专利名称：用于污水生物处理的太阳能加热发电系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能加热发电系统，具体来说是一种用于污水生物处理的太阳 能加热发电系统及发电方法。
背景技术：
当今社会能源与环境问题已经成为普遍关注的热点。在目前全球能源日趋紧张的 形势下，对开发新能源技术和进一步开发利用可再生能源提出了迫切需求。开发利用可再 生能源，保护和节省现有资源，成为涉及到人类社会可持续发展的战略问题。在可再生能源中，我国小水电和风电虽然已经达到商业化水平，但它们的资源量 和地理分布毕竟有限，即使全部开发也满足不了未来的需求，只有“太阳能”才是最具有潜 力的可再生能源。我国太阳能资源非常丰富，我国大部分地区位于北纬45°以南，全国2/3 的国土面积年日照时间在2300h以上，每平方米太阳能年辐射总量为3340 8400MJ，陆地 表面每年接收的太阳辐射能相当于17000亿吨标准煤，而且分布极为广泛，具有普遍存在、 永续利用的优点，可为国民经济发展提供有效的能源供应。近年来，我国城市污水处理厂的数目和处理能力迅速增长，但普遍存在运行费用 偏高的问题，其中主要是电耗大。城市污水处理厂消耗的能源主要包括电、和药剂等潜在能 源，其中电耗占总能耗的60% 90%，而污水处理电耗占全厂总电耗的50% 80%，可见 污水处理是处理厂耗电大户，自然也就是节能重点。温度是影响微生物生长活动的主要因素，主要体现在微生物的增殖速度和活性两 个方面。污水生物处理中的微生物适宜的生长温度为15 35°C。当温度小于15°C时微生 物的增殖速度和活性明显下降。当水温低于10°C时，每降低1°C，微生物的活性都会大幅降 低，甚至失去活性。因而，在水温较低时，充分利用现有的清洁能源对污水生物处理反应池 进水进行加热可明显提高系统处理效率。因而，在污水生物处理系统中建立太阳能加热系统，不仅能够提高污水处理效率， 而且能够为污水处理厂提供电能，降低污水厂的电耗，从而更好地实现节能降耗。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种污水生物处理过程中，在低温时 对污水处理厂进水进行加热，并可将多余能量转化成电能的装置。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明用于污水生物处理的太阳能加热发电系统，包括太阳能集热器、两个阀门、 PLC控制系统、在线温度测定仪、热交换加热器、涡轮发电机、蓄电池、配电室和开关，其中 在线温度测定仪①置于距离生物反应池进水口处，在线温度测定仪①的输出端与PLC控制 系统①相连接，在线温度测定仪②置于生物反应池沿进水口的水流方向在线温度测定仪① 后，在线温度测定仪②的输出端与PLC控制系统②相连接，PLC控制系统①的输出端分别与 阀门①和阀门②相连接，阀门①置于太阳能集热器与热交换加热器之间，阀门②置于太阳能集热器与发电机之间，涡轮发电机输出端依次串接蓄电池连、配电室和开关，PLC控制系 统②的输出端与开关连接。所述热交换加热器的内管内还安装电加热器。用于污水生物处理的太阳能加热发电系统的发电方法如下太阳能集热器收集热量，加热流过太阳能集热器的传导液，使热传导液汽化，形 成过热的蒸汽；当在线温度测定仪①回馈的温度< 20°C时，阀门①打开，阀门②关紧，蒸汽进入热 交换加热器，热交换加热器对进水进行加热；当在线温度测定仪①回馈的温度> 25°C时，阀门①打开，阀门②打开，蒸汽进入涡 轮发电机，涡轮机将热能转化为电能，并将产生的电经蓄电池送入配电室；当在线温度测定仪①回馈的温度介于20°C到25°C之间时，阀门①闭合，阀门②打 开，蒸汽同时进入热交换加热器和涡轮发电机，热交换加热器对进水进行加热，而涡轮机将 热能转化为电能，并将产生的电经蓄电池送入配电室；当在线温度测定仪②回馈的温度< 20°C时，开关闭合，配电室对热交换加热器进 行供电，热交换加热器中蒸汽对内管进水加热与电加热器加热同时进行；当在线温度测定仪②回馈的温度> 20°C时，开关断开，配电室停止对热交换加热 器进行供电，热交换加热器中只进行蒸汽对内管进水加热。通过使用本发明所述的水处理中太阳能加热发电系统，能够对进水进行加热，提 高水处理过程中微生物对污染物的降解效率。同时，多余的能力还可以被转化成电能，送入 供电室，节省污水处理厂的电耗。本发明的优点是1、为污水处理厂提供一个可以同时进行加热和发电的设备，提高了微生物降解污 染物的效率，同时减少了污水厂的电耗；2、整个系统采用电脑程序控制，自动化程度高，保证了装置运行的稳定性；3、不用占用土地资源，与建筑结合为一体的节能项目；4、既适用于新建污水处理厂，也适合老污水处理厂的挖潜改造，对老污水处理厂 的挖潜改造基本不需改动原有工艺结构；5、由于采用该系统后进水水温稳定，从而使得污水处理微生物活性高而且稳定， 能够保证稳定的出水水质。
图1为本发明的流程图；图2为热交换加热器剖面图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明及其具体实施方式
