CN111396962A - 一种综合利用生物质能采暖方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合利用生物质能采暖方法。一种综合利用生物质能采暖方法，综合利用生物质碳化冷却一体化余热回收和PTC太阳能集热。一方面，通过碳化余热回收利用与采暖技术的结合，有效提高生物质能热效率的同时，实现了碳化冷源的自给；另一方面，利用碳化余热作为太阳能采暖的补偿热源，保证了采暖的稳定性及采暖的品质，实现了全天候采暖。本发明提高了对生物质能的有效利用，增强了采用生物质能采暖的可行性，有利于生物质碳化技术及太阳能综合采暖技术的推广。

Description

一种综合利用生物质能采暖方法

技术领域

本发明属于农林废弃物资源化利用、太阳能利用及人工采暖技术领域，具体涉及一种综合利用生物质能采暖方法。

背景技术

主动式太阳能采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。此外，用户采暖需求与太阳能所能提供的能量强度，往往呈相反趋势。比如太阳光强时，像中午或天气温度高时，室内温度也高，对采暖温度要求就低；而再如太阳光弱甚至无时，像晚上或雨雪天时，室内温度也低，对采暖温度要求却高。这导致传统太阳能采暖系统，往往存在采暖温度较低而不足以满足用户采暖需求的问题。这些问题，都制约了太阳能采暖系统的应用和推广。

生-光互补采暖是指利用生物质作为能源作为主动式太阳能采暖系统的辅助热源，是解决因农村地区散煤采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。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种综合利用生物质能采暖方法，结合生物质能和太阳能的优势，综合利用生物质碳化冷却一体化余热回收和PTC太阳能集热的方法，实现利用太阳能采暖的稳定性和保证太阳能采暖能的温度需求，并同时提高生物质能热利用率，实现经济、低碳及可再生的采暖形式。

本发明的技术方案：

一种综合利用生物质能采暖方法，基于下述生物质碳化耦合太阳能采暖装置实现，该装置的结构主要包括生物质碳化冷却一体化余热回收器、PTC集热器、蓄热水箱和自动控制系统；所述生物质碳化冷却一体化余热回收器与所述PTC集热器通过第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀进行连接或切换；所述自动控制系统，通过PTC集热器出口温度传感器、PTC集热器进口温度传感器、水箱温度传感器，及集热侧水泵与采暖侧水泵来控制和调节整个采暖系统的运行；所述集热侧水泵与采暖侧水泵，均采用变频水泵；

所述生物质碳化冷却一体化余热回收器，主要由炭化区、可燃气回流区、隔热区、冷却区、出料区和进料区组成；

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换热器相连；所述板式换热器，设有板式换热器出水口和板式换热器进水口；

所述可燃气回流区，设有可燃气冷凝套管，所述可燃气冷凝套管外壁上端设有可燃气回流区出水口，外壁下端设有可燃气回流区进水口，所述可燃气回流区进水口通过管道连接自可燃气回流区进水接口，所述可燃气回流区出水口通过管道连接至可燃气回流区出水接口；

所述冷却区，外管上端设有冷却区出口，外管下端设有冷却区进口，所述冷却区进口通过管道连接自冷却区进水接口，所述冷却区出口通过管道连接至冷却区出水接口；

所述进料区，由进料料斗及相应的进料辅助机构组成；

所述蓄热水箱，上端左侧设有集热侧进水口，上端右侧设有采暖侧出水口，水箱下端左侧设有集热侧出水口，水箱下端右侧设有采暖侧回水口；

进一步，所述生物质碳化耦合太阳能采暖装置涉及的所有水管及燃气管道，均采取保温措施；

作为优选，所述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。

一种综合利用生物质能采暖方法：

用户采暖端，采暖供水接自所述生物质碳化耦合太阳能采暖装置的蓄热水箱的采暖侧出水口，采暖回水接至所述蓄热水箱的采暖侧回水口；所述蓄热水箱的热源，来自PTC集热器及生物质碳化冷却一体化余热回收器，或仅来自生物质碳化冷却一体化余热回收器；记热水从板式换热器进水口流入，经板式换热器与从炉膛的烟气出口流出的烟气进行换热后，从板式换热器出水口流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路；记热水从可燃气回流进水接口流入，经可燃气回流区进水口进入可燃气冷凝套管，并与可燃气回流区中的回流可燃气进行换热后，从可燃气回流区出水口流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第二加热通路；记热水从冷却区进水接口流入，经冷却区进水口流入冷却区，并与该区中的生物质碳化后的炉渣进行换热后，从冷却区出水口流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第三加热通路；记热水流经所述PTC集热器的热水加热通路为PTC集热器加热通路；具体方法分为以下两种工况：

