一種基于生物質(zhì)氣的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于生物質(zhì)氣的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，具有相當(dāng)豐富的生物質(zhì)能資源，每年可用于生產(chǎn)生物質(zhì)氣的資源約折合2.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能轉(zhuǎn)化當(dāng)量沼氣約1990億立方米，折合天然氣1200億立方米，相當(dāng)于我國(guó)2011年天然氣消費(fèi)量1290億立方米的93%，按照2011年的能源消費(fèi)總量(34.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤)計(jì)算，生物質(zhì)氣發(fā)展將使中國(guó)氣體能源消費(fèi)的比重提高7%左右。另一方面，我國(guó)大部分農(nóng)戶還仍然延續(xù)著分散養(yǎng)殖的習(xí)慣。目前我國(guó)生豬分散養(yǎng)殖戶為1.07億戶，奶牛、肉牛0.18億戶，蛋肉雞1.17億戶，羊0.28億戶，役畜0.22萬戶，其糞便排放量每年則高達(dá)32億噸，如果不能適時(shí)處理將會(huì)極大的污染社會(huì)環(huán)境。
[0003]厭氧微生物分解生物質(zhì)中的有機(jī)物會(huì)產(chǎn)生大量沼氣，在沼氣的成分中，甲烷約占50% -70%，其余為二氧化碳和少量硫化氫等，此外還包含乙烷、甲苯等非甲烷有機(jī)化合物。沼氣是一種易燃、易爆的有毒氣體，其直接排入空氣將嚴(yán)重危害人體健康、破壞環(huán)境并加劇溫室效應(yīng)。同時(shí)，沼氣作為一種典型的生物質(zhì)氣可再生能源，具有燃燒產(chǎn)物污染小等優(yōu)點(diǎn)，I立方米沼氣完全燃燒能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無煙煤提供的熱量，利用沼氣發(fā)電不僅可解決電力短缺問題，又能減少甲烷等溫室氣體的排放，凈化空氣環(huán)境。再者，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)是一種建立在能量梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上的總能系統(tǒng)，其最大特點(diǎn)是可對(duì)不同品位的熱能實(shí)現(xiàn)綜合梯級(jí)利用，同時(shí)完成發(fā)電、制冷及供熱(包括供暖和熱水)三過程，就地滿足用戶的冷、熱、電需求，從而降低遠(yuǎn)距離供能的傳輸損失，極大的提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益及能源利用效率。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源利用率可達(dá)到75%-90%，目前已受到國(guó)內(nèi)外不同行業(yè)的廣泛青睞。因此，在農(nóng)村養(yǎng)殖場(chǎng)等具有豐富生物質(zhì)氣資源的場(chǎng)所推廣使用沼氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村具有重要意義。
[0004]然而一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，目前我國(guó)農(nóng)村生物質(zhì)沼氣大多僅用于農(nóng)戶坎事，在非坎事時(shí)間則處于閑置狀態(tài)，從而造成了裝置、資金及資源的極大浪費(fèi)，即便是現(xiàn)有的沼氣發(fā)電項(xiàng)目也均以大中型為主，缺少小型工程，基本沒有以沼氣為能源的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。小型(如30kW)的生物質(zhì)氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)非常適合我國(guó)分散式、小規(guī)模應(yīng)用的需求，發(fā)出的電力可滿足手工業(yè)、排灌以及邊遠(yuǎn)地區(qū)的生活用電，同時(shí)也可極大的緩解農(nóng)村供熱難和局部環(huán)境污染的問題。顯而易見，我國(guó)對(duì)數(shù)十千瓦級(jí)生物質(zhì)氣冷熱電聯(lián)供分布式供能系統(tǒng)的需求十分緊迫，需求數(shù)量巨大。
[0005]小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)一般指機(jī)組容量低于500kW，高于20kW的系統(tǒng)，以燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)或微型燃?xì)廨啓C(jī)為主要?jiǎng)恿ρb置，其中內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組機(jī)因技術(shù)成熟、價(jià)格低廉和發(fā)電效率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于小型聯(lián)供系統(tǒng)。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的排煙作為高溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)溴化鋰吸收式機(jī)組，用于制冷或供熱，內(nèi)燃機(jī)的缸套水還可制取生活熱水。然而遺憾的是，現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)大多通過風(fēng)扇風(fēng)冷，發(fā)電機(jī)廢熱被風(fēng)帶走，難以回收利用，從而未能最大程度彰顯聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能特性。
[0006]通過檢索發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的動(dòng)力均來自于以天然氣為主的化石燃料，如專利號(hào)為200710021510.7 (申請(qǐng)日2007.4.18)提出了一種由天然氣驅(qū)動(dòng)的小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，還有采用生物質(zhì)固體成型燃料燃燒后的煙氣作為熱源的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，如專利號(hào)為201110345197.9 (申請(qǐng)日2011.11.04)介紹了一種由生物質(zhì)固體燃燒后的煙氣驅(qū)動(dòng)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，另外也有部分冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)動(dòng)力源來自于太陽能，如專利號(hào)為200710041475.5 (申請(qǐng)日2007.5.31)的專利中聯(lián)供系統(tǒng)的動(dòng)力來自于太陽能。尚未發(fā)現(xiàn)以生物質(zhì)沼氣為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)以及針對(duì)發(fā)電機(jī)余熱回收的設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于生物質(zhì)氣的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，本裝置通過燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)將內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ霟煔鉄崴弯寤囄帐嚼錅厮畽C(jī)組實(shí)現(xiàn)制冷、供熱。