一种热电联产及蓄热系统的制作方法

1.本实用新型属于多能互补技术领域，尤其是涉及一种热电联产及蓄热系统。


背景技术：

2.由于我国能源结构长期以煤为主，油气对外依存度高，能源清洁低碳转型要求紧迫。当前，国家对能源节约利用愈加重视，总书记在第75届联合国大会上提出“碳达峰、碳中和”目标，可再生能源系统应多元发展，使区域综合能源更高效、更绿色、更经济、更智能。
3.随着生物质发电、垃圾焚烧发电、沼气发电等技术的发展，固体废弃物无害化、减量化、资源化处置前景广阔。经过几十年的研发应用，我国目前已有大中型沼气工程2000多座，沼气发酵不仅可将农林生物质、有机生活垃圾、畜禽粪便等固体废弃物回收利用，还可以产生发电和供热收益，促进节能减排的发展。
4.此外，太阳能和地热能因清洁低廉、能量巨大等特点愈发受到青睐，用于发电与供热的利用技术也日益成熟，但因能量来源的特殊性而使其具有时间、空间的间歇性与不均匀性。为应对这一缺点，储热技术应运而生，以解决热能供求在时间上不匹配的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型针对可再生能源多能互补耦合利用问题，提供了一种集成生物质能、太阳能和地热能的热电联产及蓄热系统，通过将生物质沼气、太阳能与地热能的耦合集成，实现对中温太阳能和中浅层地热能的高效利用，并对沼气内燃机排出的烟气余热进行合理回收，促进可再生能源的消纳和有机固废的资源化利用。
6.为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种热电联产及蓄热系统，该系统包括蓄热水罐、沼气发电系统、太阳能集热系统、地热利用系统、供热系统；所述的沼气发电系统包括顺次连接的发酵罐、沼气预处理装置、内燃机和发电机，还包括连接内燃机的烟气换热器，蓄热水罐中的冷水管路连接内燃机缸套冷却水管路、烟气换热器换热管路，最后回到蓄热水罐，蓄热水罐中的热水管路连接发酵罐保温热源管路后回到蓄热水罐；所述的太阳能集热系统包括太阳能集热器和其连接的导热油管路，导热油管路连接蓄热水罐内的对应的换热管路ⅰ；所述地热利用系统包括通过管路依次连接的地热井、地热循环水泵、蓄热水罐的换热管路ⅱ和回灌井；所述供热系统包括热网加热器，蓄热水罐的换热管路ⅲ连接热网加热器，热网加热器通过热网回水管路连接热用户。
7.进一步地，所述沼气预处理装置和内燃机之间设置支路连接火炬燃烧器。
8.进一步地，所述烟气换热器依次连接烟气处理装置、烟囱。
9.本实用新型具有以下优点和效果：
10.(1)通过蓄热水罐将地热装置与太阳能集热器收集到的能量进行存储，增加了对清洁能源地热能、太阳能的利用，促进节能减排；
11.(2)通过发酵罐对农林生物质、有机生活垃圾、畜禽粪便、厨余垃圾等固体废弃物回收利用，对改善环境起积极作用；
12.(3)蓄热水罐存储的热量可在太阳能与地热能不富裕的时间段使用，解决了能量利用间歇性的问题；
13.(4)沼气发电与蓄热水罐存储的热量分别可用于为厂区及周边居民供电与供暖，带来可观的经济效益。
附图说明
14.图1为本实用新型热电联产及蓄热系统示意图。
15.图中：1、蓄热水罐；2、热水泵ⅰ；3、发酵罐；4、沼气预处理装置；5、内燃机；6、火炬燃烧器；7、发电机；8、烟气换热器；9、烟气处理装置；10、烟囱；11、冷水泵；12、地热井；13、地热循环水泵；14、回灌井；15、导热油泵；16、太阳能集热器；17、热水泵ⅱ；18、热网加热器；19、导热油管路；20、热网供水管路；21、热网回水管路；
16.101、换热管路ⅰ；102、换热管路ⅱ；103、换热管路ⅲ。
17.图中：____水管路；.................烟气管路；-·-·-·-沼气管路；
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导热油管路。
具体实施方式
18.本实用新型提出了一种热电联产及蓄热系统，本实施例热电联产及蓄热系统集成沼气、太阳能和地热能，多种可再生能源互补耦合利用，下面结合附图1和实例给予说明。
