CN104119961B - 一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统 - Google Patents

一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104119961B
CN104119961B CN201410358373.6A CN201410358373A CN104119961B CN 104119961 B CN104119961 B CN 104119961B CN 201410358373 A CN201410358373 A CN 201410358373A CN 104119961 B CN104119961 B CN 104119961B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
gas
exchange
biomass
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410358373.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104119961A (zh
Inventor
王江江
杨昆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201410358373.6A priority Critical patent/CN104119961B/zh
Publication of CN104119961A publication Critical patent/CN104119961A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104119961B publication Critical patent/CN104119961B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统，所述方法将生物质气化炉产生的高温生物质粗气化气送入热管式气液换热器利用其显热，经热管式气液换热器换热后的温度为200℃，然后将经换热后的粗气化气进行净化处理，净化处理后的生物质气化气一部分通入内燃机燃烧发电，另一部分作为热水烟气直燃机的补燃燃料；在热管式气液换热器后设置温度传感器，以温度为依据，通过温度控制系统来控制风机和螺旋叶片式加料装置的电动机转速、以调节用气量和产气量之间的平衡，将生物质气化气的温度精确控制在200℃。本发明系统配置合理，能够充分发挥中低温余热的作用，实现了能量的梯级利用原则，提高了系统的能源利用率。

Description

一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统
技术领域
本发明涉及一种可显著提高冷热电联供系统能源综合利用率的小型生物质气化冷热电联供方法及系统。
背景技术
生物质能是绿色植物通过光合作用转换和储存下来的太阳能，是重要的可再生能源。近年来，为了应对能源供需矛盾、全球气候变化等挑战，作为可替代化石能源的生物质能越来越受到重视。世界各国将发展生物质能作为保障能源安全的重要战略措施，积极推进生物质能开发利用。生物质气化是生物质能高效清洁利用的一种方式，是指利用空气（氧气）、水蒸气、氢气等物质作为气化剂，将生物质转变为可燃气体的过程。生物质气化技术具有能源转换效率高、设备简单、投资少、易操作等特点，同时，生物质气化产生的生物质气可广泛用于炊事、采暖，还可用于内燃机等动力装置的燃料输出电力，在广大农村地区的应用前景广阔。
冷热电联供系统是一种建立在能量梯级利用基础上的综合产、用能分布式能源系统，首先利用一次能源驱动动力装置发电，再通过各种余热利用设备对余热进行回收利用，从而同时向用户提供电力、制冷、采暖和生活热水。
生物质气化产生的可燃气体是发展冷热电联供系统的适宜燃料，这是由于：其一，生物质资源分散，收集和运输困难，所以较为合理的利用方式就是对其进行适度规模化地就地集中转化利用；其二，目前用于冷热电联供系统的驱动装置主要是内燃机和燃气轮机（小型系统主要以内燃机为主），而生物质气化气与内燃机机组有良好的匹配性。
