本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于沼氣生產(chǎn)與發(fā)電系統(tǒng)的能量利用裝置和方法，沼氣發(fā)電機(jī)通過高溫冷卻液換熱器產(chǎn)生熱水加熱厭氧消化反應(yīng)器，一級污水循環(huán)管上串聯(lián)第一換熱器和第二換熱器，一級污水循環(huán)管與二級污水出口管通過第一換熱器連接換熱；熱泵熱水器熱水出水管先和沼氣發(fā)電機(jī)的高溫?zé)煔夤芡ㄟ^煙氣余熱回收器換熱，再和一級污水循環(huán)管通過第二換熱器連接換熱，最后回到熱泵熱水器形成循環(huán)。本發(fā)明專利技術(shù)將有機(jī)污水廢渣厭氧消化技術(shù)和沼氣發(fā)電機(jī)余熱綜合利用技術(shù)相結(jié)合，對沼氣發(fā)電過程中不同溫度的余熱分別進(jìn)行梯級利用，并引入了熱泵熱水器利用低溫環(huán)境熱源的技術(shù)，為有機(jī)污水廢渣高溫或中溫厭氧消化反應(yīng)提供熱能，使各種能量得到充分、合理的利用。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及沼氣生產(chǎn)與發(fā)電系統(tǒng)的能量利用裝置和方法，具體涉及一種綜合利用沼氣發(fā)電機(jī)多種余熱、空氣源能量或污水源能量，提升并維持沼氣生產(chǎn)最合宜厭氧消化溫度的能量利用裝置和方法。沼氣生產(chǎn)是治理有機(jī)廢棄物污染、轉(zhuǎn)化有機(jī)廢棄物為沼氣等可利用物質(zhì)的過程，其原理是利用厭氧細(xì)菌的分解作用，將有機(jī)物(碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪)經(jīng)過厭氧消化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣發(fā)電是用沼氣發(fā)電機(jī)把沼氣能量轉(zhuǎn)化為電能，具有創(chuàng)效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點，是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。沼氣生產(chǎn)最合宜的溫度為中溫消化溫度(35°C)或高溫消化溫度(55°C)，因此在一般情況下，特別是冬天，就需要對生產(chǎn)沼氣的原料以及厭氧消化反應(yīng)器進(jìn)行加熱。另一方面，沼氣發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率一般為30% 40%，其余60% 70%的沼氣能量大都以熱的形式損失掉了，其中沼氣發(fā)動機(jī)排出的高溫?zé)煔夂桶l(fā)動機(jī)缸套的高溫冷卻液帶走的熱量具有很好的利用價值。為了把處于環(huán)境溫度下的有機(jī)污水廢渣加熱到最合宜的厭氧消化溫度，并使污水廢渣的厭氧消化反應(yīng)保持在合宜溫度，現(xiàn)有的技術(shù)是利用沼氣發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂透邷乩鋮s液的熱量，通過間壁換熱方式預(yù)熱污水后進(jìn)入?yún)捬跸磻?yīng)器，或者直接對厭氧消化反應(yīng)器進(jìn)行加熱；還有一些技術(shù)利用太陽能集熱系統(tǒng)預(yù)熱污水，或利用風(fēng)能發(fā)電制熱對厭氧消化反應(yīng)器進(jìn)行加熱；也有直接從外界輸入蒸汽來加熱污水及厭氧消化反應(yīng)器的物料。上述技術(shù)的缺陷在于未能充分利用沼氣發(fā)電產(chǎn)生的各種余熱以及環(huán)境熱源，也沒有系統(tǒng)地、梯度地利用各種余熱，使有機(jī)污水廢渣的厭氧消化反應(yīng)達(dá)到最合宜的中溫消化溫度(35°C)或高溫消化溫度(55°C)，或者采用的預(yù)熱、加熱設(shè)備過于昂貴，或者消耗了寶貴的蒸汽資源。在現(xiàn)實生產(chǎn)中，大量厭氧消化反應(yīng)器的沼氣生產(chǎn)效率較低，厭氧消化反應(yīng)器在春秋兩季因供熱不足導(dǎo)致沼氣產(chǎn)量降低，甚至在冬季因環(huán)境溫度太低導(dǎo)致沼氣生產(chǎn)與發(fā)電整個系統(tǒng)停產(chǎn)，大量設(shè)備產(chǎn)能閑置；多數(shù)企業(yè)對于厭氧消化產(chǎn)生的沼氣，僅部分沼氣用于鍋爐燃燒供熱，大量沼氣直接放空，造成了能源的極大浪費，并污染了大氣環(huán)境。另外，厭氧消化反應(yīng)器在啟動時，由于啟動期間沼氣產(chǎn)量很低，反應(yīng)器缺乏足夠的熱能供應(yīng)，啟動過程十分緩慢。