專利名稱：一種車庫式干式發(fā)酵加溫系統(tǒng)與運(yùn)行控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源開發(fā)與節(jié)能應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種車庫式干式發(fā)酵加溫系統(tǒng)與運(yùn)行控制方法。
背景技術(shù)：
隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的突飛猛進(jìn)，城市垃圾產(chǎn)量也與日俱增，成為制約城市健康發(fā)展的重要因素之一。城市有機(jī)垃圾處理的方式很多，其中以衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒和厭氧消化處理較為常見。厭氧消化可減少有機(jī)垃圾的污染和二氧化碳的排放量，占地少，對環(huán)境的二次污染相對較小，同時(shí)能產(chǎn)生沼氣，在能源匱乏的今天，越來越受關(guān)注。厭氧消化工藝分為濕法和干法發(fā)酵兩種。與濕法發(fā)酵相比，干法發(fā)酵具有占地小，加熱能耗低、預(yù)處理要求低、有機(jī)負(fù)荷高等諸多優(yōu)點(diǎn)。近些年來，針對有機(jī)垃圾特點(diǎn)開發(fā)的車庫式干發(fā)酵技術(shù)取得了巨大的進(jìn)展，在德國，車庫式干發(fā)酵處理市政有機(jī)垃圾技術(shù)已經(jīng)成熟，能夠保證在干物質(zhì)濃度較高的情況下正常發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣和有機(jī)肥料?？梢灶A(yù)見，大力推廣應(yīng)用車庫式干發(fā)酵技術(shù)，對于解決目前城市有機(jī)垃圾的環(huán)境污染和城市能源供應(yīng)問題具有不可替代的重要作用。目前，常見的沼氣池加溫方式有:燃池式加溫、電加熱、化石能源熱水鍋爐加熱、沼氣鍋爐加溫、沼氣發(fā)電余熱加溫、太陽能加熱和地源熱泵加熱等多種方式。燃池式加溫是一種設(shè)置在地下的進(jìn)行燃料陰燃的地坑，這種方法的特點(diǎn)是一次性投入低質(zhì)燃料即可燃燒一個(gè)冬季，無需人工管理，比較適用于戶用型沼氣工程；電加溫技術(shù)以消耗高品位電能為代價(jià)，節(jié)能性不高；化石能源熱水鍋爐污染環(huán)境，能量利用率低；沼氣鍋爐對設(shè)備和操作技術(shù)要求比較高；沼氣發(fā)電余熱加溫主要和沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程結(jié)合，一般只應(yīng)用于大型沼氣工程，應(yīng)用于高溫發(fā)酵出現(xiàn)余熱 不足的情況；太陽能加溫系統(tǒng)是通過太陽能集熱系統(tǒng)完成熱能的采集和傳輸，該系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保、操作簡單，可實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，但易受天氣狀況的影響，力口熱不穩(wěn)定；地源熱泵加溫具有很好的節(jié)能效果，但地源熱泵長期單一加熱模式的運(yùn)行使得地下溫度降低，導(dǎo)致地源熱泵COP降低。以上各方法均不適用于干式發(fā)酵系統(tǒng)。目前對于車庫式干式發(fā)酵的加溫系統(tǒng)中沒有將電鍋爐加熱和空氣源熱泵結(jié)合起來的。專利申請?zhí)枮?00810141177.8，專利名稱為一種利用秸桿干式發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的工藝，提供了秸桿干式發(fā)酵生產(chǎn)沼氣過程中的4個(gè)步驟，使干式發(fā)酵高效運(yùn)行，沼渣經(jīng)加工做成有機(jī)肥料，不會對環(huán)境造成任何污染。專利申請?zhí)枮?00810022547.6，專利名稱為戶用秸桿干式發(fā)酵產(chǎn)沼氣的裝置和方法，采用秸桿干發(fā)酵技術(shù)，減少了濕式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣中沼液處理的困難，也使沼氣容積產(chǎn)氣率提高，降低了沼氣池建設(shè)成本與減少了沼氣池占地面積，同時(shí)解決了秸桿干法發(fā)酵中質(zhì)流與物質(zhì)交換的困難。因此，探索一種加溫技術(shù)使得干式厭氧發(fā)酵工程化亟待解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一種車庫式干式發(fā)酵加溫系統(tǒng)及運(yùn)行控制方法。
