CN112211686A - 生物天然气多模式供能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物天然气多模式供能系统及方法，基于在很多地区和项目上生物天然气发电上网困难和使用量不足的问题，通过内部自用(冷热电)和储能(LNG和储冷储热)结合，实现可以大比率调节不同使用方向和储用比。系统主要结构包括生物天然气发酵设备、多组生物天然气燃气发电机组、生物天然气燃气锅炉、余热锅炉、蒸汽发电机组、用蒸汽设备和工艺线、吸收式制冷设备、蓄冷装置、储热设备、冷却LNG制取设备、生物天然气储存容器、LNG储存容器、脱硫净化设备、烟气净化环保设备和相关泵阀门管道等。

Description

生物天然气多模式供能系统及方法

技术领域

本发明涉及生物天然气供能技术领域，具体涉及一种生物天然气多模式供能系统及方法。

背景技术

随着我国对农业用地的集中生产、处理，农村人口的降低以及秸秆燃烧的减少，农业生物质固废产量增加，同时对于畜禽类废弃物的环保处置提高了要求，生物质发酵是现阶段最有效的处置方式。生物质发酵会产生生物天然气，生物天然气是一种非常优质的燃料，但是许多发酵产地和项目远离工业用气用户，产气和用气不平衡，产气直接排放到空气中会导致重大环保问题，因为沼气是相当于21倍二氧化碳更强的温室气体，直接排放会加剧温室效应。规模化发酵项目只有极少数可以通过电力上网保证产气的利用，且能源的综合利用效率不高(燃气发电的效率仅仅有30％多，其余随烟气排放)。

生物天然气一般不能直接进行户用，因此当有大量生物天然气产生时，如果内部不能完全利用，则空燃成为了必然，产生巨大浪费的同时还会有环保问题产生。

液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)，主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45％左右。

其制造过程是先将天然气净化处理，经一连串超低温液化后产生。液化天然气燃烧后对空气污染非常小，而且放出的热量大，所以液化天然气是一种比较先进的能源。

液化天然气是天然气经压缩、冷却至其凝点(－161.5℃)温度后变成液体，通常储存在－161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内，用专用船或油罐车运输，使用时重新气化。20世纪70年代以来，世界液化天然气产量和贸易量迅速增加，2019年，全球LNG需求同比增长12.5％，达3.59亿吨，全球LNG新增供应量达4000万吨，创下行业新记录，且这些新增供应量被市场消化。

世界上环保先进国家都在推广使用LNG，除了用作发电厂、工厂、家庭用户的燃料外，其中所含的甲烷可用作制造肥料、甲醇溶剂及合成醋酸等化工原料；另外其所含的乙烷和丙烷可经裂解而生成乙烯及丙烯，是塑料产品的重要原料。

LNG最大的优势是运输简单运输量大且技术和设备成熟，且其冷能可以在用户侧再次环保利用。

发明内容

针对现有技术中自产电力和自产生物天然气难以对外输出、规模较大的生物天然气难以使用的不足，本发明旨在提供一种生物天然气多模式供能系统及方法，可以不对外输出生物天然气和电力，内部供应冷热电和蒸汽，对外输出LNG，同时还实现了对能源的高效综合利用，发电或者燃烧后的烟气热能被回收再次发电或者制取冷热，节能环保效果显著。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生物天然气多模式供能系统，在设定范围中设置有生物天然气发酵设备、脱硫净化设备、天然气储存容器、生物天然气锅炉、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二、余热锅炉、蒸汽发电机组、吸收式制冷机、冷却制取LNG设备、LNG储存容器、干冰储存容器、蓄冷装置、生物天然气燃烧器、用冷用户、用热用户、用蒸汽工艺线、高温相变蓄热容器、低温蓄热容器；

所述生物天然气发酵设备的生物天然气出口连通于所述脱硫净化设备的入口，所述脱硫净化设备的出口通过生物天然气阀门一连接于所述生物天然气储存容器的入口；生物天然气储存容器的出口通过生物天然气阀门八连通于所述冷却制取LNG设备，所述冷却制取LNG设备分别连通于所述LNG储存容器和干冰储存容器，所述LNG储存容器用于向LNG用户或LNG运输储藏设备输送LNG，所述干冰储存容器用于向干冰用户或干冰运输储藏设备输送干冰；

所述脱硫净化设备的出口还通过生物天然气阀门四连通于生物天然气燃烧器，所述生物天然气燃烧器用于以生物天然气作为燃料进行燃烧从而为生物天然气锅炉供热；所述生物天然气储存容器的出口分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二，用于根据用电需求为生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二供应发电所需生物天然气；

所述生物天然气储存容器连通于总路，所述总路分别连通支路一和支路二，所述支路一和支路二分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二，所述总路上设置有生物天然气阀门三，所述支路一上设有生物天然气阀门五，所述支路二上设有生物天然气阀门六，所述生物天然气阀门五和生物天然气阀门六分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二的燃气入口；所述脱硫净化设备的出口还通过生物天然气阀门二分别连通于所述生物天然气阀门五和生物天然气阀门六；

所述生物天然气锅炉、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二均连接于所述余热锅炉，用于将排出的烟气输送至余热锅炉，供所述余热锅炉利用烟气中的热量加热；

所述生物天然气锅炉和余热锅炉均连通于所述高温相变蓄热容器、用蒸汽工艺线、蒸汽发电机组、低温蓄热容器、用热用户和吸收式制冷机，用于根据用蒸汽或用电需求向所述高温相变蓄热容器、用蒸汽工艺线、蒸汽发电机组、低温蓄热容器、用热用户和吸收式制冷机输送蒸汽；所述吸收式制冷机用于向用冷用户供冷或利用蓄冷装置蓄冷；

