CN108870802A - 一种近零排放分布式能源系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种近零排放分布式能源系统及其方法。本发明第一充分利用了低品位的烟气废热,将多级余热不断利用,减少了热排放,提高了系统的能源利用效率。第二将整个能源系统产生的烟气(主要包括CO2和H2O)利用太阳光照或其他光照通过光合作用转换为生物油等可燃烧物质,进行再次利用。第三余热锅炉的烟气及余热都更得到充分的利用,经济效益得到提升。第四通过一次能源利用系统、蒸汽循环发电机组产生的并网市电能直接利用,有充分的可操作性和实施性,经济效益得到提高。第五通过吸收式制冷机组产生的冷负荷,可以直接利用于冷却等,系统能量利用率大大提高。

Description

一种近零排放分布式能源系统及其方法
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域。
背景技术
现有的能源利用系统做的还是不够完善,存在着部分低品位余热未能被利用、能量与物质的排量较大等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种近零排放分布式能源系统及其方法,构建包括一次能源利用系统、蒸汽循环发电机组、余热锅炉、吸收式制冷机组、换热器和光生物反应器的近零排放分布式能源系统。
本发明第一充分利用了低品位的烟气废热,将多级余热不断利用,减少了热排放,提高了系统的能源利用效率。第二将整个能源系统产生的烟气(主要包括CO2和H2O)利用太阳光照或其他光照通过光合作用转换为生物油(燃料)等可燃烧物质,进行再次利用。第三余热锅炉的烟气及余热都更得到充分的利用,经济效益得到提升。第四通过一次能源利用系统、蒸汽循环发电机组产生的并网市电能直接利用,有充分的可操作性和实施性,经济效益得到提高。第五通过吸收式制冷机组产生的冷负荷,可以直接利用于冷却等,系统能量利用率大大提高。
1〕一次能源利用系统对天然气和其替代燃料的利用:
初次运行时,将天然气通入一次能源利用系统。循环运行后,将天然气和近零排放分布式能源系统产生的替代燃料一起通入一次能源利用系统。
一次能源利用系统通过能量转换产生电能和高温烟气。即一次能源利用系统通过能量转换产生并网市电,产生市电供以直接利用。
2〕蒸汽循环发电机组和余热锅炉对高温烟气的利用:
2-1〕所述高温烟气流入蒸汽循环发电机组,机组通过循环产生电能并排放次高温烟气,次高温烟气通入吸收式制冷机组。这个过程产生并网市电与烟气,并网市电以供以市电以直接使用。
所述次高温烟气通入吸收式制冷机组后,吸收式制冷机组对外提供冷负荷,排放低温烟气。制冷机工作时,主体是处于真空状态。在蒸发器内,低温冷剂水吸收能来自用户的冷媒水的热量,使得冷媒水温度降低。与此同时,冷剂水蒸发成冷剂蒸汽。吸收器内,溴化锂浓溶液在吸收蒸发器内冷剂蒸汽后变成稀溶液。而后稀溶液在溶液泵的作用下,经过溶液热交换器的加热升温,最后被送至发生器内进行加热。在发生器内,稀溶液通过高温热水加热,再成为高温浓溶液,同时会产生大量的高温冷剂蒸汽。浓溶液经溶液热交换器与吸收器来的稀溶液换热后,进入吸收器。同时,产生的冷剂蒸汽进入冷凝器后被冷却,会成为低温冷剂水。冷剂水在经降压节流后进入蒸发器,这样就完成了一个制冷循环。产生了冷负荷,冷负荷可直接利用于制冷,产生的烟气流入换热器进行下一步反应。
2-2〕所述高温烟气流入余热锅炉,余热锅炉利用高温烟气的热量对外提供热负荷,排放低温烟气。余热锅炉中,高温烟气可释放热量,烟气先进入炉膛,然后进入前烟箱余热回收装置,再进入烟火管,最后再进入后烟箱烟道内的余热回收装置,而后高温烟气会变成低温烟气经烟囱排入换热器中。
3〕换热器对低温烟气的利用:
所述低温烟气通入换热器,换热器通过换热将低温进一步降温至适宜温度,并排出烟气。换热器内密闭容器内装上水或其他介质,而在容器内有管道穿过,高温烟气从管道内流过。由于管道内烟气和容器内介质的温度差,会形成热交换,这样就把管道里烟气的热量交换给了容器内的介质。通过换热器产生适宜的温度烟气流入光生物反应器进行下一步反应。
4〕光生物反应器对烟气的利用:
光生物反应器利用光合作用(太阳光或其他光源),将烟气中的物质转换为替代燃料。反应器内能够用于光合微生物及其具有光合作用能力的组织或者细胞结合阳光或其他光照对烟气进行光生理反应,将烟气转换为可燃烧的生物质油(燃料),生物油经热处理等处理方式再次进入一次能源利用系统,整个系统完成一次循环。
5〕所述替代燃料通入所述一次能源利用系统,完成循环。
进一步,一次能源利用系统选自燃气轮机、热电厂、火电厂、生物发电厂中的一个或几个。
进一步,所述蒸汽循环发电机组是有机朗肯循环(ORC)和/或无机朗肯循环发电机组。
进一步,所述光生物反应器是开放式光生物反应器和/或封闭式光生物反应器。
本发明采用了结合光生物反应器的系统,可巧妙地将整个能源系统产生的烟气(主要包括CO2和H2O)利用太阳光照或其他光照通过光生物的光合作用转换为生物油等可燃烧物质,进行再次利用。光生物反应器即是用于培养光合微生物的一种反应装置,在一定的条件下,通过合适的光照、温度和营养物质等来对微生物进行培养,微生物便可利用光合作用将周围的物质转换为生物燃油。整个系统合理利用光生物反应器,将大大提高整个系统物质循环的能力,使整个过程更加环保可行。
本产品巧妙结合蒸汽循环发电机组,将多级余热更加充分利用,使得能源利用率更大幅度提升。巧妙结合光生物反应器,使整个循环过程几乎处于零排放状态。整个系统具有能够利用余热锅炉烟气余热、降低系统能耗、降低排烟温度、降低物质排放等特点。
附图说明
图1一种近零排放分布式能源系统及其方法
图2实施例的示意图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
参见图2,构建包括低压燃气轮机、有机朗肯循环发电机组、余热锅炉、吸收式制冷机组、换热器和封闭式光生物反应器的系统:
1〕低压燃气轮机对天然气和其替代燃料的利用:
初次运行时,将天然气通入低压燃气轮机。循环运行后,将天然气和近零排放分布式能源系统产生的生物燃油一起通入低压燃气轮机。
低压燃气轮机通过能量转换产生电能和高温烟气。
燃气轮机中压气机从外界大气环境中吸入空气,再经过轴流式压气机的逐级压缩使之增压,同时空气温度也会相应提高。压缩空气被压送至燃烧室与喷入的燃料混合燃烧后生成高温高压的烟气,再进入透平中进行膨胀做功,推动透平带动压气机以及外负荷转子一起作高速旋转,实现气体或液体燃料化学能部分转化为了机械功,并输出了电功,以并网市电形式输出。从透平中排出的烟气排至朗肯循环发电机组中。并网市电以供以市电使用作为电负荷能量,燃气轮机产生的烟气流入有机朗肯循环发电机组和余热锅炉。
2〕有机朗肯循环发电机组和余热锅炉对高温烟气的利用:
2-1〕所述高温烟气流入有机朗肯循环发电机组,机组通过循环产生并网市电并排放次高温烟气,次高温烟气通入吸收式制冷机组。在有机朗肯循环发电机组中,有机工质先在换热器中,从余热流中吸收热量,转化成具一定温度和压力的蒸汽,蒸汽进入膨胀机膨胀做功,从而带动发电机或其它动力机械。从膨胀机排出的蒸汽,在凝汽器中向冷却水放热,从而凝结成液态,最后借助工质泵又重新回到换热器,可以如此不断地循环下去。这个过程产生并网市电与烟气,并网市电以供以市电使用作为电负荷能量,产生的烟气流入吸收式制冷机组。