公开号为CN202379956U的中国专利文件，公开了一种生物质冷热电联供系统，该系统首先将经过气化的生物质气化气分为两部分，一部分经过净化后通入燃气发电机发电；另一部分通入燃烧器为生物质气化气的除焦提供能量；然后，发电后产生的烟气与供热、除尘后的烟气一起为溴化锂冷温水机组提供能量，实现冷热电联供。该系统在一定程度上实现了能源的梯级利用，但仍存有能源浪费的问题---从生物质气化炉出来的热气化气温度在300~400℃甚至更高，但没有被有效利用，若能够将这部分能量加以利用，不仅可以提高系统的能源利用率，同时还可以将燃气冷却便于输送。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种将高温生物质气化气的显热加以利用、充分发挥中低温余热作用，能够调节用气量和产气量之间的平衡，以实现能量梯级利用的小型生物质气化冷热电联供方法及系统。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种小型生物质气化冷热电联供方法，其特别之处是：所述方法将生物质气化炉产生的温度为300-400℃或更高的生物质粗气化气送入热管式气液换热器利用其显热，经热管式气液换热器换热后的温度为200℃的粗气化气进行净化处理，净化处理后的生物质气化气存储到储气装置；由储气装置出来的生物质气化气分为两部分，一部分通入内燃机燃烧发电，另一部分作为热水烟气直燃机的补燃燃料；内燃机燃烧发电后的排烟进入热水烟气直燃机作为驱动能源，然后与补燃的生物质气化气燃烧后的烟气一起排出热水烟气直燃机；所述热管式气液换热器在夏季制冷工况下，用于加热作为能源驱动热水烟气直燃机的热水回水,在冬季供暖工况下，用于预热进入热水烟气直燃机的空调回水,在过渡季工况下，用于预热自来水，以补充生活用热水的不足；
在热管式气液换热器后设置温度传感器，以温度为依据，通过温度控制系统来控制风机和螺旋叶片式加料装置的电动机转速、以调节用气量和产气量之间的平衡，将生物质气化气的温度精确控制在200℃。
一种小型生物质气化冷热电联供系统，其特别之处在于，它包括生物质气化炉、热管式气液换热器、热水烟气直燃机、内燃机、生活热水箱，螺旋叶片式加料装置和温度控制系统，所述温度控制系统包括温度传感器T、单片机、模数转换器、第一数模转换器和第二数模转换器；生物质气化炉由管路依次连通热管式气液换热器、气体净化装置、风机和储气装置，所述热管式气液换热器的低温流体出口连通热水烟气直燃机；所述储气装置经管路分别连通内燃机和热水烟气直燃机的高温发生器，所述内燃机的排烟管路连通热水烟气直燃机的高温发生器；所述温度传感器连接于热管式气液换热器至旋风除尘器之间的管路上，所述温度传感器通过采集经过换热后的生物质粗气化气的温度，通过模数转换器转换为数字信号后，送入单片机与设定的温度阈值进行比较，得出生物质粗气化气温度偏离设定温度阈值的高低，偏离信号通过第一数模转换器和第二数模转换器转换后，得到输出控制量，分别控制风机和螺旋叶片式加料装置的电动机的转速做出相应的改变，调节用气量和产气量的平衡，使得换热之后的生物质粗气化气温度精确控制在200℃。
上述小型生物质气化冷热电联供系统，所述系统设置热管式气液换热器显热夏季利用模式、热管式气液换热器显热冬季利用模式、热管式气液换热器显热过渡季利用模式；其中，所述热管式气液换热器显热夏季利用模式如下配置：热管式气液换热器的低温流体出口端将换热后热水经第二闸阀、循环水泵送入热水烟气直燃机的低温发生器换热降温后，经第一闸阀送入热管式气液换热器的低温流体进口端；热管式气液换热器显热冬季利用模式如下配置：释放了热量的空调回水经第八闸阀、第三闸阀进入热管式气液换热器预热后，经第四闸阀进入热水烟气直燃机的高温发生器，升温后的空调温水经第九闸阀供空调取暖；热管式气液换热器显热过渡季利用模式如下配置：自来水经第五闸阀进入热管式气液换热器预热后，经第六闸阀进入热水烟气直燃机的高温发生器换热升温后送入热水储水箱。
上述小型生物质气化冷热电联供系统，设置板式换热器，板式换热器的热流体为冷却内燃机受热部件的缸套水，板式换热器的冷流体为自来水，经换热升温的自来水经管路送入热水储水箱。
上述小型生物质气化冷热电联供系统，所述第五闸阀入口与第六闸阀出口间设有连通管路，连通管路上设有第七闸阀。
