一种基于生物质气的分布式冷热电联供系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于生物质气的分布式冷热电联供系统。
【背景技术】
[0002]我国作为农业大国，具有相当丰富的生物质能资源，每年可用于生产生物质气的资源约折合2.5亿吨标准煤，能转化当量沼气约1990亿立方米，折合天然气1200亿立方米，相当于我国2011年天然气消费量1290亿立方米的93%，按照2011年的能源消费总量(34.8亿吨标准煤)计算，生物质气发展将使中国气体能源消费的比重提高7%左右。另一方面，我国大部分农户还仍然延续着分散养殖的习惯。目前我国生猪分散养殖户为1.07亿户，奶牛、肉牛0.18亿户，蛋肉鸡1.17亿户，羊0.28亿户，役畜0.22万户，其粪便排放量每年则高达32亿吨，如果不能适时处理将会极大的污染社会环境。
[0003]厌氧微生物分解生物质中的有机物会产生大量沼气，在沼气的成分中，甲烷约占50% -70%，其余为二氧化碳和少量硫化氢等，此外还包含乙烷、甲苯等非甲烷有机化合物。沼气是一种易燃、易爆的有毒气体，其直接排入空气将严重危害人体健康、破坏环境并加剧温室效应。同时，沼气作为一种典型的生物质气可再生能源，具有燃烧产物污染小等优点，I立方米沼气完全燃烧能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量，利用沼气发电不仅可解决电力短缺问题，又能减少甲烷等温室气体的排放，净化空气环境。再者，冷热电联供系统是一种建立在能量梯级利用概念基础上的总能系统，其最大特点是可对不同品位的热能实现综合梯级利用，同时完成发电、制冷及供热(包括供暖和热水)三过程，就地满足用户的冷、热、电需求，从而降低远距离供能的传输损失，极大的提高社会经济效益及能源利用效率。在现有技术条件下，联供系统的一次能源利用率可达到75%-90%，目前已受到国内外不同行业的广泛青睐。因此，在农村养殖场等具有丰富生物质气资源的场所推广使用沼气冷热电联供系统，对推动农业结构调整及建设社会主义新农村具有重要意义。
[0004]然而一个不争的事实是，目前我国农村生物质沼气大多仅用于农户坎事，在非坎事时间则处于闲置状态，从而造成了装置、资金及资源的极大浪费，即便是现有的沼气发电项目也均以大中型为主，缺少小型工程，基本没有以沼气为能源的冷热电联供系统。小型(如30kW)的生物质气冷热电联供系统非常适合我国分散式、小规模应用的需求，发出的电力可满足手工业、排灌以及边远地区的生活用电，同时也可极大的缓解农村供热难和局部环境污染的问题。显而易见，我国对数十千瓦级生物质气冷热电联供分布式供能系统的需求十分紧迫，需求数量巨大。
[0005]小型冷热电联供系统一般指机组容量低于500kW，高于20kW的系统，以燃气内燃机或微型燃气轮机为主要动力装置，其中内燃发电机组机因技术成熟、价格低廉和发电效率高等优点而被广泛应用于小型联供系统。燃气内燃机的排烟作为高温热源驱动溴化锂吸收式机组，用于制冷或供热，内燃机的缸套水还可制取生活热水。然而遗憾的是，现有内燃发电机组中的发电机大多通过风扇风冷，发电机废热被风带走，难以回收利用，从而未能最大程度彰显联供系统的节能特性。
[0006]通过检索发现，目前大多数冷热电联供系统的动力均来自于以天然气为主的化石燃料，如专利号为200710021510.7 (申请日2007.4.18)提出了一种由天然气驱动的小型冷热电联供系统，还有采用生物质固体成型燃料燃烧后的烟气作为热源的冷热电联供系统，如专利号为201110345197.9 (申请日2011.11.04)介绍了一种由生物质固体燃烧后的烟气驱动的冷热电联供系统，另外也有部分冷热电联供系统动力源来自于太阳能，如专利号为200710041475.5 (申请日2007.5.31)的专利中联供系统的动力来自于太阳能。尚未发现以生物质沼气为动力驱动源的冷热电联供系统以及针对发电机余热回收的设计。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于生物质气的分布式冷热电联供系统，本装置通过燃气内燃机产生动力带动发电机发电，同时将内燃机产生的高温烟气通入烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组实现制冷、供热。