CN110486989A - 一种新型生物质气化炉冷电联产系统 - Google Patents

一种新型生物质气化炉冷电联产系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制冷设备技术领域，具体为一种新型生物质气化炉冷电联产系统，包括吸收溶液循环回路、液氨管路、氨氦混合气循环回路和无泵有机朗肯循环发电机构，系统中包括储液罐I、电磁阀I、电磁阀II、冷凝器I、电磁阀III、储液罐II、电磁阀IV、膨胀机、发电机、储液罐III、精馏器、蒸发器I、冷凝器II、气液分离器、发生器、生物质气化炉、液氨换热器、蒸发器II、冷量输出、气体换热器、吸收器、溶液换热器。本发明降低系统的成本并提高系统可靠性；降低整个系统热输入，提高系统性能；改进生物质气化炉的燃烧和清灰装置，增加了风量控制、温度控制等功能，使得生物质气化炉的供能更加稳定、高效；减少了机械功的输入，提高系统效率。

Description

一种新型生物质气化炉冷电联产系统
技术领域
本发明涉及制冷设备技术领域，具体为一种新型生物质气化炉冷电联产系统。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，对能源的消耗越来越大，广泛的工业活动产生了大量温度较低且难以回收利用的低品位热能，较为典型的是温度为150℃左右的废气、废渣。这类低品位能源一直以来都因以较高的回收成本和技术难度没有被充分利用，但这些热能的损失占到了工业能量耗散的很大一部分，因此采用合适的技术对此类低温热源进行回收利用对降低工业能耗、实现可持续发展具有十分重要的意义。
生物质气化炉是锅炉的一种，是指以生物质能源做为燃料，在燃烧过程中放出热能，使水变成蒸汽后向外供应。由于以生物质作为燃料，具有节能环保的特性，因此在现代生活中得到了越来越广泛的应用。在结构上，生物质锅炉一般包括给料组件、燃烧组件和吹灰组件等，分别实现生物质燃料的供料、燃烧、送风和吹灰等。
现有的生物质气化炉一般结构复杂，大部分热能在炉体内传递给水使之升温，然而还有相当一部分热能通过锅炉壁与周围环境换热，导致热能的浪费，最终导致过路的换热效率降低、对生物质燃料的消耗大。通过对散失的余热进行回收利用，将能够有效提升锅炉的换热效率并降低锅炉对生物质燃料的消耗，进一步提高节能降耗的水平。
经过对现有技术的文献搜索发现，专利文献CN105805974A提供了一种冷电联产系统，该专利文献包括自由活塞斯特林发动机、声学谐振管、脉管制冷机和直线电机。该专利将燃烧、液化和发电流程有效隔离，充分保证了系统的安全性。然而脉管室温端声功耗散会造成能量损失和额外的热负荷，在大功率下该效应尤为显著。
专利文献CN103835903A公开了一种行波热声冷电联供系统，由至少三台发动机组成环路，系统功率较大；行波热声制冷机一端旁接于谐振单元，另一端与直线发电机相连，制冷机脉管室温端声功得到了回收，制冷机子系统效率较高。但是由于发动机采用环路结构，系统结构较为复杂，实际中发动机也往往很难获得最优声场，而且各发动机单元不一致性对系统影响较大。此外，该系统中谐振管直径较小，谐振管中功损失较大。而且系统中存在直流，严重影响了发动机的性能，当前还缺乏可靠高效的手段抑制。
专利文献CN107702367A公开了一种基于二氧化碳工质的低温热源驱动型冷电联产系统及工作方法，该专利文献包括二氧化碳透平、空气冷凝器、节流阀、冷却器、压缩机、预热器、蒸发器。该专利利用低温热源，将二氧化碳动力循环和制冷循环有机结合，实现了一种基于二氧化碳工质的低温热源驱动型冷电联产系统，提高了能源利用率，降低了能量消耗。然而由于二氧化碳循环一般都是以超临界二氧化碳朗肯循环来运行的，导致系统运行压力高，需要较大的压缩功率，从而使得整个系统的循环效率不是很高。
