CN115433609A - 一种节能型数据中心供能系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及垃圾处理技术领域，具体涉及一种节能型数据中心供能系统及工艺。其包括垃圾高温气化装置、燃气发电装置和溴化锂制冷装置；垃圾高温气化装置用于分解垃圾并将垃圾高温气化形成合成气，且回收余热蒸汽输送至溴化锂制冷装置；溴化锂制冷装置用于接收余热蒸汽并制得冷量，且将冷量供应给数据中心；燃气发电装置用于接收合成气发电，且将电量供应给数据中心。本申请具有既可以实现垃圾的无害化、减量化和资源化处理，又可以实现大幅提升垃圾高温气化装置的能源利用率的效果。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理技术领域，具体涉及一种节能型数据中心供能系统及工艺。
背景技术
近年来，随着信息化社会的高速发展，各种互联网数据中心、云计算数据中心等各种大型服务器集群建设也得到了快速发展，随之而来的数据中心的能耗也增长迅速。数据中心的能耗主要来源于IT设备、空调系统、电源系统和照明系统，其中IT设备是能耗最高的部分，约占数据中心总能耗的50％，通常IT设备的能源主要来源于电网供给；由于空调系统通常采用冷水机组提供能源，导致其能耗在数据中心总能耗中排第二位，约占40％左右。当前数据中心一般位于城市核心区，其能源供应方式主要采用煤电供应，能耗高，基于我国碳达峰碳中和的政策背景下，需要寻找一种绿色环保节能降碳的能源替代供应方式。
目前我国城市垃圾处理主要有三种方式，即卫生填埋、堆肥和焚烧发电。其中垃圾焚烧发电最为普遍，垃圾焚烧可实现垃圾减量化，在减少占地的同时可进行发电，创造一定的经济效益，但垃圾焚烧也带来了一系列问题：①由于焚烧温度不高，容易产生二噁英和呋喃等致癌物质；②焚烧产生的飞灰和残渣中富含有毒有害重金属物质，容易造成地下水源污染；③焚烧产生大量烟气，碳排放量大。
针对上述中的相关技术，发明人发现存在以下缺陷：虽然垃圾焚烧发电既可以处理垃圾，也能为数据中心供电，但是垃圾焚烧会产生大量的有毒物质且能量效率低，会损害人的健康安全，垃圾焚烧产生的富含重金属物质和二噁英得到飞灰属于危险废物且难以处理，会造成严重的二次污染问题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种节能型数据中心供能系统及工艺，可以改善垃圾处理在应用于数据中心供能时能量效率低且环保特性差的问题。
本发明的一种能型数据中心供能系统，其技术方案为：包括
垃圾高温气化装置，用于分解垃圾并将垃圾高温气化形成合成气，且回收余热蒸汽并输送至溴化锂制冷装置；
溴化锂制冷装置，用于接收余热蒸汽并制得冷量，且将冷量供应给数据中心；
燃气发电装置，用于接收合成气进行发电，且将电量供应给数据中心。
通过采用上述技术方案，在数据中心的运作过程中，垃圾高温气化装置可以不断地处理城市、数据中心等垃圾，并持续地形成合成气及余热蒸汽，其中合成气应用于燃气发电装置可以不断地发电，进而满足数据中心IT设备的能耗，同时余热蒸汽应用于溴化锂制冷装置可以不断地制备冷量，进而充当数据中心空调设备的冷源，使得垃圾高温气化装置与数据中心之间存在多元化的供给关系，既可以实现垃圾的无害化和资源化处理，也可以大幅地提升垃圾高温气化装置的能源利用率，且垃圾高温气化装置与数据中心可以就近布置，并降低输电等成本；
同时垃圾高温气化装置相对于垃圾焚烧装置，处理垃圾的过程中基本不产生二噁英和呋喃等致癌物质，即基本不会对人们的身体健康造成危害，且产生的熔渣主要为玻璃体渣，根据GB/T41015-2021玻璃体渣不属于固体废物且无毒无害，可进一步综合利用。垃圾高温气化装置烟气中的烟尘、SOx、NOx等含量均远低于垃圾焚烧装置，进而可以降低烟气对数据中心正常运作造成的负面影响，且可以延长数据中心的使用寿命。垃圾高温气化装置的综合热效率在35～45％，而垃圾焚烧装置的综合热效率在16～20％，因此也可以大幅提升系统的能量效率。
较为优选的，所述垃圾高温气化装置包括
空分工段，用于分离空气中的氧气，并将分理出的氧气输送至气化炉工段；
气化炉工段，用于促使垃圾与氧气进行高温反应并形成粗合成气与熔渣，且将粗合成气输送至合成气热回收工段；
