复合式沼气发电系统的制作方法

本实用新型涉及沼气发电及多级余热发电技术领域。

背景技术：

在煤化工、养殖场、污水处理厂等都会产生大量沼气，沼气用来发电是一项非常成熟的技术，但是，如何提高沼气发电效率，是值得研究的问题。本发明在回收利用沼气发电排烟余热的方法和装置(专利号：CN101586513A)的基础上，设计出一种复合式沼气发电系统，系统利用了水蒸汽的高效发电的方法(专利号：CN103266924A)和热水发电方法，较大地提高了沼气发电效率，真正实现了能源的梯级利用。

技术实现要素：

为解决现有沼气发电系统效率偏低的缺陷，本发明提供一种沼气复合式发电系统，以提高能源的综合利用效率。

本发明的主要创新点在于：将沼气发电过程中产生的余热，根据其介质温度不同，采用不同设备驱动发电机发电，形成了复合式沼气发电系统。与图1所示的现有沼气发电系统相比，本系统的优点是较好地解决了乏汽的冷却问题及烟气的再利用。在图1所述的系统中，蒸汽经过膨胀机直接膨胀发电，由于膨胀机直接膨胀的排气温度不可能太低，需要冷却塔对排出的蒸汽或热水(温度在100℃左右)进行冷却(如图1中的9)，而本发明对100℃左右的蒸汽或热水通过有机工质进行换热，可将前级发电系统排出的蒸汽或热水降为60℃-70℃的水，需要冷却的是有机工质，这部分所需的冷却功率降低了很多。另外，在图1所述的系统中，经余热锅炉降温后的烟气通过烟囱5排出，而在实际应用中，降温后的烟气还有近180℃的温度，在本系统中，通过对循环水进行预加热后，再经烟囱排出。这样，从多方面利用了可用的热源，提高了沼气发电系统的效率，减少了冷却装置的耗能，节能减排效果明显，具有广泛的应用前景。

复合式沼气发电系统包括沼气压缩罐(100)、沼气内燃机(200)发电和多级余热发电系统。该系统的技术方案为：1、沼气压缩罐(100)中的沼气进入沼气内燃机(200)带动与之相连的发电机(300)进行做功发电。2、发电后的高温烟气进入余热锅炉(400)，与循环水进行换热，水吸热后产生的高温蒸汽进入蒸汽轮机(210)或蒸汽膨胀机(240)，带动与之相连的发电机(310)进行做功发电。3、降温后的烟气用来预热给水系统(600)。4、蒸汽轮机(210)或蒸汽膨胀机(240)的排气(低温蒸汽)与有机工质进行换热，有机工质 气体进入膨胀机(220)，带动与之相连的发电机(320)进行做功发电，发电后的有机工质进行循环使用，循环水经过水处理系统(500)进入给水系统(600)。5、沼气内燃机(200)在做功过程中需要对缸套进行冷却降温，本系统通过发电方式进行冷却，即将缸套水与有机工质进行换热，有机工质进入膨胀机(230)，带动发电机(330)进行做功发电。6、冷凝器(710)与内燃机(200)缸套冷却水旁路相连，通过打开阀(340、350)在膨胀机(230)不工作时也可对缸套冷却水进行冷却。

本发明的有益效果是：复合式沼气发电系统较大地提高了沼气的发电效率。首先通过沼气进入沼气内燃机(200)进行第一级发电(300)；沼气内燃机废烟气具有较高温度，通过余热锅炉将废烟气一部分热量通过换热，将水变成水蒸气，水蒸汽进入蒸汽轮机(210)或蒸汽膨胀机(240)进行第二级发电(310)；蒸汽轮机(210)或蒸汽膨胀机(240)排出的低温蒸汽或热水通过与有机工质进行换热，有机工质推动膨胀机(220)进行第三级发电(320)；同时，在沼气内燃机冷却系统中，将缸套水与有机工质进行换热，有机工质推动膨胀机(230)进行第四级发电(330)。余热锅炉排出的烟气仍然具有较高的温度，本系统中利用余热锅炉排出的废烟气对给水系统(600)进行预热，实现能源的梯级利用，提高了沼气的发电效率，节能减排效果明显，具有广泛的应用前景。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为现有沼气发电系统示意图。

图2为本发明复合式沼气发电系统示意图。

图3为实施例二本发明复合式沼气发电系统示意图。

图中：1.制沼系统，2.发酵罐，3.内燃机，4.余热锅炉，5.烟囱，6.膨胀机，7.发电机，8.冷凝器，9.冷却塔，100.沼气压力罐，200.沼气内燃机，210.蒸汽轮机，220.膨胀机，230.膨胀机，240.蒸汽膨胀机，300.第一级发电机，310.第二级发电机，320.第三级发电机，330.第四级发电机，340.截止阀，350.截止阀，400.余热锅炉，500.水处理系统，510.放空阀，600.给水系统，610.给水阀，620.给水泵，700.冷凝器，710.冷凝器。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

沼气量4200Nm³/h，热值5500kcal/Nm³。如图2所示，上述参数沼气进入沼气压力罐(100)进行增压，增压后的沼气在内燃机(200)进行第一级发电机(300)发电；沼气燃烧后产生480℃左右的烟气，进入余热锅炉(400)，在余热锅炉(400)内烟气与水换热，产生38bar、400℃左右的高温蒸汽和排出180℃左右的烟气，高温蒸汽进入蒸汽轮机(210)进行第二级发电机(310)发电；高温蒸汽经过第二级发电后变成100℃左右低温蒸汽或高温水，低温蒸汽或高温水加热有机工质，进入膨胀机(220)进行第三级发电机(320)发电，有机工质通过与膨胀机(220)相连的冷凝器(700)进行冷却；低温蒸汽或高温水与有机工质换热后变为70℃左右的热水，进入水处理系统(500)，在水处理系统(500)中进行软化、补水和排气等处理后，进入给水系统(600)，在给水系统(600)中70℃左右的热水与180℃左右的低温烟气进行换热，形成90℃左右的热水，通过给水阀(610)和给水泵(620)送入余热锅炉(400)循环使用。

沼气内燃机(200)在做功过程中需要冷却降温，本系统通过发电方式进行冷却，即将85℃左右的缸套水与有机工质进行换热，有机工质进入膨胀机(230)，带动第四级发电机(330)发电。85℃左右的缸套水换热后变成60℃的冷却循环水，确保内燃机正常工作。考虑到沼气内燃机(200)工作的可靠性，当膨胀机(230)发生故障无法进行发电冷却时，与ORC螺杆膨胀机(230)相连的冷凝器(710)仍然可以对缸套水进行冷却，确保内燃机稳定可靠工作。

实施例二

请参阅图3，实施例二与实施例一的区别在于，本实施例中，当沼气总热值较低，沼气内燃机的高温烟气与锅炉循环水在余热锅炉(400)换热产生的蒸汽为200℃左右的中温蒸汽，中温蒸汽进入蒸汽膨胀机(240)进行第二级发电机(310)发电；中温蒸汽经过第二级发电后变成低温蒸汽或热水，低温蒸汽或热水加热有机工质，进入膨胀机(220)进行第三级发电机(320)发电。

显然，上面描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。