专利文献CN105003328A公开了一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产系统，该专利文献包括有机朗肯装置、发电装置、制冷装置、调控装置、冷却回路。该专利采用ORC系统回收汽车尾气余热，同时输出电能和驱动制冷系统运行输出冷能，这不仅实现了汽车尾气的余热回收利用，还一定程度上减少了尾气冷却系统的负担和尾气排放造成的污染问题，实现了节能减排和降低运输成本的目的。然而该专利系统部件较多，要求的放置空间较大，在实际生产应用过程中可能会对汽车的空间设计产生一定的限制。
专利文献CN109356681A公开了一种LNG卫星站冷电联产工艺，该专利文献包括低温冷库循环载冷剂工艺流程、空调供冷循环冷媒工艺流程、太阳能-BOG制热循环工质工艺流程。该专利将LNG冷能梯级回收利用技术与BOG燃烧辅助太阳能热水技术有机结合，将传统的空调供冷技术细化为低温冷库与空调供冷两个部分，提高了系统效率。然而由于LNG卫星站自身体积小、气化量小，而工业废热即低温烟气的量又较高，使得系统对工业废热的能量利用率不高。
鉴于此，我们提供一种新型生物质气化炉冷电联产系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型生物质气化炉冷电联产系统，以解决上述背景技术中提出现如今生物质气化炉冷电联产系统运行压力高、系统中存在直流影响发动机的性能、占用空间大以及系统对工业废热的能量利用率不高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型生物质气化炉冷电联产系统，包括吸收溶液循环回路、液氨管路、氨氦混合气循环回路和无泵有机朗肯循环发电机构，系统中包括储液罐I、电磁阀I、电磁阀II、冷凝器I、电磁阀III、储液罐II、电磁阀IV、膨胀机、发电机、储液罐III、精馏器、蒸发器I、冷凝器II、气液分离器、发生器、生物质气化炉、液氨换热器、蒸发器II、冷量输出、气体换热器、吸收器、溶液换热器；所述吸收溶液循环回路包括发生器、气液分离器、溶液换热器，所述液氨管路包括冷凝器II、液氨换热器，所述氨氦混合气循环回路包括蒸发器II、吸收器、气体换热器，所述无泵有机朗肯循环发电机构包括生物质气化炉、蒸发器I、膨胀机、冷凝器I、发电机、储液罐I、储液罐II、储液罐III和电磁阀I、电磁阀II、电磁阀III和电磁阀IV。
作为优选，所述发生器与气液分离器之间设有提升管，所述气液分离器的溶液出口端与溶液换热器的下侧进口端相连。
作为优选，所述溶液换热器的上侧出口端和吸收器的上侧进口端相连，溶液换热器的下侧出口端和发生器的溶液进口端相连。
作为优选，所述液氨管路进口与气液分离器相连、出口与气体换热器相连，冷凝器II的液氨出口端和液氨换热器的溶液进口端相连，液氨换热器的溶液出口端和蒸发器II的溶液进口端相连。
作为优选，所述吸收器的上侧出口端和气体换热器的下侧进口端相连，气体换热器的上侧出口端和蒸发器II的气体进口端相连，蒸发器II的气体出口端和液氨换热器的气体进口端相连。
作为优选，液氨换热器的气体出口端和气体换热器的上侧进口端相连，气体换热器的下侧出口端和吸收器的下侧进口端以及溶液换热器的上侧出口端相连，溶液换热器的上侧出口端和吸收器的上侧进口端相连。