所述生物天然气锅炉的蒸汽出口依次连通有蒸汽阀一、蒸汽阀二，所述蒸汽阀二的出口连通于所述用蒸汽工艺线；所述蒸汽阀一的出口分别连通于高温相变蓄热容器和蒸汽阀四，所述蒸汽阀四的出口连通于所述蒸汽发电机组的蒸汽入口；所述蒸汽发电机组的抽汽出口通过抽汽阀门连通于所述用蒸汽工艺线，用于将蒸汽发电机组中抽取的蒸汽输送至用蒸汽工艺线；所述余热锅炉的蒸汽出口分别连通有蒸汽阀三和蒸汽阀五，所述蒸汽阀五连通于所述用热用户和低温蓄热容器，所述蒸汽阀三分别连通于所述高温相变蓄热容器、蒸汽阀四和蒸汽阀二；所述蒸汽发电机组的乏汽出口通过乏汽热阀门一连通于所述吸收式制冷机，并通过乏汽热阀门二连通于所述用热用户和低温蓄热容器，所述乏汽热阀门二还分别连通于蒸汽阀五和乏汽热阀门一，所述乏汽热阀门二采用双向阀。

进一步地，上述系统中，还包括有烟气净化设备，所述生物天然气锅炉和余热锅炉的烟气出口均连通于所述烟气净化设备。

进一步地，上述系统中，所述生物天然气燃气发电机组一包括生物天然气发动机一和发电机一，所述生物天然气发动机一连接于所述发电机一并为所述发电机一提供动力；所述生物天然气发动机一的燃气入口分别连通于所述脱硫净化设备和生物天然气储存容器的出口，用于根据用气需求从脱硫净化设备和/或生物天然气储存容器中获得生物天然气；所述生物天然气发动机一的烟气出口连接于余热锅炉，用于将排出的烟气输送至余热锅炉，供所述余热锅炉利用烟气中的热量加热。

进一步地，上述系统中，所述生物天然气燃气发电机组二包括生物天然气发动机二和发电机二，所述生物天然气发动机二连接于所述发电机二并为发电机二提供动力；所述生物天然气发动机二的燃气入口分别连通于所述脱硫净化设备和生物天然气储存容器的出口，用于根据用气需求从脱硫净化设备和/或生物天然气储存容器中获得生物天然气；所述生物天然气发动机二的烟气出口连接于余热锅炉，用于将排出的烟气输送至余热锅炉，供所述余热锅炉利用烟气中的热量加热。

进一步地，上述系统中，所述蒸汽发电机组包括有汽轮机和发电机三，所述汽轮机连接于所述发电机三并为所述发电机三提供动力，所述汽轮机的蒸汽入口连通于所述生物天然气锅炉和余热锅炉，用于根据用电需求从生物天然气锅炉和/或余热锅炉中获得高温蒸汽。

本发明提供一种利用上述生物天然气多模式供能系统的方法，具体过程如下：

生物天然气发酵设备产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备脱硫净化；

当生物天然气发酵设备的生物天然气产量较小而用蒸汽工艺线有较大需求时，生物天然气阀门一、生物天然气阀门八、生物天然气阀门三、生物天然气阀门二关闭，生物天然气阀门四打开，生物天然气从脱硫净化设备中经过生物天然气阀门四进入生物天然气燃烧器，生物天然气燃烧器燃烧产生热量为生物天然气锅炉供热，生物天然气锅炉产生蒸汽；

蒸汽阀一、蒸汽阀二、蒸汽阀三打开，蒸汽阀四、蒸汽阀五、抽汽阀门、乏汽热阀门一、乏汽热阀门二关闭，高温相变蓄热容器闭合，从生物天然气锅炉中产生的蒸汽依次经过蒸汽阀一和蒸汽阀二后进入用蒸汽工艺线中供应蒸汽，同时从生物天然气锅炉中产生的烟气进入余热锅炉，向余热锅炉供热；所述余热锅炉利用烟气的热量加热所产生的蒸汽经过蒸汽阀三和蒸汽阀二进入用蒸汽工艺线中供应蒸汽；所述设定范围内部其余的冷热需求和电力需求由电网外部输入提供，过程中产生的烟气统一经过烟气净化设备处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

本发明提供另一种利用上述生物天然气多模式供能系统的方法，具体过程如下：

生物天然气发酵设备产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备脱硫净化；

当生物天然气发酵设备的生物天然气产量较小而用蒸汽工艺线没有需求时，生物天然气阀门一、生物天然气阀门八、生物天然气阀门三、生物天然气阀门四关闭，生物天然气阀门二、生物天然气阀门五打开，生物天然气从脱硫净化设备中依次经过生物天然气阀门二和生物天然气阀门五进入生物天然气燃气发电机组一，生物天然气燃气发电机组一通过燃烧生物天然气获取动力进行发电；蒸汽阀五、乏汽热阀门二、乏汽热阀门一打开，蒸汽阀三关闭；生物天然气燃气发电机组一产生的电力供应所述设定范围内部的用电需求；同时从生物天然气燃气发电机组一中产生的烟气输送至余热锅炉，余热锅炉利用烟气的热量加热产生蒸汽，部分蒸汽经过蒸汽阀五供应用热用户使用，部分蒸汽依次经过乏汽热阀门二和乏汽热阀门一进入吸收式制冷机中，吸收式制冷机利用蒸汽热量产生冷能供应用冷用户使用，且如果有多余的蒸汽，则根据用户需求通过低温蓄热容器进行储热，和/或经过吸收式制冷机制冷后利用蓄冷装置进行蓄冷备用；在此基础上，如果用蒸汽工艺线有少量需求时，则再打开蒸汽阀三、蒸汽阀二，保持蒸汽阀一、蒸汽阀四和抽汽阀门关闭，根据用蒸汽工艺线需求供应蒸汽；过程中产生的烟气统一经过烟气净化设备处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

