CN203548082U - 一种太阳能与生物质能多级热利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能与生物质能领域，公开了一种太阳能与生物质能多级热利用装置，实现太阳能与生物质能联合发电与能源多级热利用。该装置主要包括一级发电子系统，二级空调子系统，三级海水淡化子系统和四级生活热水子系统，各子系统通过循环管路和阀门的连接。该装置能够在各种天气条件下提供稳定的输出，在气象条件较好时，系统由太阳能提供热能，当气象条件较差时，由生物质能燃烧补充热能，以满足各子系统的热能需求，提高了热利用效率。

Description

一种太阳能与生物质能多级热利用装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能与生物质能综合多级利用装置，属于新能源利用技术领域。 

背景技术

能源危机与环境污染是人类21世纪所面临的两大难题。中国化石能源在能源结构中占主导地位，超过90％，然而在使用化石原料过程中不可避免地产生了温室气体，影响人类生存的环节。我国太阳能资源丰富，从长远看来，完全可以满足国家可持续发展战略要求。然而，太阳能能量密度低、分布广泛、不稳定等缺点限制了太阳能发展。发展高效低成本的太阳能规模化利用技术成为近年来的研究重点。 

我国是一个农业大国，生物质资源丰富，全国每年可利用的生物质总量超过7亿吨标准煤。生物质能属于清洁能源，可以代替或者部分代替传统的化石能源。而近年来，许多农村地区将秸秆直接燃烧，给周边环境造成了恶劣的影响。因此，有效地开发、利用生物质能，一方面可以缓解能源危机，另一方面可以解决因农村地区燃烧秸秆等产生的环境污染。 

中国经济的快速发展和农村城镇化的不断推广，对能源的需求不断增长，而中国人口多，资源短缺，为满足能源的日益增长，主要依靠进口能源来缓解国内的能源危机，这无疑将我国能源的安全产生了重大影响。 

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于克服上述现有太阳能与生物质能的相关缺点，提供一种太阳能与生物质能多级热利用装置，以克服现有技术中太阳能、生物质能相关的缺陷。 

技术方案：为解决上述技术问题，提供一种太阳能与生物质能多级热利用装置，该装置包括：一级发电子系统、二级空调子系统、三级海水淡化子系统、四级生活热水子系统。 

所述一级发电子系统由槽式太阳能集热装置、生物质燃料循环流化床锅炉装置、生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置、汽轮机、电网构成，太阳能和生物质能联合发电，太阳能与生物质能通过生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装 置进行热能耦合，由换热器； 

所述二级空调子系统的进口A和进口B分别与一级发电子系统的出口A和出口B连接，减温减压装置的出口和进口B通过管道和阀门与二级换热器的进口连接，二级换热器的出口为出口C，将于将余热送至下一级热利用系统中。二级空调子系统中由冷却水循环和冷冻水循环两部分构成； 

所述三级海水淡化子系统的进口C和进口D分别与上一级的出口C和减温减压装置的出口连接，将热量送至闪蒸室，将海水进行蒸发，蒸发后的水蒸气通过管道与冷凝室进口连接，冷凝室通入冷凝水，将水蒸气冷却为淡水，送至淡水储水箱，即冷凝室的出口与淡水储水箱进口连接，海水储水箱出口与闪蒸室进口连接，将海水送至闪蒸室完成海水的蒸发； 

所述四级生活热水子系统主要是由四级换热器构成，四级换热器的进口E与上一级的出口D连接，四级换热器的出口与槽式太阳能集热装置的进口连接，形成循环系统。冷水通过冷水进口流过，四级换热器进行换热，即可从生活热水出口得到所需要的生活热水。 