合成气热回收工段，用于回收粗合成气内的余热蒸汽。
通过采用上述技术方案，在系统的运行过程中，垃圾通过相应的输送机构进入气化炉工段的内部，同时空分工段分离出空气中的氧气并将氧气输送至气化炉工段的内部，进而垃圾在气化炉工段的高温环境下进行反应，有机成分在还原性气氛下被彻底分解成以CO和H2为主的合成气，而无机物被高温熔化为主要成分为玻璃体渣的熔渣，再通过合成气热回收工段利用高温的合成气获得余热蒸汽，余热蒸汽输送至溴化锂系统并充当冷源，热回收后的合成气输送至燃气发电装置并充当电源，即可实现利用垃圾同时获得冷源和电源的效果。
较为优选的，所述垃圾高温气化装置还包括合成气净化工段，所述合成气净化工段用于接收热回收后的粗合成气，并对粗合成气进行洗涤和脱酸，形成净合成气。
通过采用上述技术方案，合成气净化工段可以在合成气进入燃气发电装置之前对合成气进行洗涤和脱酸，净化后的合成气可以在燃气发电装置内更加稳定地发电，且可以减少对燃气发电装置的损伤。
较为优选的，所述垃圾高温气化装置还包括玻璃体渣分离工段，所述玻璃体渣分离工段用于通过熔渣的方式制备出玻璃体渣，并将所述玻璃体渣从垃圾高温气化装置中排出。
通过采用上述技术方案，玻璃体渣分离工段可以由熔渣内提取出玻璃体渣，玻璃体渣可以进一步综合利用，例如作为建筑材料，从而有益于进一步提升资源利用率。
较为优选的，所述述燃气发电装置包括燃气锅炉或内燃机或燃气轮机。
通过采用上述技术方案，适用合成气的燃气发电装置种类较多，即适用范围广，且合成气转化为电能的转化率高。
本发明的一种能型数据中心供能工艺，其技术方案为：包括
将垃圾输送至高温气化装置的气化炉工段内，高温气化装置的空分工段制备氧气并输送至所述气化炉工段内，在气化炉工段的高温环境下进行垃圾的气化，并形成粗合成气与熔渣；
粗合成气进入高温气化装置的合成气热回收工段，合成气热回收工段回收粗合成气的余热并制得余热蒸汽，余热蒸汽进入溴化锂制冷装置并制备冷量，冷量由溴化锂制冷装置输送至数据中心；
熔渣进入高温气化装置的玻璃体渣分离工段，玻璃体渣分离工段通过熔渣的方式制备出玻璃体渣，并将所述玻璃体渣从垃圾高温气化装置中排出；
余热回收后的粗合成气进入垃圾高温气化装置的合成气净化工段进行洗涤，净化后的净合成气进入燃气发电装置进行发电，电量由燃气发电装置输送至数据中心。
本发明的有益效果为：
1、空分工段与气化炉工段可以在高温环境下不断地分解垃圾，并通过合成气热回收工段利用高温的合成气获得余热蒸汽，余热蒸汽输送至溴化锂系统并充当数据中心空调系统的冷源，热回收后的合成气输送至燃气发电装置并充当数据中心的电源，使得垃圾高温气化装置与数据中心之间存在多元化的供给关系；
2、垃圾高温气化装置相对于垃圾焚烧装置，处理垃圾的过程中基本不产生二噁英和呋喃等致癌物质，即基本不会对人们的身体健康造成危害；
3、在分解垃圾的过程中，垃圾中的无机物转化为主要成分为玻璃体渣的熔渣，并由玻璃体渣分离工段提取出玻璃体渣，玻璃体渣符合国家标准《固体废物玻璃化处理产物技术要求》GB 41015-2021，可以进一步资源化综合利用，例如作为建筑材料，从而有益于进一步提升资源利用率；
4、垃圾高温气化装置烟气中的烟尘、SOx、NOx等含量均远低于垃圾焚烧装置，进而可以降低烟气对数据中心正常运作造成的负面影响，且可以延长数据中心的使用寿命；
5、垃圾高温气化装置的综合热效率在35～45％，而垃圾焚烧装置的综合热效率在16～20％，因此也可以大幅提升系统的能量效率。
附图说明
图1为本发明连接原理示意图；
图2为本发明连接结构示意图。
图中：1、垃圾高温气化装置；11、空分工段；12、气化炉工段；13、合成气热回收工段；14、合成气净化工段；15、玻璃体渣分离工段；2、溴化锂制冷装置；3、燃气发电装置；4、数据中心。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。“多个”表示“两个或两个以上”。
实施例一
图1、2示出了本申请较佳实施例提供的一种能型数据中心供能系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