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對沼氣發(fā)電余熱及環(huán)境熱源未能得到充分利用的上述技術(shù)缺陷，本專利技術(shù)提供一種充分利用沼氣發(fā)電的各種能量以及空氣、污水中蘊藏的能量，以最低的能耗、最經(jīng)濟(jì)的設(shè)備投資，獲得最大沼氣產(chǎn)量以及最大凈發(fā)電量的能量利用裝置和方法。為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種用于沼氣生產(chǎn)與發(fā)電系統(tǒng)的能量利用裝置，包括沼氣發(fā)電機(jī)、一級厭氧消化反應(yīng)器和二級厭氧消化反應(yīng)器，一級和二級厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)均設(shè)有加熱器，加熱器內(nèi)設(shè)有用于加熱的熱水管，沼氣發(fā)電機(jī)包括高溫?zé)煔夤芎透邷乩鋮s液管，一級厭氧消化反應(yīng)器上設(shè)有一級污水循環(huán)管，二級厭氧消化反應(yīng)器上設(shè)有二級污水出口管，其特征在于還包括第一換熱器、第二換熱器、熱泵熱水器、煙氣余熱回收器和高溫冷卻液換熱器，所述的沼氣發(fā)電機(jī)高溫冷卻液管與所述的加熱器的熱水管通過高溫冷卻液換熱器連接換熱；所述的一級污水循環(huán)管上串聯(lián)第一換熱器和第二換熱器，一級污水循環(huán)管與二級污水出口管通過第一換熱器連接換熱；所述的熱泵熱水器熱水出水管先和沼氣發(fā)電機(jī)的高溫?zé)煔夤芡ㄟ^煙氣余熱回收器換熱，再和所述的一級污水循環(huán)管通過第二換熱器連接換熱，最后回到熱泵熱水器形成循環(huán)。上述沼氣生產(chǎn)與發(fā)電系統(tǒng)的能量利用裝置還包括下述優(yōu)化方案所述的熱泵熱水器優(yōu)選為污水源熱泵熱水器或空氣源熱泵熱水器。使用空氣源熱泵熱水器時，沼氣發(fā)電機(jī)的排風(fēng)口優(yōu)選正對空氣源熱泵熱水器的進(jìn)風(fēng)口。沼氣發(fā)電機(jī)排出的熱風(fēng)進(jìn)入空氣源熱泵熱水器的進(jìn)風(fēng)口，成為空氣源熱泵熱水器從空氣中吸收的溫度較高部分的熱量，同時解決了空氣源熱泵熱水器中的蒸發(fā)器在冬天結(jié)霜而導(dǎo)致熱水器能效比(COP)嚴(yán)重下降的問題。 所述的熱泵熱水器用電優(yōu)選為沼氣發(fā)電機(jī)的自發(fā)電；在一級厭氧消化反應(yīng)器啟動時,采用電網(wǎng)供電。所述的一級污水循環(huán)管上還串聯(lián)泵。本專利技術(shù)還包括一種上述沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于該方法由以下步驟組成①開啟一級污水循環(huán)管上的串聯(lián)泵，使污水依次經(jīng)過一級厭氧消化反應(yīng)器、第一換熱器和第二換熱器并循環(huán)；②開啟熱泵熱水器生產(chǎn)熱水，所述的熱水通過第二換熱器對一級污水循環(huán)管中的污水進(jìn)行加熱，直至污水溫度達(dá)到適宜厭氧消化反應(yīng)的溫度；③關(guān)閉一級污水循環(huán)管上的串聯(lián)泵，停止步驟①的循環(huán)，并關(guān)閉熱泵熱水器；④污水與污泥在一級厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生厭氧消化反應(yīng)，一級厭氧消化反應(yīng)器先啟動，正常生產(chǎn)沼氣；⑤用沼氣發(fā)電機(jī)對產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電,利用沼氣發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的余熱加熱二級厭氧消化反應(yīng)器；⑥污水與污泥在二級厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生厭氧消化反應(yīng)，二級厭氧消化反應(yīng)器啟動，正常生產(chǎn)沼氣。上述方法使沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)能夠較快啟動，解決了厭氧消化反應(yīng)器在低溫季節(jié)由于在啟動期缺乏熱能而難以啟動的問題。本專利技術(shù)還包括一種上述沼氣生產(chǎn)與發(fā)電系統(tǒng)的能量利用裝置的操作方法，其特征在于加熱器的熱水管中的熱水經(jīng)過一級和二級厭氧消化反應(yīng)器中的污水的換熱后形成冷卻水，所述的冷卻水與冷卻沼氣發(fā)電機(jī)后產(chǎn)生的高溫冷卻液進(jìn)行換熱，并循環(huán)至加熱器中繼續(xù)對所述的一級和二級厭氧消化反應(yīng)器中的污水進(jìn)行加熱。