一种用于生物质能的分布式能源综合利用系统

本发明涉及生物质能燃烧设备领域，特别涉及一种用于生物质能的分布式能源综合利用系统。

背景技术：

1、生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。世界生物质发电起源于20世纪70年代，当时，世界性的石油危机爆发后，丹麦开始积极开发清洁的可再生能源，大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来，生物质发电在欧美许多国家开始大力发展。生物质气化发电技术是指生物质在气化炉中转化为气体燃料，经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电。气化发电的关键技术之一是燃气净化，气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化系统把杂质除去，以保证发电设备的正常运行。

2、申请号201410667803.2的发明专利公开了一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，应用于偏远地区和户外。该气化炉包括：生物质料仓、干燥室、燃烧室、控制箱、光伏电池板、进料叶片和步进马达、固体进料连接管、正压隔离板、卡扣、燃烧室内胆、燃烧室保温层外套、温差发电片、铅蓄电池、离心风机、六通阀、除尘净化管、焦油分离罐、炉具、相变储热材料注入口、筛板、干燥室连接管、燃烧室连接管、点火设备、5.5vdc电源输出口和12vdc电源输出口。本发明在极端条件下仍能提供生活用能、为手机及电子产品充电，保障使用者的正常生活和对外联系。气化炉结构稳定，安装操作方便，适用范围广。

3、上述技术具备便携的优点，易于携带。但是上述设备并未对生物质燃料进行加热预处理，针对于含水量较高的生物质燃料，在气化过程中容易产生更多的杂质，不仅影响到后期可燃性气体的纯度，同时杂质还会影响气化炉的使用寿命，且针对气化过程中的能量利用并不充分，造成了部分热量的浪费，现需要一种技术，能够在气化炉气化过程中，完成对能量的收集，并提升能量的利用效率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于生物质能的分布式能源综合利用系统，能够提升生物质燃料气化时产生的能量的利用效率。

2、为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：

3、一种用于生物质能的分布式能源综合利用系统，包括若干太阳能板，所述太阳能板设置于向阳处，还包括：

4、区域电网：所述区域电网用于供给小区用电，所述太阳能板将太阳能转化成电能输送至区域电网；

5、气化炉：所述气化炉用于农林废弃物的气化反应，产生可燃性气体；

6、燃气发电机：所述燃气发电机用于燃烧可燃气体，产生电能，并将产生的电能汇入区域电网；

7、可燃性气体清洁设备：包括依次设置于气化炉和燃气发电机之间的冷却箱、除尘箱和除焦油箱；所述可燃性气体清洁设备用于对气化炉产生的可燃性气体依次进行降温、除尘和除焦油，使输送至燃气发电机的可燃性气体达到要求；

8、生物质燃料储存室：所述生物质燃料存储室内设置有加热电阻，所述加热电阻由太阳能板供电，所述加热电阻用于给生物质燃料加热干燥，所述冷却室的出水管道环绕于生物质材料储存室。

9、本方案的原理及基本效果：生物质燃料来源广，如所有农作物秸秆如麦秸、谷壳、玉米秆芯、棉梗、豆秸花生壳以及杂草、树枝、锯末、酒糟、蔗渣、食用菌下脚料、晒干牛粪等，是易于获得的材料，通过对生物质燃料放入密闭的气化炉中，在高温和一定氧气浓度条件下，秸秆等生物质发生气化反应，产生一氧化碳、甲烷、氢气等可燃性气体，将这些气体收集经过降温、除尘和除焦油等工序，储存起来然后通过燃气管网输送至燃气灶进行使用，本方案中将收集的可燃性气体用于燃气发电机燃烧发电，生成的电量汇入区域电网中，区域电网连通每家每户，如小区电网供给整个小区用电，村落电网供给整个村子的用电；区域电网为每家每户提供电能，区域电网也和国家电网连通，在生物质气化后发电量不足时，由国家电网对小区进行供电。

