一種耦合生物質和太陽能的分布式能源系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種耦合生物質和太陽能的分布式能源系統，該系統包括生物質預熱器、生物質粉碎機、循環流化床氣化爐、旋風分離除塵器、空氣分流器、第一換熱器、第二換熱器、冷凝器、水泵、槽式太陽能集熱器、燃氣內燃機發電機組、煙氣蒸汽型吸收式機組、第三換熱器和固體吸收式除濕機組。本發明綜合利用了生物質和太陽能兩種可再生能源技術，同時對能源系統能量進行體積利用。通過對不同能源優勢互補，不同品位能源集成，使得該系統總能系統效率高達72.9％，該系統對可再生能源利用，環境可持續發展提供了新思路。
【專利說明】
-種輔合生物質和太陽能的分布式能源系統
技術領域
[0001] 本發明設及能源技術領域，特別是一種禪合生物質和太陽能的分布式能源系統。
【背景技術】
[0002] 近些年來，隨著經濟發展加快，全球能源需求不斷增長，能源、環境和氣候變化問 題日益突出。大力開發利用可再生能源資源，降低化石能源消耗，維護生態穩定，共同推進 人類社會可持續發展，已成為各國共識。開發資源儲量大、清潔無污染的可再生能源對于可 持續發展有著重要意義。其中太陽能和生物質因其獨特的優勢而被認為是化石燃料潛在的 替代能源，其高效清潔利用技術受到廣泛關注。
[0003] 作為取之不盡，用之不竭的能源，W及其清潔性，太陽能利用是緩解能源短缺，降 低環境污染的有效手段。通過太陽能光熱技術將太陽福射能轉換成熱能，W水作為直接傳 熱工質，提供氣化反應所需要的汽化潛熱，轉化為蒸汽內能，通過蒸汽內能的形式參與和生 物質在較高溫度下進行的氣化反應，間接轉化為合成氣化學能，實現品位間接提升。
[0004] 生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體，可轉化為固態、液態和氣態燃料 及化工原料或產品。同時在利用生成過程中實現了二氧化碳的零排放。在世界能源消耗中， 生物質能占總能耗的14%，在發展中國家則可達40%。與其它能源相比，分布廣泛、環境影 響較小，可持續利用。然而也存在資源分布分散、能量密度低等缺點，直接燃燒生物質量利 用效率低，釋放煙氣粉塵造成環境污染。生物質氣化技術將低能量密度的生物質轉化為使 用方便的合成氣，使得燃料的化學能轉移到合成氣中，提高燃氣利用效率。
[0005] 分布式能源系統通過燃料燃燒的高品位熱能用于發電，低品位熱能用來供熱、審U 冷或除濕，實現冷熱電聯產和能源的梯級利用。禪合生物質和太陽能的分布式能源系統考 慮太陽能經濟性集熱溫度與生物質氣化反應溫度的特點，W及功、冷、濕并供實現能源的綜 合梯級利用，提高系統的性能。分布式生物質氣化供能系統就近收集固體生物燃料，避免低 密度原料長距離輸送的能源消耗和費用，發揮產品多樣性的優點，滿足終端用戶對氣、冷、 熱、電、除濕等多種能源的需求，同時利用中低溫太陽能集熱量提供氣化反應所需要的氣化 潛熱，間接轉化為合成氣化學能，實現能量的品位提升。
[0006] 目前對現有設計理念和實施方案的生物質聯產系統的研究存在的主要問題在：1) 生物質聯產系統W生物質作為主要的原料來源，生物質能源利用方式較為單一。2)生物質 聯產系統輸出產品缺乏多樣性，主要W熱電產品為主，冷熱電、甚至除濕應用較少，未能滿 足用戶端對能量產品多元化的需求。3)通過生物質氣化發電實現了對燃料化學能品位的提 升，而如何高效利用生物質合成氣和發電過程中的余熱資源，實現能量的綜合梯級利用也 是需要解決的關鍵問題。
【發明內容】
[0007] (一)要解決的技術問題
[000引為了最大限度的提高能源系統總能效率，實現可再生能源互補集成，滿足用戶多 元化的產品需求，提高余熱資源綜合梯級利用，本發明提出了一種禪合生物質和太陽能的 分布式能源系統。