本系统包括垃圾高温气化装置1、溴化锂制冷装置2、燃气发电装置3和数据中心4。其中，垃圾高温气化装置1用于分解垃圾并将垃圾高温气化形成合成气，且回收余热蒸汽并输送至溴化锂制冷装置2；溴化锂制冷装置2用于接收余热蒸汽并制得冷量，且将冷量供应给数据中心4；燃气发电装置3用于接收合成气发电，且将电量供应给数据中心4。
垃圾高温气化装置1包括空分工段11、气化炉工段12、合成气热回收工段13、合成气净化工段14和玻璃体渣分离工段15。其中，空分工段11用于分离出空气中的氧气，并将氧气输送至气化炉工段12，空分工段11可以采用采用变压吸附制氧工艺，也可以采用深冷分离制氧工艺，空气可为自然空气，也可为垃圾储存空间的空气。
气化炉工段12用于促使垃圾与氧气进行高温反应并形成合成气与熔渣，且将合成气输送至合成气热回收工段13。气化炉工段12通常包括熔融炉和转化炉，熔融炉和转化炉之间通过烟道连接，垃圾通常先进入熔融炉内，并在1500℃左右的高温下进行反应，无机物在熔融炉内形成熔融状态并进入后续的玻璃体渣分离工段15，有机物在熔融炉内初步气化后沿烟道进入转化炉内，并在1200℃左右的高温下彻底气化形成以CO和H2为主的粗合成气。
合成气热回收工段13用于回收合成气内的余热蒸汽。合成气热回收工段13通常包括余热锅炉，余热锅炉与转化炉通过烟管连接，且与溴化锂制冷装置2通过蒸汽管道连接，在其他实施例中合成气热回收工段13与气化炉工段12之间还可设置除尘工段。粗合成气进入余热锅炉后，即可对余热锅炉内的水份进行加热并形成余热蒸汽，余热蒸汽通过蒸汽管道进入溴化锂制冷装置2，以此充分利用粗合成气的余热，且可以对合成气起到激冷的作用，并进一步减少二噁英和呋喃等致癌物质产生的风险。
合成气净化工段14用于接收热回收后的合成气，并对合成气进行洗涤和脱酸。合成气净化工段14通常包括洗涤塔，洗涤塔与燃气发电装置3通过烟道连接，净合成气通过烟道进入燃气发电装置3，洗涤塔的洗涤水可用于熔渣的激冷。
玻璃体渣分离工段15用于由熔渣制备出玻璃体渣并排出垃圾气化装置。玻璃体渣分离工段15通常包括激冷机构和除渣机构，激冷机构可采用激冷水池，除渣机构可采用磁分选设备。由熔融炉排出的熔渣先进入激冷机构内，并被水激冷形成稳定的金属和玻璃体渣，再由除渣机构分离金属与玻璃体渣。
溴化锂制冷装置2采用吸收式制冷机，通常主要包括吸收器、发生器、冷凝器和冷凝器。在溴化锂制冷装置2的运作过程中，余热蒸汽进入发生器内并加热溴化锂溶液，溴化锂溶液中的水不断汽化，发生器内的溴化锂溶液浓度不断上升并进入吸收器；挥发的水蒸汽进入蒸发器内，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水(冷媒水用于数据中心4的空调系统)的热量，从而达到降温制冷的目的；蒸发器的低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂溶液吸收，溴化锂溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。
燃气发电装置3包括燃气锅炉或内燃机或燃气轮机。
实施例二
本实施例还公开了一种数据中心高温垃圾气化发电供能工艺，采用上述系统，包括如下步骤：
S1，垃圾气化：垃圾输送至气化炉工段12内，空分工段11制备氧气且输送至气化炉工段12内，在气化炉工段12的高温环境下进行垃圾的气化和熔渣，并形成粗合成气与熔渣；
S2、余热回收及制冷：粗合成气进入合成气热回收工段13，合成气热回收工段13回收粗合成气的余热并制得余热蒸汽，余热蒸汽进入溴化锂制冷装置2并制备冷量，冷量由溴化锂制冷装置2输送至数据中心4；
玻璃体渣回收：熔渣进入玻璃体渣分离工段15，玻璃体渣分离工段15制备并分离出玻璃体渣；
S3、合成气净化及发电：余热回收后的粗合成气进入合成气净化工段14进行洗涤，净化后的净合成气进入燃气发电装置3进行发电，电量由燃气发电装置3输送至数据中心4。
本系统的实施原理如下：
在数据中心4的运作过程中，气化炉工段12可以不断地处理城市、数据中心4等垃圾，并持续地形成粗合成气与熔渣，合成气热回收工段13通过粗合成气制得副产物余热蒸汽，合成气净化工段14将粗合成气净化得到净合成气，其中净合成气应用于燃气发电装置3可以不断地发电，进而满足数据中心4IT设备的能耗，同时余热蒸汽应用于溴化锂制冷装置2可以不断地制备冷量，进而充当数据中心4空调设备的冷源，使得垃圾高温气化装置1与数据中心4之间存在多元化的供给关系，既可以实现垃圾的无害化和资源化处理，也可以大幅地提升垃圾高温气化装置1的能源利用率，且垃圾高温气化装置1与数据中心4可以就近布置，并降低输电等成本；
