CN111256197A - 一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置及方法 - Google Patents

一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置，它属于生物质碳化技术余热化利用及太阳能热利用技术领域，包括生物质碳化冷却一体化余热回收装置、PTC太阳能集热系统、蓄热系统和自动控制系统，生物质碳化冷却一体化余热回收装置作为太阳能的辅助热源，与太阳能集热器通过三通阀连接，通过温度传感器控制集热系统运行。集热系统包含三种运行模式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
PTC太阳能集热器单一供热；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
生物质碳化冷却一体化余热回收装置单一供热；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
PTC太阳能集热器与生物质碳化冷却一体化余热回收装置联合供热。通过合理利用碳化产物余热和太阳能集热，行成一种符合能量品位利用原则的区域供暖装置。

Description

一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置及方法
技术领域
本发明属于一种清洁能源供暖系统，具体涉及一种生-光互补供暖设备，它属于生物质碳化技术余热化利用及太阳能热利用技术领域。
背景技术
主动式太阳能供暖系统利用取之不竭的太阳能资源通过光热效应得到热源，但太阳能具有明显的分散性、间断性和不稳定性。采暖负荷也具有明显的季节性，在采暖季的不同时期和一天内的不同时间具有很大的波动性。要保证用户供暖需要则需要相应的辅助热源提供补充热量。
生-光互补供暖是指利用生物质作为能源作为主动式太阳能供暖系统的辅助热源，是解决因农村地区散煤供暖而引起的大气污染问题的重要途径之一。生物质碳化技术将纤维素、半纤维素和木质素较高的物质通过高温热裂解反应产生三相产物，即固相产物生物炭、液相产物木醋液和木焦油、气相产物木燃气，但碳化技术普遍存在生产效率低，热利用率等问题，这是影响生物质碳化技术应用的难点。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置，当PTC集热器无法满足用户热负荷时，启动生物质炭化装置并利用生物质碳化冷却一体化的可燃气回流区回收热解产出的高温热解气冷凝释放的显热和潜热，通过生物炭冷却区回收高温热碳中的显热同时使高温热碳快速冷却，通过板式换热器回收炉膛排放的高温烟气的显热，以水作为热循环工质向用户提供热量，形成一种能耗小，效率高，低碳环保的太阳能供暖装置和碳化装置。
本发明的技术原理：
一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置，结构主要包括生物质碳化冷却一体化余热回收装置、PTC太阳能集热器、蓄热水箱和自动控制系统，生物质碳化冷却一体化余热回收装置作为太阳能的辅助热源，与太阳能集热器通过三通阀连接，通过温度传感器控制集热系统运行，集热系统包含三种运行模式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
PTC太阳能集热器单一供热；
Figure 390576DEST_PATH_IMAGE002
生物质碳化冷却一体化余热回收装置单一供热；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
PTC太阳能集热器与生物质碳化冷却一体化余热回收装置联合供热。生物质碳化冷却一体化余热回收装置上部主体为炭化区、进料区、可燃气回燃区、隔热区、冷却区和出料区，炭化区设有碳化管道和炉膛，所述炉膛周围有保温层包裹，炉膛上部设有烟气出口与板式烟气换热器相连，板式烟气换热器设有出水口和进水口。可燃气回燃区设有可燃气冷凝套管，套管外层利用循环水冷却套管内层的可冷凝行气体并回收热量，燃气冷凝套管外层上端设有循环水出口并与可燃气回流区出水接口相连，下端设有循环水进口并与可燃气回流区进水接口相连。冷却区外管上端设有循环水出口并与冷却区出水接口相连，下端设有循环水进口与冷却区进水接口相连。当PTC集热器无法满足供暖需要时通过三通阀将PTC集热器与生物质碳化冷却一体化余热回收装置串联联合供热，在夜晚或极端天气时，PTC集热器无法供热，通过改变三通阀开口采用生物质碳化冷却一体化余热回收装置单独供热。
