CN109266526B - 一种沼气发酵加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沼气发酵加热系统，包括压缩机，压缩机通过第一管路与高温发酵机构、气液分离器、中温发酵机构、第二节流机构、第二蒸发器依次连接构成闭合回路，气液分离器通过第二管路依次连接有第一节流机构、第一蒸发器，第一蒸发器连接在压缩机与第二蒸发器之间。采用非共沸混合制冷剂，非共沸混合制冷剂中的高沸点制冷剂在第一冷凝器中冷凝，能够为第一发酵装置提供高温热源，进行高温发酵；非共沸混合制冷剂中的低沸点制冷剂在第二冷凝器中冷凝，能够为第二发酵装置提供中温热源，进行中温发酵，从而实现提供两个热源温度。

Description

一种沼气发酵加热系统
技术领域
本发明属于沼气发酵装置技术领域，涉及一种沼气发酵加热系统。
背景技术
生物质厌氧发酵制沼气技术是实现有机废弃物资源化利用的重要手段，是解决当前面临的严峻的能源与环境问题的有效手段之一。在其他条件一定的情况下，发酵温度是影响沼气产量的重要因素，随着发酵温度的升高存在两个产沼气高峰，分别在37℃和52℃附近，因此工程上存在中温发酵和高温发酵两种工艺。为实现高效恒温厌氧发酵生产沼气，需要为沼气发酵装置配备加热系统。目前常见的加热方式有化石能源锅炉加热、沼气锅炉加热、太阳能加热以及热泵加热。但这些方式源均存在热源温度单一，与生物质厌氧发酵存在两个产气高峰这一特点不匹配，以及实现高温加热能耗高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种沼气发酵加热系统，解决了现有技术中沼气发酵装置热源温度单一与生物质厌氧发酵存在两个产气高峰的特点不匹配，且高温加热能耗高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种沼气发酵加热系统，包括压缩机，压缩机通过第一管路与高温发酵机构、气液分离器、中温发酵机构、第二节流机构、第二蒸发器依次连接构成闭合回路，气液分离器通过第二管路依次连接有第一节流机构、第一蒸发器，第一蒸发器连接在压缩机与第二蒸发器之间。
本发明的特征还在于：
高温发酵机构包括第一冷凝器，第一冷凝器通过第三管路与第一循环泵、第一发酵装置中的第一换热器依次连接构成闭合回路。
第三管路中设置有热媒。
第一管路中设置有非共沸混合制冷剂。
第一冷凝器的冷凝温度不低于65℃。
中温发酵机构包括第二冷凝器，第二冷凝器通过第四管路与第二循环泵、第二发酵装置中的第二换热器连接。
第二冷凝器的冷凝温度不低于50℃。
第四管路中设置有热媒。
第一蒸发器通过第五管路与可再生能源补热装置连接并形成闭合回路。
可再生能源补热装置为太阳能集热器、余热换热器或地热换热器中的一种，可再生能源补热装置设置有热媒循环泵和储热装置。
本发明的有益效果是：
(1)本发明一种沼气发酵加热系统，采用非共沸混合制冷剂，非共沸混合制冷剂中的高沸点制冷剂在第一冷凝器中冷凝，能够为第一发酵装置提供高温热源，进行高温发酵；非共沸混合制冷剂中的低沸点制冷剂在第二冷凝器中冷凝，能够为第二发酵装置提供中温热源，进行中温发酵，从而实现提供两个热源温度；
(2)本发明一种沼气发酵加热系统，第一蒸发器还并联设置有可再生能源补热装置，不仅能够高效利用低品位的可再生能源，还能够保证高沸点制冷剂完全蒸发，避免出现液击现象。
附图说明
图1是本发明一种沼气发酵加热系统的结构示意图。
图中，1.压缩机，2.第一冷凝器，3.气液分离器，4.第二冷凝器，5.第一节流机构，6.第二节流机构，7.第一蒸发器，8.第二蒸发器，9.可再生能源补热装置，10.第一发酵装置，11.第二发酵装置，12.第一换热器，13.第二换热器，14.第一循环泵，15.第二循环泵，16.第一管路，17.第二管路，18.第三管路，19.第四管路，20.第五管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种沼气发酵加热系统，如图1所示，包括压缩机1，压缩机1通过第一管路16与高温发酵机构、气液分离器3、中温发酵机构、第二节流机构6、第二蒸发器8依次连接构成闭合回路，气液分离器3通过第二管路17依次连接有第一节流机构5、第一蒸发器7，第一蒸发器7连接在压缩机1与第二蒸发器8之间，第一蒸发器7通过第五管路20与可再生能源补热装置9连接并形成闭合回路；
高温发酵机构包括第一冷凝器2，第一冷凝器2通过第三管路18与第一循环泵14、第一发酵装置10中的第一换热器12依次连接构成闭合回路，第一管路16与高温发酵机构中的第一冷凝器2连接，第三管路18中设置有热媒，第一管路16中设置有非共沸混合制冷剂，第一冷凝器2的冷凝温度不低于65℃。
中温发酵机构包括第二冷凝器4，第二冷凝器4通过第四管路19与第二循环泵15、第二发酵装置11中的第二换热器13依次连接构成闭合回路，第一管路16与中温发酵机构中的第二冷凝器4连接，第二冷凝器4的冷凝温度不低于50℃，实际上第四管路19中设置有热媒。
可再生能源补热装置9为太阳能集热器、余热换热器或地热换热器中的一种，可再生能源补热装置9设置有热媒循环泵和储热装置，一方面可高效利用低品位的可再生能源，另一方面可保证高沸点制冷剂完全蒸发，避免出现液击现象。
本发明一种沼气发酵加热系统的工作过程为：
采用R123和R32组成的非共沸混合制冷剂，非共沸混合制冷剂中高沸点制冷剂和低沸点制冷剂的混合比例由第一发酵装置10和第二发酵装置11所需的热负荷，以及制冷剂的物性参数共同决定，高沸点制冷剂的冷凝温度不低于65℃，低沸点制冷剂的冷凝温度不低于50℃，压缩机1通过第一管路16依次与第一冷凝器2、气液分离器3的进口相连，压缩机1排出的过热制冷剂蒸气进入第一冷凝器2中，非共沸混合制冷剂中的大部分高沸点制冷剂冷凝，冷凝温度不低于65℃，形成两相制冷剂流体，之后进入气液分离器3中并分为两路：一路将富含低沸点制冷剂的高压制冷剂蒸气作为工作流体进通过第一管路16入第二冷凝器4的进口，低沸点制冷剂的高压制冷剂蒸气在第二冷凝器4中被凝冷成为饱和或过冷制冷剂液体，冷凝温度不低于50℃，该饱和或过冷制冷剂液体进入第二节流机构6节流成为两相制冷剂流体，然后进入第二蒸发器8中成为饱和或过热制冷剂气体，另一路将饱和的高沸点制冷剂液体作为工作流体通过第二管路17进入第一节流机构5节流成为两相制冷剂流体，然后进入第一蒸发器7中成为饱和或过热制冷剂气体，该饱和或过热制冷剂气体由第一蒸发器7排出后与由第二蒸发器8中排出的饱和或过热制冷剂气体在第一管路16中汇合后进入压缩机1，完成循环；
第一冷凝器2的热媒出口通过第三管路18与第一循环泵14、第一发酵装置10内的第一换热器12、第一冷凝器2的热媒进口依次相连，55℃的热媒由第一循环泵14驱动进入第一冷凝器被加热至60℃后返回第一换热器12，可将第一发酵装置10内的物料温度加热至高温发酵工艺所要求的温度；
第二冷凝器4热媒出口通过第四管路19与第二循环泵15、第二发酵装置11内的第二换热器13、第二冷凝器4热媒进口依次相连，40℃的热媒由第二循环泵15驱动进入第一冷凝器被加热至45℃后返回第二换热器12，可将第二发酵装置11内的物料温度加热至中温发酵工艺所要求的温度；
第一蒸发器7的热媒出口通过第五管路20与可再生能源补热装置9、第一蒸发器7热媒进口依次相连。
本发明一种沼气发酵加热系统，采用非共沸混合制冷剂，非共沸混合制冷剂中的高沸点制冷剂在第一冷凝器中冷凝，能够为第一发酵装置提供高温热源，进行高温发酵；非共沸混合制冷剂中的低沸点制冷剂在第二冷凝器中冷凝，能够为第二发酵装置提供中温热源，进行中温发酵，从而实现提供两个热源温度；第一蒸发器还并联设置有可再生能源补热装置，不仅能够高效利用低品位的可再生能源，还能够保证高沸点制冷剂完全蒸发，避免出现液击现象。