本發(fā)明基于對干式厭氧發(fā)酵過程中微生物自熱產(chǎn)生的熱量的利用、輔助加熱器產(chǎn)生熱水的部分利用、能源的梯級綜合利用和系統(tǒng)能耗系數(shù)(COPs)的理念，采用螺旋盤管換熱器對最不利工況下引入的室外空氣進(jìn)行預(yù)熱，輔助加熱器應(yīng)用電鍋爐對輔助加熱環(huán)路進(jìn)行加熱，空氣源熱泵機(jī)組提升低品位熱源(空氣)為高品位熱，提出了可以實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵直接加熱和空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合供熱加溫模式的一種用于車庫式干式厭氧發(fā)酵的加溫系統(tǒng)。所提出的系統(tǒng)運(yùn)行控制方法，解決了不同氣候條件下各系統(tǒng)模式自動切換最優(yōu)運(yùn)行問題，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能與環(huán)保，有助于快速推動干式厭氧發(fā)酵工程的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。本發(fā)明提出的車庫式干式發(fā)酵加溫系統(tǒng)，所述加溫系統(tǒng)由空氣源低位熱源環(huán)路、電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路、空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路組成，其中，以空氣源低位熱源為主要能量來源，電鍋爐加熱作為輔助加熱能量的來源；
空氣源低位熱源環(huán)路由空氣預(yù)熱水箱13、第九電磁閥25、蒸發(fā)器2、風(fēng)機(jī)9和第一電磁閥17依次連接組成；空氣預(yù)熱水箱13的輸出端通過第九電磁閥25連接蒸發(fā)器2的輸入端，蒸發(fā)器2的輸出端依次和風(fēng)機(jī)9、第一電磁閥17連接；
電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路由第三電磁閥19、第六電磁閥22、電鍋爐加熱器12、第五電磁閥21、補(bǔ)水 器15、放氣閥16、第四電磁閥20、車庫式干式發(fā)酵室4、第一水泵10、第二電磁閥18和冷凝器3組成，冷凝器3的輸出端依次通過第三電磁閥19、第六電磁閥22、電鍋爐加熱器12、第四電磁閥20和車庫式干式發(fā)酵室4的輸入端連接，車庫式干式發(fā)酵室4的輸出端依次通過第一水泵10、第二電磁閥18和冷凝器3的輸入端連接；
空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路由第三電磁閥19、旁通閥14、車庫式干式發(fā)酵室4、第一水泵10、第二電磁閥18和冷凝器3組成，冷凝器3的輸出端依次通過第三電磁閥19、旁通閥14和車庫式干式發(fā)酵室4的輸入端連接，車庫式干式發(fā)酵室4的輸出端依次通過第一水泵10、第二電磁閥18和冷凝器3的輸入端連接；
蒸發(fā)器2和冷凝器3分別連接熱泵主機(jī)I。本發(fā)明中，所述空氣預(yù)熱器13的末端安裝有第一溫度傳感器6，冷凝器3的出口安裝有第二溫度傳感器6，車庫式干式發(fā)酵室4的入口處安裝有第三溫度傳感器7，車庫式干式發(fā)酵室4的出口處安裝有第四溫度傳感器8。本發(fā)明中，所述空氣預(yù)熱水箱13的底部安裝有第十電磁閥26，電鍋爐加熱器12的頂部安裝有第五電磁閥21，補(bǔ)水器15和電鍋爐加熱器12的側(cè)面安裝有排氣管16，電鍋爐加熱器12底部安裝有第二水泵11，第二水泵11通過第八電磁閥24和管道連接至空氣預(yù)熱水箱13。本發(fā)明中，空氣預(yù)熱水箱13和車庫式干式發(fā)酵室4及各管道都設(shè)有保溫層，保證每天溫度降低不超過3°C。本發(fā)明中，車庫式干式發(fā)酵室4內(nèi)的盤管換熱器管材為耐腐蝕HDPE。本發(fā)明提出的車庫式干式厭氧發(fā)酵加溫系統(tǒng)的運(yùn)行控制方法，根據(jù)第一溫度傳感器5、第二溫度傳感器6、第三溫度傳感器7、第四溫度傳感器8的溫度值，控制2種不同的加溫模式，即空氣源熱泵直接加溫模式，空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式:
(I)空氣源熱泵直接加溫模式
當(dāng)車庫式干式發(fā)酵室4中的第四溫度傳感器8溫度低于35°C，控制冷凝器3的出口處第二溫度傳感器6溫度不低于55°C，系統(tǒng)按照空氣源熱泵直接加溫模式運(yùn)行:第三電磁閥19、旁通閥14、第二電磁閥18、第九電磁閥25、第一電磁閥17開啟，其他的電池閥關(guān)閉；第一水泵10開啟；熱泵主機(jī)I開啟；風(fēng)機(jī)9開啟；其余設(shè)備全部關(guān)閉；通過空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)車庫式干式發(fā)酵室4中的第四溫度傳感器8溫度高于或等于35°C時(shí)，該加溫模式停止運(yùn)行；
(2)空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式 該加溫模式分為兩種情況:
1)當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?溫度低于(TC，車庫式干式發(fā)酵室4中的第四溫度傳感器8溫度低于35°C，冷凝器3側(cè)的出口第二溫度傳感器6溫度低于55°C，開啟空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式，該模式包括了通過電鍋爐產(chǎn)生的部分熱水對引入空氣的預(yù)熱:第九電磁閥25、第一電磁閥17、第十電磁閥26、第八電磁閥24、第三電磁閥19、第六電磁閥22、第五電磁閥21、第四電磁閥20、第二電磁閥18開啟；風(fēng)機(jī)9開啟；第一水泵10和第二水泵11開啟；排氣管16開啟；電鍋爐加熱器13開啟；熱泵主機(jī)I開啟；其余設(shè)備關(guān)閉；通過電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?溫度大于0°C，第四溫度傳感器8溫度高于或等于35°C且第三溫度傳感器7溫度不低于55°C時(shí)，該模式停止運(yùn)行；
2)當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?溫度高于0°C，車庫式干式發(fā)酵室4中的第四溫度傳感器8溫度低于35°C，冷凝器3側(cè)的出口第二溫度傳感器6溫度低于55°C，開啟空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式，該模式不包括通過電鍋爐產(chǎn)生的部分熱水對引入空氣的預(yù)熱:第九電磁閥25、第一電磁閥17、第三電磁閥19、第六電磁閥22、第五電磁閥21、第四電磁閥20和第二電磁閥18開啟；風(fēng)機(jī)9開啟；第一水泵10開啟；排氣管16開啟；電鍋爐加熱器12開啟；熱泵主機(jī)I開啟；其余設(shè)備關(guān)閉；通過電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)?shù)谒臏囟葌鞲衅?溫度高于或等于35°C且第三溫度傳感器7溫度不低于55°C時(shí)，該模式停止運(yùn)行。本發(fā)明中，空氣源低 位熱源環(huán)路空氣預(yù)熱水箱13的設(shè)置，利用電鍋爐加熱器12產(chǎn)生的部分熱水對引入空氣進(jìn)行預(yù)熱，解決了冬季最不利工況下空氣源熱泵除霜的問題，保證了空氣源熱泵蒸發(fā)器側(cè)的換熱效率與正常的運(yùn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
I本發(fā)明針對空氣源熱泵在最不利工況下存在結(jié)霜，影響換熱效率的特點(diǎn)，提出了在空氣源低位熱源環(huán)路上設(shè)置13-空氣預(yù)熱水箱。通過對引入空氣的預(yù)熱，有效地解決了除霜的問題，保障了空氣源熱泵在最不利工況下的正常運(yùn)行。2
2本發(fā)明有機(jī)地采用了空氣源熱泵加溫系統(tǒng)為主，電鍋爐加溫為輔的能源利用，充分地體現(xiàn)了節(jié)能的要求，緩解了系統(tǒng)對環(huán)境造成的熱污染。3本發(fā)明提出的用于車庫式干發(fā)酵的空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫系統(tǒng)及運(yùn)行控制方法為干式厭氧發(fā)酵提供一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的加溫方式，可以實(shí)現(xiàn)沼氣工程的自控控制與無人管理，減少人力投資，有助有快速推動車庫干式發(fā)酵沼氣工程的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。4本發(fā)明通過將用于車庫式干式厭氧發(fā)酵的空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫系統(tǒng)劃分為多種運(yùn)行模式，最大化的利用了空氣源低位熱源，能夠顯著的提高熱泵機(jī)組和系統(tǒng)的制熱效率，達(dá)到顯著的節(jié)能環(huán)保的作用。


