CN210801685U - 一种沼气联合循环的冷热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种沼气联合循环的冷热电联供系统，包括沼气发电系统、吸收式制冷系统和供暖系统，沼气发电系统包括依次连接的沼气罐、沼气净化装置、内燃机、发电机和缸套水换热器；吸收式制冷系统包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器；供暖系统包括烟气热水换热器和蓄热水箱，所述沼气罐的外壁缠绕水管，内燃机的缸套水出口通过调节阀连接至该水管的入口；所述内燃机的烟气出口分别连接至发生器和烟气热水换热器，发电机连接至用电末端，蒸发器连接至制冷末端，冷凝器连接至生活热水末端，蓄热水箱分别连接至供暖末端和生活热水末端。本实用新型在回收利用沼气的基础上，与冷热电联供系统结合，有效解决生物质能较丰富地区的能源自给自足。

Description

一种沼气联合循环的冷热电联供系统

技术领域

本实用新型涉及清洁能源利用技术领域，具体涉及一种沼气联合循环的冷热电联供系统。

背景技术

基于能源的梯级利用，冷热电联供系统(CCHP)是能源高效利用的重要实现途径。农村具有丰富的生物质能资源，由此推进沼气工程的发展，不但能高效循环利用有机废物也能缓解农村环境污染的问题。现有的利用沼气或生物质的冷热电联供系统较为复杂，系统初投资高，能源利用率低，系统所提供的热量、冷量并不能与建筑所需要的冷量和热量相匹配，负荷需求较高时，供能稳定性难以保障，系统调节不灵活，且能源供应方式单一，供能费用较高，不利于体现系统的节能性和经济性。同时，当沼气罐内的发酵温度较低时，沼气的产量不能满足发电需求，将大大降低系统效率。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型在回收利用沼气的基础上，将其与冷热电联供系统结合，建立一种沼气联合循环的冷热电联供系统，有效解决生物质能较丰富地区的能源自给自足。

为实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种沼气联合循环的冷热电联供系统，包括沼气发电系统、吸收式制冷系统和供暖系统，沼气发电系统包括依次连接的沼气罐、沼气净化装置、内燃机和发电机；吸收式制冷系统包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器；供暖系统包括烟气热水换热器和蓄热水箱，所述沼气罐的外壁缠绕水管，内燃机的缸套水出口通过调节阀连接至该水管的入口，所述沼气发电系统还包括缸套水换热器，缸套水换热器具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，所述第一入口连接至所述水管的出口，第一出口连接至内燃机的缸套水入口；所述第二入口连接常温水，第二出口分别连接至吸收器和烟气热水换热器；所述内燃机的烟气出口分别连接至发生器和烟气热水换热器，发电机连接至用电末端，蒸发器连接至制冷末端，冷凝器连接至生活热水末端，蓄热水箱分别连接至供暖末端和生活热水末端。

作为本实用新型的优选方案之一，所述内燃机还连接燃气管道，沼气与燃气共同驱动内燃机工作。

作为本实用新型的优选方案之一，所述沼气罐内设有温度传感器，调节阀的开度由温度传感器的检测值而定。

作为本实用新型的优选方案之一，所述内燃机的烟气出口分别通过第一阀门连接至发生器，通过第四阀门连接至烟气热水换热器，发生器和烟气热水换热器的烟气出口均设有烟气净化装置。

作为本实用新型的优选方案之一，所述缸套水换热器的第二出口分别通过第二阀门连接至吸收器、通过第三阀门连接至烟气热水换热器，吸收器的热水出口连接至冷凝器，冷凝器的热水出口连接至生活热水末端；烟气热水换热器的热水出口连接至蓄热水箱。

作为本实用新型的优选方案之一，所述蓄热水箱通过水泵分别通过第五阀门连接至供暖末端，通过第六阀门连接至烟气热水换热器，供暖末端的出口通过第七阀门连接至烟气热水换热器。

作为本实用新型的优选方案之一，所述蓄热水箱还设有第二热水出口，该第二热水出口连接至生活热水末端。

作为本实用新型的优选方案之一，所述发电机还连接有蓄电池。

作为本实用新型的优选方案之一，

相比于现有技术，本实用新型至少具备以下有益效果：

利用沼气结合天然气驱动内燃机发电，同时内燃机的烟气热量和缸套水热量驱动吸收式制冷系统和供暖系统为用户供冷、供暖和提供生活热水，实现冷热电联供，系统效率较高。同时，利用内燃机缸套水的热量来加热沼气罐，使沼气罐处于一个合适的发酵温度内，保证了沼气的供应，加热沼气罐后的水进一步经过缸套水换热器、烟气-水换热器或吸收器加热，提供生活热水和供暖用水，提高了能源利用效率。

