CN110220243A - 一种利用余热供暖的系统及系统中的循环换热水箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用余热供暖的系统及系统中的循环换热水箱，包括厌氧发酵池、沼气发电机组、热泵机组以及循环换热水箱；所述厌氧发酵池底部设有保温管，所述保温管的入口与热泵机组的第一出口连通，所述保温管的出口与沼气发电机组连通；所述沼气发电机组的出口与热泵机组的第一入口连通；所述循环换热水箱的第一入口与热泵机组的第二出口连通，所述循环换热水箱的第一出口与热泵机组的第二入口连通，所述循环换热水箱的第二出口和第二入口通过输送管路连通，所述输送管路上设有第一支管路。本发明能够有效地利用能源进行供暖，并保证了供暖的连续性。

Description

一种利用余热供暖的系统及系统中的循环换热水箱
技术领域
本发明属于沼气余热利用技术领域，具体涉及一种利用余热供暖的系统及系统中的循环换热水箱。
背景技术
随着我国农业向现代化发展，国家出台的政策鼓励利用农村秸秆、生活垃圾、林业剩余物及畜禽养殖废弃物等有机废弃物，积极推动了大中型沼气工程建设，沼气不仅可以提纯后收集进行商品化发展，还可以将沼气用于发电上网。沼气发电后，发电设备缸套水的余热属于低温热源，很容易被忽视，本套系统将缸套水余热利用起来，用于厌氧发酵池保温和居民的供暖，提升了设备能源利用效率。
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。目前许多换热器换热速率慢，换热效果不好。本系统的循环水箱换热器，不仅利用热管技术，增加了换热速率，而且利用了对流换热的技术，提升了换热效率。
由于供暖需要具有连续性，而沼气的产出具有不连续性，会出现发电的空缺期。因此，需要设计一种能够充分利用能源和连续供暖的系统。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种利用余热供暖的系统及系统中的循环换热水箱，所述系统能够利用发电设备缸套水的余热进行供暖，系统能够充分利用低温能源，提高能源利用效率。并保证沼气发电缸套水余热供暖的连续性。
本发明采用以下技术方案：
一种利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，包括厌氧发酵池、沼气发电机组、热泵机组以及循环换热水箱；
所述厌氧发酵池底部设有保温管，所述保温管的入口与热泵机组的第一出口连通，所述保温管的出口与沼气发电机组连通；
所述沼气发电机组的出口与热泵机组的第一入口连通；
所述循环换热水箱的第一入口与热泵机组的第二出口连通，所述循环换热水箱的第一出口与热泵机组的第二入口连通，所述循环换热水箱的第二出口和第二入口通过输送管路连通，所述输送管路上设有第一支管路；
所述厌氧发酵池的出气口连接有储气罐，储气罐的出气口与沼气发电机组的入气口连接。
进一步地，还包括设于厌氧发酵池和热泵机组之间且与沼气发电机组并联的空气热源泵；
所述空气热源泵的入口与所述厌氧发酵池和沼气发电机组的连接管路通过第一三通阀连通，出口与沼气发电机组和热泵机组的连接管路通过第二三通阀连通。
进一步地，厌氧发酵池与储气罐之间的输气管路上设有气体流量计。
进一步地，所述热泵机组为第二类溴化锂吸收式热泵。
进一步地，所述厌氧发酵池的入口与第二类溴化锂吸收式热泵的第一出口连通的管路上设有第一水泵；
所述循环换热水箱的第一出口与第二类溴化锂吸收式热泵的第二入口连通的管路上设有第二水泵；
所述循环换热水箱的第二出口和第二入口连通的管路上设有第三水泵。
进一步地，所述第一支管路的入口与输送管路通过第三三通阀连通。
进一步地，所述厌氧发酵池内盘设有多层保温管。
所述系统中的一种循环换热水箱，包括箱体，套设于箱体外的壳体，隔热板、换热管、第一入水管、第一出水管、第二入水管以及第二出水管；
所述隔热板包括设于箱体内的第一隔热板以及设于箱体和壳体之间的两个第二隔热板，所述第一隔热板将箱体内部分为热源空间和冷源空间，所述第一入水管和第二出水管由壳体外部伸入热源空间，所述第二入水管和第二出水管由冷源空间伸出至壳体外，所述第一隔热板上设有若干换热管；
所述两个第二隔热板分设于壳体与箱体之间且将壳体与箱体之间的空间分为两部分，其中一个第二隔热板顶端设有换气孔，另一个第二隔热板底端设有换气孔。
进一步地，所述箱体为圆柱体形，所述壳体套设于箱体外且顶端和底端与箱体密封连接。
进一步地，所述第一隔热板沿竖直方向延伸且位于箱体的直径处，所述两个第二隔热板分设于第一隔热板两侧。