本发明提供再一种利用上述生物天然气多模式供能系统的方法，具体过程如下：

生物天然气发酵设备产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备脱硫净化；

当生物天然气发酵设备的生物天然气产量较大而用蒸汽工艺线没有需求时，生物天然气阀门二、生物天然气阀门四关闭，生物天然气阀门一、生物天然气阀门八、生物天然气阀门五、生物天然气阀门六打开，生物天然气首先进入生物天然气储存容器中储存，然后根据需求经过生物天然气阀门三后，分别通过生物天然气阀门五和生物天然气阀门六进入生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二，生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二分别通过燃烧生物天然气获取动力进行发电；生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二中产生的烟气送至余热锅炉，余热锅炉利用烟气中的热量加热产生蒸汽，产生的蒸汽经过蒸汽阀三、蒸汽阀四后进入蒸汽发电机组中，蒸汽发电机组利用蒸汽的热能产生动力发电；蒸汽发电机组中的部分乏汽经过乏汽热阀门一进入吸收式制冷机中，吸收式制冷机利用乏汽的热量产生冷能供应用冷用户使用，其余乏汽经过乏汽热阀门二供应用热用户使用，多余的乏汽根据用户需求通过低温蓄热容器进行储热，和/或经过吸收式制冷机制冷后利用蓄冷装置进行蓄冷备用；产生的多余电力启动冷却制取LNG设备，生物天然气从生物天然气储存容器中经过生物天然气阀门八进入冷却制取LNG设备后被冷却，冷却过程早期先析出干冰并被分离储存到干冰储存容器中，继续冷却后得到液态LNG被储存到LNG储存容器中；干冰和液态LNG在达到一定储量后，可以分别供干冰用户和LNG用户使用；根据单位LNG制取的耗电量来对生物天然气阀门三和生物天然气阀门八中通过的生物天然气的流量进行分流控制，进而保证所产生的电力在所述设定范围内部消耗；在此基础上，在用蒸汽工艺线有少量需求时，打开抽汽阀门，根据用蒸汽工艺线需求从蒸汽发电机组中抽取蒸汽供应给用蒸汽工艺线；烟气统一经过烟气净化设备处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

本发明提供又一种利用上述生物天然气多模式供能系统的方法，具体过程如下：

生物天然气发酵设备产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备脱硫净化；

当生物天然气发酵设备的生物天然气产量较大而用蒸汽工艺线需求较大，生物天然气阀门二关闭，生物天然气阀门一、生物天然气阀门三、生物天然气阀门四、生物天然气阀门五、生物天然气阀门六、生物天然气阀门八打开，经过脱硫净化设备脱硫净化后的生物天然气，一部分经过生物天然气阀门四进入生物天然气燃烧器中燃烧，燃烧产生的热量为生物天然气锅炉供热，生物天然气锅炉中产生蒸汽；一部分经过生物天然气阀门五和生物天然气阀门六进入生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二中供其获取动力发电；一部分经过生物天然气阀门一后存入生物天然气储存容器中；蒸汽阀一、蒸汽阀三、蒸汽阀四、抽汽阀门、乏汽热阀门二、乏汽热阀门一打开，蒸汽阀二、蒸汽阀五关闭；生物天然气锅炉中产生的蒸汽经过蒸汽阀一和蒸汽阀四后进入蒸汽发电机组中，同时生物天然气锅炉、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二产生的烟气进入余热锅炉中为其供热，余热锅炉利用烟气热量产生的蒸汽依次经过蒸汽阀三、蒸汽阀四后进入蒸汽发电机组中供其获取动力发电，富余的蒸汽则经过蒸汽阀三进入高温相变蓄热容器中进行换热存储热能；通过抽汽阀门从蒸汽发电机组中抽取蒸汽供用蒸汽工艺线使用；蒸汽发电机组产生的部分乏汽经过乏汽热阀门一进入吸收式制冷机中产生冷能供应用冷用户使用，其余乏汽经过乏汽热阀门二供应用热用户使用，多余的乏汽根据用户需求通过低温蓄热容器进行蓄热，和/或经过吸收式制冷机制冷后利用蓄冷装置进行蓄冷备用；产生的多余电力启动冷却制取LNG设备，生物天然气从生物天然气储存容器中经过生物天然气阀门八进入冷却制取LNG设备后被冷却，冷却过程早期先析出干冰并被分离储存到干冰储存容器中，继续冷却后得到液态LNG被储存到LNG储存容器中；干冰和液态LNG在达到一定储量后，供给干冰用户和LNG用户使用；根据单位LNG制取的耗电量对天然气阀门三和天然气阀门八通过的生物天然气的流量进行分流控制，进而保证所产生的电力可以在所述设定范围内部消耗；在此基础上，当用蒸汽工艺线的需求进一步增加时，关闭抽汽阀门和蒸汽阀四，打开蒸汽阀二，从余热锅炉和生物天然气锅炉中产生的蒸汽直接进入用蒸汽工艺线中满足用汽需求；烟气统一经过烟气净化设备处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中；

在高温相变蓄热容器中的储能负荷达到满负荷后，提高LNG生产比率和发电比率，减少生物天然气锅炉燃烧用气量；调整后蒸汽供热不足时由高温相变蓄热容器提供，从而减少动力设备的波动。

本发明的有益效果在于：利用本发明，在发酵产地或项目范围内，可以不对外输出生物天然气和电力，内部供应冷热电和蒸汽，对外输出LNG，同时还实现了对能源的高效综合利用，发电或者燃烧后的烟气热能被回收再次发电或者制取冷热，节能环保效果显著。充分保证了单一项目内生物天然气在产、用多变时的产、用不平衡情况下的合理高效利用和安全，基于多种储能方式减少发电和LNG制取方面的频繁启动和波动，最终通过耦合多种应用场景和储能技术实现节能环保和经济安全，实现生物天然气的产、用、输出(供应LNG)和电力产、用的闭环。