附图说明

图1为本实用新型所述系统的流程示意图；

图2为本实用新型所述系统在夏季时冷热电联供的流程示意图；

图3为本实用新型所述系统在冬季时冷热电联供的流程示意图。

图中：1、沼气罐，2、沼气净化装置，3、内燃机，4、调节阀，5、发电机，6、蓄电池，7、缸套水换热器，8、发生器，9、冷凝器，10、膨胀阀，11、蒸发器，12、吸收器，14、溶液换热器，15、第一阀门，16、第一烟气净化装置，17、烟气热水换热器，18、蓄热水箱，19、水泵，20、暖气片，21、第二烟气净化装置，22、第二阀门，23、第三阀门，24、第四阀门，25、第五阀门，26、第六阀门，27、第七阀门。

具体实施方式

以下结合具体实施方式，对本实用新型进一步阐释。本实用新型的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本实用新型，并不对本实用新型作任何的限制。

如图1所示，本实用新型所述沼气联合循环的冷热电联供系统包括沼气发电系统、吸收式制冷系统和供暖系统，沼气发电系统包括依次连接的沼气罐1、沼气净化装置2、内燃机3和发电机5；吸收式制冷系统包括发生器8、冷凝器9、蒸发器11和吸收器12；供暖系统包括烟气热水换热器17和蓄热水箱18。

所述沼气罐1通过管道与沼气净化装置2入口相连，除去沼气中含有的杂质；所述沼气净化装置2出口通过管道与内燃机3的第一入口相连，产生的高温高压循环工质膨胀输出动能；天然气通过管道与所述内燃机3第二入口相连，补充不足燃料；所述内燃机3的第二出口通过联动轴与所述发电机连接，内燃机3输出的动能传送给所述发电机5，所述发电机5将其转化为电能提供给用户；所述发电机5还与蓄电池6相连，产生的多余电量储存在所述蓄电池6内。

内燃机3产生的缸套水出口通过装有调节阀4的管道与敷设在沼气罐周围的水管入口连接，所述沼气罐3吸收热量后，降温后的缸套水流经所述缸套水换热器7第一入口预热常温水，再回到所述内燃机3的缸套水入口，以维持沼气罐3处于一个合适的发酵温度。

沼气罐3的底部安装温度传感器，调节阀4安装在缸套水入口侧，控制器输入端与所述温度传感器相连，所述控制器输出端与所述调节阀4相连，根据温度传感器的检测值，控制调节阀4的开度，以满足实际工况需求。

所述内燃机3的烟气出口通过管道流经第一阀门15与发生器8第一入口相连，将高温烟气热量传递给所述发生器8内的循环工质之后，经第一烟气净化装置16排出；发生器8的第二入口通过管道与所述冷凝器9连接，发生器8内因吸收热量气化的制冷剂蒸气进入所述冷凝器9中被液化；冷凝器9出口与膨胀阀10入口相连，液态制冷剂经所述膨胀阀降压降温；膨胀阀10出口与蒸发器11入口相连，液态制冷剂在蒸发器11中气化吸收室内热量产生冷效应；所述发生器8内的吸收剂浓溶液出口流经溶液换热器14第一入口进入所述吸收器12，吸收剂浓溶液在所述吸收器12中不断吸收来自所述蒸发器11的制冷剂蒸气形成二元溶液，然后经所述工质泵流向溶液换热器第二入口吸收吸收剂浓溶液热量后，回到所述发生器8，完成烟气吸收式制冷循环。

所述内燃机3的烟气出口通过管道流经第四阀门24与所述烟气热水换热器17第一入口相连，将高温烟气热量传递给所述烟气热水换热器17内的循环工质后，经第二烟气净化装置21排出；所述烟气热水换热器17的第二出口通过管道与蓄热水箱18相连，吸收高温烟气热量后升温的循环工质水进入所述蓄热水箱18中，所述蓄热水箱18旁开第二热水出口供应生活热水；所述蓄热水箱18出口通过所述循环水泵19将热水运送至供暖用户侧，然后回到所述烟气热水换热器17，完成供暖循环。

所述常温水管首先经过所述缸套水换热器7第二入口吸收缸套水回水热量，通过所述第二阀门22依次流经所述吸收器12和冷凝器9，常温水吸收热量升温后为用户供应生活热水；常温水管道通过所述第三阀门23进入供暖循环管道，为供暖循环补充损失的循环水。

实际运行中，本实施例所述系统的具体流程如下：

通过沼气罐1收集养殖场牲畜粪便发酵产生沼气，沼气通过管道进入沼气净化装置2，当产生的沼气量充足时，净化后的沼气驱动燃气内燃机3产生动力，带动发电机5产生电能，为用户提供电能，多余的电量通过蓄电池6存储起来；当产生的沼气量不足时，开启天然气补燃，净化后的沼气与天然气一起驱动内燃机3产生动力，带动发电机5产生电能。此过程中，内燃机3产生的缸套水经过调节阀4进入设置在沼气罐1周围的水管，以维持沼气池温度，提高沼气产量，与沼气池换热之后的缸套水流出沼气池，进入缸套水换热器7降温之后再回到内燃机3，完成缸套水循环。