进一步地，所述第一入水管、第一出水管、第二入水管以及第二出水管均呈L型。
进一步地，所述换热管沿水平方向延伸垂直于第一隔热板设置。
本发明有益效果为：
1）本发明通过厌氧发酵池中的沼气进行发电，并利用沼气发电机组的冷却系统的缸套水进行循环供热，有效地利用了低温的热源，提高了能源的利用效率和沼气发电系统的经济效益。
2）本发明设有与沼气发电机组并联的空气热源泵，通过空气热源泵的设置，一方面保证了在沼气产量不足时供暖的连续性，另一方面能够持续的向厌氧发酵池的保温管中输送热水用以保温厌氧发酵池，从而保证沼气的产量。
3）本发明通过将第二类溴化锂吸收式热泵的循环水输送入厌氧发酵池的保温管中，一方面保证了能源的利用效率，另一方面能够有效地提高朝气的产率，保证了发电效率同时也提高了供暖效率。
4）本发明集厌氧发酵池保温、农户供电和供暖三种功能为一体，充分利用了沼气发电的余热来提高了沼气的产率，运用了循环换热水箱提高换热效率，满足了农村地区用电、供热等生活用能需要，从而实现沼气发电余热的深度和高效利用，达到能源的梯级利用，从而提高了整个沼气发电系统的能源利用率及经济效益。
5）本发明所述循环换热水箱在壳体和箱体之间的空间内通过第二隔板的设置，实现了空间内空气的冷热交换，从而有助于提高冷源空间内水的加热效率。
6）本发明所述循环换热水箱通过在第一隔板上嵌设换热管加速冷源空间和热源空间的热量交换。
附图说明
图1为实施例1所述利用沼气发电缸套水余热供暖的系统结构示意图。
图2为实施例2所述循环换热水箱俯视图；
图3为图2所述循环换热水箱A出剖视图；
图4为图2所述循环换热水箱B出剖视图；
图5为实施例2所述循环换热水箱主视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明所述利用沼气发电缸套水余热供暖的系统以及实施工艺进行详细的描述。以下厌氧发酵池、沼气发电机组皆为现有技术，在此不做赘述。
实施例1
一种利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，如图1所示，包括厌氧发酵池1、沼气发电机组3、热机组泵以及循环换热水箱6；本实施例中，所述热泵机组为第二类溴化锂吸收式热泵5，所述第二类溴化锂吸收式热泵5能够有效地利用低品位热源，第二类溴化锂吸收式热泵5中包含有的蒸发器和发生器实现将热量从低温热源向高温热源的循环泵送，能够在使用时节约能源、保护环境。
所述厌氧发酵池1底部盘设有多层保温管11，所述保温管11的入口与第二类溴化锂吸收式热泵5的第一出口连通，所述保温管11的出口与沼气发电机组3连通；所述厌氧发酵池1保温管11的入口与第二类溴化锂吸收式热泵5的第一出口连通的管路上设有第一水泵91。第二类溴化锂吸收式热泵5中吸收缸套水余热后的热水输送入厌氧发酵池1的保温管11中，通过保温管11对厌氧发酵池1进行保温，从而提高沼气产率。保温管11中的热水利用过后通过流入沼气发电机组3的冷却水系统中，对沼气发电机组3进行冷却。
所述沼气发电机组3的出口与第二类溴化锂吸收式热泵5的第一入口连通；沼气发电机组3产生的缸套水，进入第二类溴化锂吸收式热泵5中的蒸发器和发生器内进行换热，产生换热后带有热量的缸套水。
本实施例中，所述利用沼气发电缸套水余热供暖的系统还包括设于厌氧发酵池1和第二类溴化锂吸收式热泵5之间且与沼气发电机组3并联的空气热源泵4；所述空气热源泵4的入口与所述厌氧发酵池1和沼气发电机组3的连接管路通过第一三通阀81连通，空气热源泵4的出口与沼气发电机组3和第二类溴化锂吸收式热泵5的连接管路通过第二三通阀82连通。所述空气热源泵4能够保证在沼气产量不足以发电时，水通过空气热源泵4的加热输送进入第二类溴化锂吸收式热泵5的蒸发器和发生器内进行换热。一方面保证了第二类溴化锂吸收式热泵5能够提供带有热量的水进入厌氧发酵池1的保温管11中以提高厌氧发酵的效率，从而提高沼气产量；另一方面保证了第二类溴化锂吸收式热泵5能够向循环换热水箱6中提供热源。
所述循环换热水箱6的第一入口与第二类溴化锂吸收式热泵5的第二出口连通，所述循环换热水箱6的第一出口与第二类溴化锂吸收式热泵5的第二入口连通，所述循环换热水箱6的第二出口和第二入口通过输送管路连通，所述输送管路上设有第一支管路，所述第一支管路的入口与输送管路通过第三三通阀83连通；所述循环换热水箱6的第一出口与第二类溴化锂吸收式热泵5的第二入口连通的管路上设有第二水泵92，所述循环换热水箱的第二出口和第二入口连通的管路上设有第三水泵93。