作进一步详细说明。用于污水生物处理的太阳能加热发电系统包括太阳能集热器，阀门，PLC控制系 统，在线温度测定仪，热交换加热器，涡轮发电机，蓄电池，配电室，开关。太阳能集热器收集热量，加热流过太阳能集热器的传导液，使热传导液汽化，同时在能量区的热转换设备中产生高压、过热的蒸汽，然后送入热交换加热器中加热进水或是 送入常规的蒸汽涡轮发电机中进行发电。在线温度测定仪，用于测定生物反应池水温。在线温度测定仪①置于距离生物反 应池进水口 1 2m处，用于测定利用太阳能加热后的水温，在线温度测定仪①的输出端与 PLC控制系统①相连接。在线温度测定仪②置于沿进水口的水流方向在线温度测定仪①后 1 2m处，用于测定经太阳能和电加热后进水温度，在线温度测定仪②的输出端与PLC控制 系统②相连接。PLC控制系统①的输出端与阀门①和阀门②相连接，阀门①控制置于太阳能集热 器与热交换加热器之间，阀门②置于太阳能集热器与发电机之间，用于控制蒸汽输送方向。热交换加热器的剖面图如附图2，过热的蒸汽可对内管的进水进行加热。内管安装 电加热器，当转化的蒸汽全部用来加热进水仍然达不到温度要求时，开关闭合，配电室提供 电源，此时蒸汽对内管进水加热与电加热器加热同时进行。涡轮发电机将热能转化为电能，输出端与蓄电池相连接，经过蓄电池将产生的电 能送入配电室。PLC控制系统②的输出端与开关相连，当开关闭合时，供电室向热交换加热器供 电；开关断开时，供电室停止向热交换加热器供电。本发明的运作过程如下太阳能集热器收集热量，加热流过太阳能集热器的传导液，使热传导液汽化，形成 过热的蒸汽；当在线温度测定仪①回馈的温度< 20°C时，阀门①打开，阀门②关紧，蒸汽进入热 交换加热器，热交换加热器对进水进行加热；当在线温度测定仪①回馈的温度> 25°C时，阀门①打开，阀门②打开，蒸汽进入涡 轮发电机，涡轮机将热能转化为电能，并将产生的电送入配电室；当在线温度测定仪①回馈的温度介于20°C到25°C之间时，阀门①闭合，阀门②打 开，蒸汽同时进入热交换加热器和涡轮发电机，热交换加热器对进水进行加热，而涡轮机将 热能转化为电能，并将产生的电送入配电室；当在线温度测定仪②回馈的温度< 20°C时，开关闭合，配电室对热交换加热器进 行供电，热交换加热器中蒸汽对内管进水加热与电加热器加热同时进行；当在线温度测定仪②回馈的温度> 20°C时，开关断开，配电室停止对热交换加热 器进行供电，热交换加热器中只进行蒸汽对内管进水加热。
权利要求
一种用于污水生物处理的太阳能加热发电系统，其特征在于包括太阳能集热器、两个阀门、PLC控制系统、在线温度测定仪、热交换加热器、涡轮发电机、蓄电池、配电室和开关，其中在线温度测定仪①置于距离生物反应池进水口处，在线温度测定仪①的输出端与PLC控制系统①相连接，在线温度测定仪②置于生物反应池沿进水口的水流方向在线温度测定仪①后，在线温度测定仪②的输出端与PLC控制系统②相连接，PLC控制系统①的输出端分别与阀门①和阀门②相连接，阀门①置于太阳能集热器与热交换加热器之间，阀门②置于太阳能集热器与发电机之间，涡轮发电机输出端依次串接蓄电池连、配电室和开关，PLC控制系统②的输出端与开关连接。
2.根据权利要求1所述的用于污水生物处理的太阳能加热发电系统，其特征在于所述 热交换加热器的内管内还安装电加热器。
3.一种用于污水生物处理的太阳能加热发电系统的发电方法，其特征在于太阳能集热器收集热量，加热流过太阳能集热器的传导液，使热传导液汽化，形成过 热的蒸汽；当在线温度测定仪①回馈的温度< 20°C时，阀门①打开，阀门②关紧，蒸汽进入热交换 加热器，热交换加热器对进水进行加热；当在线温度测定仪①回馈的温度> 25°C时，阀门①打开，阀门②打开，蒸汽进入涡轮发 电机，涡轮机将热能转化为电能，并将产生的电经蓄电池送入配电室；当在线温度测定仪①回馈的温度介于20°C到25°C之间时，阀门①闭合，阀门②打开， 蒸汽同时进入热交换加热器和涡轮发电机，热交换加热器对进水进行加热，而涡轮机将热 能转化为电能，并将产生的电经蓄电池送入配电室；当在线温度测定仪②回馈的温度< 20°C时，开关闭合，配电室对热交换加热器进行供 电，热交换加热器中蒸汽对内管进水加热与电加热器加热同时进行；当在线温度测定仪②回馈的温度> 20°C时，开关断开，配电室停止对热交换加热器进 行供电，热交换加热器中只进行蒸汽对内管进水加热。
全文摘要
本发明用于污水生物处理的太阳能加热发电系统及发电方法，所述系统包括太阳能集热器，阀门，PLC控制系统，在线温度测定仪，热交换加热器，涡轮发电机，蓄电池，配电室，开关。所述方法太阳能集热器收集热量，加热流过太阳能集热器的传导液，使热传导液汽化，同时在能量区的热转换设备中产生高压、过热的蒸汽，然后送入热交换加热器中加热进水或是送入常规的蒸汽涡轮发电机中进行发电。本发明采用电脑程序控制，自动化程度高，保证了装置运行的稳定性，既适用于新建污水处理厂，也适合老污水处理厂的挖潜改造，对老污水处理厂的挖潜改造不需改动原有工艺结构，不仅能够提高污水处理效率，而且能够为污水处理厂提供电能，降低污水厂的电耗。
文档编号F03G6/06GK101858320SQ20101014098
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者丁亚楠, 刘志刚, 李轶 申请人:河海大学