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種基于生物質(zhì)氣的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括沼氣收集凈化部件、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、水冷發(fā)電機(jī)、煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組、換熱裝置及冷卻塔；其中，沼氣收集凈化部件連接燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)利用凈化后的沼氣驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力，帶動(dòng)與其連接的水冷發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，冷卻塔產(chǎn)生的冷卻水通過出水口進(jìn)入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組，產(chǎn)生冷凍水和熱媒水用于制冷與供暖，煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組和水冷發(fā)電機(jī)均連接換熱裝置。
[0010]所述沼氣收集凈化部件，包括沼氣收集裝置和沼氣凈化裝置，沼氣收集裝置采集并儲(chǔ)存糞便發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，通過煙管連接沼氣凈化裝置，沼氣凈化裝置連接第一三通閥的入口，第一三通閥的出口一側(cè)連接燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，另一側(cè)連接補(bǔ)燃裝置。
[0011]所述補(bǔ)燃裝置對(duì)沼氣進(jìn)行補(bǔ)燃，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過第三三通閥的出口、乏氣管進(jìn)入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組。
[0012]所述燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)通過凈化后的沼氣驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)力，通過輸出軸帶動(dòng)水冷發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的煙氣通過第三三通閥、乏氣管進(jìn)入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組，所述水冷發(fā)電機(jī)通過發(fā)電機(jī)冷卻水進(jìn)水管、出水管分別連接發(fā)電機(jī)換熱器的兩端。
[0013]所述燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)通過缸套水進(jìn)水管、缸套水出水管分別連接缸套水換熱器，產(chǎn)生的熱水通過第二三通閥的一側(cè)出水口傳輸給用于提供生活熱水的管道，另一側(cè)出水口通過管道連接煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組的熱水入口。
[0014]所述換熱裝置包括缸套水換熱器、發(fā)電機(jī)換熱器和煙氣換熱器，缸套水換熱器、發(fā)電機(jī)換熱器通過管道連接，煙氣換熱器的一側(cè)入口連接煙氣型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組的排氣管，煙氣換熱器的另一側(cè)入口連接常溫水管道，經(jīng)過換熱后產(chǎn)生熱水有另一側(cè)入口連接煙氣熱水由熱水管道排出，循環(huán)利用后的廢氣通過尾氣排出管排出。
[0015]燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的動(dòng)力由豬牛羊糞便、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物等發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣提供。發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣首先進(jìn)入凈化裝置，因沼氣除含有甲烷外，還包括二氧化碳和少量硫化氫以及乙烷、甲苯等非甲烷有機(jī)化合物，這些物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致燃燒不充分，凈化后可提高燃燒效率及可靠性，并減少空氣污染。
[0016]燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過輸出軸帶動(dòng)水冷發(fā)電機(jī)發(fā)電，為用戶提供所需電能。常溫水通過常溫水進(jìn)水管進(jìn)入發(fā)電機(jī)冷卻水換熱器，初次增溫后的熱水再通過內(nèi)燃機(jī)缸套水換熱器完成二次換熱增溫。然后通過生活熱水出水管排出用于提供生活熱水，同時(shí)還可由吸收式制冷機(jī)熱水入口通入吸收式機(jī)組進(jìn)行制冷、供熱。
[0017]燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔庾鳛闊嵩唇?jīng)乏氣管通入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組，冷卻水通過冷卻塔出水口進(jìn)入吸收式機(jī)組進(jìn)行換熱，換熱后的冷卻水再通過冷卻塔進(jìn)水口送回冷卻塔中進(jìn)行冷卻，完成冷卻水循環(huán)。
[0018]煙氣熱水型溴化鋰吸收式機(jī)組根據(jù)用戶需求，如在夏季，冷媒水通過冷(熱)媒水入口進(jìn)入吸收式機(jī)組，降溫后的冷媒水由吸收式機(jī)組的冷水出口排出用于制冷；如在冬季，升溫后的熱媒水經(jīng)吸收式機(jī)組的熱水出口排出用于供暖。當(dāng)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔獠蛔阋灾迫∽銐蚶?熱)量時(shí)，將串聯(lián)回收內(nèi)燃機(jī)缸套水和發(fā)電機(jī)冷卻水產(chǎn)生的熱水通入吸收式機(jī)組以作補(bǔ)充。若仍無法滿足需求，再將一部分沼氣通入補(bǔ)燃裝置為吸收式機(jī)組提供額外熱量，以制取足夠的冷(熱)量。
[0019]本發(fā)明的工作原理為:以豬牛羊糞便、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物等發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣作為聯(lián)供系統(tǒng)的能源，通過燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)以提供用戶所需電能。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄈ霟煔鉄崴弯寤囄帐綑C(jī)組實(shí)現(xiàn)制冷、供暖，同時(shí)凈化