所述厌氧发酵池1的出气口连接有储气罐2，储气罐2的出气口与沼气发电机组3的入气口连接；厌氧发酵池1与储气罐2之间的输气管路上气体流量计7，储气罐2与沼气发电机组3之间的输气管路上设有气阀84。厌氧发酵池1中的沼气输送入储气罐2中，当储气罐2内的沼气储存到一定含量时，打开气阀84，沼气进入沼气发电机组3内，经沼气发电机组3中的内燃机的燃烧和发电机的发电，将沼气的生物热能转化为供居民使用的电能，用于居民日常生活的照明等。
使用时，厌氧发酵池1产生的沼气输送入储气罐2中，当储气罐2内的沼气储存到一定含量时，打开气阀84，沼气进入沼气发电机组3内，经内燃机的燃烧和发电机的发电，将沼气的生物热能转化为供居民使用的电能，用于居民日常生活的用电。沼气发电机组3经过冷却后产生的缸套水，通过第二三通阀82，进入第二类溴化锂吸收式热泵5的蒸发器和发生器内进行换热，第二类溴化锂吸收式热泵5利用来自缸套水的余热，经过第二类溴化锂吸收式热泵5中吸收器换热后，从而获得热水，热水流入循环换热水箱6中换热过后，循环换热水箱6的受热端的水反复进入循环换热水箱6换热，直至达到预设温度后，调整第三三通阀83，热水由第一支管路流出，供农户使用；循环换热水箱6中热源区域的热水流回第二类溴化锂吸收式热泵5吸收器继续吸热，反复循环；第二类溴化锂吸收式热泵5中换热后带有热量的缸套水输送入厌氧发酵池1的保温管11中，再由保温管11中输送入沼气发电机组3的冷却系统进行循环利用。
当沼气产量不足以发电时，使用空气热源泵4进行辅助供热。停止由储气罐2向沼气发电机组3输送沼气，储气罐2中开始存储沼气，调整第一三通阀81，将保温管11中的水输送入空气热源泵4中加热；调整第二三通阀82，空气热源泵4加热后的热水，输送进入第二类溴化锂吸收式热泵5的蒸发器和发生器内进行换热，第二类溴化锂吸收式热泵5利用来空气源热泵4产生的热水，从而获得更高温热水，经过第二类溴化锂吸收式热泵4吸收器换热后的热水输送入循环换热水箱6，在循环换热水箱6中换热过后，将受热端的水反复进入循环换热水箱6换热，直至达到预设温度，调整第三三通阀83，热水通过第一支管路流出，供农户使用。
实施例1所述系统利用厌氧发酵池的沼气缸套水进行供暖，本实施例1所述厌氧发酵池的沼气产量为90m³/d，由发酵产生的沼气发电而产生的缸套水提供的供暖时间为8.35h/d，可以为50户供暖。
实施例1所述系统中由空气热源泵提供热源的供暖时间为11h/d，由空气热源泵加热后时间8h能够保证厌氧发酵池产的沼气可以用于发电后继续利用缸套水余热。
每天回收缸套水的总热量相当于燃烧76.77kg标准煤的热量。
实施例2
一种循环换热水箱，如图2-5所示，包括箱体61，套设于箱体61外的壳体62，隔热板、换热管68、第一入水管63、第一出水管64、第二入水管65以及第二出水管66；本实施例中，所述箱体61为圆柱体形，所述壳体62套设于箱体61外且顶端和底端与箱体61密封连接。
所述隔热板包括设于箱体61内的第一隔热板67以及设于箱体71和壳体72之间的两个第二隔热板69，所述第一隔热板67将箱体61内部分为热源空间和冷源空间，所述第一入水管63和第二出水管64由外部穿过壳体62和箱体61伸入热源空间，所述第二入水管65和第二出水管66由冷源空间穿过箱体61和壳体62伸出外，所述第一隔热板67上设有若干换热管68。
所述两个第二隔热板69分设于壳体62与箱体61之间且将壳体62与箱体61之间的空间分为两部分，其中一个第二隔热板69顶端设有换气孔691，另一个第二隔热板69底端设有换气孔691。本实施例中，所述第一隔热板69沿竖直方向延伸且位于箱体61的直径处，所述两个第二隔热板69分设于第一隔热板67两侧。
热源空间侧的水将热量传导至壳体62与箱体61之间的空气中并形成温差，加热后的热空气上升从第二隔板69顶端的换气孔691进入位于冷源空间侧的壳体62与箱体61形成的空间内，冷源空间外的冷空气下沉由第二隔板69底端的换气孔691进入位于热源空间侧的壳体62与箱体61形成的空间内，冷热空气对流换热，空气温度不断上升，温差不断减小，一方面，通过壳体62与箱体61之间的空气冷热交换对冷源空间内的水进行加热，另一方面通过加热壳体62与箱体61之间的空气对箱体61内的水进行保温隔离。
本实施例中，所述第一入水管63、第一出水管64、第二入水管65以及第二出水管66均呈L型。第一入水管63在箱体61内的开口向上，第一出水管64在箱体61内的开口向下，第二入水管64在箱体61内的开口向下，第二出水管66在箱体61内的开口向上，所述L型的水管可以增加热水分布的均匀性。
本实施例中，所述换热管68沿水平方向延伸垂直于第一隔热板67设置。
