CN103881779A

CN103881779A - 沼气膜法提纯加热系统

Info

Publication number: CN103881779A
Application number: CN201410112064.0A
Authority: CN
Inventors: 宋丽; 杨慧云; 符立伟; 时军
Original assignee: BEIJING SANYI GREEN ENERY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Beijing Kechuang Huanneng Equipment Technology Co ltd
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: CN103881779B

Abstract

本发明涉及沼气提纯技术领域的一种沼气膜法提纯加热系统，包括热量回收循环管路；所述热量回收循环管路上设有热水循环泵、设置在压缩机冷却系统上的压缩机水冷装置和用于加热沼气的换热装置。本发明通过将现有的压缩沼气而产生的热能回收而对沼气加热，进而减少沼气膜法提纯过程中的能源消耗，使能源利用率得以提高，使整个沼气膜法提纯预处理更加节能环保。

Description

沼气膜法提纯加热系统

技术领域

本发明涉及沼气提纯技术领域，具体涉及一种沼气膜法提纯加热系统。

背景技术

到2011年底，我国民用沼气池达到3400多万口，污水处理厂、食品加工厂、酒厂等大中型沼气工程达2500多处，年产沼气总计超过180亿m³，对比我国2011年天然气用量1120亿m³，这部分能源相当可观。然而，目前大量的沼气利用还是以低品位的热利用为主，主要利用方式有：①直接民用取暖、照明和炊事等；②直接燃烧产生蒸汽，用于工业供热；③内燃机发电上网等。在我国农村，沼气工程由于规模小、技术落后，基本以直接燃烧供暖、炊事等低端利用方式为主；而一般的大型污水处理厂和垃圾填埋厂等产生的沼气，一般就地燃烧供热或直接火炬燃烧。沼气供应具有非常强的区域性，输送距离有限，实际利用效率较低；另外沼气发电工程需额外负担昂贵的上网费用，再加上发电输出效率较低，因此，我国一般的沼气发电项目都很难单独盈利。

而沼气通过提纯制取天然气，不仅能提高燃气的热值，还能减轻环境污染，是一种较好的沼气利用方式。因此，沼气提纯技术在国内悄然兴起。近年来，化学吸收法、物理吸收法、变压吸附法和膜分离法等技术均得到了应用，而膜法分离技术更是因为其具有其他技术不可比拟的优势，而受到了广大用户的青睐。膜分离技术是一种利用薄膜材料对各种气体的渗透率不同来实现气体分离的技术，其主要驱动力为截留侧（中空纤维内部）和渗透侧（中空纤维外部）中间的压力差。然而，膜法分离技术需要在沼气进入膜组件之前进行预处理，即先对沼气进行冷却，以去除沼气中的水分以及其它可冷凝下来的气体，然后再进行加热，使气体的温度高于气体露点一定的温度，以确保在膜组件中不会有气体冷凝下来，进而影响膜分离的效果及膜材的使用寿命。

目前，沼气膜法提纯的加热方法一般采用外加热源进行。如图1所示的沼气膜法提纯预处理管路，沼气通过压缩机压缩后温度升高，为了保护压缩机，并满足后续工艺的要求，需要通过循环水对气体进行冷却，经压缩机冷却系统1冷却后，形成潮湿的冷沼气，再通过冷干机2进行干燥，形成的干燥冷沼气通过加装防爆的承压电加热器3加热，完成膜法沼气提纯过程的沼气预处理工序。由于是带压操作，并且是易燃易爆气体，大多外加热源需要采用承压防爆电加热器，设备投资相对于一般的加热器来讲要大，而且由于需要耗费电能，会提高整个沼气预处理系统的能耗。与此同时，气体压缩过程中会产生大量的热量，而这部分热能往往得不到利用，只能通过冷却塔散失掉，造成了能量的浪费。在散热量较大的情况下，也会对环境造成一定的热污染。

为了解决以上问题，本发明做了有益改进。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种节能环保的沼气膜法提纯加热系统。

（二）技术方案

本发明是通过以下技术方案实现的：一种沼气膜法提纯加热系统，包括热量回收循环管路；所述热量回收循环管路上设有热水循环泵、设置在压缩机冷却系统上的压缩机水冷装置和用于加热沼气的换热装置。