一级发电子系统由太阳能与生物质能联合发电，蒸汽经过汽轮机做功后产生的乏汽，通过管道和阀门送至第二级空调子系统；蒸汽经过二级空调子系统做功后，再次通过管道和阀门送至三级海水淡化子系统；蒸汽经过三级海水淡化子系统做功后，再次通过管道和阀门送至四级生活热水子系统中，最后送至太阳能发电给水进口，实现循环利用。其中，高温高压蒸汽通过减温减压装置后，分别通过管道和阀门，将蒸汽送入二级空调子系统和三级海水淡化子系统，该通道实现在太阳辐射强度较高或者生物质能产生的热能较高，而发电需求较小时，可以将蒸汽用于二级空调子系统和三级海水淡化子系统，实现热能的合理利用。 

所述一级发电子系统，将太阳辐射能和生物质的化学能转换为电能，由槽式太阳能发电装置和生物质燃烧发电装置构成，实现太阳能与生物质能的联合发电； 

槽式太阳能发电装置，由槽式太阳能集热器，蓄热装置、过热器、蒸汽发生器、再热器和汽轮机发电单元、膨胀罐、循环支路构成。 

其中，槽式太阳能集热器，用于采集太阳辐射能，将工质加热； 

蓄热装置，用于储存部分太阳能，一般用熔盐实现储存； 

过热器，用于将蒸汽加热至满足发电要求的蒸汽参数； 

蒸汽发生器，用于将水蒸发产生蒸汽； 

再热器，用于将汽轮机排出的蒸汽进行再热，将蒸汽再热至满足中压缸的蒸汽要求； 

汽轮机发电单元，用于将高温高压蒸汽转换为电能； 

膨胀罐，用于降压； 

循环支路，用于形成蒸汽循环。 

生物质发电装置，由料仓、给料机、生物质反应器、旋风分离器、风机、分离器中心筒构成。 

其中，料仓，用于储存生物质，如秸秆、桑树枝、甘蔗叶等； 

给料机，用于给生物质反应器送入生物质原料，一般采用螺旋式给料； 

生物质反应器，用于将生物质燃烧，产生热能； 

旋风分离器，生物质燃烧产生的烟气中含有大量的物料，在旋风分离器中可实现烟气与固体颗粒的分离，分离后洁净的烟气依次流过尾部烟道的过热器、省煤器、空气预热器，再排入大气中； 

风机，用于给生物质反应器加入过量的空气，使得生物质充分燃烧； 

分离器中心筒，用于将洁净的烟气送入过热器。 

所述二级空调子系统，将来自于一级发电子系统的热能或者来自于减温减压装置的热能用于空调制冷，由换热器、制冷机、空调用户、冷冻水箱、冷却水箱、冷却塔和泵构成； 

其中，换热器是将来自于一级发电子系统的热能或者来自于减温减压装置的热能传给空调子系统； 

制冷机，用于制冷，利用热能实现制冷； 

空调用户，用于给用户制冷，安装在用户端； 

冷冻水箱，用于储存冷冻水，一般由水箱构成； 

冷却水箱，用于储存却冻水，一般由水箱构成； 

冷却塔，用于将水冷却； 

泵，用于实现冷冻水的循环和冷却水的循环。 

所述三级海水淡化子系统，由闪蒸室、海水储水箱、冷凝室、淡水储水箱构 成。 

其中，闪蒸室，用于将海水蒸发； 

海水储水箱，用于储存海水，一般由防腐水箱构成； 

冷凝室，用于将闪蒸室的水蒸气进行冷凝，得到淡水； 

淡水储水箱，用于存储经冷凝室冷凝后得到的淡水，一般由水箱构成。 

所述四级生活热水子系统，主要由一个换热器构成，换热器将三级海水淡化子系统的余热加热生活热水。 

一种太阳能与生物质能多级热利用装置分三条支路： 

支路一：汽轮机中压缸出来的乏汽，通过管道与阀门，给二级空调子系统提供热源，经过做功后，再给三级海水淡化子系统提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置的进水口； 