[0009] (二)技術方案
[0010] 為了達到上述目的，本發明提供了一種禪合生物質和太陽能的分布式能源系統， 該系統包括生物質預熱器、生物質粉碎機、循環流化床氣化爐、旋風分離除塵器、空氣分流 器、第一換熱器、第二換熱器、冷凝器、水累、槽式太陽能集熱器、燃氣內燃機發電機組、煙氣 蒸汽型吸收式機組、第=換熱器和固體吸收式除濕機組。
[0011] 其中：生物質預熱器，用于干燥生物質，降低生物質的含水量;生物質粉碎機，用于 將生物質原料破碎成粉狀物料;循環流化床氣化爐，用于生物質和水蒸氣參與氣化反應，生 成合成氣，滿足燃氣內燃機發電機組燃料需求;旋風分離除塵器，用于對循環流化床氣化爐 出口的合成氣進行除塵凈化處理，除去燃氣中的灰分及炭顆粒等雜質；空氣分流器，用于利 用預熱的空氣，一方面通入生物質預熱器干燥生物質，一方面通入循環流化床氣化爐滿足 氣化反應的需求;第一換熱器，利用合成氣的高溫熱能預熱空氣，W生產熱量，滿足干燥生 物質需求;第二換熱器，利用合成氣的高溫熱能產生120°c熱水，滿足滿足煙氣蒸汽型吸收 式機組的熱水需求;冷凝器，用于除去合成氣中冷凝出來的水分;水累，用于對0.1MPa、25°C 水進行加壓處理，通入到槽式太陽能集熱器中；槽式太陽能集熱器，W水作為吸熱工質，利 用太陽熱能加熱水，W生產水蒸氣，滿足循環流化床氣化爐中氣化反應的需求;燃氣內燃機 發電機組，利用經過凈化處理的合成氣做功發電，滿足用戶和維持機組正常運行的電需求； 煙氣蒸汽型吸收式機組，采用漠化裡溶液，用于利用燃氣內燃機發電機組的煙氣和第二換 熱器產生水蒸氣為余熱制取冷凍水，W滿足用戶制冷需求;第=換熱器，用于利用漠化裡吸 收式機組出口的余熱，加熱進口側生活熱水，滿足用戶生活熱水需求；固體吸收式除濕機 組，用于利用內燃機發電機組的缸套水余熱，對需求建筑進行除濕，合理利用低溫余熱。 [001^ (S巧益效果
[0013] 從上述技術方案可W看出，本發明具有W下有益效果：
[0014] 1、本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統，通過將太陽能和生物質 兩種可再生能源技術的有效整合，發揮各自的優勢，充分利用太陽能熱能，提高生物質氣化 過程效率，使得冷燃氣效率達63.2%，同時實現不同可再生能源的對口合理利用，使得系統 總能源效率達72.9%。
[0015] 2、本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統，生物質作為一種儲量豐 富、潔凈的可再生能源，通過一定技術手段將生長過程中吸收的二氧化碳重新釋放到大氣 中，在一定程度上可實現二氧化碳零排放，從而減少溫室氣體排放；
[0016] 3、本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統，太陽能作為一種清潔的 可再生能源，通過槽式太陽能集熱器，W水為導熱介質生成中溫水蒸氣，太陽能光熱轉換技 術為氣化反應提供一部分蒸汽的氣化潛熱，通過水蒸氣參與生物質氣化反應，將太陽能中 低溫熱能間接轉化為合成氣化學能；
[0017] 4、本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統，通過將低能量密度的生 物質轉換為高品質的電能W及不同品位的熱能如生活熱水、供熱、制冷，實現對能量系統中 能源的梯級利用；
[0018] 5、本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統，充分利用氣化過程中合 成氣的余熱資源，將合成氣的高溫余熱資源進行回收，不僅進一步凈化合成氣，同時還充分 利用合成氣的余熱能；
