一種熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)及其方法。軟化水箱與補(bǔ)水泵連接后分為兩出口，軟化水箱第一出口、給水泵、生物質(zhì)鍋爐、第三節(jié)流閥、鍋爐汽包第一出口、第二節(jié)流閥、供用戶分汽缸、第四節(jié)流閥順次相連，軟化水箱第二出口、第一節(jié)流閥、冷凝式熱交換器、高位蓄熱水箱、槽式聚光太陽能集熱器、蒸發(fā)器、噴射器第二入口順次相連，鍋爐汽包第二出口與噴射器第一入口相連，生物質(zhì)鍋爐排煙管道出口與冷凝式熱交換器、引風(fēng)機(jī)、煙囪順次相連，蒸發(fā)器冷凝水出口經(jīng)電磁閥與軟化水箱相連；本發(fā)明具有生物質(zhì)鍋爐的環(huán)保優(yōu)勢，將太陽能、排煙余熱及生物質(zhì)的低品位熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣嵊玫闹衅肺粺崮?，大大提高了泵供熱系統(tǒng)熱效率，實(shí)現(xiàn)了“熱能增值”。
【專利說明】一種熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)及其方法，屬于清潔能源利用的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界正在面臨著一次能源日益緊缺枯竭的問題，大力發(fā)展可再生能源無疑為此提供了一條新的出路。我國陸地面積960萬km2，居世界第三位，太陽能輻射能力約為1.59 X IO11KWh,相當(dāng)于陸地表面積每年接受太陽能量約有69000億噸煤炭。其中年日照時略大于2200h，每年太陽能輻射總量高于5016MJ/m2的面積占全國總面積的2/3以上。相當(dāng)于每年有4500-5000億噸標(biāo)煤可以用太陽能光熱技術(shù)來獲取。太陽能熱利用是可再生能源利用的重要領(lǐng)域，技術(shù)成熟，應(yīng)用前景廣闊。在能源替代，減少排放、安全用等等方面優(yōu)勢明顯。目前太陽能熱利用僅僅限于低溫?zé)崴?，中高溫?zé)崂蒙形唇槿?，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)中高溫利用的項(xiàng)目無雷聲也無雨點(diǎn)。阻礙我國光熱發(fā)展最為顯著的挑戰(zhàn)是現(xiàn)階段國內(nèi)尚未成熟適合大規(guī)模推廣的本地化光熱綜合利用技術(shù)，也沒有商業(yè)化太陽能熱利用整套系統(tǒng)集成和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。太陽能與鍋爐結(jié)合不僅可替代鍋爐供汽還可以利用鍋爐煙道尾部余熱回收能量供太陽能配套，節(jié)能效果更顯著。槽式系統(tǒng)單位面積所需鋼和玻璃鏡材料最少，造價成本低、容量可大可小、地面放置維護(hù)安裝方便，所有的聚光集熱器可同步跟蹤，成本大大降低。因此，槽式太陽能熱發(fā)電具有規(guī)模大，壽命長，成本低，安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。
[0003]此外我國生物質(zhì)能儲量豐富，而且生物質(zhì)能具有可再生性、分布廣泛、低污染等特性，是對一次能源的理想補(bǔ)充能源之一。為促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，應(yīng)對氣候變化，提高現(xiàn)有能源的利用效率，使用不排碳能源，如風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源的熱利用，力口快推進(jìn)秸桿能源化利用，培育秸桿能源產(chǎn)品應(yīng)用市場，把太陽能鍋爐與熱泵式生物質(zhì)鍋爐結(jié)合在一起，互為補(bǔ)充，完善可再生能源的熱利用，形成熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐。