支路二：蒸汽通道经过减温减压装置，并通过管道与阀门，直接给二级空调子系统提供热源，做功后，再给三级海水淡化子系统提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置的进水口； 

支路三：蒸汽通道经过减温减压装置，并通过管道与阀门，直接给三级海水淡化子系统提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置的进水口。 

本实用新型的太阳能与生物质能多级热利用装置，采用生物质能辅助太阳能热利用系统，解决了太阳能间歇性、不稳定性等缺点，并实现了热能的多级利用，系统稳定可靠。 

本实用新型的有益效果： 

1)、该装置实现了太阳能与生物质能的联合发电，有效地解决了太阳能间歇性和随机性等缺点。 

2)、该装置实现了太阳能与生物质能的联合运行，减少了太阳能发电系统的储能装置。 

3)、该装置实现了太阳能与生物质能发电乏汽的多级热利用，提高了系统热利用效率。 

4)、该装置利用生物质能辅助发电，有效地解决了因农村地区直接燃烧秸秆产生的环境污染。 

5)、该装置实现了太阳能与生物质能联合发电，技术先进，供电稳定可靠， 对电网不产生负面影响，并在一定程度上，可以对电网起到削峰平谷的作用，缓解夏季用电高峰期的供电需求。 

6)、该装置不排放有害气体，对环境无污染。 

附图说明

图1是太阳能与生物质能联合循环多级利用装置的结构示意图； 

图2是一级太阳能集热与生物质燃烧联合发电装置结构示意图； 

图3是二级空调子系统结构示意图； 

图4是三海水淡化子系统结构示意图； 

图5是四级生活热水子系统结构示意图； 

图6是生物质燃料循环流化床锅炉结构示意图。 

附图标记：槽式太阳能集热装置(1)、生物质燃料循环流化床锅炉装置(2)、生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置(3)、减温减压装置(4)、汽轮机(5)、电网(6)、阀门(7)、二级空调子系统(8)、三海水淡化子系统(9)、四级生活热水子系统(10)、蓄热装置(11)、过热器(12)、蒸汽发生器(13)、支路循环泵(14)、支路循环换热器(15)、再热器(16)、膨胀罐(17)、给水循环泵(18)、二级换热器(19)、空调用户(20)、冷冻水循环泵(21)、制冷机(22)、冷却水循环泵(23)、冷却塔(24)、冷却水储水箱(25)、冷冻水储水箱(26)、闪蒸室(27)、海水储水箱(28)、冷凝室(29)、淡水储水箱(30)、四级换热器(31)、生物质料仓(32)、给料机(33)、生物质反应器(34)、旋风分离器(35)、分离器中心筒(36)、省煤器(37)、空气预热器(38)、生物质过热器(39)、风机(40)。 

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步说明。 

本实用新型提供的一种太阳能与生物质能多级热利用装置，该装置包括一级发电子系统、二级空调子系统、三级海水淡化子系统、四级生活热水子系统。 

如图1所示，所述一级发电子系统由槽式太阳能集热装置(1)、生物质燃料循环流化床锅炉装置(2)、生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置(3)、汽轮机(5)、电网(6)构成，太阳能和生物质能联合发电，太阳能与生物质能通过生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置(3)进行热能耦合，生物质能利用生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置(3)给槽式太阳能热发电系统补充热能。热能系统多级利用分 三条支路： 

支路一：汽轮机(5)中压缸出来的乏汽，通过管道与阀门，给二级空调子系统(8)提供热源，经过做功后，再给三海水淡化子系统(9)提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统(10)提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置(1)的进水口； 

支路二：蒸汽通道经过减温减压装置(4)，并通过管道与阀门，直接给二级空调子系统(8)提供热源，经过做功后，再给三海水淡化子系统(9)提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统(10)提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置(1)的进水口； 

支路三：蒸汽通道经过减温减压装置(4)，并通过管道与阀门，直接给9-三级海水淡化子系统提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统(10)提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置(1)的进水口； 

