CN106479864B - 农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统，通过秸秆预处理池、搅拌池、发酵池、固液分离池、第一沼渣存储池、第二沼渣存储池、补水池、储气罐、沼气发电机组、溴化锂吸收式制冷机、第一换热器、第二换热器、常温水储水池、热水储水池之间的连接，集沼气的循环、沼渣的循环于一体，提高了发酵底物降解利用率，保证发酵系统温度，并将沼气发电的余热（包括冷却水和烟气）应用于供热和制冷，将烟气型和热水型余热利用模式相结合来满足农村地区用电、供热、制冷等生活用能的需要，从而实现沼气发电余热的深度和高效利用，达到能源的梯级利用，从而提高整个沼气发电系统的能源利用率及经济效益，有很好的推广和实用价值。

Description

农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统

技术领域

本发明涉及沼气发酵利用技术领域，特别是涉及农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统。

背景技术

能源是人类活动的物质基础，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。现如今，能源的发展是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会、经济发展的关键。沼气作为可再生能源，越来越受到重视并得到广泛应用，沼气发电是随着大型沼气工程的建设和沼气综合利用技术的不断发展而出现的一项沼气利用技术。目前,我国大中型沼气发电工程普遍存在着运行稳定性差、经济效益低、余热利用率低等问题，制约着沼气热电联产体术的推广应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统，该系统利用农作物秸秆发酵产生沼气，并利用沼气进行发电的同时，将沼气发电过程中产生的余热用于供热取暖和溴化锂吸收式制冷，来满足农村地区用电、供热、制冷等生活用能的需要，从而实现沼气发电余热的深度和高效利用，达到能源的梯级利用。

本发明为解决上述问题所采取的技术方案是，提供了农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统，包括秸秆预处理池、搅拌池、发酵池、固液分离池、第一沼渣存储池、第二沼渣存储池、补水池、储气罐、三通阀门A、沼气发电机组、溴化锂吸收式制冷机、第一换热器、第二换热器、常温水储水池、热水储水池、三通阀门B，秸秆预处理池与搅拌池通过第一连接管相连通，搅拌池与发酵池通过第二连接管相连通，发酵池与固液分离池通过第三连接管相连通，固液分离池与第一沼渣存储池通过第四连接管相连通，固液分离池与第二沼渣存储池通过第五连接管相连通，发酵池与三通阀门A分别通过第六连接管和第七连接管两个独立管道相连通，储气罐与三通阀门A通过第八连接管相连通，第二沼渣存储池与秸秆预处理池通过第九连接管相连通，发酵池与补水池通过第十连接管相连通，储气罐与沼气发电机组通过第十一连接管相连通，沼气发电机组与第一换热器分别通过第十二连接管和第十三连接管两条管路相连通，沼气发电机组与三通阀门B通过第十四连接管相连通，三通阀门B与第二换热器通过第十五连接管相连通，三通阀门B与溴化锂吸收式制冷机通过第十六连接管相连通，第一换热器与第二换热器通过第十七连接管相连通，第二换热器与溴化锂吸收式制冷机分别通过第十八连接管和第十九连接管两条管路相连通，第一换热器与常温水储水池通过第二十连接管相连通，第二换热器与热水储水池通过第二十一连接管相连通，其中第七连接管上设有第一阀门，第八连接管上设有第二阀门，第十一连接管上设有第三阀门，第十五连接管上设有第四阀门，第十六连接管上设有第五阀门，第十八连接管上设有第六阀门，第十九连接管上设有第七阀门，第二十连接管上设有第八阀门，第二十一连接管上设有第九阀门，第六连接管上设有气体流量计，第三连接管上设有第一蠕动泵，第九连接管上设有第二蠕动泵，第十连接管上设有第三蠕动泵。