附图说明

图1为本发明实施例1所述系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供一种生物天然气多模式供能系统，如图1所示，在设定范围(如在一个生物天然气发酵产地范围内)中设置有生物天然气发酵设备1、脱硫净化设备2、天然气储存容器3、生物天然气锅炉4、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二、余热锅炉7、蒸汽发电机组、吸收式制冷机14、冷却制取LNG设备31、LNG储存容器32、干冰储存容器33、蓄冷装置24、生物天然气燃烧器25、用冷用户27、用热用户28、用蒸汽工艺线29、高温相变蓄热容器61、低温蓄热容器62；

所述生物天然气发酵设备1的生物天然气出口连通于所述脱硫净化设备2的入口，所述脱硫净化设备2的出口通过生物天然气阀门一41连接于所述生物天然气储存容器3的入口；生物天然气储存容器3的出口通过生物天然气阀门八34连通于所述冷却制取LNG设备31，所述冷却制取LNG设备31分别连通于所述LNG储存容器32和干冰储存容器33，所述LNG储存容器32用于向LNG用户或LNG运输储藏设备35输送LNG，所述干冰储存容器33用于向干冰用户或干冰运输储藏设备36输送干冰。

所述脱硫净化设备2的出口还通过生物天然气阀门四44连通于生物天然气燃烧器25，所述生物天然气燃烧器25用于以生物天然气作为燃料进行燃烧从而为生物天然气锅炉4供热；所述生物天然气储存容器3的出口分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二，用于根据用电需求为生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二供应发电所需生物天然气。

具体地，在本实施例中，所述生物天然气储存容器3连通于总路，所述总路分别连通支路一和支路二，所述支路一和支路二分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二，所述总路上设置有生物天然气阀门三43，所述支路一上设有生物天然气阀门五45，所述支路二上设有生物天然气阀门六46，所述生物天然气阀门五45和生物天然气阀门六46分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二的燃气入口；所述脱硫净化设备2的出口还通过生物天然气阀门二42分别连通于所述生物天然气阀门五45和生物天然气阀门六46。

所述生物天然气锅炉4、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二均连接于所述余热锅炉7，用于将排出的烟气输送至余热锅炉7，供所述余热锅炉7利用烟气中的热量加热。

所述生物天然气锅炉4和余热锅炉7均连通于所述高温相变蓄热容器61、用蒸汽工艺线29、蒸汽发电机组、低温蓄热容器62、用热用户28和吸收式制冷机14，用于根据用蒸汽或用电需求向所述高温相变蓄热容器61、用蒸汽工艺线29、蒸汽发电机组、低温蓄热容器62、用热用户28和吸收式制冷机14输送蒸汽；所述吸收式制冷机14用于向用冷用户27供冷或利用蓄冷装置24蓄冷。

具体地，在本实施例中，所述生物天然气锅炉4的蒸汽出口依次连通有蒸汽阀一51、蒸汽阀二52，所述蒸汽阀二52的出口连通于所述用蒸汽工艺线29；所述蒸汽阀一51的出口分别连通于高温相变蓄热容器61和蒸汽阀四54，所述蒸汽阀四54的出口连通于所述蒸汽发电机组的蒸汽入口；所述蒸汽发电机组的抽汽出口通过抽汽阀门58连通于所述用蒸汽工艺线29，用于将蒸汽发电机组中抽取的蒸汽输送至用蒸汽工艺线29；所述余热锅炉7的蒸汽出口分别连通有蒸汽阀三53和蒸汽阀五55，所述蒸汽阀五55连通于所述用热用户28和低温蓄热容器62，所述蒸汽阀三53分别连通于所述高温相变蓄热容器61、蒸汽阀四54和蒸汽阀二52；所述蒸汽发电机组的乏汽出口通过乏汽热阀门一56连通于所述吸收式制冷机14，并通过乏汽热阀门二57连通于所述用热用户28和低温蓄热容器62，所述乏汽热阀门二57还分别连通于蒸汽阀五55和乏汽热阀门一56，所述乏汽热阀门二57采用双向阀。

在本实施例中，所述系统还包括有烟气净化设备8，所述生物天然气锅炉4和余热锅炉7的烟气出口均连通于所述烟气净化设备8。

在本实施例中，所述生物天然气燃气发电机组一包括生物天然气发动机一5和发电机一21，所述生物天然气发动机一5连接于所述发电机一21并为所述发电机一21提供动力；所述生物天然气发动机一5的燃气入口分别连通于所述脱硫净化设备2和生物天然气储存容器3的出口，用于根据用气需求从脱硫净化设备2和/或生物天然气储存容器3中获得生物天然气；所述生物天然气发动机一5的烟气出口连接于余热锅炉7，用于将排出的烟气输送至余热锅炉7，供所述余热锅炉7利用烟气中的热量加热。

在本实施例中，所述生物天然气燃气发电机组二包括生物天然气发动机二6和发电机二22，所述生物天然气发动机二6连接于所述发电机二22并为发电机二22提供动力；所述生物天然气发动机二6的燃气入口分别连通于所述脱硫净化设备2和生物天然气储存容器3的出口，用于根据用气需求从脱硫净化设备2和/或生物天然气储存容器3中获得生物天然气；所述生物天然气发动机二6的烟气出口连接于余热锅炉7，用于将排出的烟气输送至余热锅炉7，供所述余热锅炉7利用烟气中的热量加热。

在本实施例中，所述蒸汽发电机组包括有汽轮机11和发电机三23，所述汽轮机11连接于所述发电机三23并为所述发电机三23提供动力，所述汽轮机11的蒸汽入口连通于所述生物天然气锅炉4和余热锅炉7，用于根据用电需求从生物天然气锅炉4和/或余热锅炉7中获得高温蒸汽。