[0004]熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐特點(diǎn)是保持原有鍋爐的單純產(chǎn)熱特性，利用熱泵技術(shù)與槽式太陽能集熱器相結(jié)合，使系統(tǒng)具有直接轉(zhuǎn)換為更多熱量的功能。通過提高系統(tǒng)的效率，大幅度提高泵系統(tǒng)的熱效率。熱泵利用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高品位熱能作為動力，將環(huán)境(太陽能)、廢熱(排煙余熱)及生物質(zhì)的低品位熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣嵊玫闹衅肺稛崮?，從而?shí)現(xiàn)“熱能增值”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提高鍋爐系統(tǒng)熱效率，促進(jìn)清潔能源利用，提供一種高效率、充分利用煙氣余熱、可再生能源(太陽能)和生物質(zhì)能產(chǎn)生高溫高壓蒸汽的熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)及其方法。
[0006]熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)包括槽式聚光太陽能集熱器、蒸發(fā)器、噴射器、軟化水箱、煙囪、引風(fēng)機(jī)、高位蓄熱水箱、壓力表、冷凝式熱交換器、補(bǔ)水泵、鍋爐汽包、生物質(zhì)鍋爐、供用戶分汽缸、電磁閥、給水泵、第一節(jié)流閥，第二節(jié)流閥，第三節(jié)流閥、第四節(jié)流閥；軟化水箱上連接有壓力表，軟化水箱與補(bǔ)水泵連接后分為兩出口，軟化水箱第一出口、給水泵、生物質(zhì)鍋爐、第三節(jié)流閥、鍋爐汽包第一出口、第二節(jié)流閥、供用戶分汽缸、第四節(jié)流閥順次相連，軟化水箱第二出口、第一節(jié)流閥、冷凝式熱交換器、高位蓄熱水箱、槽式聚光太陽能集熱器、蒸發(fā)器、噴射器第二入口順次相連，鍋爐汽包第二出口與噴射器第一入口相連，生物質(zhì)鍋爐排煙管道出口與冷凝式熱交換器、引風(fēng)機(jī)、煙囪順次相連，蒸發(fā)器冷凝水出口經(jīng)電磁閥與軟化水箱相連；
熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐的方法是:補(bǔ)水泵抽取常溫常壓下的水進(jìn)入軟化水箱，軟化水箱中的第一路水經(jīng)給水泵提供動力直接進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐由生物質(zhì)燃料直接供給熱量，從而在鍋爐內(nèi)產(chǎn)生溫度Tm為260-320°C，壓力Phi為1.5-2.5MPa的高溫高壓的過熱水蒸汽，之后高溫高壓的水蒸汽經(jīng)管道進(jìn)入鍋爐汽包供使用；軟化水箱中的第二路水則是經(jīng)第一節(jié)流閥進(jìn)入冷凝式熱交換器，利用從生物質(zhì)鍋爐排出溫度Tyl為110-180°C的的高溫?zé)煔鈱M(jìn)入冷凝式熱交換器中的水進(jìn)行加熱，排煙溫度Ty2為60-80°C，從而充分利用了煙氣余熱，大大降低了煙氣的排煙溫度和余熱損失，被吸收余熱后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣。流經(jīng)冷凝式熱交換器的水再進(jìn)入高位蓄熱水箱，接著流進(jìn)槽式太陽能集熱器中進(jìn)行加熱，產(chǎn)生溫度Ttll為140-180°C的高溫水進(jìn)入蒸發(fā)器產(chǎn)生溫度Ts為180-200°C，壓力Ps約為0.3-0.5MPa的水蒸汽，蒸發(fā)器內(nèi)的水蒸汽的溫度和壓力相對于鍋爐汽包內(nèi)的高溫高壓蒸汽都要低，故稱為低溫低壓蒸汽，高溫高壓蒸汽進(jìn)入噴射器后進(jìn)行高速噴射，從而產(chǎn)生壓力差，將蒸發(fā)器中的低溫低壓蒸汽吸入噴射器，從而實(shí)現(xiàn)了兩部分蒸汽的匯合，直至產(chǎn)生溫度Tst為220-260°C，壓力Pst為0.45-0.7MPa的蒸汽供使用。蒸發(fā)器內(nèi)的部分水蒸汽會冷凝成水，這些水通過電磁閥控制送回軟化水箱；鍋爐汽包內(nèi)的部分飽和蒸汽直接進(jìn)入供用戶分汽缸內(nèi)供給用戶使用。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于控制，并且具有生物質(zhì)鍋爐的環(huán)保優(yōu)勢，大大減少了一次能源的消耗。