所述秸秆预处理池和发酵池的上方均设有由太阳能板组成的太阳能大棚。

所述发酵池内设有倾斜设置的出料台。

本发明的有益效果是：该系统打破了现有的仅沼液自循环等单项循环，集多元循环于一体，利用沼气的回流循环对对发酵池内反应料液搅拌，使得发酵池内的发酵料液混合更均匀，接触更完全，提高了发酵底物降解利用率，保证发酵系统温度；同时将发酵系统产生的沼气进行收集并用于沼气发电机组，为农户的生活提供电能；此外该系统解决了现有沼气发电过程中余热利用率低，造成能源浪费的问题，通过第一换热器和第二换热器的设置，将沼气发电过程中产生的余热和烟气用于居民的生活供热；通过溴化锂吸收式制冷机内的发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器的作用机理，将沼气发电过程中产生的余热和烟气用于居民的生活制冷，从而将沼气发电供电、供热、制冷等生活用能的需要组成一个完整的系统，从而实现沼气发电余热的深度和高效利用，达到能源的梯级利用，从而提高整个沼气发电系统的能源利用率及经济效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供了农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统，包括秸秆预处理池1、搅拌池2、发酵池3、固液分离池4、第一沼渣存储池5、第二沼渣存储池6、补水池7、储气罐8、三通阀门A9、沼气发电机组10、溴化锂吸收式制冷机11、第一换热器12、第二换热器13、常温水储水池14、热水储水池15、三通阀门B16，秸秆预处理池1与搅拌池2通过第一连接管17相连通，搅拌池2与发酵池3通过第二连接管18相连通，发酵池3与固液分离池4通过第三连接管19相连通，固液分离池4与第一沼渣存储池5通过第四连接管20相连通，固液分离池4与第二沼渣存储池6通过第五连接管21相连通，发酵池3与三通阀门A9分别通过第六连接管22和第七连接管23两个独立管道相连通，储气罐8与三通阀门A9通过第八连接管24相连通，第二沼渣存储池6与秸秆预处理池1通过第九连接管25相连通，发酵池3与补水池9通过第十连接管26相连通。

储气罐8与沼气发电机组10通过第十一连接管27相连通，沼气发电机组10与第一换热器12分别通过第十二连接管28和第十三连接管29两条管路相连通，沼气发电机组10与三通阀门B16通过第十四连接管30相连通，三通阀门B16与第二换热器13通过第十五连接管31相连通，三通阀门B16与溴化锂吸收式制冷机11通过第十六连接管32相连通，第一换热器12与第二换热器13通过第十七连接管33相连通，第二换热器13与溴化锂吸收式制冷机11分别通过第十八连接管34和第十九连接管35两条管路相连通，第一换热器12与常温水储水池14通过第二十连接管36相连通，第二换热器13与热水储水池15通过第二十一连接管37相连通。

其中第七连接管23上设有第一阀门38，第八连接管24上设有第二阀门39，第十一连接管27上设有第三阀门40，第十五连接管31上设有第四阀门41，第十六连接管32上设有第五阀门42，第十八连接管34上设有第六阀门43，第十九连接管35上设有第七阀门44，第二十连接管36上设有第八阀门45，第二十一连接管37上设有第九阀门46，第六连接管22上设有气体流量计47，第三连接管19上设有第一蠕动泵48，第九连接管25上设有第二蠕动泵49，第十连接管26上设有第三蠕动泵50。

所述秸秆预处理池1和发酵池3的上方均设有由太阳能板组成的太阳能大棚51，其太阳能大棚51能够有效的利用太阳辐射提高预处理池1和发酵池3的温度，从而提高秸秆腐熟程度，缩短整个发酵的周期。

所述发酵池3内设有倾斜设置的出料台52，出料台52更有利于发酵底物进入固液分离池4。

使用时，首先利用粉碎机将回收的秸秆进行粉碎，将粉碎后的秸秆倒入秸秆预处理池1中并添加发酵菌剂和水混合以后进行预发酵处理，经过预处理以后的发酵底物沿第一连接管17进入搅拌池2，对发酵底物进行充分的搅拌，使其混合均匀，经搅拌后的发酵底物经第二连接管18进入发酵池3进行发酵处理，产生的沼气，在发酵的过程中可以通过补水池7和第三蠕动泵50为发酵池内的发酵底物提供水分，保证发酵过程的顺利进行。

同时通过气体流量计47观察发酵过程中沼气的产生量，当沼气未达到目标产量时，关闭第一阀门27，打开第二阀门28，沼气经第六连接管22、三通阀门A9、第八连接管24进入储气罐8；当沼气超过目标产量时，打开第一阀门27和第二阀门28，使沼气分别经第八连接管24进入储气罐8和经第七连接管23返回发酵池3，实现沼气的循环，其中返回发酵池3的沼气对发酵底物又一次进行搅拌。发酵反应后的沼液经第一蠕动泵48进入固液分离池4，在固液分离池4内实现沼液和沼渣的分离，其中一部分沼渣经第四连接管20进入第一沼渣存储池5，这一部分沼渣可以用于制肥；另一部分沼渣经第五连接管21进入第二沼渣存储池6，这一部分沼渣又经第二蠕动泵49返回到秸秆预处理池1，参与到下一轮的秸秆堆沤腐熟以及发酵产沼气等一系列反应中去，实现秸秆的循环再利用。