圖1為本發(fā)明用于車庫式干式發(fā)酵的空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號:I為熱泵主機(jī)，2為蒸發(fā)器，3為冷凝器，4為車庫式干式發(fā)酵室，5為第一溫度傳感器，6為第二溫度傳感器，7為第三溫度傳感器，8為第四溫度傳感器，9為風(fēng)機(jī)，10、11為第一熱泵、第二熱泵，12為電鍋爐加熱器，13為空氣預(yù)熱水箱，14為旁通閥，15為補(bǔ)水器，16為排氣管，17、18、19、20、21、22、23、24、25和26為第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第五電磁閥、第六電磁閥、第七電磁閥、第八電磁閥、第九電磁閥和第十電磁閥。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1:本實(shí)例采用的車庫式干式發(fā)酵池有效容積為120m3。池體為立方體，內(nèi)部尺寸為(長X寬X高)IOmX 4mX 3m，池壁為厚20cm的混凝土，池底為地面，在池壁采用厚度為70_聚氨酯保溫板作為保溫隔熱材料，發(fā)酵池頂部采用50_聚氨酯保溫板作為保溫隔熱材料，覆蓋面為50m2，沿發(fā)酵池內(nèi)壁鋪設(shè)加溫盤管換熱器，加溫盤管采用直徑25 X 2.0的PERT管材，盤管總長125m，盤管間距150mm。為了加快料液熱傳遞，改善加溫效果，發(fā)酵池采用循環(huán)沼液噴淋方式。所選的熱泵主機(jī)I為KFYRS-10IIEUK-R-3HP，此干發(fā)酵以一個(gè)月為周期，月初三天進(jìn)行有氧堆肥，并為車庫式干式發(fā)酵室4提供部分熱量。由計(jì)算可知最不利工況的月份是I月，需供熱4.91kW，5月到9月供熱量的數(shù)值為負(fù)，表示有氧堆肥產(chǎn)生的熱量已經(jīng)滿足該月干式發(fā)酵所需的全部熱量。因此空氣源熱泵一年工作7個(gè)月。如圖1，上述主要設(shè)備組成的一種用于車庫式干式發(fā)酵的空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫系統(tǒng)可分為空氣源低位熱源環(huán)路、電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路、空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路?？諝庠吹臀粺嵩喘h(huán)路由空氣預(yù)熱水箱13，第一溫度傳感器5，第九電磁閥25，蒸發(fā)器2，風(fēng)機(jī)9和第一電磁閥17組成?？諝忸A(yù)熱水箱13有I個(gè)入水口和I個(gè)出水口，分別為空氣預(yù)熱水箱入水口 13a和空氣預(yù)熱水箱出水口 13b，入水口與出水口均位于空氣預(yù)熱水箱13的底部。室外空氣通過管道與空氣預(yù)熱水箱13的入口端相連，空氣預(yù)熱水箱13的出口端經(jīng)過第九電磁閥25連接至風(fēng)機(jī)9的入口端，風(fēng)機(jī)9的出口端經(jīng)過第一電磁閥17與室外大氣相連，構(gòu)成空氣源低位熱源環(huán)路。電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路由第二溫度傳感器6、第三電磁閥19、第六電磁閥22、電鍋爐加熱器12、第五電磁閥21、補(bǔ)水器15、放氣閥16、第四電磁閥20、第三溫度傳感器7、車庫式干式發(fā)酵室4、第四溫度傳感器8、第一水泵10、第二電磁閥18和冷凝器3組成。該環(huán)路依次通過第三電磁閥19、第六電磁閥22、電鍋爐加熱器12、第四電磁閥20、車庫式干式發(fā)酵室4、第一水泵10、第二電磁閥18和冷凝器3。