10、太阳能发电通过太阳能板将太阳能汇聚收集输送至区域电网中，太阳能板的逆变器上的热量转运至生物质燃料储存室，用于对生物质燃料进行干燥，生物质燃料储存室被冷却箱的出水管包裹，出水管内的液体携带着来自可燃气体的温度，持续的高温对生物质燃料进行加热预处理，出水管携带的热量为预干燥能量的主要来源，太阳能板的逆变器上的热量搬运作为干燥能量的补充，加热电阻用于调节热量，使得生物质燃料的水分控制在目标值范围内，从而减少了杂质的产生，保证了气化炉的使用寿命。

11、在中国农村，地貌宽广，住户密度小，特别是在寒冷的冬天，大雪封山，交通受阻，如果主电网(国家电网)受到自然灾害损伤，抢修特别困难，且抢修时间不定，会严重影响到山村住户居民的生活用电体验，以人群聚集的小区的为单位，通过区域电网的设立，以小区相对聚集处为基点，输电范围短，维修时间快，区域电网通过燃气发电机将生物质产生的可燃性气体进行燃烧，从而生成电能。将气化炉加热气化所产生的热量间接运用在对生物燃料的预处理上，使得生物质燃料得以干燥备用。本方案在气化炉对生物质燃料进行气化时，同步对储存室内的生物质燃料进行升温干燥，相对于直接引用炉内高温，采用冷却箱内液体对生物质燃料进行干燥的温度更为可控，通过控制冷却箱进出液的流速，能够在恒定热源的情况下，控制生物质燃料储存室的温度在一个恒定的温度内，防止过热不可控高温使得储藏室内的生物质燃料碳化，失去燃烧性能。

12、本方案采用加热电阻在气化炉不运转时对储存室内的生物质燃料进行保温，当保温温度高于环境温度时，空气中的水蒸气在进入储存室内时，由于温差，水蒸气会冷凝在储存室外部，无法进入到储存室内。

13、太阳能板进行太阳能的收集，并储能在区域电网中，持续为生物质储藏室提供能量，以保证对生物质燃料持续干燥，同时通过加热电阻调节生物质燃料储存室内的温度，使得生物质燃料处于一个恒定的温度内，进而将生物质燃料的含水率控制在目标值范围内，由于生物质燃料的实际来源比较复杂，含水率多不相同，在后续气化时，不合要求的生物质燃料将会产生更多的杂质，直接影响到气化炉的使用寿命，通过加热电阻的控温调节，能够使得生物质燃料的含水率处于目标值范围内，完成生物质燃料干燥的标准化。

14、综上所述，本方案通过对生物质燃料储存室中的生物质燃料进行干燥，保温，解决了生物质燃料含水率差异化较大的问题。提升了气化效率，节省了气化所需的时间。同时提升了生物质发电过程中，能量的利用效率。

15、进一步，所述区域电网还用于给所述加热电阻供电，还包括输电控制模块：所述输电控制模块用于控制加热电阻的供电来源，在太阳能板的发电量低于阈值时，由太阳能板收集的太阳能直接供电，并控制区域电网补充缺口所需电量；在太阳能板发电量高于阈值时，所述太阳能板的发电量全部输送至区域电网，再由区域电网给发热电阻单独供电。

16、有益效果：在太阳能发电量不足时，可能不够对生物质燃料进行加热干燥，通过区域电网进行电力补偿，保证生物质燃料的干燥。

17、进一步，所述气化炉本体上开设的进料口为梯形。

18、有益效果：方便放置生物质燃料和清灰。

19、进一步，所述气化炉本体开有进气口，所述气化炉本体内设置有温度传感器，所述温度传感器用于获取气化炉本体内的实时温度，并生成温度信息；还包括电动滑门和数据处理模块，所述数据处理模块内部预存有气化温度与进气量的比例数据，所述数据处理模块根据实时温度数据发出对应的控制信号给电动滑门。