[0008]2、本發(fā)明所產(chǎn)生的符合一定參數(shù)要求的蒸汽是由生物質(zhì)鍋爐所產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽和利用太陽能產(chǎn)生的低溫低壓蒸汽在噴射器內(nèi)混合制成。
[0009]3、本發(fā)明利用熱泵技術(shù)，將環(huán)境(太陽能)、廢熱(排煙余熱)及生物質(zhì)的低品位熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣嵊玫闹衅肺粺崮?，大幅度提高了泵供熱系統(tǒng)熱效率，并實(shí)現(xiàn)了“熱能增值”。
[0010]4、采用槽式太陽能集熱器對蓄熱水箱中的水進(jìn)行加熱，充分利用了清潔無污染的太陽能，有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。
[0011]5、本發(fā)明中對鍋爐排煙煙氣余熱進(jìn)行了有效的利用，從而降低了煙氣排放的溫度，提高了鍋爐整體的熱效率。
[0012]6、本發(fā)明所使用的噴射器可以根據(jù)高、低壓蒸汽的參數(shù)可以對設(shè)備進(jìn)行不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到各種壓力等級的蒸汽，滿足不同熱用戶的要求。通過蒸汽噴射式熱泵吸入的低壓蒸汽既可以是放散的廢蒸汽，也可以是凝結(jié)水產(chǎn)生的閃蒸汽，使低焓熱能得到充分利用，達(dá)到節(jié)約能源的目的。
[0013]7、本發(fā)明使用的噴射器可保證供汽壓力穩(wěn)定，具有很好的實(shí)用性，節(jié)能效益顯著?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0014]圖1熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)的主結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，熱泵式太陽能工業(yè)鍋爐系統(tǒng)包括槽式聚光太陽能集熱器1、蒸發(fā)器2、噴射器3、軟化水箱4、煙? 5、引風(fēng)機(jī)6、高位蓄熱水箱7、壓力表8、冷凝式熱交換器9、補(bǔ)水泵10、鍋爐汽包11、生物質(zhì)鍋爐12、供用戶分汽缸13、電磁閥14、給水泵15、第一節(jié)流閥16，第二節(jié)流閥17，第三節(jié)流閥18、第四節(jié)流閥19 ;軟化水箱4上連接有壓力表8，軟化水箱4與補(bǔ)水泵10連接后分為兩出口，軟化水箱4第一出口、給水泵15、生物質(zhì)鍋爐12、第三節(jié)流閥18、鍋爐汽包11第一出口、第二節(jié)流閥17、供用戶分汽缸13、第四節(jié)流閥19順次相連，軟化水箱4第二出口、第一節(jié)流閥16、冷凝式熱交換器9、高位蓄熱水箱7、槽式聚光太陽能集熱器1、蒸發(fā)器2、噴射器3第二入口順次相連，鍋爐汽包11第二出口與噴射器3第一入口相連，生物質(zhì)鍋爐12排煙管道出口與冷凝式熱交換器9、引風(fēng)機(jī)6、煙囪5順次相連，蒸發(fā)器2冷凝水出口經(jīng)電磁閥14與軟化水箱4相連；
圖中，Ql為生物質(zhì)燃料熱量，Qy為鍋爐排煙熱量，Q01為太陽能供高溫?zé)崴疅崃?，Qh為過熱蒸汽熱量，Qhi為過熱蒸汽熱量，Qh2為飽和汽供熱量，Qf為太陽能吸熱量，Qst為熱泵后供汽熱量，Qy為吸收廢熱量，Tyl, Ty2分別為煙氣進(jìn)、出口溫度，Tm為鍋爐過熱蒸汽溫度，Pm為過熱蒸汽壓力，Ttl為軟化水溫度，Ts為低溫低壓蒸汽溫度，Ps為低溫低壓蒸汽壓力，Tytl為冷凝式交換器出口熱水水溫，Tst為輸出蒸汽溫度，Pst為輸出蒸汽壓力，Gs為低溫低壓蒸汽流量，Ghi為過熱蒸汽流量，Gh2為飽和蒸汽流量，G為輸出蒸汽流量。
[0016]所述冷凝式熱交換器連接有排煙煙氣管道，由軟化水箱4流出的部分水經(jīng)冷凝式熱交換器9進(jìn)入高位蓄熱水箱7。吸收余熱后的煙氣通過引風(fēng)機(jī)6由煙囪5排出。