上述小型生物质气化冷热电联供系统，所述热管式气液换热器包括壳体，壳体内设置多个热管，壳体内还设有隔板，隔板将壳体分隔为热流体通道和冷流体通道，热管位于热流体通道内的部位设有翅片，热管位于冷流体通道内的部位为光管。
上述小型生物质气化冷热电联供系统，所述气体净化装置为依次连接的旋风除尘器、喷淋洗涤塔。
本发明通过设置的热管式气液换热器对从生物质气化炉出来的高温生物质气化气的显热加以利用，在提高系统能源利用率的同时，还可以将燃气冷却便于输送。所述热管式气液换热器在夏季制冷工况下，用于加热作为能源驱动热水烟气直燃机的热水回水；在冬季供暖工况下，用于预热热水烟气直燃机的空调回水；在过渡季工况下，可用于预热自来水，以补充生活用热水的不足。本发明系统的热水烟气直燃机除了利用内燃机发电后的烟气热量和热管式气液换热器回收的热量外，还可利用生物质气化气直接补燃，生产冷、热水用于空调系统制冷和采暖。本发明系统配置合理，能够充分发挥中低温余热的作用，实现了能量的梯级利用原则，提高了系统的能源利用率。
另外，为了将换热后的生物质气化气温度精确控制在200℃，以便于生物质气除尘净化，在热管式气液换热器后设置温度传感器，通过温度控制系统来控制风机和螺旋叶片式加料装置电动机的转速来调节用气量和产气量之间的平衡。本发明主要用于小型工业、商业及民用的冷热电联供。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明小型生物质气化冷热电联供系统示意图；
图2为系统控制原理图；
图3为温度控制系统电原理图；
图4为热管式气液换热器示意图。
图中各标号清单为：1、生物质气化炉；2、热管式气液换热器；2-1、壳体；2-2、热管；2-3隔板；3、旋风除尘器；4、喷淋洗涤塔；5、风机；6、储气装置；7、内燃机；8、发电机；9、热水烟气直燃机；9-1、高温发生器；9-2、低温发生器；9-3、高温溶液热交换器；9-4、低温溶液热交换器；9-5、冷凝器；9-6、蒸发器；9-7、吸收器；10、板式换热器；11、热水储水箱；12、螺旋叶片式加料装置；12-1、电动机；13、温度传感器T；14、模数转换器；15、单片机；16、第一数模转换器；17、第二数模转换器。
图中字母分别表示如下：V1--V11、分别为第一闸阀--第十一闸阀；P1、循环水泵。
具体实施方式
本发明通过设置的热管式气液换热器对从生物质气化炉出来的高温生物质气化气的显热加以利用，在提高系统能源利用率的同时，还可以将燃气冷却便于输送。从生物质气化炉出来的生物质粗气化气温度为300-400℃甚至更高，生物质粗气化气中含有焦油蒸汽、水蒸气以及粉尘等杂质，由于焦油在300℃以上呈气态，200℃以下凝结为液态，容易和水、碳粒等结合在一起，腐蚀金属，因此生物质粗气化气经过热管式气液换热器换热后的温度降为200℃后再进行除尘净化。
为了将生物质粗气化气的温度精确控制在200℃，在热管式气液换热器后设置温度传感器，如果生物质粗气化气的温度低于200℃，则说明生物质气化气的用气量增加了，这时温度传感器将采集到的温度信号通过模数转换器14转换为数字信号后，送入8051单片机进行处理，然后通过数模转换器转换后，得到输出控制量，以控制风机和螺旋叶片式加料装置的电动机转速增加，从而增加生物质气化气的产气量；如果生物质粗气化气的温度高于200℃，则通过控制降低风机和螺旋叶片式加料装置的电动机转速，从而实现了用气量和产气量之间的平衡，将换热后的生物质粗气化气的温度精确控制在200℃。因为水蒸气和焦油蒸汽会随着温度的进一步降低而凝结成为液体，水的流动性较好，容易清除，而冷凝后的焦油清除比较困难，因此本发明粗气化气净化首先在较高的温度下进入旋风除尘器脱除粉尘，然后再进入喷淋洗涤塔逐步脱除焦油。从喷淋洗涤塔出来的生物质气化气经过除尘、除焦及降温后达到使用要求，再经风机送入储气装置。风机是保证整个气化过程和净化过程顺利进行的动力源，储气装置不仅用于储气，同时，还有补偿用气负荷的变化以及稳定输配压力的作用。由储气装置出来的生物质气化气分为两部分，一部分通入内燃机燃烧发电，另一部分作为热水烟气直燃机的补燃燃料；通入内燃机的那部分生物质气化气经过燃烧发电后的排烟温度较高，在400-550℃左右，根据能量的梯级利用原则，这部分排烟进入热水烟气直燃机作为驱动能源，然后与补燃的生物质气化气燃烧后的烟气一起排出热水烟气直燃机。本发明热管式气液换热器对高温生物质气化气显热的利用在不同工况下分别为：1.在夏季制冷工况下，用于加热作为能源驱动热水烟气直燃机的热水回水；2.在冬季供暖工况下，用于预热进入热水烟气直燃机的空调回水；3.在过渡季工况下，用于预热自来水，以补充生活用热水的不足。
