可再生能源互補的冷熱電聯產系統的制作方法
【專利摘要】可再生能源互補的冷熱電聯產系統，儲熱水箱(2)上設有溫度傳感器(TO)，儲熱水箱(2)通過電磁閥(V1)與恒溫發酵裝置(3)相連通，恒溫發酵裝置（3）上設有溫度傳感器(T1)、壓力表（P1），恒溫發酵裝置(3)通過閥門(V2)與壓氣裝置(4)相連通，恒溫發酵裝置（3）與循環水泵（22）相連，循環水泵（22）與太陽能集熱器（1）相連，壓氣裝置(4)與提純裝置（5）相連，提純裝置（5）通過閥門（V3）與沼氣儲氣罐（6）相連，沼氣儲氣罐（6）上設有溫度傳感器（T2），沼氣儲氣罐（6）與發電裝置相連，空氣從空氣凈化裝置（7）經空氣泵（8）進入發電裝置，發電裝置排出的煙氣驅動制冷裝置。
【專利說明】可再生能源互補的冷熱電聯產系統
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及太陽能利用技術、生物質沼氣利用技術、吸收式制冷技術等領域，特別是涉及一種多種可再生能源互補的冷熱電聯產系統。
【背景技術】
[0002]分布式能源系統技術可以實現可再生能源的梯級利用，因而引起了世界能源界的廣泛關注，然而，目前關于可再生能源驅動的分布式能源系統研究和應用較少，且大部分基于可再生能源的分布式能源系統都以太陽能、生物質能或地熱能等單一能源為輸入，系統受地域、氣候、季節等因素的影響較大，系統的可靠性和穩定性普遍較差。
[0003]冷熱電聯供系統的核心是熱電轉換裝置與熱冷轉換裝置。國際上現已投入商業化運用的冷熱電聯供系統熱電轉換裝置有燃氣(油)渦輪發電機組(燃氣輪機)、燃氣(油)內燃發電機組(內燃機)和燃氣(油)外燃發電機組(熱氣機)三種；熱冷轉換裝置有吸收式制冷機和吸附式制冷機兩種；燃料電池還處在實驗室研究階段。為了太陽能和生物質能(沼氣)的高效低成本利用，使系統的穩定性和可靠性增強，考慮到太陽能經濟型集熱溫度與沼氣高效生產溫度相匹配的特點，需要高度集成太陽能經濟型集熱技術、恒溫厭氧發酵技術，構建太陽能和生物質能互補的冷熱電聯產系統。因此，多種可再生能源互補的冷熱電聯產系統對能源、環境的可持續發展有非常重要的意義。
[0004]中國發明專利“沼氣發電系統”(申請號:201120196257.0)，該中國專利涉及一種沼氣發電系統，其屬于沼氣發電【技術領域】，它解決了現有技術中沼氣發電技術存在的發電效率較低、容易造成沼氣浪費、沼氣發電產生的熱量利用率較低等現象的缺陷。中國發明專利“基于固體吸附制冷機的微型冷熱電三聯供系統”(申請號:200310108451.9)，該專利基于高效吸附式制冷技術實現余熱利用。
[0005]本發明中能量的轉化率和品位得到很大提升，產生大量電能，使沼氣得到綜合利用，既節約了能源又保護了環境，同時也緩解了夏季的電力緊張問題，增加了供電的可靠性。在進一步的檢索中，尚未發現有與本發明主題相同或者類似冷熱電聯產系統。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種可再生能源互補的冷熱電聯產系統。