在本实施例中，所述生物天然气锅炉4的烟气出口还连通于所述余热锅炉7，用于将排出的烟气输送至余热锅炉7，供所述余热锅炉7利用烟气中的热量加热。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所述生物天然气多模式供能系统的方法，根据生物天然气产量和用户侧的用量采用不同的控制方式实现蒸汽和电量等能量均在一个设定的范围内部(例如一个发酵产地范围)消化。具体过程如下：

生物天然气发酵设备1产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备2脱硫净化；

当生物天然气发酵设备1的生物天然气产量较小而用蒸汽工艺线29有较大需求时，生物天然气阀门一41、生物天然气阀门八34、生物天然气阀门三43、生物天然气阀门二42关闭，生物天然气阀门四44打开，生物天然气从脱硫净化设备2中经过生物天然气阀门四44进入生物天然气燃烧器25，生物天然气燃烧器25燃烧产生热量为生物天然气锅炉4供热，生物天然气锅炉4产生蒸汽；

蒸汽阀一51、蒸汽阀二52、蒸汽阀三53打开，蒸汽阀四54、蒸汽阀五55、抽汽阀门58、乏汽热阀门一56、乏汽热阀门二57关闭，高温相变蓄热容器61闭合，从生物天然气锅炉4中产生的蒸汽依次经过蒸汽阀一51和蒸汽阀二52后进入用蒸汽工艺线29中供应蒸汽，同时从生物天然气锅炉4中产生的烟气进入余热锅炉7，向余热锅炉7供热；所述余热锅炉7利用烟气的热量加热所产生的蒸汽经过蒸汽阀三53和蒸汽阀二52进入用蒸汽工艺线29中供应蒸汽；所述设定范围内部其余的冷热需求和电力需求由电网外部输入提供，过程中产生的烟气统一经过烟气净化设备8处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

当生物天然气发酵设备1的生物天然气产量较小而用蒸汽工艺线29没有需求时，生物天然气阀门一41、生物天然气阀门八34、生物天然气阀门三43、生物天然气阀门四44关闭，生物天然气阀门二42、生物天然气阀门五45打开，生物天然气从脱硫净化设备2中依次经过生物天然气阀门二42和生物天然气阀门五45进入生物天然气燃气发电机组一，生物天然气燃气发电机组一通过燃烧生物天然气获取动力进行发电(具体地，生物天然气发动机一5燃烧生物天然气获取动力，然后驱动发电机一21发电)。蒸汽阀五55、乏汽热阀门二57、乏汽热阀门一56打开，蒸汽阀三53关闭。生物天然气燃气发电机组一产生的电力供应所述设定范围内部的用电需求；同时从生物天然气燃气发电机组一中产生的烟气输送至余热锅炉7，余热锅炉7利用烟气的热量加热产生蒸汽，部分蒸汽经过蒸汽阀五55供应用热用户28使用，部分蒸汽依次经过乏汽热阀门二57和乏汽热阀门一56进入吸收式制冷机14中，吸收式制冷机14利用蒸汽热量产生冷能供应用冷用户27使用，且如果有多余的蒸汽，则根据用户需求通过低温蓄热容器62进行储热，和/或经过吸收式制冷机14制冷后利用蓄冷装置24进行蓄冷备用；在此基础上，如果用蒸汽工艺线29有少量需求时，则再打开蒸汽阀三53、蒸汽阀二52，保持蒸汽阀一51、蒸汽阀四54和抽汽阀门58关闭，根据用蒸汽工艺线29需求供应蒸汽；过程中产生的烟气统一经过烟气净化设备8处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

当生物天然气发酵设备1的生物天然气产量较大而用蒸汽工艺线29没有需求时，生物天然气阀门二42、生物天然气阀门四44关闭，生物天然气阀门一41、生物天然气阀门八34、生物天然气阀门五45、生物天然气阀门六46打开，生物天然气首先进入生物天然气储存容器3中储存，然后根据需求经过生物天然气阀门三43后，分别通过生物天然气阀门五45和生物天然气阀门六46进入生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二，生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二分别通过燃烧生物天然气获取动力进行发电(生物天然气发动机一5和生物天然气发动机二6分别通过燃烧生物天然气获取动力并分别驱动发电机一21和发电机二22发电)。生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二中产生的烟气送至余热锅炉7，余热锅炉7利用烟气中的热量加热产生蒸汽，产生的蒸汽经过蒸汽阀三53、蒸汽阀四54后进入蒸汽发电机组中，蒸汽发电机组利用蒸汽的热能产生动力发电(具体地，汽轮机11利用蒸汽的热能产生动力，驱动发电机三23发电)；蒸汽发电机组中的部分乏汽经过乏汽热阀门一56进入吸收式制冷机14中，吸收式制冷机14利用乏汽的热量产生冷能供应用冷用户27使用，其余乏汽经过乏汽热阀门二27供应用热用户28使用，多余的乏汽根据用户需求通过低温蓄热容器62进行储热，和/或经过吸收式制冷机14制冷后利用蓄冷装置24进行蓄冷备用。产生的多余电力启动冷却制取LNG设备31，生物天然气从生物天然气储存容器3中经过生物天然气阀门八34进入冷却制取LNG设备31后被冷却，冷却过程早期先析出干冰并被分离储存到干冰储存容器33中，继续冷却后得到液态LNG被储存到LNG储存容器32中。干冰和液态LNG在达到一定储量后，可以分别供干冰用户36和LNG用户35使用。根据单位LNG制取的耗电量来对生物天然气阀门三43和生物天然气阀门八34中通过的生物天然气的流量进行分流控制，进而保证所产生的电力可以在所述设定范围内部消耗。在此基础上，在用蒸汽工艺线29有少量需求时，打开抽汽阀门58，根据用蒸汽工艺线29需求从蒸汽发电机组中抽取蒸汽供应给用蒸汽工艺线29。烟气统一经过烟气净化设备8处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