使用时，所述循环换热水箱由第一入水管63进入箱体61热源空间，热源空间侧的水将热量传导至壳体62与箱体61之间的空气中并形成温差，热空气上升从第二隔板69上端的换气孔691进入位于冷源空间侧的壳体62与箱体61形成的空间内，冷源空间外的冷空气下沉由第二隔板69底端的换气孔691进入位于热源空间侧的壳体62与箱体61形成的空间内，冷热空气对流换热，空气温度不断上升，温差不断减小，冷源空间侧外部壳体内的空气将热量经过箱体表面传导至冷源空间侧的水中，对冷源空间侧的水进行加热，冷源空间的第二出水管与第二入水管连通并循环直至达到预设温度后可将冷源空间的水输出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施示例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施示例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施示例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，包括厌氧发酵池、沼气发电机组、热泵机组以及循环换热水箱；
所述厌氧发酵池底部设有保温管，所述保温管的入口与热泵机组的第一出口连通，所述保温管的出口与沼气发电机组连通；
所述沼气发电机组的出口与热泵机组的第一入口连通；
所述循环换热水箱的第一入口与热泵机组的第二出口连通，所述循环换热水箱的第一出口与热泵机组的第二入口连通，所述循环换热水箱的第二出口和第二入口通过输送管路连通，所述输送管路上设有第一支管路；
所述厌氧发酵池的出气口连接有储气罐，储气罐的出气口与沼气发电机组的入气口连接。
2.如权利要求1所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，还包括设于厌氧发酵池和热泵机组之间且与沼气发电机组并联的空气热源泵；
所述空气热源泵的入口与所述厌氧发酵池和沼气发电机组的连接管路通过第一三通阀连通，出口与沼气发电机组和热泵机组的连接管路通过第二三通阀连通。
3.如权利要求1所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，厌氧发酵池与储气罐之间的输气管路上设有气体流量计。
4.如权利要求1所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，所述热泵机组为第二类溴化锂吸收式热泵。
5.如权利要求4所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，所述厌氧发酵池的入口与第二类溴化锂吸收式热泵的第一出口连通的管路上设有第一水泵；
所述循环换热水箱的第一出口与第二类溴化锂吸收式热泵的第二入口连通的管路上设有第二水泵；
所述循环换热水箱的第二出口和第二入口连通的管路上设有第三水泵。
6.如权利要求1所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，所述第一支管路的入口与输送管路通过第三三通阀连通。
7.如权利要求1所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，所述厌氧发酵池内盘设有多层保温管。
8.如权利要求1-8任一所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，所述循环换热水箱包括箱体，套设于箱体外的壳体，隔热板、换热管、第一入水管、第一出水管、第二入水管以及第二出水管；
所述隔热板包括设于箱体内的第一隔热板以及设于箱体和壳体之间的两个第二隔热板，所述第一隔热板将箱体内部分为热源空间和冷源空间，所述第一入水管和第二出水管由壳体外部伸入热源空间，所述第二入水管和第二出水管由冷源空间伸出至壳体外，所述第一隔热板上设有若干换热管；
所述两个第二隔热板分设于壳体与箱体之间且将壳体与箱体之间的空间分为两部分，其中一个第二隔热板顶端设有换气孔，另一个第二隔热板底端设有换气孔。
9.如权利要求8所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，所述箱体为圆柱体形，所述壳体套设于箱体外且顶端和底端与箱体密封连接。
10.如权利要求8所述的利用沼气发电缸套水余热供暖的系统，其特征在于，所述第一隔热板沿竖直方向延伸且位于箱体的直径处，所述两个第二隔热板分设于第一隔热板两侧。
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