[0007]本發明是可再生能源互補的冷熱電聯產系統，有一個太陽能集熱器1，太陽能集熱器I與儲熱水箱2相連通，儲熱水箱2上設有溫度傳感器T0，儲熱水箱2通過電磁閥Vl與恒溫發酵裝置3相連通，恒溫發酵裝置3上設有溫度傳感器Tl、壓力表Pl，恒溫發酵裝置3通過閥門V2與壓氣裝置4相連通，恒溫發酵裝置3與循環水泵22相連，循環水泵22與太陽能集熱器I相連，壓氣裝置4與提純裝置5相連，提純裝置5通過閥門V3與沼氣儲氣罐6相連，沼氣儲氣罐6上設有溫度傳感器T2，沼氣儲氣罐6與發電裝置相連，空氣從空氣凈化裝置7經空氣泵8進入發電裝置，發電裝置排出的高溫煙氣驅動制冷裝置，制冷裝置排出低溫煙氣驅動二次余熱回收裝置21，余下的廢氣經廢氣換熱器22排出。[0008]本發明是常溫發酵沼氣和太陽能預熱的空氣混合燃燒物共同推動微型燃氣輪機發電，滿足了用戶對電能的需求，又由于本發明采用以太陽能為熱源，沼氣為工質，可以有效地回收工業余熱和利用太陽能等低溫熱能，其能源利用效率高。本發明與【背景技術】相比，具有的有益效果是:所述的基于可再生能源的冷熱電聯產系統，其能量的轉化率和品位得到很大提升，產生大量電能和熱能，使沼氣得到綜合利用，既節約了能源又保護了環境，同時也緩解了夏季的電力緊張問題，增加了供電的可靠性。能源利用率高、成本低、經濟性好、環保性好。據計算，，對于一臺額定功率為30kW的微型燃氣輪機與溴化鋰吸收式冷溫水機相結合的分布式能源系統，在制冷模式中，可向用戶同時提供電負荷30.80kW，冷負荷30.96kW及生活熱水負荷19.3Ikff ;在采暖模式中，系統可向用戶同時提供電負荷30.80kff,熱負荷及生活熱水負荷50.27kff ;該微型聯供系統夏季的冷電綜合效率達到49%，冬季及春秋季的熱電綜合效率達到64%，整個系統全年的能量綜合利用率達64%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示，可再生能源互補的冷熱電聯產系統，有一個太陽能集熱器1，太陽能集熱器I與儲熱水箱2相連通，儲熱水箱2上設有溫度傳感器T0，儲熱水箱2通過電磁閥Vl與恒溫發酵裝置3相連通，恒溫發酵裝置3上設有溫度傳感器Tl、壓力表P1，恒溫發酵裝置3通過閥門V2與壓氣裝置4相連通，恒溫發酵裝置3與循環水泵22相連，循環水泵22與太陽能集熱器I相連，壓氣裝置4與提純裝置5相連，提純裝置5通過閥門V3與沼氣儲氣罐6相連，沼氣儲氣罐6上設有溫度傳感器T2，沼氣儲氣罐6與發電裝置相連，空氣從空氣凈化裝置7經空氣泵8進入發電裝置，發電裝置排出的高溫煙氣驅動制冷裝置，制冷裝置排出低溫煙氣驅動二次余熱回收裝置21，余下的廢氣經廢氣換熱器22排出。
[0011]太陽能集熱箱I為平板式，或者真空管式，或者拋物槽式，或者碟式。或者熱管式集熱器。恒溫發酵裝置3為恒溫厭氧發酵器。所述的凈化裝置5為攪拌式，或者是間歇攪拌式，或者是靜態式。發電裝置為微型燃氣輪機發電，發電裝置由壓氣機9、回熱器10、燃燒室11和透平12相連組成。所述的制冷裝置為溴化鋰吸收式制冷機，包括高壓發生器13、低壓發生器14、冷凝器15、節流閥16、蒸發器17、吸收器18、高溫溶液熱交換器20和低溫溶液熱交換器19相連。所述的二次余熱回收裝置為管殼式余熱鍋爐或煙道式余熱鍋爐。恒溫發酵裝置3設有進料口和出料口。