本发明的技术方案：
一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置，结构主要包括生物质碳化冷却一体化余热回收装置、PTC太阳能集热系统、蓄热系统和自动控制系统，生物质碳化冷却一体化余热回收装置作为太阳能的辅助热源，与太阳能集热器通过三通阀连接，通过温度传感器控制集热系统运行。
所述的生物质碳化冷却一体化余热回收装置，其特征是，所述生物质碳化冷却一体化余热回收装置上部主体为炭化区、进料区、可燃气回燃区、隔热区、冷却区和出料区，所述炭化区设有碳化管道和炉膛，所述炉膛周围有保温层包裹，炉膛上部设有烟气出口，所述烟气出口与板式烟气换热器相连。
所述的可燃气回燃区设有可燃气冷凝套管，所述可燃气冷凝套管外层利用循环水冷却套管内层的可冷凝行气体并回收热量，所述可燃气冷凝套管外层上端设有循环水出口下端设有循环水进口。
所述冷却区为套管结构，所述冷却区内管的生物碳通过热传导和热辐射方式向冷却区外管内的循环水传递热量，所述冷却区外管上端设有循环水出口下端设有循环水进口。
所述的PTC太阳能集热系统采用3个PTC子模块串联在一起，带有太阳跟踪设备。
所述的自动控制系统包含运行控制、安全防护控制和集热系统与辅助热源设备的工作切换控制，其中太阳能集热系统安全防护控制的功能包括防冻保护和防过热保护。
作为优选，所述的蓄热系统采用1200L标准分层水箱。
作为优选，所述板式烟气换热器功率为18千瓦。
作为优选，所述进料区料斗原料质量为30千克，连续作业时原料输送速率为0.10千克每分钟。一次填料可连续工作2.5小时。
作为优选，自动控制系统中的循环泵额定流量为 1.8m3/h，额定扬程为 8.5m 的离心水泵。
本发明所具有的有益效果：
本发明通过利用生物质碳化冷却一体化余热作为PTC太阳能集热器辅助热源实现全天候供暖，减少了一次能源消耗和有害气体排放。通过碳化余热回收利用有效提高了生物质碳化冷却一体化装置的热效率，同时不需要工质冷却机构同时增强了碳化技术的推广性。
附图说明
图1是本发明的整体结构图。
图2是本发明的生物质碳化冷却一体化余热回收装置结构图。
图中：1-碳化区、2-可燃气回流区、3-隔热区、4-冷却区、5-出料区、6-进料区、7-板式换热器、8-冷却区出水接口、9-可燃气回流区出水接口、10-三通阀、11-三通阀、12-PTC集热器出口温度传感器、13-PTC集热器、14-PTC集热器进口温度传感器、15-三通阀、16-集热侧进水口、17-集热水箱、18-供暖侧出水口、19-水箱温度传感器、20-集热侧水泵、21-供暖侧回水口、22集热侧出水口、23-冷却区进水接口、24-可燃气回流进水接口、25-三通阀、26-供暖侧水泵、27-进料料斗、28-碳化管道、29-可燃气回流区出水口、30-炉膛、31-保温层、32-可燃气回流区进水口、33-烟气出口、34-板式换热器出水口、35-板式换热器进水口、36-冷却区出水口、37-冷却区进水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
实施例一
一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置，结构主要包括生物质碳化冷却一体化余热回收装置1、PTC太阳能集热系统13、蓄热系统17和自动控制系统，生物质碳化冷却一体化余热回收装置1作为太阳能的辅助热源，与太阳能集热器通过三通阀10、11和25连接，通过温度传感器12、14和16控制集热系统运行。
所述的生物质碳化冷却一体化余热回收装置，其特征是，所述生物质碳化冷却一体化余热回收装置上部主体为炭化区1、进料区6、可燃气回燃区2、隔热区3、冷却区4和出料区5，所述炭化区设有碳化管道288和炉膛30，所述炉膛周围有保温层31包裹，炉膛上部设有烟气出口33，所述烟气出口33与板式烟气换热器7相连。
所述板式烟气换热器7设有板式换热器出水口34和板式换热器进水口35。
所述的可燃气回燃区2设有可燃气冷凝套管，所述可燃气冷凝套管外层利用循环水冷却套管内层的可冷凝行气体并回收热量，所述可燃气冷凝套管外层上端设有循环水出口29与可燃气回流区出水接口9相连，下端设有循环水进口32与可燃气回流区进水接口24相连。
