一種基于生物質氣的分布式冷熱電聯供系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于生物質氣的分布式冷熱電聯供系統。
【背景技術】
[0002]我國作為農業大國，具有相當豐富的生物質能資源，每年可用于生產生物質氣的資源約折合2.5億噸標準煤，能轉化當量沼氣約1990億立方米，折合天然氣1200億立方米，相當于我國2011年天然氣消費量1290億立方米的93%，按照2011年的能源消費總量(34.8億噸標準煤)計算，生物質氣發展將使中國氣體能源消費的比重提高7%左右。另一方面，我國大部分農戶還仍然延續著分散養殖的習慣。目前我國生豬分散養殖戶為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32億噸，如果不能適時處理將會極大的污染社會環境。
[0003]厭氧微生物分解生物質中的有機物會產生大量沼氣，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重危害人體健康、破壞環境并加劇溫室效應。同時，沼氣作為一種典型的生物質氣可再生能源，具有燃燒產物污染小等優點，I立方米沼氣完全燃燒能產生相當于0.7千克無煙煤提供的熱量，利用沼氣發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，凈化空氣環境。再者，冷熱電聯供系統是一種建立在能量梯級利用概念基礎上的總能系統，其最大特點是可對不同品位的熱能實現綜合梯級利用，同時完成發電、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，從而降低遠距離供能的傳輸損失，極大的提高社會經濟效益及能源利用效率。在現有技術條件下，聯供系統的一次能源利用率可達到75%-90%，目前已受到國內外不同行業的廣泛青睞。因此，在農村養殖場等具有豐富生物質氣資源的場所推廣使用沼氣冷熱電聯供系統，對推動農業結構調整及建設社會主義新農村具有重要意義。
[0004]然而一個不爭的事實是，目前我國農村生物質沼氣大多僅用于農戶坎事，在非坎事時間則處于閑置狀態，從而造成了裝置、資金及資源的極大浪費，即便是現有的沼氣發電項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供系統。小型(如30kW)的生物質氣冷熱電聯供系統非常適合我國分散式、小規模應用的需求，發出的電力可滿足手工業、排灌以及邊遠地區的生活用電，同時也可極大的緩解農村供熱難和局部環境污染的問題。顯而易見，我國對數十千瓦級生物質氣冷熱電聯供分布式供能系統的需求十分緊迫，需求數量巨大。
[0005]小型冷熱電聯供系統一般指機組容量低于500kW，高于20kW的系統，以燃氣內燃機或微型燃氣輪機為主要動力裝置，其中內燃發電機組機因技術成熟、價格低廉和發電效率高等優點而被廣泛應用于小型聯供系統。燃氣內燃機的排煙作為高溫熱源驅動溴化鋰吸收式機組，用于制冷或供熱，內燃機的缸套水還可制取生活熱水。然而遺憾的是，現有內燃發電機組中的發電機大多通過風扇風冷，發電機廢熱被風帶走，難以回收利用，從而未能最大程度彰顯聯供系統的節能特性。
[0006]通過檢索發現，目前大多數冷熱電聯供系統的動力均來自于以天然氣為主的化石燃料，如專利號為200710021510.7 (申請日2007.4.18)提出了一種由天然氣驅動的小型冷熱電聯供系統，還有采用生物質固體成型燃料燃燒后的煙氣作為熱源的冷熱電聯供系統，如專利號為201110345197.9 (申請日2011.11.04)介紹了一種由生物質固體燃燒后的煙氣驅動的冷熱電聯供系統，另外也有部分冷熱電聯供系統動力源來自于太陽能，如專利號為200710041475.5 (申請日2007.5.31)的專利中聯供系統的動力來自于太陽能。尚未發現以生物質沼氣為動力驅動源的冷熱電聯供系統以及針對發電機余熱回收的設計。
【發明內容】
[0007]本發明為了解決上述問題，提出了一種基于生物質氣的分布式冷熱電聯供系統，本裝置通過燃氣內燃機產生動力帶動發電機發電，同時將內燃機產生的高溫煙氣通入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組實現制冷、供熱。