19.如图1所示的一种热电联产及蓄热系统，该系统包括蓄热水罐1、沼气发电系统、太阳能集热系统、地热利用系统、供热系统；沼气发电系统包括热水泵ⅰ2、发酵罐3、沼气预处理装置4、内燃机5、火炬燃烧器6、发电机7、烟气换热器8、烟气处理装置9、烟囱10、冷水泵11；太阳能集热部分包括导热油泵15和太阳能集热器16；地热利用部分包括地热井12、地热循环水泵13、回灌井14；所述的供热部分包括热水泵ⅱ17和热网加热器18。
20.沼气发电系统包括顺次连接的发酵罐3、沼气预处理装置4、内燃机5和发电机，有机生物质在发酵罐3中厌氧发酵，产生的沼气经沼气预处理装置4过滤后进入内燃机5，内燃机5与发电机7相接；内燃机5尾部烟气依次经过烟气换热器8、烟气处理装置9后经烟囱10达标排放；另有一条支路从沼气预处理装置4连接至火炬燃烧器6；蓄热水罐1中的热水管路连接发酵罐3保温热源管路后回到蓄热水罐1，热水通过热水管路上的热水泵ⅰ2，进入发酵罐3作为保温热源；蓄热水罐1中的冷水管路连接内燃机5缸套冷却水管路、烟气换热器8换热管路，最后回到蓄热水罐1，冷水通过冷水管路上的冷水泵，进入内燃机5作为缸套冷却水，然后进入烟气换热器8中与内燃机5的尾部烟气换热，升温后返回蓄热水罐1。
21.太阳能集热系统包括太阳能集热器16和其连接的导热油管路19，太阳能集热器16的导热油管路连接蓄热水罐内的对应的换热管路ⅰ101，导热油管路将太阳能集热器16的热量传递到蓄热水罐1内。
22.所述地热利用系统包括通过管路依次连接的地热井12、地热循环水泵13、蓄热水罐1的换热管路ⅱ102和回灌井14；所述供热系统包括热网加热器18，蓄热水罐1的换热管路ⅲ103连接热网加热器18，热网加热器18通过热网供水管路20、热网回水管路21连接热用户。
23.地热利用系统包括通过管路依次连接的地热井12、地热循环水泵13、蓄热水罐1的
换热管路ⅱ102和回灌井14，地热循环水在中浅层地热源吸热升温后依次经过地热井12、地热循环水泵13进入蓄热水罐1，将热量储存于蓄热水罐1后再经回灌井14回到地下。
24.供热系统包括热网加热器18，蓄热水罐1的换热管路ⅲ103连接热网加热器18，热网加热器通过热网回水管路连接热用户，蓄热水罐1中的热水经热水泵ⅱ17进入热网加热器18中加热热网进水，换热完成后返回蓄热水罐1，热网回水在热网加热器18中升温后供给热用户。
25.发酵罐3中发酵的有机生物质可以采用农林生物质、有机生活垃圾、畜禽粪便等，根据情况可以采用其中的一种或至少两种的组合。
26.蓄热水罐1共有两个热源、两个热水出口和一个冷水出口；两个热源用于蓄热水罐1中水的加热；蓄热水罐1中的热水用于发酵罐3的保温和热网水的加热；蓄热水罐1中的冷水用于内燃机5缸套的冷却。
27.下面结合实施例对具体控制过程进行举例说明：
28.农林生物质、有机生活垃圾、畜禽粪便等有机生物质含量较高的固体废弃物中的一种或者至少两种的组合在发酵罐3中厌氧发酵，一般采取产气速率较大、效率较高的中温发酵，发酵温度保持在40～50℃，蓄热水罐1中的热水可用作发酵罐3的保温热源。发酵罐3产生的沼气经沼气预处理装置4过滤提纯并暂时储存，在监测装置实时控制下保证定量的沼气供入内燃机5，多余的沼气在火炬燃烧器6中燃烧消耗。沼气在内燃机5中燃烧释放能量，一部分转化为机械能带动发电机7发电，还有很大部分能量以热的形式随尾部烟气排出内燃机5，通过加热冷水而得到回收。换热后的烟气在烟气处理装置9中处理后经烟囱10排放。
29.太阳能集热器16吸收太阳辐照的热量给内部传热工质导热油加热，导热油流入蓄热水罐1中贮存热量，再通过导热油泵15加压后流回太阳能集热器16中继续吸热。
30.地热循环水在地热井12中吸收中浅层地热源的热量而升温，在地热循环水泵13的驱动下前往蓄热水罐1中贮存热量，放热后的循环水再沿回灌井14回到地下完成循环。
31.蓄热水罐1中的冷水前往内燃机5冷却缸套，被导热油和地热循环水加热的热水被用于发酵罐3的保温和热网加热器18中热网水的加热。
32.此外，需要说明的是，本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。