[0017]所述高位蓄熱水箱7與槽式太陽能集熱器I相連，經(jīng)過槽式太陽能集熱器I加熱，所產(chǎn)生的高溫水進(jìn)入太陽能蒸發(fā)器2蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸汽，太陽能蒸發(fā)器2中的一部分水蒸汽被吸入噴射器3，一部分冷凝下來，由冷凝管道通過電磁閥16控制送回軟化水箱4。
[0018]所述生物質(zhì)鍋爐12與給水泵15直接相連，由生物質(zhì)燃料提供熱量，將進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐12內(nèi)的軟化水生成的高溫高壓蒸汽送入鍋爐汽包11內(nèi)。
[0019]所述噴射器3分別與鍋爐汽包11和太陽能蒸發(fā)器2相連。
[0020]所述鍋爐汽包11另經(jīng)節(jié)流閥14與供用戶分汽缸13相連。
[0021]熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐的方法是:補(bǔ)水泵10抽取常溫常壓下的水進(jìn)入軟化水箱4，軟化水箱4中的第一路水經(jīng)給水泵15提供動力直接進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐12，生物質(zhì)鍋爐12由生物質(zhì)燃料直接供給熱量，從而在鍋爐內(nèi)產(chǎn)生溫度Thi為260-320°C，壓力Phi為
1.5-2.5MPa的高溫高壓的過熱水蒸汽，之后高溫高壓的水蒸汽經(jīng)管道進(jìn)入鍋爐汽包11供使用；軟化水箱4中的第二路水則是經(jīng)第一節(jié)流閥16進(jìn)入冷凝式熱交換器9，利用從生物質(zhì)鍋爐12排出溫度Tyl為110-180°C的的高溫?zé)煔鈱M(jìn)入冷凝式熱交換器9中的水進(jìn)行加熱，排煙溫度Ty2為60-80°C，從而充分利用了煙氣余熱，大大降低了煙氣的排煙溫度和余熱損失，被吸收余熱后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)6送入煙? 5排入大氣。流經(jīng)冷凝式熱交換器9的水再進(jìn)入高位蓄熱水箱7，接著流進(jìn)槽式太陽能集熱器I中進(jìn)行加熱，產(chǎn)生溫度TcilSHO-1SOt:的高溫水進(jìn)入蒸發(fā)器2產(chǎn)生溫度Ts為180-200°C，壓力Ps約為0.3-0.5MPa的水蒸汽，蒸發(fā)器2內(nèi)的水蒸汽的溫度和壓力相對于鍋爐汽包11內(nèi)的高溫高壓蒸汽都要低，故稱為低溫低壓蒸汽，高溫高壓蒸汽進(jìn)入噴射器3后進(jìn)行高速噴射，從而產(chǎn)生壓力差，將蒸發(fā)器2中的低溫低壓蒸汽吸入噴射器3，從而實(shí)現(xiàn)了兩部分蒸汽的匯合，直至產(chǎn)生溫度Tst為220-260°C，壓力Pst為0.45-0.7MPa的蒸汽供使用。蒸發(fā)器2內(nèi)的部分水蒸汽會冷凝成水，這些水通過電磁閥14控制送回軟化水箱4 ;鍋爐汽包11內(nèi)的部分飽和蒸汽直接進(jìn)入供用戶分汽缸13內(nèi)供給用戶使用。
實(shí)施例
[0022]以下結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行闡述，但不會以任何方式限制本發(fā)明。
[0023]本實(shí)例中的鍋爐熱效率η t大約為0.83~0.75，取0.8，工業(yè)鍋爐相關(guān)溫度為鍋爐過熱蒸汽溫度Th=250°C =523K，輸出蒸汽溫度Tst=150°C =423K，軟化水溫度To=301: =303Κ,則熱泵系數(shù)Ψr=1.483，系統(tǒng)的熱效率為ηk=ηtΨr=l.186>1，說明了熱泵效益。若將鍋爐過熱蒸汽溫度提高到Th=400°C =673K,軟化水溫度提高到1=301: =333K，則系統(tǒng)熱效率就會提高至1.97，熱泵的系統(tǒng)效率的提高說明高壓蒸發(fā)器(鍋爐)供汽需求量減少，一次能源燃料投入減少，熱泵經(jīng)濟(jì)效益更好。工業(yè)鍋爐相關(guān)溫度為軟化水溫度Ψr=20°C，鍋爐過熱蒸汽溫度Th=260-320°C，輸出飽和蒸汽溫度Tst=150°C，太陽能高溫水溫度Ttll為140_180°C，煙氣進(jìn)口溫度約為110-180°C，煙氣出口溫度為60-80°C。