参看图1，本发明系统包括生物质气化炉1、热管式气液换热器2、热水烟气直燃机9、内燃机7、生活热水箱11。由生物质气化炉产生的生物质气化气由管路依次进入热管式气液换热器2、旋风除尘器3、喷淋洗涤塔4、风机5和储气装置6。所述热管式气液换热器的低温流体出口连通热水烟气直燃机9。所述储气装置经管路分别连通内燃机7和热水烟气直燃机9的高温发生器9-1。内燃机的排烟管路连通热水烟气直燃机的高温发生器。热水烟气直燃机9为市售产品，它包括高温发生器9-1、低温发生器9-2、高温溶液热交换器9-3、低温溶液热交换器9-4、冷凝器9-5、蒸发器9-6、吸收器9-7和相应的管路、阀门。
仍参看图1，本发明系统针对不同工况的实际需求，设置热管式气液换热器显热夏季利用模式、热管式气液换热器显热冬季利用模式和热管式气液换热器显热过渡季利用模式，上述模式通过设置热管式气液换热器及相应的管道和来阀门实现。热管式气液换热器显热夏季利用模式如下配置：热管式气液换热器2的低温流体出口端将换热后热水经第二闸阀V2、循环水泵P1送入热水烟气直燃机的低温发生器换热降温后，再经第一闸阀V1送入热管式气液换热器的低温流体进口端。在夏季工况，热管式气液换热器2与热生物质气化气换热的是作为热水烟气直燃机9热量输入的热水，夏季工况关闭闸阀V3-V7，打开闸阀V1和V2，开启循环水泵P1，从热水烟气直燃机9出来的热水进入热管式气液换热器与热生物质气化气换热达到额定入口温度后再进入热水烟气直燃机用于制冷。
仍参看图1，在夏季制冷工况，热水烟气直燃机9的运行流程如下：从吸收器9-7出来的溴化锂稀溶液，分两部分输送至高温溶液热交换器9-3和低温溶液热交换器9-4。进入高温溶液热交换器9-3的溴化锂稀溶液与从高温发生器9-1出来的高温溴化锂浓溶液换热升温后，进入高温发生器9-1。而进入低温溶液热交换器9-4的溴化锂稀溶液与从低温发生器9-2流出的溴化锂浓溶液换热升温后，进入低温发生器9-2。进入高温发生器9-1的溴化锂稀溶液被从内燃机7排出的高温烟气以及补燃的生物质气化气燃烧后所释放的热量加热后，溶液沸腾，产生高温的冷剂蒸汽进入低温发生器9-2，从高温发生器9-1出来的高温冷剂蒸汽与和在热管式气液换热器2中与热生物质气化气换热后产生的热水一起加热进入低温发生器9-2中的溴化锂稀溶液后，导入冷凝器9-5，被冷却后凝结为冷剂水。进入低温发生器9-2的溴化锂稀溶液被高温发生器9-1产生的高温冷剂蒸汽以及在热管式气—液换热器2中与热生物质气化气换热后的热水一起加热，产生低温冷剂蒸汽后，直接进入冷凝器9-5，被冷却后凝结为冷剂水。高温发生器9-1和低温发生器9-2产生的冷剂水在冷凝器9-5中混合后，导入蒸发器9-6，吸收冷冻水的热量后，温度升高，蒸发成为冷剂蒸汽，进入吸收器9-7，冷冻水的热量被吸收后温度降低，用于制冷。高温发生器9-1和低温发生器9-2中的溴化锂稀溶液由于被加热蒸发出了冷剂蒸汽，而使溶液的浓度升高变成浓溶液，再分别通过高温溶液热交换器9-3和低温溶液热交换器9-4进入吸收器9-7。进入吸收器9-7的溴化锂浓溶液吸收来自蒸发器9-6蒸发出来的冷剂蒸汽，而再次变为稀溶液进入下一个循环。吸收器9-7在吸收过程中所产生的吸收热和冷凝器9-5在凝结过程中所产生的凝结热被冷却水吸收，带出制冷系统。
仍参看图1，热管式气液换热器显热冬季利用模式如下配置：释放了热量的空调回水经第八闸阀V8、第三闸阀V3进入热管式气液换热器预热后，经第四闸阀V4进入热水烟气直燃机的高温发生器9-1，升温后的空调温水经第九闸阀V9供空调取暖。在冬季工况，低温发生器9-2不运行，所以不需要热水的输入。这时，通过热管式气液换热器2利用生物质气化气的热量来预热空调回水。具体操作为：关闭循环水泵P1，关断闸阀V1、V2、V5、V6和V7，打开闸阀V3和V4，空调回水首先经过热管式气液换热器2与热生物质气化气换热，温度升高之后再进入高温发生器9-1，空调回水的温度进一步升高，达到额定温度之后，导出热水烟气直燃机9用于空调供暖。