[0019] 6、本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統，系統產品輸出多元化： 發電、生活熱水、制冷，滿足不同功能用戶對多種能源的需求；
[0020] 7、本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統，直接面向用戶，解決生 物質分散、能量密度低的問題，為電網末端或偏遠且生物質資源豐富的地區提供能量，降低 輸送過程中的能耗，提高系統的總效率。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，W下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0023] 如圖1所示，是本發明提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統的示意圖，該 系統包括生物質預熱器、生物質粉碎機、循環流化床氣化爐、旋風分離除塵器、空氣分流器、 第一換熱器、第二換熱器、冷凝器、水累、槽式太陽能集熱器、燃氣內燃機發電機組、煙氣蒸 汽型吸收式機組、第=換熱器和固體吸收式除濕機組。
[0024] 生物質原料（1)在生物質預熱器中經200°C的空氣(9)預熱，除去生物質原料中的 外在水分，使得生物質原料水分含量降至10%左右。經過干燥處理的生物質原料(2)進入生 物質粉碎機進行研磨，使生物質原料粒徑在1 -2mm范圍內。經過干燥處理的生物質原料(3) 進入循環流化床氣化爐，與350°C的水蒸氣（15)混合發生氣化反應(氣化壓力為0.1 M化，氣 化溫度為850°C )。含有固體顆粒物的高溫合成氣(4)首先進入旋風分離除塵器除去其中的 灰分等固體顆粒物(29)，然后進入第一換熱器進行熱回收，預熱空氣(9)至200°C(10)，再通 入第二換熱器生產〇.6MPa的水蒸氣（18)用于為煙氣蒸汽型吸收式機組提供余熱，最終溫度 降至25°C的合成氣（7)經冷凝器分離出冷凝水(30)。在第一換熱器中經過高溫合成氣預熱 至20(TC的空氣（10)經過空氣分流器分流，分別用于干燥生物質并參與氣化反應作為氣化 劑。在太陽能集熱過程中，25°C、0.1 M化的水（11)經水累加壓，通入槽式太陽能集熱器中吸 收中低溫太陽熱能，產生350°C的水蒸氣（15)作為生物質氣化反應的氣化劑。
[0025] 經過凈化處理的合成氣（8)通入燃氣內燃機發電機組與空氣（16)混合燃燒發電， 產生400-500°C左右的煙氣（17)首先進入煙氣蒸汽型吸收式機組，產生rc冷凍水(24);然 后進入第S換熱器換熱，產生80°C的生活熱水（26)，最后120°C左右的煙氣（17)排放至大 氣。與此同時，內燃機發電機組產生的低溫缸套水(20)用于為固體吸收式除濕機組提供低 溫余熱，產生符合除濕要求的空氣(22)，為用戶提供除濕負荷。
[0026] 本發明所提供的禪合生物質和太陽能的分布式能源系統裝置在具體實施例中可 采用主要參數如表1所示。選取稻殼作為研究對象，WlOOOkgA木屑輸入量進行計算，氣化 空氣量為1820kg/h，水蒸氣輸入量為380kg/h。同時選取湖南地區太陽能福照指標作為參 考，年福照時數1400-2200小時左右，年福射總量4190-5016MJ/m2,標準光照下年平均日照 時間3.1-3.8小時。
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[0027]表1 [002引