同时在处理垃圾的过程中基本不产生二噁英和呋喃等致癌物质，即基本不会对人的身体健康造成危害，产生的熔渣主要为玻璃体渣且可由玻璃体渣分离工段15分离出玻璃体渣，根据GB/T41015-2021玻璃体渣不属于固体废物且无毒无害，可进一步综合利用。垃圾高温气化装置1烟气中的烟尘、SOx、NOx等含量均远低于垃圾焚烧装置，进而可以降低烟气对数据中心4正常运作造成的负面影响，且可以延长数据中心4的使用寿命。垃圾高温气化装置1的综合热效率在35～45％，而垃圾焚烧装置的综合热效率在16～20％，因此也可以大幅提升系统的能量效率。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种节能型数据中心供能系统，其特征在于：包括
垃圾高温气化装置(1)，用于分解垃圾并将垃圾高温气化形成合成气，且回收余热蒸汽并输送至溴化锂制冷装置(2)；
溴化锂制冷装置(2)，用于接收余热蒸汽并制得冷量，且将冷量供应给数据中心(4)；
燃气发电装置(3)，用于接收合成气进行发电，且将电量供应给数据中心(4)。
2.根据权利要求1所述的节能型数据中心供能系统，其特征在于：所述垃圾高温气化装置(1)包括
空分工段(11)，用于分离空气中的氧气，并将分理出的氧气输送至气化炉工段(12)；
气化炉工段(12)，用于促使垃圾与氧气进行高温反应并形成粗合成气与熔渣，且将粗合成气输送至合成气热回收工段(13)；
合成气热回收工段(13)，用于回收粗合成气内的余热蒸汽。
3.根据权利要求1所述的节能型数据中心供能系统，其特征在于：所述垃圾高温气化装置(1)还包括合成气净化工段(14)，所述合成气净化工段(14)用于接收热回收后的粗合成气，并对粗合成气进行洗涤和脱酸，形成净合成气。
4.根据权利要求1所述的节能型数据中心供能系统，其特征在于：所述垃圾高温气化装置(1)还包括玻璃体渣分离工段(15)，所述玻璃体渣分离工段(15)用于通过熔渣的方式制备出玻璃体渣，并将所述玻璃体渣从垃圾高温气化装置(1)中排出。
5.根据权利要求1所述的节能型数据中心供能系统，其特征在于：所述述燃气发电装置(3)包括燃气锅炉或内燃机或燃气轮机。
6.一种节能型数据中心供能工艺，采用如权利要求1～5中任意一项所述的节能型数据中心供能系统，其特征在于：包括
将垃圾输送至高温气化装置(1)的气化炉工段(12)内，高温气化装置(1)的空分工段(11)制备氧气并输送至所述气化炉工段(12)内，在气化炉工段(12)的高温环境下进行垃圾的气化，并形成粗合成气与熔渣；
粗合成气进入高温气化装置(1)的合成气热回收工段(13)，合成气热回收工段(13)回收粗合成气的余热并制得余热蒸汽，余热蒸汽进入溴化锂制冷装置(2)并制备冷量，冷量由溴化锂制冷装置(2)输送至数据中心(4)；
熔渣进入高温气化装置(1)的玻璃体渣分离工段(15)，玻璃体渣分离工段(15)通过熔渣的方式制备出玻璃体渣，并将所述玻璃体渣从垃圾高温气化装置(1)中排出；
余热回收后的粗合成气进入垃圾高温气化装置(1)的合成气净化工段(14)进行洗涤，净化后的净合成气进入燃气发电装置(3)进行发电，电量由燃气发电装置(3)输送至数据中心(4)。
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| CN202210469331.4A CN115433609A (zh) | 2022-04-28 | 2022-04-28 | 一种节能型数据中心供能系统及工艺 |
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- 2022-04-28 CN CN202210469331.4A patent/CN115433609A/zh active Pending
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