[0008]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0009]一種基于生物質氣的分布式冷熱電聯供系統，包括沼氣收集凈化部件、燃氣內燃機、水冷發電機、煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組、換熱裝置及冷卻塔；其中，沼氣收集凈化部件連接燃氣內燃機，燃氣內燃機利用凈化后的沼氣驅動產生動力，帶動與其連接的水冷發電機進行發電，冷卻塔產生的冷卻水通過出水口進入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組，燃氣內燃機產生的高溫煙氣進入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組，產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組和水冷發電機均連接換熱裝置。
[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存糞便發酵產生的沼氣，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連接燃氣內燃機，另一側連接補燃裝置。
[0011]所述補燃裝置對沼氣進行補燃，產生的煙氣經過第三三通閥的出口、乏氣管進入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組。
[0012]所述燃氣內燃機通過凈化后的沼氣驅動，產生動力，通過輸出軸帶動水冷發電機發電，產生的煙氣通過第三三通閥、乏氣管進入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組，所述水冷發電機通過發電機冷卻水進水管、出水管分別連接發電機換熱器的兩端。
[0013]所述燃氣內燃機通過缸套水進水管、缸套水出水管分別連接缸套水換熱器，產生的熱水通過第二三通閥的一側出水口傳輸給用于提供生活熱水的管道，另一側出水口通過管道連接煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組的熱水入口。
[0014]所述換熱裝置包括缸套水換熱器、發電機換熱器和煙氣換熱器，缸套水換熱器、發電機換熱器通過管道連接，煙氣換熱器的一側入口連接煙氣型溴化鋰吸收式冷溫水機組的排氣管，煙氣換熱器的另一側入口連接常溫水管道，經過換熱后產生熱水有另一側入口連接煙氣熱水由熱水管道排出，循環利用后的廢氣通過尾氣排出管排出。
[0015]燃氣內燃機的動力由豬牛羊糞便、農業生產廢棄物等發酵產生的沼氣提供。發酵產生的沼氣首先進入凈化裝置，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、甲苯等非甲烷有機化合物，這些物質會導致燃燒不充分，凈化后可提高燃燒效率及可靠性，并減少空氣污染。
[0016]燃氣內燃機產生動力通過輸出軸帶動水冷發電機發電，為用戶提供所需電能。常溫水通過常溫水進水管進入發電機冷卻水換熱器，初次增溫后的熱水再通過內燃機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，同時還可由吸收式制冷機熱水入口通入吸收式機組進行制冷、供熱。
[0017]燃氣內燃機產生的高溫煙氣作為熱源經乏氣管通入煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機組，冷卻水通過冷卻塔出水口進入吸收式機組進行換熱，換熱后的冷卻水再通過冷卻塔進水口送回冷卻塔中進行冷卻，完成冷卻水循環。
[0018]煙氣熱水型溴化鋰吸收式機組根據用戶需求，如在夏季，冷媒水通過冷(熱)媒水入口進入吸收式機組，降溫后的冷媒水由吸收式機組的冷水出口排出用于制冷；如在冬季，升溫后的熱媒水經吸收式機組的熱水出口排出用于供暖。當燃氣內燃機產生的高溫煙氣不足以制取足夠冷(熱)量時，將串聯回收內燃機缸套水和發電機冷卻水產生的熱水通入吸收式機組以作補充。若仍無法滿足需求，再將一部分沼氣通入補燃裝置為吸收式機組提供額外熱量，以制取足夠的冷(熱)量。
[0019]本發明的工作原理為:以豬牛羊糞便、農業生產廢棄物等發酵產生的沼氣作為聯供系統的能源，通過燃氣內燃機產生動力驅動發電機以提供用戶所需電能。燃氣內燃機產生的高溫煙氣通入煙氣熱水型溴化鋰吸收式機組實現制冷、供暖，同時凈化