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[0031]本發明中太陽能集熱量為324kW，占系統總能量的輸入比例為7.62%，生物質氣化 過程中冷燃氣效率達63.2%，系統總能源效率為72.9%。從設計分析中得知，本發明系統實 現冷、熱、電、除濕的多輸出，同時禪合多種可再生能源，實現了可再生能源的綜合互補，同 時減少了對化石能源的依賴。
【主權項】
1. 一種耦合生物質和太陽能的分布式能源系統，其特征在于，該系統包括生物質預熱 器、生物質粉碎機、循環流化床氣化爐、旋風分離除塵器、空氣分流器、第一換熱器、第二換 熱器、冷凝器、水栗、槽式太陽能集熱器、燃氣內燃機發電機組、煙氣蒸汽型吸收式機組、第 三換熱器和固體吸收式除濕機組，其中： 生物質預熱器，用于干燥生物質，降低生物質的含水量； 生物質粉碎機，用于將生物質原料(農林廢棄物)破碎成粉狀物料； 循環流化床氣化爐，用于生物質和水蒸氣參與氣化反應，生成合成氣，滿足燃氣內燃機 發電機組燃料需求； 旋風分離除塵器，用于對鼓泡流化床氣化爐出口的合成氣進行除塵凈化處理，除去燃 氣中的灰分及炭顆粒； 空氣分流器，用于利用預熱的空氣，一方面通入生物質預熱器干燥生物質，一方面通入 鼓泡流化床氣化爐滿足氣化反應的需求； 第一換熱器，利用合成氣的高溫熱能預熱空氣，以生產熱量，滿足干燥生物質需求； 第二換熱器，利用合成氣的高溫熱能產生〇.6MPa水蒸氣，滿足滿足煙氣蒸汽型吸收式 機組的蒸汽需求； 冷凝器，用于除去合成氣中冷凝出來的水分； 水栗，用于對0.1MPa、25°C水進行加壓處理，通入到槽式太陽能集熱器中； 槽式太陽能集熱器，以水作為吸熱工質，利用太陽熱能加熱水，以生產水蒸氣，滿足循 環流化床氣化爐中氣化反應的需求； 燃氣內燃機發電機組，利用經過凈化處理的合成氣做功發電，滿足用戶和維持機組正 常運行的電需求； 煙氣蒸汽型吸收式機組，采用溴化鋰溶液，用于利用燃氣內燃機發電機組的煙氣和第 二換熱器產生水蒸氣為余熱制取冷凍水，以滿足用戶制冷需求； 第三換熱器，用于利用溴化鋰吸收式機組出口的余熱，加熱進口側生活熱水，滿足用戶 生活熱水需求； 固體吸收式除濕機組，用于利用內燃機發電機組的缸套水余熱，對需求建筑進行除濕， 合理利用低溫余熱。2. 根據權利要求1所述的耦合生物質和太陽能的分布式能源系統，其特征在于，該分布 式能源系統輸入原料為生物質和太陽能，為可再生能源之間互補。3. 根據權利要求1所述的耦合生物質和太陽能的分布式能源系統，其特征在于，所述循 環流化床氣化爐中干燥后的生物質原料與槽式太陽能集熱器出口的水蒸氣一起參與氣化 反應，生成合成氣。4. 根據權利要求1所述的耦合生物質和太陽能的分布式能源系統，其特征在于，所述第 二換熱器中高溫合成氣用于產〇.6MPa水蒸汽，用于提供煙氣蒸汽型吸收式機組余熱熱源。5. 根據權利要求1所述的耦合生物質和太陽能的分布式能源系統，其特征在于，所述空 氣分流器分成兩股不同流量的預熱空氣，分別通入生物質預熱器和循環流化床。6. 根據權利要求5所述的耦合生物質和太陽能的分布式能源系統，其特征在于，所述生 物質預熱器利用預熱過空氣，對生物質原料進行預熱，降低生物質含水量，提高氣化反應效 率。7.根據權利要求5所述的耦合生物質和太陽能的分布式能源系統，其特征在于，所述循 環流化床氣化爐中干燥后的生物質原料與空氣分流器分流的一部分空氣、槽式太陽能集熱 器出口的水蒸氣一起參與氣化反應，生成合成氣。
【文檔編號】F24J2/04GK105910295SQ201610227262
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】李洪強, 張曉烽, 王飛, 曾蓉, 康書碩, 張國強
【申請人】湖南大學