所述冷却区外管上端设有循环水出口36与冷却区出水接口8相连，下端设有循环水进口37与冷却区进水接口23相连。
所述的蓄热系统17采用1200L标准分层水箱，水箱上端左侧设有集热侧进水口16，水箱上端右侧设有供暖侧出水口18，水箱下端左侧设有集热侧出水口22，水箱下端右侧设有供暖侧回水口21。
作为优选，所述的蓄热系统17采用1200L标准分层水箱，水箱上端左侧设有集热侧进水口16，水箱上端右侧设有供暖侧出水口18，水箱下端左侧设有集热侧出水口22，水箱下端右侧设有供暖侧回水口21。
作为优选，所述板式烟气换热器7功率为18千瓦。
作为优选，所述进料区料斗27原料质量为30千克，连续作业时原料输送速率为0.10千克每分钟。一次填料可连续工作2.5小时。
作为优选，自动控制系统中的循环泵22和循环泵26额定流量为 1.8m3/h，额定扬程为 8.5m 的离心水泵。
实施例二
一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置，结构主要包括生物质碳化冷却一体化余热回收装置1、PTC太阳能集热器13、蓄热水箱17和自动控制系统，生物质碳化冷却一体化余热回收装置1作为太阳能的辅助热源，与太阳能集热器通过三通阀10、11和25连接，通过温度传感器12、14和16控制集热系统运行，集热系统包含三种运行模式：
Figure 77384DEST_PATH_IMAGE001
PTC太阳能集热器单一供热；
Figure 837530DEST_PATH_IMAGE002
生物质碳化冷却一体化余热回收装置单一供热；
Figure 104563DEST_PATH_IMAGE003
PTC太阳能集热器13与生物质碳化冷却一体化余热回收装置1联合供热。所述生物质碳化冷却一体化余热回收装置上部主体为炭化区1、进料区6、可燃气回燃区2、隔热区3、冷却区4和出料区5，所述炭化区设有碳化管道28和炉膛30，所述炉膛周围有保温层31包裹，炉膛上部设有烟气出口33，所述烟气出口33与板式烟气换热器7相连，所述板式烟气换热器7设有板式换热器出水口34和板式换热器进水口35。所述的可燃气回燃区2设有可燃气冷凝套管，所述可燃气冷凝套管外层利用循环水冷却套管内层的可冷凝行气体并回收热量，所述可燃气冷凝套管外层上端设有循环水出口29与可燃气回流区出水接口9相连，下端设有循环水进口32与可燃气回流区进水接口24相连。所述冷却区外管上端设有循环水出口36与冷却区出水接口8相连，下端设有循环水进口37与冷却区进水接口23相连。
本发明工作时，循环水首先从水箱下端左侧的集热侧出水口22流出，进入PTC集热器13加热，若PTC集热器能够满足用户热负荷，循环水直接通过三通阀15、10、11流入水箱上端左侧设有的集热侧进水口16，若PTC集热器不能够满足于用户热负荷,循环水通过三通阀15、11、25进入余热回收侧入口23、24、35，从余热回收侧出口8、9、34流出，再通过三通阀10流入水箱上端左侧设有的集热侧进水口16，若在晚间或极端天气PTC集热器无法供热，循环水只通过三通阀15进入余热回收侧入口23、24、35，从余热回收侧出口8、9、34流出，再通过三通阀10流入水箱上端左侧设有的集热侧进水口16，实现全天候供热。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种生物质碳化耦合太阳能供暖装置及方法，其特征在于：生物质碳化冷却一体化余热回收装置、PTC太阳能集热系统、蓄热系统和自动控制系统，所述控制系统包含三种运行模式：生物质碳化冷却一体化余热回收装置单一供热、PTC集热器单一供热和生物质碳化冷却一体化余热回收装置与PTC集热器单一供热联合供热。
2.根据权利要求1所述的生物质碳化冷却一体化余热回收装置，其特征在于：所述炭化区设有炉膛，所述炉膛上部设有烟气出口，所述烟气出口与板式烟气换热器相连，所述板式烟气换热器与PTC太阳能集热侧接口相连。
3.根据权利要求1所述的生物质碳化冷却一体化余热回收装置，其特征在于：所述可燃气冷凝套管外层上端设有循环水出口下端设有循环水进口并分别于PTC太阳能集热侧接口相连。
4.根据权利要求1所述的生物质碳化冷却一体化余热回收装置，其特征在于：所述可冷却区外层上端设有循环水出口下端设有循环水进口并分别于PTC太阳能集热侧接口相连。
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