20、有益效果：电动控制相较于人为控制更为精准，且高温条件下，人为控制时可能会有烫伤风险，电动控制减少了危险的产生。

21、进一步，所述气化炉本体外包覆有绝热层或涂抹绝热涂层。

22、有益效果：防止气化炉内的高温热辐射到外界，烫伤工作人员，或者引发火灾事故。

23、进一步，还包括地暖水管，所述地暖水管一端与冷却箱的出水口连通，一端与冷却箱的入水口连通。

24、有益效果：对气化炉中产生的热能进行下一步的利用，通过接入地暖管，能够完成对室内的供暖，在南方城市，地暖普及率较低，特别是在农村，通常是在室内燃烧炭火进行取暖，此举危险系数很高，容易造成一氧化碳中毒，采用气化炉产生的热能对地暖管道进行供热，能够减少能源的使用，由于地暖管道中的液体传递温度，还能够减少有害气体的产生，保证温度的长久供应，同时还能保证使用的安全性。

25、进一步，还包括储气室，所述储气室设置于除焦油箱和燃气发电机之间，所述储气室用于暂存生产的可燃性气体，所述储气室和燃气发电机之间设置有控制可燃性气体通过量的控制阀。

26、有益效果：每个时间的用电量不同，控制阀的设立，将可燃性气体进入燃气发电机的通过量进行精准调控，以达到控制发电功率的作用。

27、进一步，还包括温控模块和地暖加热模块，所述地暖加热模块为地暖热水源分配站，连接若干小区住户家的地暖水管，所述控制阀还控制进入地暖加热模块的可燃性气体量，所述温控模块用于检测地暖的入户温度是否达到阈值，若达不到阈值要求则生成反馈信号；所述地暖加热模块对分配至住户家的地暖水进行二次加热。

28、有益效果：通过对生成的可燃性气体进行二次分配，以达到加热地暖水的目的，在冬季晚上，人们都入睡时，用电量减少，即相对于白天可以通过增大气化炉的工作效率以产生更多的热量来保证地暖供热的方案，在夜晚并不适用，储气室还为地暖热水源分配站(地暖加热模块)供气，通过气体燃烧，产生热量对地暖水进行加热，保证其温度能达到要求。

29、进一步，所述太阳能板包括逆变器，所述逆变器用于将直流电转换为交流电接入区域电网，所述逆变器配置有用于降温的毛细管；还包括用于实时检测逆变器温度的控温传感器、实时检测进气口处气体流量的空气流量计、用于检测进料口处的原料添加量的质量传感器和用于检测气化炉内可燃性气体含量的气体流量计；所述数据处理模块还用于接收控温传感器、空气流量计、气体流量计以及质量传感器所测得的数据，所述毛细管在逆变器温度达到阈值时，开始对逆变器进行降温，若此时气体流量计的示数也达到阈值，输电控制模块生成饱和信号，若生物质燃料的进料量超过阈值便生成提醒信号，操作人员根据提醒信号减少进料量，数据处理模块内预设有气化时生物质燃料与空气量进量的对照数据，根据对应的进料量控制电动滑门的开合大小。

30、有益效果：在太阳能板发电充足的情况下，能够很好地为区域电网进行电量补充，用电量一定的情况下，生物质发电量则可对应的减少，以防止气化炉生产的气体量产出过多，造成储存压力大；逆变器温度达到阈值，则表明太阳能板发电处于高速运转状态，转化效率达到峰值，进一步表明此时的太阳能发电量充足，则可通过减少生物质燃料进料量来减少可燃性气体的产生，空气流量计和其他流量计分别测算出空气进气量和可燃性气体的生成量，若在太阳能发电充足情况下，可燃性气体生成量超过阈值，可燃性气体没法及时消耗，造成存储压力，此时减少进料，同步在炉内温度达到阈值时，开始根据预设的进料量和进气量之间的比例关系，控制电动滑门的开合大小达到控制进气量的目的，使得生物质燃料与可燃性气体之间的转换量维持在较高水准，避免了能源浪费。