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0009]一种基于生物质气的分布式冷热电联供系统，包括沼气收集净化部件、燃气内燃机、水冷发电机、烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组、换热装置及冷却塔；其中，沼气收集净化部件连接燃气内燃机，燃气内燃机利用净化后的沼气驱动产生动力，带动与其连接的水冷发电机进行发电，冷却塔产生的冷却水通过出水口进入烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组，燃气内燃机产生的高温烟气进入烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组，产生冷冻水和热媒水用于制冷与供暖，烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组和水冷发电机均连接换热装置。
[0010]所述沼气收集净化部件，包括沼气收集装置和沼气净化装置，沼气收集装置采集并储存粪便发酵产生的沼气，通过烟管连接沼气净化装置，沼气净化装置连接第一三通阀的入口，第一三通阀的出口一侧连接燃气内燃机，另一侧连接补燃装置。
[0011]所述补燃装置对沼气进行补燃，产生的烟气经过第三三通阀的出口、乏气管进入烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组。
[0012]所述燃气内燃机通过净化后的沼气驱动，产生动力，通过输出轴带动水冷发电机发电，产生的烟气通过第三三通阀、乏气管进入烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组，所述水冷发电机通过发电机冷却水进水管、出水管分别连接发电机换热器的两端。
[0013]所述燃气内燃机通过缸套水进水管、缸套水出水管分别连接缸套水换热器，产生的热水通过第二三通阀的一侧出水口传输给用于提供生活热水的管道，另一侧出水口通过管道连接烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组的热水入口。
[0014]所述换热装置包括缸套水换热器、发电机换热器和烟气换热器，缸套水换热器、发电机换热器通过管道连接，烟气换热器的一侧入口连接烟气型溴化锂吸收式冷温水机组的排气管，烟气换热器的另一侧入口连接常温水管道，经过换热后产生热水有另一侧入口连接烟气热水由热水管道排出，循环利用后的废气通过尾气排出管排出。
[0015]燃气内燃机的动力由猪牛羊粪便、农业生产废弃物等发酵产生的沼气提供。发酵产生的沼气首先进入净化装置，因沼气除含有甲烷外，还包括二氧化碳和少量硫化氢以及乙烷、甲苯等非甲烷有机化合物，这些物质会导致燃烧不充分，净化后可提高燃烧效率及可靠性，并减少空气污染。
[0016]燃气内燃机产生动力通过输出轴带动水冷发电机发电，为用户提供所需电能。常温水通过常温水进水管进入发电机冷却水换热器，初次增温后的热水再通过内燃机缸套水换热器完成二次换热增温。然后通过生活热水出水管排出用于提供生活热水，同时还可由吸收式制冷机热水入口通入吸收式机组进行制冷、供热。
[0017]燃气内燃机产生的高温烟气作为热源经乏气管通入烟气热水型溴化锂吸收式冷温水机组，冷却水通过冷却塔出水口进入吸收式机组进行换热，换热后的冷却水再通过冷却塔进水口送回冷却塔中进行冷却，完成冷却水循环。
[0018]烟气热水型溴化锂吸收式机组根据用户需求，如在夏季，冷媒水通过冷(热)媒水入口进入吸收式机组，降温后的冷媒水由吸收式机组的冷水出口排出用于制冷；如在冬季，升温后的热媒水经吸收式机组的热水出口排出用于供暖。当燃气内燃机产生的高温烟气不足以制取足够冷(热)量时，将串联回收内燃机缸套水和发电机冷却水产生的热水通入吸收式机组以作补充。若仍无法满足需求，再将一部分沼气通入补燃装置为吸收式机组提供额外热量，以制取足够的冷(热)量。
[0019]本实用新型的工作原理为:以猪牛羊粪便、农业生产废弃物等发酵产生的沼气作为联供系统的能源，通过燃气内燃机产生动力驱动发电机以提供用户所需电能。燃气内燃机产生的高温烟气通入烟气热水型溴化锂吸收式机组实现制冷、供暖，同时净化后的沼气还可