[0012]所述的可再生能源互補的冷熱電聯產系統，其工作原理如下:從平板式太陽能集熱箱I獲得太陽能的溫水流入儲熱水箱2，當溫度傳感器TO顯示蓄熱水箱的水溫達到60°C時，通過電磁閥Vl來調節水流量實現恒溫(52°C)發酵裝置恒溫發酵產氣，溫度傳感器Tl和壓力表Pl測量其溫度和壓力，當達到設定溫度和壓力值時閥門V2開啟，沼氣進入壓氣裝置4。當沼氣到達壓力值時，開啟壓氣裝置5，后進入提純裝置6，后與空氣從空氣凈化裝置7經空氣泵8 一起進入發電裝置，有其從微型燃氣輪機排出的高溫煙氣驅動溴化鋰吸收式制冷機工作。微型燃氣輪機中壓氣機9、燃燒室11和透平12通過聯軸器連接在一起，混合氣體經壓氣機9壓縮后的氣體先進入回熱器10加熱后進入燃燒室11燃燒，再進入透平12做功對外提供熱負荷，最后再次進入回熱器排出高溫煙氣。高溫煙氣進入換熱器成為高壓發生器13，驅動溴化鋰吸收式制冷機，稀溶液在高壓發生器13中被作為驅動熱源的高溫煙氣加熱，產生冷劑水蒸氣，處于高溫狀態的水蒸氣進人低壓發生器14，對溶液進行再次加熱，產生冷劑蒸汽，高壓發生器13產生的冷劑蒸汽在低壓發生器14中加熱溶液，放出潛熱，形成冷劑水，與低壓發生器中產生的冷劑蒸汽一起進人冷凝器15，被冷卻流體冷卻凝結成冷劑水，冷劑水經節流閥16節流后進入蒸發器17，經蒸發器泵輸送，均勻地噴淋在蒸發器管簇上，吸收管內水的熱量，在蒸發壓力下蒸發，產生低溫冷媒水，送出冷量，達到制冷的目的，蒸發產生的冷劑蒸汽進入吸收器18，完成雙效制冷循環的制冷劑回路，另一方面，低壓發生器14流出的濃溶液經低溫熱交換器19降溫后進人吸收器18，與吸收器18中的稀溶液混合成中間濃度的溶液，經溶液泵輸送，噴淋在管簇上，吸收過程產生的熱量被管內冷卻流體帶走，中間溶液吸收來自蒸發器17的冷劑蒸汽，從而維持蒸發器中較低的蒸發壓力，保證制冷過程連續進行，吸收冷劑蒸汽后濃度降低的稀溶液由發生器泵Pl送出，重新開始循環。高溫煙氣經高壓發生器排出后成為低溫煙氣，驅動余熱鍋爐21制取生活熱水。余下的廢氣經廢氣換熱器22排出。
[0013]所述的可再生能源互補的冷熱電聯產系統，可分為太陽能加熱的沼氣生產系統、沼氣壓縮和凈化系統、微型燃氣輪機發電系統和余熱利用系統四部分。
[0014]太陽能加熱的沼氣生產系統:從平板式太陽能集熱箱I獲得太陽能的溫水流入儲熱水箱2，當溫度傳感器TO顯示蓄熱水箱的水溫達到60°C時，通過電磁閥Vl來調節水流量實現恒溫(52V )發酵裝置恒溫發酵產氣，溫度傳感器Tl和壓力表Pl測量其溫度和壓力，當達到設定溫度和壓力值時閥門V2開啟，沼氣進入壓氣裝置4。
[0015]沼氣壓縮和凈化系統:當沼氣到達壓力值時，開啟壓氣裝置5，后進入提純裝置6，后與空氣從空氣凈化裝置7經空氣泵8 一起進入發電裝置，有其從微型燃氣輪機排出的高溫煙氣驅動溴化鋰吸收式制冷機工作。
[0016]微型燃氣輪機發電系統:微型燃氣輪機中壓氣機9、燃燒室11和透平12通過聯軸器連接在一起，混合氣體經壓氣機9壓縮后的氣體先進入回熱器10加熱后進入燃燒室11燃燒，再進入透平12做功對外提供熱負荷，最后再次進入回熱器排出高溫煙氣。