Claims (4)

1.一种沼气发酵加热系统，其特征在于：包括压缩机(1)，所述压缩机(1)通过第一管路(16)与高温发酵机构、气液分离器(3)、中温发酵机构、第二节流机构(6)、第二蒸发器(8)依次连接构成闭合回路，所述气液分离器(3)通过第二管路(17)依次连接有第一节流机构(5)、第一蒸发器(7)，所述第一蒸发器(7)连接在压缩机(1)与第二蒸发器(8)之间；
所述高温发酵机构包括第一冷凝器(2)，所述第一冷凝器(2)通过第三管路(18)与第一循环泵(14)、第一发酵装置(10)中的第一换热器(12)依次连接构成闭合回路；
所述中温发酵机构包括第二冷凝器(4)，所述第二冷凝器(4)通过第四管路(19)与第二循环泵(15)、第二发酵装置(11)中的第二换热器(13)依次连接构成闭合回路；
所述第一蒸发器(7)通过第五管路(20)与可再生能源补热装置(9)连接并形成闭合回路；
所述可再生能源补热装置(9)中设置有热媒循环泵和储热装置，所述可再生能源补热装置(9)为太阳能集热器、余热换热器或地热换热器中的一种；
所述第一冷凝器(2)的冷凝温度不低于65℃；
所述第二冷凝器(4)的冷凝温度不低于50℃。
2.根据权利要求1所述的一种沼气发酵加热系统，其特征在于：所述第三管路(18)中设置有热媒。
3.根据权利要求1所述的一种沼气发酵加热系统，其特征在于：所述第一管路(16)中设置有非共沸混合制冷剂。
4.根据权利要求1所述的一种沼气发酵加热系统，其特征在于：所述第四管路(19)中设置有热媒。
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