【權(quán)利要求】
1.一種熱泵式太陽能工業(yè)鍋爐系統(tǒng)，其特征在于包括槽式聚光太陽能集熱器(I)、蒸發(fā)器(2)、噴射器(3)、軟化水箱(4)、煙囪(5)、引風(fēng)機(jī)(6)、高位蓄熱水箱(7)、壓力表(8)、冷凝式熱交換器(9)、補(bǔ)水泵(10)、鍋爐汽包(11)、生物質(zhì)鍋爐(12)、供用戶分汽缸(13)、電磁閥(14)、給水泵(15)、第一節(jié)流閥(16)，第二節(jié)流閥(17)，第三節(jié)流閥(18)、第四節(jié)流閥(19)； 所述軟化水箱(4)上連接有壓力表(8)，軟化水箱(4)與補(bǔ)水泵(10)連接后分為兩出口，軟化水箱(4)第一出口、給水泵(15)、生物質(zhì)鍋爐(12)、第三節(jié)流閥(18)、鍋爐汽包(11)第一出口、第二節(jié)流閥(17)、供用戶分汽缸(13)、第四節(jié)流閥(19)順次相連，軟化水箱(4)第二出口、第一節(jié)流閥(16)、冷凝式熱交換器(9)、高位蓄熱水箱(7)、槽式聚光太陽能集熱器(I)、蒸發(fā)器(2)、噴射器(3)第二入口順次相連，鍋爐汽包(11)第二出口與噴射器(3)第一入口相連，生物質(zhì)鍋爐(12)排煙管道出口與冷凝式熱交換器(9)、引風(fēng)機(jī)(6)、煙囪(5)順次相連，蒸發(fā)器(2 )冷凝水出口經(jīng)電磁閥(14 )與軟化水箱(4 )相連。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的熱泵式太陽能生物質(zhì)鍋爐的方法，其特征在于補(bǔ)水泵(10)抽取常溫常壓下的水進(jìn)入軟化水箱(4)，軟化水箱(4)中的第一路水經(jīng)給水泵(15)提供動力直接進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐(12)，生物質(zhì)鍋爐(12)由生物質(zhì)燃料直接供給熱量，從而在鍋爐內(nèi)產(chǎn)生溫度Tm為260-320°C，壓力Pm為1.5-2.5MPa的高溫高壓的過熱水蒸汽，之后高溫高壓的水蒸汽經(jīng)管道進(jìn)入鍋爐汽包(11)供使用；軟化水箱(4)中的第二路水則是經(jīng)第一節(jié)流閥(16)進(jìn)入冷凝式熱交換器(9)，利用從生物質(zhì)鍋爐(12)排出溫度Tyl為110-180°C的高溫?zé)煔鈱M(jìn)入冷凝式熱交換器(9)中的水進(jìn)行加熱，排煙溫度Ty2為60-80°C，從而充分利用了煙氣余熱，大大降低了煙氣的排煙溫度和余熱損失，被吸收余熱后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)(6)送入煙? (5)排入大氣，流經(jīng)冷凝式熱交換器(9)的水再進(jìn)入高位蓄熱水箱(7)，接著流進(jìn)槽式太陽能集熱器(I)中進(jìn)行加熱，產(chǎn)生溫度Ttll為140-180°C的高溫水進(jìn)入蒸發(fā)器(2)產(chǎn)生溫度Ts為180-200°C，壓力Ps為0.3-0.5MPa的水蒸汽，蒸發(fā)器(2)內(nèi)的水蒸汽的溫度和壓力相對于鍋爐汽包(11)內(nèi)的高溫高壓蒸汽都要低，故稱為低溫低壓蒸汽，高溫高壓蒸汽進(jìn)入噴射器(3)后進(jìn)行高速噴射，從而產(chǎn)生壓力差，將蒸發(fā)器(2)中的低溫低壓蒸汽吸入噴射器(3)，從而實(shí)現(xiàn)了兩部分蒸汽的匯合，直至產(chǎn)生溫度Tst為220-2600C，壓力Pst為0.45-0.7MPa的蒸汽供使用，蒸發(fā)器(2 )內(nèi)的部分水蒸汽會冷凝成水，這些水通過電磁閥(14)控制送回軟化水箱(4);鍋爐汽包(11)內(nèi)的部分飽和蒸汽直接進(jìn)入供用戶分汽缸(13)內(nèi)供給用戶使用。
【文檔編號】F22B1/00GK103604107SQ201310497491
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】肖剛, 倪明江, 駱仲泱, 高翔, 岑可法, 方夢祥, 周勁松, 施正倫, 程樂鳴, 王勤輝, 王樹榮, 余春江, 王濤 申請人:浙江大學(xué)