冷凝器3側(cè)的出口端經(jīng)過第三電磁閥19、22_電池閥連接至電鍋爐加熱器12的入口端，電鍋爐加熱器12的出口端經(jīng)過第四電磁閥20、車庫式干式發(fā)酵室4連接至第一水泵10的入口端，第一水泵10的出口端經(jīng)過第二電磁閥18與冷凝器3側(cè)入口端相連，構(gòu)成電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路?？諝庠礋岜脝为?dú)供熱環(huán)路由第二溫度傳感器6、第三電磁閥19、旁通閥14、第三溫度傳感器7、車庫式干式發(fā)酵室4、第四溫度傳感器8、第一水泵10、第二電磁閥18和冷凝器3組成，該環(huán)路依次通過第三電磁閥19，旁通閥14，車庫式干式發(fā)酵室4，第一水泵10，第二電磁閥18，空氣源熱泵冷凝器側(cè)3側(cè)?？諝庠礋岜美淠鱾?cè)3側(cè)的出口端經(jīng)過第三電磁閥19、旁通閥14、車庫式干式發(fā)酵室4連接至第一水泵10的入口端，第一水泵10的出口端經(jīng)過第二電磁閥18與空氣源熱泵冷凝器側(cè)3側(cè)入口端相連，構(gòu)成空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路。加溫系統(tǒng)控制2種不同的加溫模式，即空氣源熱泵直接加溫模式，空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式:
(I)空氣源熱泵直接加溫模式
當(dāng)車庫式干式發(fā)酵室4中的第四溫度傳感器8溫度低于35°C，空氣源熱泵冷凝器側(cè)3側(cè)的出口第二溫度傳感器6溫度不低于55°C，系統(tǒng)按照空氣源熱泵直接加溫模式運(yùn)行 第三電磁閥19，旁通閥14，第二·電磁閥18，第九電磁閥25，17-電磁閥開啟，其他的電池閥關(guān)閉；第一水泵10開啟；熱泵主機(jī)I開啟；風(fēng)機(jī)9開啟。其余設(shè)備全部關(guān)閉。通過所述空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)車庫式干式發(fā)酵室4中的第四溫度傳感器8溫度高于或等于35°C時(shí)，該加溫模式停止運(yùn)行。(2)空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式 該加溫模式分為兩種情況:
O當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?溫度低于0°C，車庫式干式發(fā)酵室4中的第四溫度傳感器8溫度低于35°C，冷凝器3側(cè)的出口第二溫度傳感器6溫度低于55°C，開啟空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式(該模式包括了通過電鍋爐產(chǎn)生的部分熱水對引入空氣的預(yù)熱):第九電磁閥25,第一電磁閥17,第十電磁閥26,第八電磁閥24,第三電磁閥19,第六電磁閥22,第五電磁閥21，第四電磁閥20，第二電磁閥18開啟；風(fēng)機(jī)9開啟；第一水泵10，第二水泵11開啟；排氣管16開啟；電鍋爐加熱器16開啟；熱泵主機(jī)I開啟；其余設(shè)備關(guān)閉。通過所述電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?溫度大于0°C，第四溫度傳感器8溫度高于或等于35°C且第三溫度傳感器7溫度不低于55°C時(shí)，該模式停止運(yùn)行。2)當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?溫度高于(TC，車庫式干式發(fā)酵室4中的第四溫度傳感器8溫度低于35 °C，冷凝器3側(cè)的出口第二溫度傳感器6溫度低于55 °C，開啟空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式(該模式不包括通過電鍋爐產(chǎn)生的部分熱水對引入空氣的預(yù)熱):第九電磁閥25,第一電磁閥17,第三電磁閥19,第六電磁閥22,第五電磁閥21,第四電磁閥20,第二電磁閥18開啟；風(fēng)機(jī)9開啟；第一水泵10 ;排氣管16開啟；電鍋爐加熱器12開啟；熱泵主機(jī)I開啟；其余設(shè)備關(guān)閉。通過所述電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)?shù)谒臏囟葌鞲衅?