（）有阳光时

一般是晴朗的白天；以农林废弃物为碳化原料，此工况时，先将所述碳化原料粉碎，并称取一定质量加入到所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的进料料斗中；然后，开启所述生物质碳化冷却一体化余热回收器和所述PTC集热器，同时开启集热侧水泵并将其调到较高的频率；此工况工作时，热水自所述蓄热水箱的集热侧出水口流出，流经集热侧水泵后，自第三三通阀流经PTC集热器加热通路，并依次经第二三通阀和第四三通阀后，同时流经生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路、第二加热通路和第三加热通路，再从第一三通阀流至集热侧进水口并回到所述蓄热水箱中，至此，完成一个热水加热循环；在保证用户采暖需求的情况下可将采暖侧水泵的频率调到较低档；

（）无阳光时

一般是夜晚，或阴天、雨天、雪天等极端天气；以农林废弃物为碳化原料，此工况时，先将所述碳化原料粉碎，并称取一定质量加入到所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的进料料斗中；然后，开启所述生物质碳化冷却一体化余热回收器，并保持PTC集热器为关闭状态，同时开启集热侧水泵，在保证所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的冷却效果及整个系统热水管路的正常运行的情况下可将所述集热侧水泵的频率调到较低档；此工况工作时，热水自所述蓄热水箱的集热侧出水口流出，流经集热侧水泵后，自第三三通阀直接流向第四三通阀，之后同时流经生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路、第二加热通路和第三加热通路，再从第一三通阀流至集热侧进水口并回到所述蓄热水箱中，至此，完成一个热水加热循环；同时，将采暖侧水泵的频率调到较高档；

作为优选，以上所述不同工况生物质碳化冷却一体化余热回收器的启停、PTC集热器的启停、三通阀的切换、水泵的启停及水泵频率的调节，均由所述生物质碳化耦合太阳能采暖装置的自动控制系统根据温度传感器来自动控制。

本发明的有益效果：

本发明通过综合利用生物质碳化冷却一体化余热回收和PTC太阳能集热的方法，充分利用生物质能及太阳能，实现全天候采暖，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，有效提高生物质能热效率的同时，实现了碳化冷源的自给，增强了碳化技术的推广性。

附图说明

图1是本发明所基于的生物质碳化耦合太阳能采暖装置的整体结构示意图；

图2是本发明所基于的生物质碳化冷却一体化余热回收器的结构示意图。

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-第一三通阀、11-第二三通阀、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-第三三通阀、16-集热侧进水口、17-蓄热水箱、18-采暖侧出水口、19-水箱温度传感器、20-集热侧水泵、21-采暖侧回水口、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-第四三通阀、26-采暖侧水泵、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

一种综合利用生物质能采暖方法所基于的生物质碳化耦合太阳能采暖装置（以玉米秸秆为碳化原料），由附图1和附图2所示，结构主要包括生物质碳化冷却一体化余热回收器、PTC集热器13、蓄热水箱17和自动控制系统；所述生物质碳化冷却一体化余热回收器与所述PTC集热器13通过第一三通阀10、第二三通阀11、第三三通阀15和第四三通阀25进行连接或切换；

所述生物质碳化冷却一体化余热回收器，主要由炭化区1、可燃气回流区2、隔热区3、冷却区4、出料区5和进料区6组成；

所述炭化区1，设有碳化管道28和炉膛30，所述炉膛30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与板式换热器7相连；所述板式换热器7，功率为18千瓦，设有板式换热器出水口34和板式换热器进水口35；

所述可燃气回流区2，设有可燃气冷凝套管，所述可燃气冷凝套管利用循环水冷却套管内部回流的可燃气并回收热量，所述可燃气冷凝套管外壁上端设有可燃气回流区出水口29，外壁下端设有可燃气回流区进水口32，所述可燃气回流区进水口32通过管道连接自可燃气回流区进水接口24，所述可燃气回流区出水口29通过管道连接至可燃气回流区出水接口9；