其中，所述热量回收循环管路分为热回收管路和水循环回路；所述热回收管路将所述压缩机水冷装置中的热水输送至所述换热装置中；所述水循环回路将通过所述换热装置排出的水输送至所述压缩机水冷装置；所述水循环回路上设有冷却塔；所述热水循环泵设置在所述热回收管路上或所述水循环回路上。

优选地，所述换热装置包括储热水箱。

进一步，所述换热装置还包括设在所述储热水箱内部的内翅片管；沼气通过所述内翅片管与所述储热水箱中的热水逆流换热。

再进一步，所述储热水箱内设置有外加热源装置。

其中，所述热回收管路包括进水支路和节流支路；所述进水支路与所述换热装置连接，所述节流支路与所述冷却塔连接；所述进水支路上设有第一流量调节阀。

进一步，所述节流支路上设有第二流量调节阀。

其中，所述换热装置的沼气出口处设有第一温度传感器。

进一步，所述换热装置的出水口处设有第二温度传感器。

其中，该沼气膜法提纯加热系统还包括控制单元，所述控制单元上设有可编程逻辑控制器；所述控制单元分别与第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量调节阀、第二流量调节阀、热水循环泵和电加热棒连接。

（三）有益效果

与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：

1、本发明通过将现有的压缩沼气而产生的热能回收而对沼气加热，进而减少沼气膜法提纯过程中的能源消耗，使能源利用率得以提高，使整个沼气膜法提纯预处理更加节能环保。

2、本发明通过控制单元精确监控热量回收循环管路的运行，对沼气温度进行精确控制，保证了沼气膜法提纯加热系统的稳定运行。

3、本发明提供的沼气膜法提纯加热系统，结构简单，操作简便，制造成本低，具有广泛的市场前景。

4、本发明通过改变加热方式，成功将直接对易燃易爆气体进行电加热，转换成用热水对气体换热，进而强化了整个系统的安全性。

附图说明

图1是现有的沼气膜法提纯预处理管路的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图。

附图中，各标号所代表的组件列表如下：

1-压缩机冷却系统；2-冷干机；3-承压电加热装置；4-第一温度传感器；5-储热水箱；6-第二温度传感器；7-冷却塔；8-水循环回路；9-热水循环泵；10-压缩机水冷装置；11-热回收管路；12-进水支路；13-节流支路；14-第一流量调节阀；15-第二流量调节阀；16-加热棒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图2所示，本发明实施例提供一种沼气膜法提纯加热系统，其可在沼气膜法提纯的预处理过程中对沼气膜法提纯管路中的沼气进行加热。该沼气膜法提纯加热系统包括热量回收循环管路，该热量回收循环管路上设有热水循环泵9、设置在压缩机冷却系统1上的压缩机水冷装置10和用于加热沼气提纯管路中沼气的换热装置。沼气经所述压缩机冷却系统1冷却时，去除沼气中的水分以及其它可冷凝下来的气体。压缩过程中产生的大量热能被流通过压缩机水冷装置10中的水所收集。收集热能后的热水通过热量回收循环管路流至换热装置。沼气流经换热装置时，通过热水与沼气的交换热量来加热沼气，使沼气气体的温度高于气体露点一定的温度，以确保在膜组件中不会有气体冷凝下来，从而完成了沼气膜法提纯预处理过程中的沼气加热。所述沼气膜法提纯加热系统将现有的压缩气体产生的热能回收而对沼气加热，进而减少沼气膜法提纯过程中的能源消耗，使能源利用率得以提高，使整个沼气膜法提纯预处理过程更加节能环保。

具体地，所述热量回收循环管路分为热回收管路11和水循环回路8；所述热回收管路11将所述压缩机水冷装置10中的热水输送至所述换热装置中；所述水循环回路8将所述换热装置输出的水输送至所述压缩机水冷装置10；所述水循环回路8上设有冷却塔7，冷却塔7对换热装置输出的水进行冷却处理，进一步提高其通过压缩机水冷装置10时对沼气的冷却效果，使沼气中的水分能够被充分冷凝；热水循环泵9用于对热量回收循环管路提供驱动力，其设置在所述热回收管路11上或所述水循环回路8上均可。

其中，换热装置包括储热水箱5。采用储热水箱5能够将热回收管路11中的热水的热量进行储存，避免热量的流失而造成能源的浪费。

进一步，所述换热装置还包括设在所述储热水箱5内部的内翅片管（图中未显示）；沼气通过所述内翅片管与所述储热水箱5中的热水逆流换热，保证了沼气与热水的换热效果。

再进一步，所述储热水箱5内设置有外加热源装置。外加热源装置只在极端气候条件下对整个加热过程进行辅助加热，大多数情况下无需开启。优选地，该外加热源装置可采用结构简单、操作简便且成本低廉的电加热棒16。