仍参看图1，热管式气液换热器显热过渡季利用模式如下配置：自来水经第五闸阀V5进入热管式气液换热器2预热后，经第六闸阀V6进入热水烟气直燃机的高温发生器9-1换热升温后送入热水储水箱11。在过渡季不需要制冷或供暖，热管式气液换热器用于预热自来水，以补充生活用热水的不足，具体操作为：关断闸阀V1-V4以及V7，打开闸阀V5和V6，将自来水首先通入热管式气液换热器预热，温度升高后，再通入热水烟气直燃机高温发生器9-1，达到额定出口温度后，与缸套水换热之后产生的热水一起进入热水储水箱11提供生活热水。
仍参看图1，所述系统设置板式换热器10，板式换热器的热流体为冷却内燃机受热部件的缸套水，板式换热器的冷流体为自来水，经换热升温的自来水经管路送入热水储水箱11。为了保证内燃机的正常工作温度，通过内燃机的冷却系统将内燃机的受热部件冷却所带走的那部分热量称为缸套水余热。通过板式换热器10对内燃机的缸套水余热加以回收利用，与缸套水换热之后产生的热水用于提供生活热水。
参看图2，本发明通过温度控制系统来控制用气量和产气量之间的平衡，使得经过热管式气液换热器换热之后的生物质气化气的温度精确控制在200℃。具体原理如下：当换热后的生物质粗气化气的温度不等于200℃时，温度传感器13通过采集经过换热后的生物质粗气化气的温度，通过模数转换器14转换为数字信号后，送入8051单片机15进行处理，然后通过第一、第二数模转换器16、17转换后，得到输出控制量，根据生物质粗气化气温度偏离设定温度值的高低，控制风机5和螺旋叶片式加料装置12的电动机12-1的转速做出相应的改变，以调节产气量和用气量之间的平衡，使换热后的生物质粗气化气温度精确控制在200℃。
本发明系统设置的热管式气液换热器2及管道阀门连接如图3所示，热管式气液换热器2包括壳体2-1，壳体内设置多个热管2-2，壳体内还设有隔板2-3，隔板将壳体分隔为热流体通道和冷流体通道，热流体通道流动生物质气化气，冷流体通道流动水。从生物质气化炉1出来的热生物质气化气通入热管式气液换热器2，加热热管内的工作液体，工作液体在吸热后蒸发汽化，在微小的压强差下流向热管的另一端，同时向外部释放热量，加热通入热管式气液换热器2的水流体，这时热管内的工作液体又冷凝为液体，借助毛细结构材料抽力返回，从而实现了换热过程。为了强化传热，置于热生物质气化气中的热管段设有翅片，置于水流体中的热管段为光管。
本发明中的模数转换器14可选ADC0804；单片机15可选8051；第一、第二数模转换器16、17可选CDA7524。
以下以一幢面积为10000m2的宾馆为例，对本发明小型生物质气化冷热电联供系统的设计及实际应用效果加以说明。
该宾馆建筑的冷、热、电以及生活热水的设计负荷分别为：1804kW、446kW、595kW以及323kW。设内燃机的发电效率为0.35，烟气余热回收率为0.33，热水烟气直燃机的制冷系数和制热系数分别为1.37和0.93。气化炉采用下吸式气化炉，生物质原料采用麦秸，气化剂为空气，其中，麦秸的低位热值为17.19MJ/kg，气化后的生物质气化气的低位热值为3663.5kJ/Nm3，从生物质气化炉出来的生物质气化气温度为400℃，经过热管式气—液换热器换热之后温度降为200℃，热管式气—液换热器的传热效率为0.94。在一个大气压下，温度为25℃时，生物质气化气的密度为1.14kg/m3，每千克生物质产生2m3生物质气化气。在一个大气压下，温度为300℃时，生物质气化气的定压质量比热容为1.107kJ/(kg·K)。内燃机的缸套水流量为30m3/h，出口/入口温度为95/85℃，利用缸套水余热的板式换热器的换热面积为2m2，换热系数为3366W/(m2·℃)，生活热水的入口/出口温度为25/60℃，对数平均温差为51.5℃。