作为优选，所述生物质气化炉与蒸发器I连接，蒸发器I与膨胀机进口连接，膨胀机出口与冷凝器I连接，冷凝器I与储液罐I相连，储液罐I与储液罐II的气道通过电磁阀I连通，液道通过电磁阀II连通，同样储液罐II与储液罐III的气道通过电磁阀III连通，液道通过电磁阀IV连通，储液罐III与精馏器连接，精馏器与蒸发器I连接，蒸发器I出口与储液罐III气体部分连通。
作为优选，所述精馏器包括两个对称设置的支撑架，两个所述支撑架的一侧外壁上均开设有若干均匀等距排列的通气孔，两个所述支撑架之间设置有若干均匀等距排列的水管，所述水管上连接有若干蒸发翅片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本新型生物质气化炉冷电联产系统利用氦气作为平衡气体，可取代小流量高扬程溶液泵的功能，降低了系统的成本并提高了系统可靠性。
(2)本新型生物质气化炉冷电联产系统通过有效的回热设计，利用精馏器的高温工质和储液罐III出口处的低温工质进行换热，为小型无泵有机朗肯循环发电系统提供了额外热能，降低整个系统热输入，提高系统性能。
(3)本新型生物质气化炉冷电联产系统的生物质气化炉的高效燃烧，改进了生物质气化炉的燃烧和清灰装置，增加了风量控制、温度控制等功能，使得生物质气化炉的供能更加稳定、高效。
(4)本新型生物质气化炉冷电联产系统的发生器利用气泡泵的虹吸作用作为推动力以推动工质流动，减少了机械功的输入，提高了系统效率，同时具有无噪声的特点。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明中精馏器的主视结构示意图；
图3为本发明中精馏器的左视结构示意图；
图4为本发明中精馏器的俯视结构示意图。
图中：1、储液罐I；2、电磁阀I；3、电磁阀II；4、冷凝器I；5、电磁阀III；6、储液罐II；7、电磁阀IV；8、膨胀机；9、发电机；10、储液罐III；11、精馏器；12、蒸发器I；13、冷凝器II；14、气液分离器；15、发生器；16、生物质气化炉；17、液氨换热器；18、蒸发器II；19、冷量输出；20、气体换热器；21、吸收器；22、溶液换热器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种新型生物质气化炉冷电联产系统，如图1所示，包括吸收溶液循环回路、液氨管路、氨氦混合气循环回路和无泵有机朗肯循环发电机构，系统中包括储液罐I1、电磁阀I2、电磁阀II3、冷凝器I4、电磁阀III5、储液罐II6、电磁阀IV7、膨胀机8、发电机9、储液罐III10、精馏器11、蒸发器I12、冷凝器II13、气液分离器14、发生器15、生物质气化炉16、液氨换热器17、蒸发器II18、冷量输出19、气体换热器20、吸收器21、溶液换热器22；吸收溶液循环回路包括发生器15、气液分离器14、溶液换热器22，液氨管路包括冷凝器II13、液氨换热器17，氨氦混合气循环回路包括蒸发器II18、吸收器21、气体换热器20，无泵有机朗肯循环发电机构包括生物质气化炉16、蒸发器I12、膨胀机8、冷凝器I4、发电机9、储液罐I1、储液罐II6、储液罐III10和电磁阀I2、电磁阀II3、电磁阀III5和电磁阀IV7。
进一步的，发生器15与气液分离器14之间设有提升管，气液分离器14的溶液出口端与溶液换热器22的下侧进口端相连。溶液换热器22的上侧出口端和吸收器21的上侧进口端相连，溶液换热器22的下侧出口端和发生器15的溶液进口端相连，液氨管路进口与气液分离器14相连、出口与气体换热器20相连，冷凝器II13的液氨出口端和液氨换热器17的溶液进口端相连，液氨换热器17的溶液出口端和蒸发器II18的溶液进口端相连，吸收器21的上侧出口端和气体换热器20的下侧进口端相连，气体换热器20的上侧出口端和蒸发器II18的气体进口端相连，蒸发器II18的气体出口端和液氨换热器17的气体进口端相连。