所述热回收管路11包括进水支路12和节流支路13；所述进水支路12与所述换热装置连接，所述节流支路13与所述冷却塔7连接；所述进水支路12上设有第一流量调节阀14。进一步，还可在节流支路上设有第二流量调节阀15。第一、第二流量调节阀可分别采用电磁流量调节阀。当沼气经过加热温度达到预设值时，通过减小第一流量调节阀14的开度的方法，减少进水支路12的热水流量，并且加大第二流量调节阀15的开度，增大节流支路13的流量，使更多热水直接进入冷却塔7进行冷却；当沼气温度降低时，则重新调整第一流量调节阀14和第二流量调节阀15的开度，使得更多热水供应至储热水箱5中。通过上述进水支路12和节流支路13的调节，确保了沼气加热温度的恒定，从而确保沼气进入膜材料后，不会有气体因温度低而冷凝下来。

为了及时准确地对沼气温度和水循环回路中水温进行监控，换热装置的沼气出口处设有第一温度传感器4；换热装置的出水口处设有第二温度传感器6。

所述沼气膜法提纯加热系统还包括控制单元（图中未显示）。控制单元上设有可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）；所述控制单元分别与第一温度传感器4、第二温度传感器6、第一流量调节阀14、第二流量调节阀15、热水循环泵9和电加热棒16连接。控制单元是整个加热系统持续稳定运行的核心，它对整个加热过程进行监测和控制。当沼气的温度达到预设值时，即减小进水支路12上第一流量调节阀14的开度，增大第二流量调节阀15的开度，使得大多数热水通过节流支路13直接进入冷却塔7进行冷却；而当沼气温度降低时，则重新调整第一、第二流量调节阀的开度，使得热水重新供应到蓄热水箱5，从而保证沼气加热温度的恒定。在极端的气候条件下，如果所有热水都进入蓄热水箱5依然不能满足沼气加热需要，则PLC（Programmable Logic Controller，PLC）反馈信号，开启安装在蓄热水箱5内的电加热棒16，提高热水温度，以确保沼气的温度能够达到工艺要求。该沼气膜法提纯加热系统由热水循环泵9提供热水循环的动力，由压缩机提供气体循环的动力。当沼气温度比预定值低时，也可通过加大热水循环泵9的功率，加大热量回收循环管路中水的流量，为储热水箱提供更多热量。整个加热系统由PLC自动控制，保证控制的精度以及操作的简便易行。它能够控制并保证沼气的温度满足工艺的要求，同时自动调节整个系统的启动停止、阀门开度等，减少人为操作和干预，确保不会增加操作的难度。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，包括热量回收循环管路；所述热量回收循环管路上设有热水循环泵、设置在压缩机冷却系统上的压缩机水冷装置和用于加热沼气的换热装置。

2.根据权利要求1所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，所述热量回收循环管路分为热回收管路和水循环回路；所述热回收管路将所述压缩机水冷装置中的热水输送至所述换热装置中；所述水循环回路将通过所述换热装置排出的水输送至所述压缩机水冷装置；所述水循环回路上设有冷却塔；所述热水循环泵设置在所述热回收管路上或所述水循环回路上。

3.根据权利要求2所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，所述换热装置包括储热水箱。

4.根据权利要求3所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，所述换热装置还包括设在所述储热水箱内部的内翅片管；沼气通过所述内翅片管与所述储热水箱中的热水逆流换热。

5.根据权利要求3或4所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，所述储热水箱内设置有外加热源装置。

6.根据权利要求5所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，所述热回收管路包括进水支路和节流支路；所述进水支路与所述换热装置连接，所述节流支路与所述冷却塔连接；所述进水支路上设有第一流量调节阀。

7.根据权利要求6所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，所述节流支路上设有第二流量调节阀。

8.根据权利要求7所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，所述换热装置的沼气出口处设有第一温度传感器。

9.根据权利要求8所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，所述换热装置的出水口处设有第二温度传感器。

10.根据权利要求9所述的沼气膜法提纯加热系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元上设有可编程逻辑控制器；所述控制单元分别与第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量调节阀、第二流量调节阀、热水循环泵和电加热棒连接。