支路一为主要通路，系统一般运行在支路一状态。支路二、支路三主要运行在当一级发电子系统的热能剩余时，将剩余热能直接通过支路二、支路三，更加有效地利用热能。当气象条件良好、辐射度强或者生物质燃料丰富时，容易产生剩余热能，根据剩余热能的多少，控制支路阀门，选择合适的蒸汽流通支路。 

所述一级发电子系统的结构示意图如图2所示，槽式太阳能集热装置(1)与生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置(3)连接，生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置(3)安装于生物质燃料循环流化床锅炉装置(2)中，利用生物质燃料循环流化床锅炉装置(2)的高温烟气给加热槽式太阳能集热装置(1)产生的中压中温蒸汽，提高蒸汽参数。高温高压蒸汽经过管路分别送至蓄热装置(11)、过热器(12)、再热器(16)的进口，蓄热装置(11)出口与给水循环泵(18)进口连接，给水循环泵(18)出口与槽式太阳能集热装置(1)进口连接，完成系统供水；过热器(12)出口与蒸汽发生器(13)进口连接，蒸汽发生器(13)出口与膨胀罐(17)进口连接，膨胀罐(17)的出口与给水循环泵(18)进口连接，完成一个循环；高温高压蒸汽经过管路与再热器(16)的进口连接，再热器(16)与膨胀罐(17)进口连接，完成另一个循环。以上完成过热和再热循环过程。蒸汽发生器(13)产生的蒸汽通过管道与送入过热器(12)，完成蒸汽的过热，得到满足发电要求的蒸汽后直接送至汽轮机(5)做功，汽轮机(5)高压缸做功后排出的中温中压蒸汽通过管道送至再热器(16)，提高蒸汽参数后送入汽轮机(5)中压缸做功，中压缸做功排出的蒸汽与支路循环泵(14)、支路循环换热器(15)完成支路循环，支路循环换热器(15)的出口与蒸汽发生器(13) 的进口连接，完成汽轮机蒸汽循环。一级发电子系统有两个出口，即出口A和出口B，用于将乏汽或者剩余热能传送至下一级热利用系统中。 

所述二级空调子系统(8)的结构示意图如图3所示，进口A和进口B分别与一级发电子系统的出口A和出口B连接，减温减压装置(4)的出口和进口B通过管道和阀门与二级换热器(19)的进口连接，二级换热器(19)的出口为出口C，将于将余热送至下一级热利用系统中。二级空调子系统(8)中由冷却水循环和冷冻水循环两部分构成。 

冷却水循环：制冷机(22)的冷却水出口与冷却水循环泵(23)连接，将冷却水泵送至冷却塔(24)，得到的冷却水送至冷却水储水箱(25)进口，冷却水储水箱(25)的出口与制冷机(22)的冷却水进口连接，完成二级空调子系统(8)冷却水循环。 

冷冻水循环：制冷机(22)的冷冻水出口与冷冻水循环泵(21)连接，冷冻水循环泵(21)的另一端与空调用户(20)连接，空调用户(20)另一端与冷冻水储水箱(26)，冷冻水储水箱(26)的出口与制冷机(22)的冷冻水进口连接，完成二级空调子系统(8)冷冻水循环。制冷机(22)所需要的热能来源于二级换热器(19)，即制冷机(22)的输入与二级换热器(19)的输出连接，给制冷剂提供所需要的热能。 

所述9-三级海水淡化子系统的结构示意图如图4所示，进口C和进口D分别与上一级的出口C和减温减压装置(4)的出口连接，将热量送至闪蒸室(27)，将海水进行蒸发，蒸发后的水蒸气通过管道与冷凝室(29)进口连接，冷凝室(29)通入冷凝水，将水蒸气冷却为淡水，送至淡水储水箱(30)，即冷凝室(29)的出口与淡水储水箱(30)进口连接，海水储水箱(28)出口与闪蒸室(27)进口连接，将海水送至闪蒸室(27)完成海水的蒸发。 