当生物天然气发酵设备1的生物天然气产量较大而用蒸汽工艺线29需求较大，生物天然气阀门二42关闭，生物天然气阀门一41、生物天然气阀门三43、生物天然气阀门四44、生物天然气阀门五45、生物天然气阀门六46、生物天然气阀门八34打开，经过脱硫净化设备2脱硫净化后的生物天然气，一部分经过生物天然气阀门四44进入生物天然气燃烧器25中燃烧，燃烧产生的热量为生物天然气锅炉4供热，生物天然气锅炉4中产生蒸汽；一部分经过生物天然气阀门五45和生物天然气阀门六46进入生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二中供其获取动力发电；一部分经过生物天然气阀门一41后存入生物天然气储存容器3中；蒸汽阀一51、蒸汽阀三53、蒸汽阀四54、抽汽阀门58、乏汽热阀门二57、乏汽热阀门一56打开，蒸汽阀二52、蒸汽阀五55关闭；生物天然气锅炉4中产生的蒸汽经过蒸汽阀一51和蒸汽阀四54后进入蒸汽发电机组中，同时生物天然气锅炉4、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二产生的烟气进入余热锅炉7中为其供热，余热锅炉7利用烟气热量产生的蒸汽依次经过蒸汽阀三53、蒸汽阀四54后进入蒸汽发电机组中供其获取动力发电，富余的蒸汽则经过蒸汽阀三53进入高温相变蓄热容器61中进行换热存储热能；通过抽汽阀门58从蒸汽发电机组中抽取蒸汽供用蒸汽工艺线29使用；蒸汽发电机组产生的部分乏汽经过乏汽热阀门一56进入吸收式制冷机14中产生冷能供应用冷用户27使用，其余乏汽经过乏汽热阀门二57供应用热用户28使用，多余的乏汽根据用户需求通过低温蓄热容器62进行蓄热，和/或经过吸收式制冷机14制冷后利用蓄冷装置24进行蓄冷备用。产生的多余电力启动冷却制取LNG设备，生物天然气从生物天然气储存容器3中经过生物天然气阀门八34进入冷却制取LNG设备31后被冷却，冷却过程早期先析出干冰并被分离储存到干冰储存容器33中，继续冷却后得到液态LNG被储存到LNG储存容器32中。干冰和液态LNG在达到一定储量后，供给干冰用户36和LNG用户35使用。根据单位LNG制取的耗电量对天然气阀门三43和天然气阀门八34通过的生物天然气的流量进行分流控制，进而保证所产生的电力可以在所述设定范围内部消耗。在此基础上，当用蒸汽工艺线29的需求进一步增加时，关闭抽汽阀门58和蒸汽阀四54，打开蒸汽阀二52，从余热锅炉7和生物天然气锅炉4中产生的蒸汽直接进入用蒸汽工艺线29中满足用汽需求。烟气统一经过烟气净化设备8处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

在高温相变蓄热容器61中的储能负荷达到满负荷后，提高LNG生产比率和发电比率，减少生物天然气锅炉燃烧用气量。调整后蒸汽供热不足时由高温相变蓄热容器61提供，从而减少动力设备的波动。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生物天然气多模式供能系统，其特征在于，在设定范围中设置有生物天然气发酵设备、脱硫净化设备、天然气储存容器、生物天然气锅炉、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二、余热锅炉、蒸汽发电机组、吸收式制冷机、冷却制取LNG设备、LNG储存容器、干冰储存容器、蓄冷装置、生物天然气燃烧器、用冷用户、用热用户、用蒸汽工艺线、高温相变蓄热容器、低温蓄热容器；

所述生物天然气发酵设备的生物天然气出口连通于所述脱硫净化设备的入口，所述脱硫净化设备的出口通过生物天然气阀门一连接于所述生物天然气储存容器的入口；生物天然气储存容器的出口通过生物天然气阀门八连通于所述冷却制取LNG设备，所述冷却制取LNG设备分别连通于所述LNG储存容器和干冰储存容器，所述LNG储存容器用于向LNG用户或LNG运输储藏设备输送LNG，所述干冰储存容器用于向干冰用户或干冰运输储藏设备输送干冰；

所述脱硫净化设备的出口还通过生物天然气阀门四连通于生物天然气燃烧器，所述生物天然气燃烧器用于以生物天然气作为燃料进行燃烧从而为生物天然气锅炉供热；所述生物天然气储存容器的出口分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二，用于根据用电需求为生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二供应发电所需生物天然气；

所述生物天然气储存容器连通于总路，所述总路分别连通支路一和支路二，所述支路一和支路二分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二，所述总路上设置有生物天然气阀门三，所述支路一上设有生物天然气阀门五，所述支路二上设有生物天然气阀门六，所述生物天然气阀门五和生物天然气阀门六分别连通于所述生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二的燃气入口；所述脱硫净化设备的出口还通过生物天然气阀门二分别连通于所述生物天然气阀门五和生物天然气阀门六；

所述生物天然气锅炉、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二均连接于所述余热锅炉，用于将排出的烟气输送至余热锅炉，供所述余热锅炉利用烟气中的热量加热；

所述生物天然气锅炉和余热锅炉均连通于所述高温相变蓄热容器、用蒸汽工艺线、蒸汽发电机组、低温蓄热容器、用热用户和吸收式制冷机，用于根据用蒸汽或用电需求向所述高温相变蓄热容器、用蒸汽工艺线、蒸汽发电机组、低温蓄热容器、用热用户和吸收式制冷机输送蒸汽；所述吸收式制冷机用于向用冷用户供冷或利用蓄冷装置蓄冷；