所述冷却区4，外管上端设有冷却区出口36，外管下端设有冷却区进口37，所述冷却区进口37通过管道连接自冷却区进水接口23，所述冷却区出口36通过管道连接至冷却区出水接口8；

所述进料区6，由进料料斗27及相应的进料辅助机构组成；

所述的蓄热水箱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，水箱上端右侧设有采暖侧出水口18，水箱下端左侧设有集热侧出水口22，水箱下端右侧设有采暖侧回水口21。

所述自动控制系统，通过PTC集热器出口温度传感器12、PTC集热器进口温度传感器14、水箱温度传感器19，及集热侧水泵20与采暖侧水泵26来控制和调节整个采暖系统的运行；所述集热侧水泵20与采暖侧水泵26，均采用额定流量为 1.8m³/h，额定扬程为 8.5m的变频离心水泵；

所述生物质碳化耦合太阳能采暖装置涉及的所有水管及燃气管道，均采取保温措施。

实施例二

一种综合利用生物质能采暖方法（以玉米秸秆为碳化原料）：

用户采暖端，采暖供水接自所述生物质碳化耦合太阳能采暖装置的蓄热水箱17的采暖侧出水口18，采暖回水接至所述蓄热水箱17的采暖侧回水口21；所述蓄热水箱17的热源，来自PTC集热器13及生物质碳化冷却一体化余热回收器，或仅来自生物质碳化冷却一体化余热回收器；记热水从板式换热器进水口35流入，经板式换热器7与从炉膛30的烟气出口33流出的烟气进行换热后，从板式换热器出水口34流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路；记热水从可燃气回流进水接口24流入，经可燃气回流区进水口32进入可燃气冷凝套管，并与可燃气回流区2中的回流可燃气进行换热后，从可燃气回流区出水口29流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第二加热通路；记热水从冷却区进水接口23流入，经冷却区进水口37流入冷却区4，并与该区中的生物质碳化后的炉渣进行换热后，从冷却区出水口36流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第三加热通路；记热水流经所述PTC集热器13的热水加热通路为PTC集热器加热通路；具体方法分为以下两种工况：

（1）有阳光时

一般是晴朗的白天；以玉米秸秆为碳化原料，此工况时，先将玉米秸秆粉碎，并称取30千克质量加入到所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的进料料斗27中，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；然后，开启所述生物质碳化冷却一体化余热回收器和所述PTC集热器13，同时开启集热侧水泵20并将其调到较高的频率，来保证所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的冷却效果及整个系统热水管路的正常运行；此工况工作时，热水自所述蓄热水箱17的集热侧出水口22流出，流经集热侧水泵20后，自第三三通阀15流经PTC集热器加热通路，并依次经第二三通阀11和第四三通阀25后，同时流经生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路、第二加热通路和第三加热通路，再从第一三通阀10流至集热侧进水口16并回到所述蓄热水箱17中，至此，完成一个热水加热循环；由于此工况的所述蓄热水箱17中的热水温度较高，在保证用户采暖需求的情况下可将采暖侧水泵26的频率调到较低档；

（2）无阳光时

一般是夜晚，或阴天、雨天、雪天等极端天气；以玉米秸秆为碳化原料，此工况时，先将玉米秸秆粉碎，并称取30千克质量加入到所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的进料料斗27中，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；然后，开启所述生物质碳化冷却一体化余热回收器，并保持PTC集热器13为关闭状态，同时开启集热侧水泵20，在保证所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的冷却效果及整个系统热水管路的正常运行的情况下可将所述集热侧水泵20的频率调到较低档；此工况工作时，热水自所述蓄热水箱17的集热侧出水口22流出，流经集热侧水泵20后，自第三三通阀15直接流向第四三通阀25，之后同时流经生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路、第二加热通路和第三加热通路，再从第一三通阀10流至集热侧进水口16并回到所述蓄热水箱17中，至此，完成一个热水加热循环；由于此工况的所述蓄热水箱17中的热水温度较低，为保证用户采暖需求，需将采暖侧水泵26的频率调到较高档；

以上所述不同工况生物质碳化冷却一体化余热回收器的启停、PTC集热器的启停、三通阀的切换、水泵的启停及水泵频率的调节，均由所述生物质碳化耦合太阳能采暖装置的自动控制系统根据温度传感器来自动控制。

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 (1)

