口相连，用于加热生物质锅炉化学水，第一输出换热器B1的出口与生物质锅炉的给水系统入口相连；第二输出换热器B2的入口管路与净水场的输出管路相连，用于加热净水，第二输出换热器B2的输出口与联合制冷制冰装置的热能输入的管路相连，联合制冷制冰装置的工作冷却水吸取制冷制冰装置的排放热后，与生物质锅炉烟道中设置的余热交换器中输出的热水合流，连接到供热系统的热水罐，为用户集中供热；所述太阳能蓄热罐的蓄热介质为导热油或熔融盐；所述太阳能聚光集热装置采用抛物面槽式集热管，或菲涅耳式真空集热管，或塔式太阳能吸热锅炉。
2.根据权利要求1所述的太阳能与生物质能互补的热能动力系统，其特征在于：太阳能蓄热罐为两介质二循环蓄热罐,置于太阳能蓄热罐中的蓄热介质为导热油或熔融盐，通过高温泵流经太阳能聚光集热装置被太阳能加热,再返回到太阳能蓄热罐中作为蓄热介质，太阳能蓄热罐中导热油或熔融盐放热，经第一输出换热器B1将来自给水泵的水加热供给生物质锅炉，经第二输出换热器B2将来自净水场的水加热供给联合制冷制冰装置制冷制冰。
3.根据权利要求1所述的太阳能与生物质能互补的热能动力系统，其特征在于：太阳能蓄热罐为三介质两循环蓄热罐，太阳能蓄热罐中的蓄热介质为熔融盐，置于太阳能蓄热罐中的太阳能换热器A中的传热介质为导热油，太阳能换热器A通过管路与太阳能聚光集热装置连接，太阳能换热器A中的导热油流经太阳能聚光集热装置吸收热后，通过太阳能换热器A对太阳能蓄热罐中的蓄热介质熔融盐放热,蓄热介质熔融盐再经第一输出换热器B1将来自给水泵的水加热供给生物质锅炉；经第二输出换热器B2将来自净水场的水加热供给联合制冷制冰装置制冷制冰。
4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能与生物质能互补的热能动力系统，其特征在于：生物质锅炉烟道中置入烟气余热交换器，烟气余热交换器的输出热水管连接到供热系统的热水罐。
5.根据权利要求1或2或3所述的太阳能与生物质能互补的热能动力系统，其特征在于：联合制冷制冰装置为溴化锂吸收式制冷机或蒸喷式制冷机。
6.根据权利要求2或3所述的太阳能与生物质能互补的热能动力系统，其特征在于：熔融盐为二元硝酸盐体系，所述的二元硝酸盐体系由重量90％～40％的NaNO3和10％～60％的KNO3混合盐组成。
7.根据权利要求2或3所述的太阳能与生物质能互补的热能动力系统，其特征在于：熔融盐为三元硝酸盐体系，所述的三元硝酸盐体系由重量5％～10％的NaNO2、30％～70％的NaNO3、20％～65％的KNO3混合盐组成。
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