所述生物天然气锅炉的蒸汽出口依次连通有蒸汽阀一、蒸汽阀二，所述蒸汽阀二的出口连通于所述用蒸汽工艺线；所述蒸汽阀一的出口分别连通于高温相变蓄热容器和蒸汽阀四，所述蒸汽阀四的出口连通于所述蒸汽发电机组的蒸汽入口；所述蒸汽发电机组的抽汽出口通过抽汽阀门连通于所述用蒸汽工艺线，用于将蒸汽发电机组中抽取的蒸汽输送至用蒸汽工艺线；所述余热锅炉的蒸汽出口分别连通有蒸汽阀三和蒸汽阀五，所述蒸汽阀五连通于所述用热用户和低温蓄热容器，所述蒸汽阀三分别连通于所述高温相变蓄热容器、蒸汽阀四和蒸汽阀二；所述蒸汽发电机组的乏汽出口通过乏汽热阀门一连通于所述吸收式制冷机，并通过乏汽热阀门二连通于所述用热用户和低温蓄热容器，所述乏汽热阀门二还分别连通于蒸汽阀五和乏汽热阀门一，所述乏汽热阀门二采用双向阀。

2.根据权利要求1所述的生物天然气多模式供能系统，其特征在于，还包括有烟气净化设备，所述生物天然气锅炉和余热锅炉的烟气出口均连通于所述烟气净化设备。

3.根据权利要求1所述的生物天然气多模式供能系统，其特征在于，所述生物天然气燃气发电机组一包括生物天然气发动机一和发电机一，所述生物天然气发动机一连接于所述发电机一并为所述发电机一提供动力；所述生物天然气发动机一的燃气入口分别连通于所述脱硫净化设备和生物天然气储存容器的出口，用于根据用气需求从脱硫净化设备和/或生物天然气储存容器中获得生物天然气；所述生物天然气发动机一的烟气出口连接于余热锅炉，用于将排出的烟气输送至余热锅炉，供所述余热锅炉利用烟气中的热量加热。

4.根据权利要求1所述的生物天然气多模式供能系统，其特征在于，所述生物天然气燃气发电机组二包括生物天然气发动机二和发电机二，所述生物天然气发动机二连接于所述发电机二并为发电机二提供动力；所述生物天然气发动机二的燃气入口分别连通于所述脱硫净化设备和生物天然气储存容器的出口，用于根据用气需求从脱硫净化设备和/或生物天然气储存容器中获得生物天然气；所述生物天然气发动机二的烟气出口连接于余热锅炉，用于将排出的烟气输送至余热锅炉，供所述余热锅炉利用烟气中的热量加热。

5.根据权利要求1所述的生物天然气多模式供能系统，其特征在于，所述蒸汽发电机组包括有汽轮机和发电机三，所述汽轮机连接于所述发电机三并为所述发电机三提供动力，所述汽轮机的蒸汽入口连通于所述生物天然气锅炉和余热锅炉，用于根据用电需求从生物天然气锅炉和/或余热锅炉中获得高温蒸汽。

6.一种利用权利要求1－5任一所述生物天然气多模式供能系统的方法，其特征在于，具体过程如下：

生物天然气发酵设备产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备脱硫净化；

当生物天然气发酵设备的生物天然气产量较小而用蒸汽工艺线有较大需求时，生物天然气阀门一、生物天然气阀门八、生物天然气阀门三、生物天然气阀门二关闭，生物天然气阀门四打开，生物天然气从脱硫净化设备中经过生物天然气阀门四进入生物天然气燃烧器，生物天然气燃烧器燃烧产生热量为生物天然气锅炉供热，生物天然气锅炉产生蒸汽；

蒸汽阀一、蒸汽阀二、蒸汽阀三打开，蒸汽阀四、蒸汽阀五、抽汽阀门、乏汽热阀门一、乏汽热阀门二关闭，高温相变蓄热容器闭合，从生物天然气锅炉中产生的蒸汽依次经过蒸汽阀一和蒸汽阀二后进入用蒸汽工艺线中供应蒸汽，同时从生物天然气锅炉中产生的烟气进入余热锅炉，向余热锅炉供热；所述余热锅炉利用烟气的热量加热所产生的蒸汽经过蒸汽阀三和蒸汽阀二进入用蒸汽工艺线中供应蒸汽；所述设定范围内部其余的冷热需求和电力需求由电网外部输入提供，过程中产生的烟气统一经过烟气净化设备处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

7.一种利用权利要求1－5任一所述生物天然气多模式供能系统的方法，其特征在于，具体过程如下：

生物天然气发酵设备产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备脱硫净化；

当生物天然气发酵设备的生物天然气产量较小而用蒸汽工艺线没有需求时，生物天然气阀门一、生物天然气阀门八、生物天然气阀门三、生物天然气阀门四关闭，生物天然气阀门二、生物天然气阀门五打开，生物天然气从脱硫净化设备中依次经过生物天然气阀门二和生物天然气阀门五进入生物天然气燃气发电机组一，生物天然气燃气发电机组一通过燃烧生物天然气获取动力进行发电；蒸汽阀五、乏汽热阀门二、乏汽热阀门一打开，蒸汽阀三关闭；生物天然气燃气发电机组一产生的电力供应所述设定范围内部的用电需求；同时从生物天然气燃气发电机组一中产生的烟气输送至余热锅炉，余热锅炉利用烟气的热量加热产生蒸汽，部分蒸汽经过蒸汽阀五供应用热用户使用，部分蒸汽依次经过乏汽热阀门二和乏汽热阀门一进入吸收式制冷机中，吸收式制冷机利用蒸汽热量产生冷能供应用冷用户使用，且如果有多余的蒸汽，则根据用户需求通过低温蓄热容器进行储热，和/或经过吸收式制冷机制冷后利用蓄冷装置进行蓄冷备用；在此基础上，如果用蒸汽工艺线有少量需求时，则再打开蒸汽阀三、蒸汽阀二，保持蒸汽阀一、蒸汽阀四和抽汽阀门关闭，根据用蒸汽工艺线需求供应蒸汽；过程中产生的烟气统一经过烟气净化设备处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