[0017]余熱利用系統:高溫煙氣進入換熱器成為高壓發生器13，驅動溴化鋰吸收式制冷機，稀溶液在高壓發生器13中被作為驅動熱源的高溫煙氣加熱，產生冷劑水蒸氣，處于高溫狀態的水蒸氣進人低壓發生器14，對溶液進行再次加熱，產生冷劑蒸汽，高壓發生器13產生的冷劑蒸汽在低壓發生器14中加熱溶液，放出潛熱，形成冷劑水，與低壓發生器中產生的冷劑蒸汽一起進人冷凝器15，被冷卻流體冷卻凝結成冷劑水，冷劑水經節流閥16節流后進入蒸發器17，經蒸發器泵輸送，均勻地噴淋在蒸發器管簇上，吸收管內水的熱量，在蒸發壓力下蒸發，產生低溫冷媒水，送出冷量，達到制冷的目的，蒸發產生的冷劑蒸汽進入吸收器18，完成雙效制冷循環的制冷劑回路，另一方面，低壓發生器14流出的濃溶液經低溫熱交換器19降溫后進人吸收器18，與吸收器18中的稀溶液混合成中間濃度的溶液，經溶液泵輸送，噴淋在管簇上，吸收過程產生的熱量被管內冷卻流體帶走，中間溶液吸收來自蒸發器17的冷劑蒸汽，從而維持蒸發器中較低的蒸發壓力，保證制冷過程連續進行，吸收冷劑蒸汽后濃度降低的稀溶液由發生器泵Pl送出，重新開始循環。高溫煙氣經高壓發生器排出后成為低溫煙氣，驅動余熱鍋爐21制取生活熱水。余下的廢氣經廢氣換熱器22排出。
[0018]本發明首先通過太陽能加熱的沼氣生產裝置，產生沼氣，經過壓縮裝置、提純裝置，產生高純度的甲烷氣體，與經過預熱的空氣一起進入微型燃氣輪機發電，向用戶提供電能。微型燃氣輪機排出的高溫煙氣驅動溴化鋰雙效制冷機組，而后排出的低溫煙氣驅動余熱鍋爐，向用戶提供冷、熱。當夏季或冬季不需要制冷或供熱時，通過調節閥V6，使高溫煙氣直接進入余熱鍋爐制取生活熱水，從而基于可再生能源的冷熱電聯產系統一年四季都有穩定的冷、熱、電的能量供應。
【權利要求】
1.可再生能源互補的冷熱電聯產系統，有一個太陽能集熱器(1)，其特征是太陽能集熱器(I)與儲熱水箱(2)相連通，儲熱水箱(2)上設有溫度傳感器(T0)，儲熱水箱(2)通過電磁閥(Vl)與恒溫發酵裝置(3)相連通，恒溫發酵裝置(3)上設有溫度傳感器(Tl)、壓力表(PI)，恒溫發酵裝置(3 )通過閥門(V2 )與壓氣裝置(4 )相連通，恒溫發酵裝置(3 )與循環水泵(22)相連，循環水泵(22)與太陽能集熱器(I)相連，壓氣裝置(4)與提純裝置(5)相連，提純裝置(5)通過閥門(V3)與沼氣儲氣罐(6)相連，沼氣儲氣罐(6)上設有溫度傳感器(T2 )，沼氣儲氣罐(6 )與發電裝置相連，空氣從空氣凈化裝置(7 )經空氣泵(8 )進入發電裝置，發電裝置排出的高溫煙氣驅動制冷裝置，制冷裝置排出低溫煙氣驅動二次余熱回收裝置(21)，余下的廢氣經廢氣換熱器(22)排出。
2.根據權利要求1所述的可再生能源互補的冷熱電聯產系統，其特征是:所述的太陽能集熱箱(I)為平板式，或者是真空管式，或者是拋物槽式，或者是碟式，或者是熱管式集熱器。
3.根據權利要求1所述的可再生能源互補的冷熱電聯產系統，其特征是:所述的恒溫發酵裝置(3)為恒溫厭氧發酵器。
4.根據權利要求1所述的可再生能源互補的冷熱電聯產系統，其特征是:所述的凈化裝置(5)為攪拌式，或者是間歇攪拌式，或者是靜態式。
5.根據權利要求1所述的可再生能源互補的冷熱電聯產系統，其特征是:所述的發電裝置為微型燃氣輪機發電機。
6.根據權利要求1所述的可再生能源互補的冷熱電聯產系統，其特征是:所述的制冷裝置為溴化鋰吸收式制冷機。
7.根據權利要求1所述的可再生能源互補的冷熱電聯產系統，其特征是:所述的二次余熱回收利用裝置為管殼式余熱鍋爐或煙道式余熱鍋爐。
【文檔編號】F24J2/04GK103471287SQ201310417221
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】李金平, 宋清源, 王春龍 申請人:蘭州理工大學