具体的，液氨换热器17的气体出口端和气体换热器20的上侧进口端相连，气体换热器20的下侧出口端和吸收器21的下侧进口端以及溶液换热器22的上侧出口端相连，溶液换热器22的上侧出口端和吸收器21的上侧进口端相连。
此外，生物质气化炉16与蒸发器I12连接，蒸发器I12与膨胀机8进口连接，膨胀机8出口与冷凝器I4连接，冷凝器I4与储液罐I1相连，储液罐I1与储液罐II6的气道通过电磁阀I2连通，液道通过电磁阀II3连通，同样储液罐II6与储液罐III10的气道通过电磁阀III5连通，液道通过电磁阀IV7连通，储液罐III10与精馏器11连接，精馏器11与蒸发器I12连接，蒸发器I12出口与储液罐III10气体部分连通。
本实施例的新型生物质气化炉冷电联产系统通过对电磁阀的控制及高压工质利用装置的设计，使系统实现无泵连续循环发电效果。通过将精馏器11的管道和发电系统的蒸发器I12与储液罐III10之间的管道进行换热，从而提高系统的热效率。利用氦气作为平衡气体，可取代小流量高扬程溶液泵的功能，降低了系统的成本并提高了系统可靠性；通过有效的回热设计，利用精馏器11的高温工质和储液罐III10出口处的低温工质进行换热，为小型无泵有机朗肯循环发电系统提供了额外热能，降低整个系统热输入，提高系统性能；生物质气化炉16的高效燃烧，改进了生物质气化炉的燃烧和清灰装置，增加了风量控制、温度控制等功能，使得生物质气化炉的供能更加稳定、高效；发生器利用气泡泵的虹吸作用作为推动力以推动工质流动，减少了机械功的输入，提高了系统效率，同时具有无噪声的特点。
实施例2
作为本发明的第二种实施例，如图2、图3和图4所示，精馏器11包括两个对称设置的支撑架111，两个支撑架111的一侧外壁上均开设有若干均匀等距排列的通气孔112，两个支撑架111之间设置有若干均匀等距排列的水管113，水管113上连接有若干蒸发翅片114，提高蒸发效率。
本发明的新型生物质气化炉冷电联产系统的具体工作步骤如下：
(1)生物质气化炉16对发生器15供热，使发生器15中的气泡泵推动氨水气泡上升流入气液分离器14，受到气液分离器14的分离作用，液体向下流入溶液换热器22，气体向上流入精馏器11，精馏器11中的氨气和储液罐III10出口处的低温工质进行换热后流入冷凝器II13，冷凝器II13中的液氨流入液氨换热器17，液氨换热器17中的液氨流入蒸发器I12进行蒸发过程从而输出冷量，蒸发器I12中流出的氨气再一次进入液氨换热器17和低温液氨进行换热，液氨换热器17的氨气进入气体换热器20，气体换热器20中的氨气进入吸收器21，吸收器21中的氨气进入溶液换热器22，溶液换热器22中的工质一部分进入吸收器21，再通过气体换热器20换热后成为低温氨气进入蒸发器I12，另一部分工质流入发生器15，完成整个制冷子循环。
(2)冷凝器I4出口的流出的液态工质进入储液罐I1，储液罐I1中的液态工质通过电磁阀II3流入到储液罐II6，储液罐II6中的液态工质通过电磁阀IV7流入到储液罐III10，储液罐III10中的液态工质进入精馏器11回收精馏热，液态工质最后进入蒸发器I12与生物质气化炉换热气化，出口气体一部分通往储液罐III10，另一部分进入膨胀机8，膨胀机8出口的气体进入冷凝器I4冷凝液化，完成整个发电子循环。