由于制冷工况下补燃所需要的生物质气化气流量比供暖工况下要大，因此以制冷工况作系统设计。经过优化设计后，制冷工况下生物质原料的质量流量为：1068.73kg/h，生物质气化气质量流量为2436.71kg/h，内燃机的烟气余热量为274.72kW，热管式气—液换热器回收热量为141.00kW，补燃量为901.07kW，提供生活热水的热量为：346.70kW。生物质气化冷热电联供系统的一次能源利用率为50.88%。若没有集成热管式气—液换热器则所需要的补燃量为1042.07kW，生物质原料的质量流量为1138.11kg/h，生物质气化冷热电联供系统的一次能源利用率为47.78%。可得，本发明小型生物质气化冷热电联供系统在制冷工况下比没有集成热管式气—液换热器的生物质气化冷热电联供系统每小时节约生物质原料69.38kg/h，一次能源利用率提高了3.10%。
在供暖工况下生物质原料的质量流量为：753.09kg/h，生物质气化气质量流量为1717.05kg/h，热水烟气直燃机的空调回水经过热管式气—液换热器换热所获得的热量为99.36kW，内燃机的烟气余热量为274.72kW，补燃量为258.22kW，提供生活热水的热量为：346.70kW。系统的一次能源利用率为38.59%。若没有集成热管式气—液换热器则所需要的补燃量为365.06kW，生物质原料的质量流量为805.47kg/h，生物质气化冷热电联供系统的一次能源利用率为36.08%。可得，本发明小型生物质气化冷热电联供系统在冬季工况下比没有集成热管式气—液换热器的生物质气化冷热电联供系统每小时节约生物质原料52.38kg/h，一次能源利用率提高了2.51%。
在过渡季工况下生物质原料的质量流量为626.11kg/h，生物质气化气的质量流量为1427.51kg/h，系统的一次能源利用率为26.52%。
从以上设计分析可看出，本发明的一次能源利用效率高于未集成热管式气液换热器的生物质气化冷热电联供系统；利用本发明系统实现冷热电的联供，有利于资源的循环利用，实现可持续发展；本发明主要用于小型工业、商业及民用的冷热电联供。

Claims (7)

1.一种小型生物质气化冷热电联供方法，其特征在于：所述方法将生物质气化炉产生的温度为300-400℃的生物质粗气化气送入热管式气液换热器利用其显热，经热管式气液换热器换热后的温度为200℃的粗气化气进行净化处理，净化处理后的生物质气化气存储到储气装置；由储气装置出来的生物质气化气分为两部分，一部分通入内燃机燃烧发电，另一部分作为热水烟气直燃机的补燃燃料；内燃机燃烧发电后排烟进入热水烟气直燃机作为驱动能源，然后与补燃的生物质气化气燃烧后的烟气一起排出热水烟气直燃机；所述热管式气液换热器在夏季制冷工况下，用于加热作为能源驱动热水烟气直燃机的热水回水,在冬季供暖工况下，用于预热进入热水烟气直燃机的空调回水,在过渡季工况下，用于预热自来水，以补充生活用热水的不足；
在热管式气液换热器后设置温度传感器，以温度为依据，通过温度控制系统控制风机和螺旋叶片式加料装置的电动机转速来调节用气量和产气量之间的平衡，将生物质气化气的温度精确控制在200℃。
2.一种小型生物质气化冷热电联供系统，其特征在于，它包括生物质气化炉（1）、热管式气液换热器（2）、热水烟气直燃机（9）、内燃机（7）、生活热水箱（11），螺旋叶片式加料装置（12）和温度控制系统，所述温度控制系统包括温度传感器T（13）、单片机（15）、模数转换器（14）、第一数模转换器（16）和第二数模转换器（17）；生物质气化炉由管路依次连通热管式气液换热器、气体净化装置、风机（5）和储气装置（6），所述热管式气液换热器的低温流体出口连通热水烟气直燃机；所述储气装置经管路分别连通内燃机和热水烟气直燃机（9）的高温发生器（9-1），所述内燃机的排烟管路连通热水烟气直燃机的高温发生器；所述温度传感器连接于热管式气液换热器（2）至旋风除尘器（3）之间的管路上，所述温度传感器通过采集经过换热后的生物质粗气化气的温度，通过模数转换器（14）转换为数字信号后，送入单片机与设定的温度阈值进行比较，得出生物质粗气化气温度偏离设定温度阈值的高低，偏离信号通过第一数模转换器（16）和第二数模转换器（17）转换后，得到输出控制量，分别控制风机（5）和螺旋叶片式加料装置（12）的电动机（12-1）的转速做出相应的改变，调节用气量和产气量的平衡，使得换热之后的生物质气化气温度精确控制在200℃。