所述四级生活热水子系统(10)的结构示意图如图5所示，主要是由四级换热器(31)构成，四级换热器(31)的进口E与上一级的出口D连接，四级换热器(31)的出口与槽式太阳能集热装置(1)的进口连接，形成循环系统。冷水通过冷水进口流过，四级换热器(31)进行换热，即可从生活热水出口得到所需要的生活热水。 

所述生物质直接燃烧循环流化床结构示意图如图6所示，核心部件为生物质反应器(34)，可由循环硫化床构成，生物质燃料在反应器里燃烧，产生烟气和固体颗粒，通过旋风分离器(35)可实现烟气和固体颗粒的分离，洁净的烟气进入分离器中心筒(36)，一次经过生物质过热器(39)、省煤器(37)、空气预热器(38)，固体颗粒通过旋风分离器(35)分离后，返回生物质反应器(34)继续燃烧。生物质料仓(32)用于存储生物质燃料，通过给料机(33)将生物质燃料送至生物质反应器 (34)，风机(40)将空气送入生物质反应器(34)，满足燃烧所需要的氧气。 

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本应用新型的范围限制在上述实施例中。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。 

Claims (2)

1.一种太阳能与生物质能多级热利用装置，其特征在于：该装置包括一级发电子系统、二级空调子系统、三级海水淡化子系统、四级生活热水子系统： 

所述一级发电子系统由槽式太阳能集热装置(1)、生物质燃料循环流化床锅炉装置(2)、生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置(3)、汽轮机(5)、电网(6)构成，太阳能和生物质能联合发电，太阳能与生物质能通过生物质燃料循环流化床锅炉辅助加热装置(3)进行热能耦合，由换热器； 

所述二级空调子系统的进口A和进口B分别与一级发电子系统的出口A和出口B连接，减温减压装置(4)的出口和进口B通过管道和阀门与二级换热器(19)的进口连接，二级换热器(19)的出口为出口C，将于将余热送至下一级热利用系统中，二级空调子系统(8)中由冷却水循环和冷冻水循环两部分构成； 

所述三级海水淡化子系统的进口C和进口D分别与上一级的出口C和减温减压装置(4)的出口连接，将热量送至闪蒸室(27)，将海水进行蒸发，蒸发后的水蒸气通过管道与冷凝室(29)进口连接，冷凝室(29)通入冷凝水，将水蒸气冷却为淡水，送至淡水储水箱(30)，即冷凝室(29)的出口与淡水储水箱(30)进口连接，海水储水箱(30)出口与闪蒸室(27)进口连接，将海水送至闪蒸室(27)完成海水的蒸发； 

所述四级生活热水子系统主要是由四级换热器(31)构成，四级换热器(31)的进口E与上一级的出口D连接，四级换热器(31)的出口与槽式太阳能集热装置(1)的进口连接，形成循环系统，冷水通过冷水进口流过，四级换热器(31)进行换热，即可从生活热水出口得到所需要的生活热水。 

2.根据权利要求1所述的一种太阳能与生物质能多级热利用装置，其特征在于：所述热能系统多级利用分三条支路： 

支路一：汽轮机(5)中压缸出来的乏汽，通过管道与阀门，给二级空调子系统(8)提供热源，经过做功后，再给三级海水淡化子系统(9)提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统(10)提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置(1)的进水口； 

支路二：蒸汽通道经过减温减压装置(4)，并通过管道与阀门，直接给二级空调子系统(8)提供热源，做功后，再给三级海水淡化子系统(9)提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统(10)提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置(1)的进水口； 

支路三：蒸汽通道经过减温减压装置(4)，并通过管道与阀门，直接给三级海水淡化子系统(9)提供热源，经过做功后再给四级生活热水子系统(10)提供热源，最后送至槽式太阳能集热装置(1)的进水口。 

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