8.一种利用权利要求1－5任一所述生物天然气多模式供能系统的方法，其特征在于，具体过程如下：

生物天然气发酵设备产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备脱硫净化；

当生物天然气发酵设备的生物天然气产量较大而用蒸汽工艺线没有需求时，生物天然气阀门二、生物天然气阀门四关闭，生物天然气阀门一、生物天然气阀门八、生物天然气阀门五、生物天然气阀门六打开，生物天然气首先进入生物天然气储存容器中储存，然后根据需求经过生物天然气阀门三后，分别通过生物天然气阀门五和生物天然气阀门六进入生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二，生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二分别通过燃烧生物天然气获取动力进行发电；生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二中产生的烟气送至余热锅炉，余热锅炉利用烟气中的热量加热产生蒸汽，产生的蒸汽经过蒸汽阀三、蒸汽阀四后进入蒸汽发电机组中，蒸汽发电机组利用蒸汽的热能产生动力发电；蒸汽发电机组中的部分乏汽经过乏汽热阀门一进入吸收式制冷机中，吸收式制冷机利用乏汽的热量产生冷能供应用冷用户使用，其余乏汽经过乏汽热阀门二供应用热用户使用，多余的乏汽根据用户需求通过低温蓄热容器进行储热，和/或经过吸收式制冷机制冷后利用蓄冷装置进行蓄冷备用；产生的多余电力启动冷却制取LNG设备，生物天然气从生物天然气储存容器中经过生物天然气阀门八进入冷却制取LNG设备后被冷却，冷却过程早期先析出干冰并被分离储存到干冰储存容器中，继续冷却后得到液态LNG被储存到LNG储存容器中；干冰和液态LNG在达到一定储量后，可以分别供干冰用户和LNG用户使用；根据单位LNG制取的耗电量来对生物天然气阀门三和生物天然气阀门八中通过的生物天然气的流量进行分流控制，进而保证所产生的电力在所述设定范围内部消耗；在此基础上，在用蒸汽工艺线有少量需求时，打开抽汽阀门，根据用蒸汽工艺线需求从蒸汽发电机组中抽取蒸汽供应给用蒸汽工艺线；烟气统一经过烟气净化设备处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中。

9.一种利用权利要求1－5任一所述生物天然气多模式供能系统的方法，其特征在于，具体过程如下：

生物天然气发酵设备产出生物天然气，产生的生物天然气经过脱硫净化设备脱硫净化；

当生物天然气发酵设备的生物天然气产量较大而用蒸汽工艺线需求较大，生物天然气阀门二关闭，生物天然气阀门一、生物天然气阀门三、生物天然气阀门四、生物天然气阀门五、生物天然气阀门六、生物天然气阀门八打开，经过脱硫净化设备脱硫净化后的生物天然气，一部分经过生物天然气阀门四进入生物天然气燃烧器中燃烧，燃烧产生的热量为生物天然气锅炉供热，生物天然气锅炉中产生蒸汽；一部分经过生物天然气阀门五和生物天然气阀门六进入生物天然气燃气发电机组一和生物天然气燃气发电机组二中供其获取动力发电；一部分经过生物天然气阀门一后存入生物天然气储存容器中；蒸汽阀一、蒸汽阀三、蒸汽阀四、抽汽阀门、乏汽热阀门二、乏汽热阀门一打开，蒸汽阀二、蒸汽阀五关闭；生物天然气锅炉中产生的蒸汽经过蒸汽阀一和蒸汽阀四后进入蒸汽发电机组中，同时生物天然气锅炉、生物天然气燃气发电机组一、生物天然气燃气发电机组二产生的烟气进入余热锅炉中为其供热，余热锅炉利用烟气热量产生的蒸汽依次经过蒸汽阀三、蒸汽阀四后进入蒸汽发电机组中供其获取动力发电，富余的蒸汽则经过蒸汽阀三进入高温相变蓄热容器中进行换热存储热能；通过抽汽阀门从蒸汽发电机组中抽取蒸汽供用蒸汽工艺线使用；蒸汽发电机组产生的部分乏汽经过乏汽热阀门一进入吸收式制冷机中产生冷能供应用冷用户使用，其余乏汽经过乏汽热阀门二供应用热用户使用，多余的乏汽根据用户需求通过低温蓄热容器进行蓄热，和/或经过吸收式制冷机制冷后利用蓄冷装置进行蓄冷备用；产生的多余电力启动冷却制取LNG设备，生物天然气从生物天然气储存容器中经过生物天然气阀门八进入冷却制取LNG设备后被冷却，冷却过程早期先析出干冰并被分离储存到干冰储存容器中，继续冷却后得到液态LNG被储存到LNG储存容器中；干冰和液态LNG在达到一定储量后，供给干冰用户和LNG用户使用；根据单位LNG制取的耗电量对天然气阀门三和天然气阀门八通过的生物天然气的流量进行分流控制，进而保证所产生的电力可以在所述设定范围内部消耗；在此基础上，当用蒸汽工艺线的需求进一步增加时，关闭抽汽阀门和蒸汽阀四，打开蒸汽阀二，从余热锅炉和生物天然气锅炉中产生的蒸汽直接进入用蒸汽工艺线中满足用汽需求；烟气统一经过烟气净化设备处理后排放洁净符合标准的烟气到空气中；

在高温相变蓄热容器中的储能负荷达到满负荷后，提高LNG生产比率和发电比率，减少生物天然气锅炉燃烧用气量；调整后蒸汽供热不足时由高温相变蓄热容器提供，从而减少动力设备的波动。

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