3.根据权利要求2所述的小型生物质气化冷热电联供系统，其特征在于：所述系统设置热管式气液换热器显热夏季利用模式、热管式气液换热器显热冬季利用模式、热管式气液换热器显热过渡季利用模式；其中，所述热管式气液换热器显热夏季利用模式如下配置：热管式气液换热器（2）的低温流体出口端将换热后热水经第二闸阀（V2）、循环水泵（P1）送入热水烟气直燃机的低温发生器换热降温后，经第一闸阀（V1）送入热管式气液换热器的低温流体进口端；热管式气液换热器显热冬季利用模式如下配置：释放了热量的空调回水经第八闸阀（V8）、第三闸阀(V3)进入热管式气液换热器预热后，经第四闸阀(V4)进入热水烟气直燃机的高温发生器（9-1），升温后的空调温水经第九闸阀（V9）供空调取暖；热管式气液换热器显热过渡季利用模式如下配置：自来水经第五闸阀（V5）进入热管式气液换热器预热后，经第六闸阀（V6）进入热水烟气直燃机的高温发生器（9-1）换热升温后送入热水储水箱（11）。
4.根据权利要求3所述的小型生物质气化冷热电联供系统，其特征在于：设置板式换热器（10），板式换热器的热流体为冷却内燃机受热部件的缸套水，板式换热器的冷流体为自来水，经换热升温的自来水经管路送入热水储水箱。
5.根据权利要求4所述的小型生物质气化冷热电联供系统，其特征在于：所述第五闸阀入口与第六闸阀出口间设有连通管路，连通管路上设有第七闸阀（V7）。
6.根据权利要求5所述的小型生物质气化冷热电联供系统，其特征在于：所述热管式气液换热器（2）包括壳体（2-1），壳体内设置多个热管（2-2），壳体内还设有隔板（2-3），隔板将壳体分隔为热流体通道和冷流体通道，热管位于热流体通道内的部位设有翅片，热管位于冷流体通道内的部位为光管。
7.根据权利要求6所述的小型生物质气化冷热电联供系统，其特征在于：所述气体净化装置为依次连接的旋风除尘器（3）、喷淋洗涤塔（4）。
CN201410358373.6A 2014-07-26 2014-07-26 一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统 Expired - Fee Related CN104119961B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410358373.6A CN104119961B (zh) 2014-07-26 2014-07-26 一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410358373.6A CN104119961B (zh) 2014-07-26 2014-07-26 一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104119961A CN104119961A (zh) 2014-10-29
CN104119961B true CN104119961B (zh) 2016-06-08

Family

ID=51765600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410358373.6A Expired - Fee Related CN104119961B (zh) 2014-07-26 2014-07-26 一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104119961B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104597754A (zh) * 2015-01-04 2015-05-06 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 以热端部件为核心的igcc电站整体效率优化控制方法
CN106257047A (zh) * 2015-06-17 2016-12-28 詹平治 一种水能源冷热风机组及其发电装置
CN105419881A (zh) * 2015-11-23 2016-03-23 北京时代博诚能源科技有限公司 一种基于秸秆气的热电联供的方法
CN105861067A (zh) * 2016-04-13 2016-08-17 湖南大学 一种中低温太阳能-生物质气化多联产系统
CN105783377A (zh) * 2016-04-28 2016-07-20 珠海格力电器股份有限公司 一种冷库系统及其制冷方法