1.一种综合利用生物质能采暖方法，其特征在于：

用户采暖端，采暖供水接自生物质碳化耦合太阳能采暖装置的蓄热水箱的采暖侧出水口，采暖回水接至所述蓄热水箱的采暖侧回水口；所述蓄热水箱的热源，来自PTC集热器及生物质碳化冷却一体化余热回收器，或仅来自生物质碳化冷却一体化余热回收器；记热水从板式换热器进水口流入，经板式换热器与从炉膛的烟气出口流出的烟气进行换热后，从板式换热器出水口流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路；记热水从可燃气回流进水接口流入，经可燃气回流区进水口进入可燃气冷凝套管，并与可燃气回流区中的回流可燃气进行换热后，从可燃气回流区出水口流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第二加热通路；记热水从冷却区进水接口流入，经冷却区进水口流入冷却区，并与该区中的生物质碳化后的炉渣进行换热后，从冷却区出水口流出的热水加热通路为生物质碳化冷却一体化余热回收器的第三加热通路；记热水流经所述PTC集热器的热水加热通路为PTC集热器加热通路；具体方法分为以下两种工况：

（1）有阳光时

以农林废弃物为碳化原料，此工况时，先将所述碳化原料粉碎，并称取一定质量加入到所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的进料料斗中；然后，开启所述生物质碳化冷却一体化余热回收器和所述PTC集热器，同时开启集热侧水泵并将其调到较高的频率；此工况工作时，热水自所述蓄热水箱的集热侧出水口流出，流经集热侧水泵后，自第三三通阀流经PTC集热器加热通路，并依次经第二三通阀和第四三通阀后，同时流经生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路、第二加热通路和第三加热通路，再从第一三通阀流至集热侧进水口并回到所述蓄热水箱中，至此，完成一个热水加热循环；在保证用户采暖需求的情况下可将采暖侧水泵的频率调到较低档；

（2）无阳光时

以农林废弃物为碳化原料，此工况时，先将所述碳化原料粉碎，并称取一定质量加入到所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的进料料斗中；然后，开启所述生物质碳化冷却一体化余热回收器，并保持PTC集热器为关闭状态，同时开启集热侧水泵，在保证所述生物质碳化冷却一体化余热回收器的冷却效果及整个系统热水管路的正常运行的情况下可将所述集热侧水泵的频率调到较低档；此工况工作时，热水自所述蓄热水箱的集热侧出水口流出，流经集热侧水泵后，自第三三通阀直接流向第四三通阀，之后同时流经生物质碳化冷却一体化余热回收器的第一加热通路、第二加热通路和第三加热通路，再从第一三通阀流至集热侧进水口并回到所述蓄热水箱中，至此，完成一个热水加热循环；同时，将采暖侧水泵的频率调到较高档；

所述一种综合利用生物质能采暖方法，基于下述生物质碳化耦合太阳能采暖装置实现，该装置的结构主要包括生物质碳化冷却一体化余热回收器、PTC集热器、蓄热水箱和自动控制系统；所述生物质碳化冷却一体化余热回收器与所述PTC集热器通过第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀进行连接或切换；所述自动控制系统，通过PTC集热器出口温度传感器、PTC集热器进口温度传感器、水箱温度传感器，及集热侧水泵与采暖侧水泵来控制和调节整个采暖系统的运行；所述集热侧水泵与采暖侧水泵，均采用变频水泵；所述蓄热水箱，上端左侧设有集热侧进水口，上端右侧设有采暖侧出水口，水箱下端左侧设有集热侧出水口，水箱下端右侧设有采暖侧回水口；

所述生物质碳化冷却一体化余热回收器，主要由炭化区、可燃气回流区、隔热区、冷却区、出料区和进料区组成；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换热器相连；所述板式换热器，设有板式换热器出水口和板式换热器进水口；所述可燃气回流区，设有可燃气冷凝套管，所述可燃气冷凝套管外壁上端设有可燃气回流区出水口，外壁下端设有可燃气回流区进水口，所述可燃气回流区进水口通过管道连接自可燃气回流区进水接口，所述可燃气回流区出水口通过管道连接至可燃气回流区出水接口；所述冷却区，外管上端设有冷却区出口，外管下端设有冷却区进口，所述冷却区进口通过管道连接自冷却区进水接口，所述冷却区出口通过管道连接至冷却区出水接口；所述进料区，由进料料斗及相应的进料辅助机构组成。

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