先供热后制冷的模式：

当储气罐8内的沼气储存到一定含量时，打开第三阀门40，沼气经第十一连接管27进入沼气发电机组10内，经内燃机的燃烧和发电机发电，将沼气的生物热能转化为供居民使用的电能，用于居民日常生活的照明等。打开第四阀门41，关闭第五阀门42，沼气发电机组10在进行发电过程中产生的烟气经第十二连接管28进入第二换热器13，沼气发电机组10在进行发电过程中产生的冷却水经第十三连接管29进入第一换热器12，常温水储水池14内的水先经冷却水和第一换热器12预热后，再被烟气和第二换热器13加热，以便于充分的对常温水进行加热，当常温水的温度达到供热温度后打开第九阀门46，经第二十一连接管37进入热水储水池15，以供居民的取暖、洗澡、洗菜等，经过第二换热器13换热后的烟气经第十八连接管34进入溴化锂吸收式制冷机11的发生器中充当热源，通过溴化锂吸收式制冷机11内冷凝器、蒸发器、吸收器等零部件的作用实现制冷循环，以供居民的制冷。

先制冷后供热的模式：

当储气罐8内的沼气储存到一定含量时，打开第三阀门40，沼气经第十一连接管27进入沼气发电机组10内，经内燃机的燃烧和发电机发电，将沼气的生物热能转化为供居民使用的电能，用于居民日常生活的照明等。关闭第四阀门41，打开第五阀门42，沼气发电机组10在进行发电过程中产生的烟气经第十六连接管32进入溴化锂吸收式制冷机11的发生器中充当热源，通过溴化锂吸收式制冷机11内冷凝器、蒸发器、吸收器等零部件的作用实现制冷循环，以供居民的制冷。沼气发电机组10在进行发电过程中产生的冷却水经第十三连接管29进入第一换热器12，常温水储水池14内的水先经冷却水和第一换热器12预热后，再被烟气和第二换热器13加热，以便于充分的对常温水进行加热，当常温水的温度达到供热温度后打开第九阀门46，经第二十一连接管37进入热水储水池15，以供居民的取暖、洗澡、洗菜等。

该系统集沼气的循环、沼渣的循环于一体，提高了发酵底物降解利用率，保证发酵系统温度，并将沼气发电的余热（包括冷却水和烟气）应用于供热和制冷，将烟气型和热水型余热利用模式相结合来满足农村地区用电、供热、制冷等生活用能的需要，从而实现沼气发电余热的深度和高效利用，达到能源的梯级利用，从而提高整个沼气发电系统的能源利用率及经济效益，有很好的推广和实用价值。

本专利中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，上述词语并没有特殊的含义。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。

Claims (3)

1.农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统，其特征在于：包括秸秆预处理池、搅拌池、发酵池、固液分离池、第一沼渣存储池、第二沼渣存储池、补水池、储气罐、三通阀门A、沼气发电机组、溴化锂吸收式制冷机、第一换热器、第二换热器、常温水储水池、热水储水池、三通阀门B，秸秆预处理池与搅拌池通过第一连接管相连通，搅拌池与发酵池通过第二连接管相连通，发酵池与固液分离池通过第三连接管相连通，固液分离池与第一沼渣存储池通过第四连接管相连通，固液分离池与第二沼渣存储池通过第五连接管相连通，发酵池与三通阀门A分别通过第六连接管和第七连接管两个独立管道相连通，储气罐与三通阀门A通过第八连接管相连通，第二沼渣存储池与秸秆预处理池通过第九连接管相连通，发酵池与补水池通过第十连接管相连通，储气罐与沼气发电机组通过第十一连接管相连通，沼气发电机组与第一换热器分别通过第十二连接管和第十三连接管两条管路相连通，沼气发电机组与三通阀门B通过第十四连接管相连通，三通阀门B与第二换热器通过第十五连接管相连通，三通阀门B与溴化锂吸收式制冷机通过第十六连接管相连通，第一换热器与第二换热器通过第十七连接管相连通，第二换热器与溴化锂吸收式制冷机分别通过第十八连接管和第十九连接管两条管路相连通，第一换热器与常温水储水池通过第二十连接管相连通，第二换热器与热水储水池通过第二十一连接管相连通，其中第七连接管上设有第一阀门，第八连接管上设有第二阀门，第十一连接管上设有第三阀门，第十五连接管上设有第四阀门，第十六连接管上设有第五阀门，第十八连接管上设有第六阀门，第十九连接管上设有第七阀门，第二十连接管上设有第八阀门，第二十一连接管上设有第九阀门，第六连接管上设有气体流量计，第三连接管上设有第一蠕动泵，第九连接管上设有第二蠕动泵，第十连接管上设有第三蠕动泵；沼液和沼渣在固液分离池内分离，其中一部分沼渣经第四连接管进入第一沼渣存储池，沼液以及另一部分沼渣经第五连接管进入第二沼渣存储池，并经第二蠕动泵返回到秸秆预处理池。

2.根据权利要求1所述的农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统，其特征在于：所述秸秆预处理池和发酵池的上方均设有由太阳能板组成的太阳能大棚。

3.根据权利要求2所述的农村联户沼气热电联产余热梯级利用系统，其特征在于：所述发酵池内设有倾斜设置的出料台。