溫度高于或等于35°C且第三溫度傳感器7溫度不低于55°C時(shí)，該模式停止運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種車庫式干式發(fā)酵加溫系統(tǒng)，所述加溫系統(tǒng)由空氣源低位熱源環(huán)路、電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路、空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路組成，其特征在于，以空氣源低位熱源為主要能量來源，電鍋爐加熱作為輔助加熱能量的來源； 空氣源低位熱源環(huán)路由空氣預(yù)熱水箱(13)、第九電磁閥(25)、蒸發(fā)器(2)、風(fēng)機(jī)(9)和第一電磁閥(17)依次連接組成；空氣預(yù)熱水箱(13)的輸出端通過第九電磁閥(25)連接蒸發(fā)器⑵的輸入端，蒸發(fā)器⑵的輸出端依次和風(fēng)機(jī)(9)、第一電磁閥(17)連接； 電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路由第三電磁閥(19)、第六電磁閥(22)、電鍋爐加熱器(12)、第五電磁閥(21)、補(bǔ)水器(15)、放氣閥(16)、第四電磁閥(20)、車庫式干式發(fā)酵室(4)、第一水泵(10)、第二電磁閥(18)和冷凝器(3)組成，冷凝器(3)的輸出端依次通過第三電磁閥(19)、第六電磁閥(22)、電鍋爐加熱器(12)、第四電磁閥(20)和車庫式干式發(fā)酵室(4)的輸入端連接，車庫式干式發(fā)酵室(4)的輸出端依次通過第一水泵(10)、第二電磁閥(18)和冷凝器(3)的輸入端連接； 空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路由第三電磁閥(19)、旁通閥(14)、車庫式干式發(fā)酵室(4)、第一水泵(10)、第二電磁閥(18)和冷凝器(3)組成，冷凝器(3)的輸出端依次通過第三電磁閥(19)、旁通閥(14)和車庫式干式發(fā)酵室(4)的輸入端連接，車庫式干式發(fā)酵室(4)的輸出端依次通過第一水泵(10)、第二電磁閥(18)和冷凝器(3)的輸入端連接； 蒸發(fā)器(2)和冷凝器(3)分別連接熱泵主機(jī)(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車庫式干式厭氧發(fā)酵加溫系統(tǒng)，其特征在于所述空氣預(yù)熱器(13)的末端安裝有第一溫度傳感器(5)，冷凝器(3)的出口安裝有第二溫度傳感器￠)，車庫式干式發(fā)酵室(4)的入口·處安裝有第三溫度傳感器(7)，車庫式干式發(fā)酵室(4)的出口處安裝有第四溫度傳感器(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車庫式干式厭氧發(fā)酵加溫系統(tǒng)，其特征在于所述空氣預(yù)熱水箱(13)的底部安裝有第十電磁閥(26)，電鍋爐加熱器(12)的頂部安裝有第五電磁閥(21)，補(bǔ)水器(15)和電鍋爐加熱器(12)的側(cè)面安裝有排氣管(16)，電鍋爐加熱器(12)底部安裝有第二水泵(11)，第二水泵(11)通過第八電磁閥(24)和管道連接至空氣預(yù)熱水箱(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車庫式干式厭氧發(fā)酵加溫系統(tǒng)，其特征在于空氣預(yù)熱水箱(13)和車庫式干式發(fā)酵室(4)及各管道都設(shè)有保溫層，保證每天溫度降低不超過3°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車庫式干式厭氧發(fā)酵加溫系統(tǒng)，其特征在于車庫式干式發(fā)酵室(4)內(nèi)的盤管換熱器管材為耐腐蝕HDPE。
6.一種如權(quán)利要求1所述的車庫式干式厭氧發(fā)酵加溫系統(tǒng)的運(yùn)行控制方法，其特征在于根據(jù)第一溫度傳感器(5)、第二溫度傳感器￠)、第三溫度傳感器(7)、第四溫度傳感器(8)的溫度值，控制2種不同的加溫模式，即空氣源熱泵直接加溫模式，空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式: (I)空氣源熱泵直接加溫模式 當(dāng)車庫式干式發(fā)酵室(4)中的第四溫度傳感器(8)溫度低于35°C，控制冷凝器(3)的出口處第二溫度傳感器(6)溫度不低于55°C，系統(tǒng)按照空氣源熱泵直接加溫模式運(yùn)行:第三電磁閥(19)、旁通閥(14)、第二電磁閥(18)、第九電磁閥(25)、第一電磁閥(17)開啟，其他的電池閥關(guān)閉；第一水泵(10)開啟；熱泵主機(jī)(I)開啟；風(fēng)機(jī)(9)開啟；其余設(shè)備全部關(guān)閉；通過權(quán)利要求1所述空氣源熱泵單獨(dú)供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)車庫式干式發(fā)酵室(4)中的第四溫度傳感器(8)溫度高于或等于35°C時(shí)，該加溫模式停止運(yùn)行； (2)空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式 