如图2所示，夏季工况下，开启第一阀门15，关闭第四阀门24，内燃机3产生的高温烟气经过第一阀门15进入发生器8，换热后的烟气通过第一烟气净化装置16净化后排放。发生器8中的制冷剂-吸收剂溶液吸收高温烟气余热后，沸点低的制冷剂气化，与吸收剂分离，然后制冷剂蒸气进入冷凝器9中被液化，液态制冷剂经过膨胀阀10减压降温进入蒸发器11，在蒸发器11内气化，吸收室内热量产生制冷效应；与制冷剂分离之后的吸收剂浓溶液则流经溶液换热器14进入吸收器12，不断吸收来自蒸发器11的制冷剂蒸气形成制冷剂-吸收剂溶液，经溶液泵13升压后，首先进入溶液换热器14吸收浓溶液的热量升温后，再回到发生器，完成带有热交换器的吸收式制冷循环。

常温水则通过缸套水换热器7进行一次升温，开启第二阀门22，依次进入吸收器12、冷凝器9，最后流出，提供生活热水。

如图3所示，冬季工况下，关闭第一阀门15，开启第四阀门24，内燃机3产生的高温烟气进过第四阀门24进入烟气热水换热器17，换热后的烟气通过第二烟气净化装置21净化后排放。传热介质水在烟气热水换热器17中吸收高温烟气热量后，升高温度，进入蓄热水箱18中，开启第五阀门25和第七阀门27，由水泵19将热水送至室内的暖气片20供暖，再重新回到烟气热水换热器17，完成供暖循环。

常温水通过缸套水换热器7进行一次升温，开启第三阀门23，依次进入烟气热水换热器中吸收高温烟气热量，进入蓄热水箱中，蓄热水箱通过第二热水出口为生活热水末端提供生活热水。

过渡季节工况下，该系统在供电的同时，关闭第一阀门15、第二阀门22、第五阀门25和第七阀门27，开启第三阀门23、第四阀门24和第六阀门26，为蓄热水箱18提供热水，以为用户提供生活热水。

可见，本实用新型利用沼气结合天然气驱动内燃机发电，同时内燃机的烟气热量和缸套水热量驱动吸收式制冷系统和供暖系统为用户供冷、供暖和提供生活热水，实现冷热电联供，系统效率较高。同时，利用内燃机缸套水的热量来加热沼气罐，使沼气罐处于一个合适的发酵温度内，保证了沼气的供应，加热沼气罐后的水进一步经过缸套水换热器、烟气-水换热器或吸收器加热，提供生活热水和供暖用水，提高了能源利用效率。

以上所述并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种沼气联合循环的冷热电联供系统，包括沼气发电系统、吸收式制冷系统和供暖系统，沼气发电系统包括依次连接的沼气罐、沼气净化装置、内燃机和发电机；吸收式制冷系统包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器；供暖系统包括烟气热水换热器和蓄热水箱，其特征在于：

所述沼气罐的外壁缠绕水管，内燃机的缸套水出口通过调节阀连接至该水管的入口，

所述沼气发电系统还包括缸套水换热器，缸套水换热器具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，

所述第一入口连接至所述水管的出口，第一出口连接至内燃机的缸套水入口；

所述第二入口连接常温水，第二出口分别连接至吸收器和烟气热水换热器；

所述内燃机的烟气出口分别连接至发生器和烟气热水换热器，

发电机连接至用电末端，蒸发器连接至制冷末端，冷凝器连接至生活热水末端，蓄热水箱分别连接至供暖末端和生活热水末端。

2.根据权利要求1所述的沼气联合循环的冷热电联供系统，其特征在于：所述内燃机还连接燃气管道，沼气与燃气共同驱动内燃机工作。

3.根据权利要求2所述的沼气联合循环的冷热电联供系统，其特征在于：所述沼气罐内设有温度传感器，调节阀的开度由温度传感器的检测值而定。

4.根据权利要求3所述的沼气联合循环的冷热电联供系统，其特征在于：所述内燃机的烟气出口分别通过第一阀门连接至发生器，通过第四阀门连接至烟气热水换热器，发生器和烟气热水换热器的烟气出口均设有烟气净化装置。

5.根据权利要求4所述的沼气联合循环的冷热电联供系统，其特征在于：所述缸套水换热器的第二出口分别通过第二阀门连接至吸收器、通过第三阀门连接至烟气热水换热器，

吸收器的热水出口连接至冷凝器，冷凝器的热水出口连接至生活热水末端；烟气热水换热器的热水出口连接至蓄热水箱。

6.根据权利要求5所述的沼气联合循环的冷热电联供系统，其特征在于：所述蓄热水箱通过水泵分别通过第五阀门连接至供暖末端，通过第六阀门连接至烟气热水换热器，供暖末端的出口通过第七阀门连接至烟气热水换热器。

7.根据权利要求6所述的沼气联合循环的冷热电联供系统，其特征在于：所述蓄热水箱还设有第二热水出口，该第二热水出口连接至生活热水末端。

8.根据权利要求1所述的沼气联合循环的冷热电联供系统，其特征在于：所述发电机还连接有蓄电池。

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