在低溫季節(jié)，還可開啟熱泵熱水器生產(chǎn)熱水，所述的熱水通過第二換熱器對一級污水循環(huán)管中的污水進(jìn)行加熱。通過開啟熱泵熱水器提供部分熱能，滿足厭氧消化反應(yīng)所需較多的外加熱能。本專利技術(shù)與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點I.將有機(jī)污水廢渣厭氧消化技術(shù)和沼氣發(fā)電機(jī)余熱綜合利用技術(shù)相結(jié)合，對沼氣發(fā)電過程中不同溫度的余熱分別進(jìn)行梯級利用，并引入了熱泵熱水器利用低溫環(huán)境熱源的技術(shù)，為有機(jī)污水廢渣高溫或中溫厭氧消化反應(yīng)提供熱能，使各種能量得到充分、合理的利用，節(jié)省了大量的蒸汽資源，提高了沼氣發(fā)電系統(tǒng)熱能回收利用效率，沼氣發(fā)電機(jī)能量綜合利用率超過85%。2.利用污水厭氧處理需要較高溫度、好氧處理能在常溫下進(jìn)行的特點，使二級厭氧消化反應(yīng)器的出水與有機(jī)污水源水通過換熱器換熱，有效地回收了二級厭氧消化反應(yīng)器出水的熱能。3.引入了熱泵熱水器，從空氣或污水環(huán)境中采集能量，彌補(bǔ)僅利用沼氣發(fā)電余熱的熱量缺口，使兩級厭氧消化反應(yīng)在一年四季都處于最適宜的溫度下進(jìn)行，消化反應(yīng)器的沼氣產(chǎn)量最大化，整個沼氣生產(chǎn)與發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量也達(dá)到最大。4.沼氣發(fā)電機(jī)的排風(fēng)口與空氣源熱泵熱水器的進(jìn)風(fēng)口正對，或者采用冬季溫度較高、熱容較大的污水源，向熱泵熱水器的蒸發(fā)器提供熱量，避免了熱泵熱水器中的蒸發(fā)器在冬天結(jié)霜而導(dǎo)致熱水器能效比(COP)嚴(yán)重下降的問題。5. 一級厭氧消化反應(yīng)器出水設(shè)置旁路循環(huán)，并用熱泵熱水器進(jìn)行持續(xù)加熱，使該反應(yīng)器中的物料溫度快速達(dá)到最適宜的消化反應(yīng)溫度，沼氣產(chǎn)氣過程能夠較快啟動，解決了厭氧消化反應(yīng)器在低溫季節(jié)的啟動難題。6.熱泵熱水器設(shè)置旁路，在高溫季節(jié)厭氧消化反應(yīng)所需外加熱量較少，依靠回收沼氣發(fā)電機(jī)余熱就能滿足所需熱量，可以不開熱泵熱水器來補(bǔ)充熱量；在低溫季節(jié)只要開啟熱泵熱水器，就能滿足厭氧消化反應(yīng)所需較多的外加熱量的要求。圖I為實施例I的沼氣生產(chǎn)與發(fā)電系統(tǒng)的能量利用裝置的示意圖；圖中I. 一級厭氧消化反應(yīng)器2. 二級厭氧消化反應(yīng)器3.第一加熱器4.第二加熱器5.第一換熱器6.第二換熱器7.煙氣余熱回收器8.熱泵熱水器本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于沼氣生產(chǎn)與發(fā)電系統(tǒng)的能量利用裝置，包括沼氣發(fā)電機(jī)、一級厭氧消化反應(yīng)器和二級厭氧消化反應(yīng)器，一級和二級厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)均設(shè)有加熱器，加熱器內(nèi)設(shè)有用于加熱的熱水管，沼氣發(fā)電機(jī)包括高溫?zé)煔夤芎透邷乩鋮s液管，一級厭氧消化反應(yīng)器上設(shè)有一級污水循環(huán)管，二級厭氧消化反應(yīng)器上設(shè)有二級污水出口管，其特征在于還包括第一換熱器、第二換熱器、熱泵熱水器、煙氣余熱回收器和高溫冷卻液換熱器，所述的沼氣發(fā)電機(jī)高溫冷卻液管與所述的加熱器的熱水管通過高溫冷卻液換熱器連接換熱；所述的一級污水循環(huán)管上串聯(lián)第一換熱器和第二換熱器，一級污水循環(huán)管與二級污水出口管通過第一換熱器連接換熱；所述的熱泵熱水器熱水出水管先和沼氣發(fā)電機(jī)的高溫?zé)煔夤芡ㄟ^煙氣余熱回收器換熱，再和所述的一級污水循環(huán)管通過第二換熱器連接換熱，最后回到熱泵熱水器形成循環(huán)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔡志武，
申請(專利權(quán))人：蔡志武，
類型：發(fā)明
國別省市：
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