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种新型生物质气化炉冷电联产系统，其特征在于：包括吸收溶液循环回路、液氨管路、氨氦混合气循环回路和无泵有机朗肯循环发电机构，系统中包括储液罐I(1)、电磁阀I(2)、电磁阀II(3)、冷凝器I(4)、电磁阀III(5)、储液罐II(6)、电磁阀IV(7)、膨胀机(8)、发电机(9)、储液罐III(10)、精馏器(11)、蒸发器I(12)、冷凝器II(13)、气液分离器(14)、发生器(15)、生物质气化炉(16)、液氨换热器(17)、蒸发器II(18)、冷量输出(19)、气体换热器(20)、吸收器(21)、溶液换热器(22)；所述吸收溶液循环回路包括发生器(15)、气液分离器(14)、溶液换热器(22)，所述液氨管路包括冷凝器II(13)、液氨换热器(17)，所述氨氦混合气循环回路包括蒸发器II(18)、吸收器(21)、气体换热器(20)，所述无泵有机朗肯循环发电机构包括生物质气化炉(16)、蒸发器I(12)、膨胀机(8)、冷凝器I(4)、发电机(9)、储液罐I(1)、储液罐II(6)、储液罐III(10)和电磁阀I(2)、电磁阀II(3)、电磁阀III(5)和电磁阀IV(7)。
2.根据权利要求1所述的新型生物质气化炉冷电联产系统，其特征在于：所述发生器(15)与气液分离器(14)之间设有提升管，所述气液分离器(14)的溶液出口端与溶液换热器(22)的下侧进口端相连。
3.根据权利要求2所述的新型生物质气化炉冷电联产系统，其特征在于：所述溶液换热器(22)的上侧出口端和吸收器(21)的上侧进口端相连，溶液换热器(22)的下侧出口端和发生器(15)的溶液进口端相连。
4.根据权利要求1所述的新型生物质气化炉冷电联产系统，其特征在于：所述液氨管路进口与气液分离器(14)相连、出口与气体换热器(20)相连，冷凝器II(13)的液氨出口端和液氨换热器(17)的溶液进口端相连，液氨换热器(17)的溶液出口端和蒸发器II(18)的溶液进口端相连。
5.根据权利要求1所述的新型生物质气化炉冷电联产系统，其特征在于：所述吸收器(21)的上侧出口端和气体换热器(20)的下侧进口端相连，气体换热器(20)的上侧出口端和蒸发器II(18)的气体进口端相连，蒸发器II(18)的气体出口端和液氨换热器(17)的气体进口端相连。
6.根据权利要求5所述的新型生物质气化炉冷电联产系统，其特征在于：液氨换热器(17)的气体出口端和气体换热器(20)的上侧进口端相连，气体换热器(20)的下侧出口端和吸收器(21)的下侧进口端以及溶液换热器(22)的上侧出口端相连，溶液换热器(22)的上侧出口端和吸收器(21)的上侧进口端相连。
7.根据权利要求1所述的新型生物质气化炉冷电联产系统，其特征在于：所述生物质气化炉(16)与蒸发器I(12)连接，蒸发器I(12)与膨胀机(8)进口连接，膨胀机(8)出口与冷凝器I(4)连接，冷凝器I(4)与储液罐I(1)相连，储液罐I(1)与储液罐II(6)的气道通过电磁阀I(2)连通，液道通过电磁阀II(3)连通，同样储液罐II(6)与储液罐III(10)的气道通过电磁阀III(5)连通，液道通过电磁阀IV(7)连通，储液罐III(10)与精馏器(11)连接，精馏器(11)与蒸发器I(12)连接，蒸发器I(12)出口与储液罐III(10)气体部分连通。
8.根据权利要求1所述的新型生物质气化炉冷电联产系统，其特征在于：所述精馏器(11)包括两个对称设置的支撑架(111)，两个所述支撑架(111)的一侧外壁上均开设有若干均匀等距排列的通气孔(112)，两个所述支撑架(111)之间设置有若干均匀等距排列的水管(113)，所述水管(113)上连接有若干蒸发翅片(114)。
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