所述次高温烟气通入吸收式制冷机组后,吸收式制冷机组对外提供冷负荷,排放低温烟气。制冷机工作时,主体是处于真空状态。在蒸发器内,低温冷剂水吸收能来自用户的冷媒水的热量,使得冷媒水温度降低。于此同时,冷剂水蒸发成冷剂蒸汽。吸收器内,溴化锂浓溶液在吸收蒸发器内冷剂蒸汽后变成稀溶液。而后稀溶液在溶液泵的作用下,经过溶液热交换器的加热升温,最后被送至发生器内进行加热。在发生器内,稀溶液通过高温热水加热,再成为高温浓溶液,同时会产生大量的高温冷剂蒸汽。浓溶液经溶液热交换器与吸收器来的稀溶液换热后,进入吸收器。同时,产生的冷剂蒸汽进入冷凝器后被冷却,会成为低温冷剂水。冷剂水在经降压节流后进入蒸发器,这样就完成了一个制冷循环。产生了冷负荷,冷负荷可直接利用于制冷,产生的烟气流入换热器进行下一步反应。
2-2〕所述高温烟气流入余热锅炉,余热锅炉利用高温烟气的热量对外提供热负荷,排放低温烟气。余热锅炉中,高温烟气可释放热量,烟气先进入炉膛,然后进入前烟箱余热回收装置,再进入烟火管,最后再进入后烟箱烟道内的余热回收装置,而后高温烟气会变成低温烟气经烟囱排入换热器中,多余热量以热负荷形式进入存储整个系统尾部光生物反应器产生的生物油装置中,进行生物油的可直接燃烧化处理(如汽化)。
3〕换热器对低温烟气的利用:
所述低温烟气通入换热器,换热器通过换热将低温进一步降温至适宜温度,并排出烟气。换热器内密闭容器内装上水或其他介质,而在容器内有管道穿过,高温烟气从管道内流过。由于管道内烟气和容器内冷热水的温度差,会形成热交换,这样就把管道里烟气的热量交换给了容器内的冷水。通过换热器产生的低温烟气流入光生物反应器进行下一步反应。
4〕封闭式光生物反应器对烟气的利用:
封闭式光生物反应器利用光合作用,将烟气中的物质转换为替代燃料。在密闭式光生物反应器内,通过合适的光照、温度和营养物质等来对微生物进行培养,微生物利用光合作用将流入的烟气中的物质(主要为CO2)转换为生物燃油,实现一定程度连续式的生产。反应器内用于光合微生物及其具有光合作用能力的组织或者细胞结合阳光或其他光照对烟气进行光生理反应,将烟气转换为可燃烧的生物油后,生物油经热处理等处理方式再次进入一次能源利用系统,整个系统完成一次循环。
5〕所述生物燃油通入所述低压燃气轮机,完成循环。

Claims (4)

1.一种近零排放分布式能源系统及其方法,其特征在于:
构建包括所述一次能源利用系统、蒸汽循环发电机组、余热锅炉、吸收式制冷机组、换热器和光生物反应器的近零排放分布式能源系统。
1〕一次能源利用系统对天然气和其替代燃料的利用:
初次运行时,将天然气通入一次能源利用系统;循环运行后,将天然气和近零排放分布式能源系统产生的替代燃料一起通入一次能源利用系统;
一次能源利用系统通过能量转换产生电能和高温烟气;
2〕蒸汽循环发电机组和余热锅炉对高温烟气的利用:
2-1〕所述高温烟气流入蒸汽循环发电机组,机组通过循环产生电能并排放次高温烟气,次高温烟气通入吸收式制冷机组;
所述次高温烟气通入吸收式制冷机组后,吸收式制冷机组对外提供冷负荷,排放低温烟气;
2-2〕所述高温烟气流入余热锅炉,余热锅炉利用高温烟气的热量对外提供热负荷,排放低温烟气;
3〕换热器对低温烟气的利用:
所述低温烟气通入换热器,换热器通过换热将低温进一步降温,并排出烟气;
4〕光生物反应器对烟气的利用:
光生物反应器利用光合作用,将烟气中的物质转换为替代燃料;
5〕所述替代燃料通入所述一次能源利用系统,完成循环;
2.根据权利要求1所述的一种近零排放分布式能源系统及其方法,其特征在于:一次能源利用系统选自燃气轮机、热电厂、火电厂、生物发电厂中的一个或几个。
3.根据权利要求1或2所述的一种近零排放分布式能源系统及其方法,其特征在于:所述蒸汽循环发电机组是有机朗肯循环(ORC)和/或无机朗肯循环发电机组。
4.根据权利要求1或3所述的一种近零排放分布式能源系统及其方法,其特征在于:所述光生物反应器是开放式光生物反应器和/或封闭式光生物反应器。
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