CN106595044A (zh) * 2016-12-10 2017-04-26 俞杨许 一种吸气式换热器的控制方法
CN108180671B (zh) * 2017-12-28 2023-12-19 嘉兴学院 内燃机余热驱动的溴化锂吸收式制冷机组及控制方法
CN108395907B (zh) * 2018-05-16 2021-03-09 山东渤亿新能源有限公司 一种生物质冷热电碳气肥多产品智能输出系统
CN111520695B (zh) * 2020-05-09 2022-10-21 中国东方电气集团有限公司 一种铝电解槽烟气余热回收的综合利用系统
CN113234489A (zh) * 2021-04-09 2021-08-10 东南大学 一种基于生物质串行流化床气化的分布式供能方法
CN115449406B (zh) * 2022-07-20 2024-01-30 陕西煤业新型能源科技股份有限公司 太阳能光伏-光热耦合强化的生物质气化系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102926955A (zh) * 2012-11-12 2013-02-13 东南大学 一种独立分布式可再生能源综合利用系统
CN204027071U (zh) * 2014-07-26 2014-12-17 华北电力大学（保定） 一种小型生物质气化冷热电联供系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN104119961A (zh) 2014-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104119961B (zh) 一种小型生物质气化冷热电联供方法及系统
CN206739398U (zh) 一种基于吸收式换热的热电联产集中供热系统
CN105841390B (zh) 一种用于集中供热系统的燃气驱动空气源热泵供热机组
CN102359739B (zh) 零能源损耗率热电厂的燃蒸循环热电冷三联供系统与方法
CN101858231B (zh) 一种以燃气蒸汽联合循环热电联产为主的能源供应系统
CN102331110B (zh) 基于吸收式换热的区域热电冷联合能源系统及其方法
CN103471286B (zh) 多种可再生能源互补的分布式能源系统
CN105605827B (zh) 利用内燃机尾气集成热化学过程的互补型分布式能源系统
CN105258384B (zh) 一种集成热化学过程的热电冷多联产系统
CN206487517U (zh) 一种余热回收的供热系统
CN104197396B (zh) 热电厂余热转季节利用方法及系统
CN107905897A (zh) 燃气轮机循环烟气余热回收与进气冷却联合系统及方法
CN110030770A (zh) 一种太阳能光伏/光热耦合生物质分布式能源系统
CN103075841A (zh) 基于热泵新型低温热电冷联供系统
CN103727703A (zh) 一种再利用冷热电三联供系统
CN205638705U (zh) 利用lng制冰及以天然气为燃料的冷热电三联供系统
CN108954907A (zh) 一种生物质和地热能互补有机朗肯循环分布式能源系统
CN103471287A (zh) 可再生能源互补的冷热电联产系统
CN203454467U (zh) 一种多种可再生能源互补的分布式能源系统
CN108716782A (zh) 一种耦合生物质和地热能的热电联产系统
CN201628301U (zh) 火电厂机炉联合深度节能系统
CN201007231Y (zh) 煤矿瓦斯发动机的矿井能量综合利用装置
CN208332225U (zh) 利用质子交换膜燃料电池与燃气轮机余热进行供能的系统
CN105695649A (zh) 基于高炉炼铁的分布式能源系统
CN205980316U (zh) 一种吸收式有机朗肯循环分布式冷热电联供系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160608

Termination date: 20190726