該加溫模式分為兩種情況: O當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?5)溫度低于0°C，車庫式干式發(fā)酵室(4)中的第四溫度傳感器(8)溫度低于35°C，冷凝器(3)側(cè)的出口第二溫度傳感器(6)溫度低于55°C，開啟空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式，該模式包括了通過電鍋爐產(chǎn)生的部分熱水對引入空氣的預(yù)熱:第九電磁閥(25)、第一電磁閥(17)、第十電磁閥(26)、第八電磁閥(24)、第三電磁閥(19)、第六電磁閥(22)、第五電磁閥(21)、第四電磁閥(20)、第二電磁閥(18)開啟；風(fēng)機(jī)(9)開啟；第一水泵(10)和第二水泵(11)開啟；排氣管(16)開啟；電鍋爐加熱器(13)開啟；熱泵主機(jī)(I)開啟；其余設(shè)備關(guān)閉；通過如權(quán)利要求1所述電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?5)溫度大于0°C，第四溫度傳感器(8)溫度高于或等于35°C且第三溫度傳感器(7)溫度不低于55°C時(shí)，該模式停止運(yùn)行；` 2)當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?5)溫度高于0°C，車庫式干式發(fā)酵室(4)中的第四溫度傳感器(8)溫度低于35°C，冷凝器(3)側(cè)的出口第二溫度傳感器(6)溫度低于55°C，開啟空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合加溫模式，該模式不包括通過電鍋爐產(chǎn)生的部分熱水對引入空氣的預(yù)熱:第九電磁閥(25)、第一電磁閥(17)、第三電磁閥(19)、第六電磁閥(22)、第五電磁閥(21)、第四電磁閥(20)和第二電磁閥(18)開啟；風(fēng)機(jī)(9)開啟；第一水泵(10)開啟；排氣管(16)開啟；電鍋爐加熱器(12)開啟；熱泵主機(jī)(I)開啟；其余設(shè)備關(guān)閉；通過如權(quán)利要求1所述電鍋爐-空氣源熱泵聯(lián)合供熱環(huán)路與空氣源低位熱源環(huán)路，當(dāng)?shù)谒臏囟葌鞲衅?8)溫度高于或等于35°C且第三溫度傳感器(7)溫度不低于55°C時(shí)，該模式停止運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車庫式干式發(fā)酵加溫系統(tǒng)與運(yùn)行控制方法。本發(fā)明基于對干式厭氧發(fā)酵過程中微生物自熱產(chǎn)生的熱量的利用、輔助加熱器產(chǎn)生熱水的部分利用、能源的梯級綜合利用和系統(tǒng)能耗系數(shù)(COPs)的理念，采用螺旋盤管換熱器對最不利工況下引入的室外空氣進(jìn)行預(yù)熱，輔助加熱器應(yīng)用電鍋爐對輔助加熱環(huán)路進(jìn)行加熱，空氣源熱泵機(jī)組提升低品位熱源(空氣)為高品位熱，提出了可以實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵直接加熱和空氣源熱泵-電鍋爐聯(lián)合供熱加溫模式的一種用于車庫式干式厭氧發(fā)酵的加溫系統(tǒng)。所提出的系統(tǒng)運(yùn)行控制方法，解決了不同氣候條件下各系統(tǒng)模式自動切換最優(yōu)運(yùn)行問題，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能與環(huán)保，有助于快速推動干式厭氧發(fā)酵工程的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
文檔編號F24H1/22GK103234272SQ20131014346
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者石惠嫻, 游煜成, 裴曉梅, 陳慧子 申請人:同濟(jì)大學(xué)