一种耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，该系统包括生物质预热器、生物质粉碎机、鼓泡流化床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、气‑水分离器、空气分流器、水泵、槽式太阳能集热器、内燃机发电机组、溴化锂吸收式机组、第二换热器和溶液吸收式除湿机组。本发明专利技术充分利用了可再生能源，进一步提高系统能源利用率。本发明专利技术综合利用了生物质和太阳能两种能源技术，进行耦合和集成，实现了两种能源的优势互补。该系统总能系统效率高达77.4％，对优化能源结构，保护环境，减排温室气体，应对气候变化具有十分重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源
，特别是一种耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统。
技术介绍
长期以来，能源问题一直都是人类生存和发展的基本保障，化石能源是当前世界能源结构的主要组成部分。随着煤炭、石油等化石能源的消耗，原本趋于平衡的能量循环被破坏，化石能源在燃烧释放能量的同时，大量的碳素释放，打破了生态平衡。化石能源燃烧释放出的二氧化碳量已远远超出了绿色植物光合作用的吸收能力。随之带来的一系列臭氧层破坏、气候反常等现象，使得人来面临的生态环境压力越来越大。开发资源储量大、清洁无污染的可再生能源对于可持续发展有着重要意义。其中太阳能和生物质因其独特的优势而被认为是化石燃料潜在的替代能源，其高效清洁利用技术受到广泛关注。太阳能具有储量无限性、存在普遍性、利用清洁性以及逐步提升的开发经济性等优势，使之成为解决能源短缺、环境污染的有效途径之一。太阳能光热转化技术利用太阳辐射能转换成热能，有着长期的经验积累和应用前景。以水作为直接传热工质，提供气化反应所需要的汽化潜热，转化为蒸汽内能，通过蒸汽内能的形式参与和生物质在较高温度下进行的气化反应，间接转化为合成气化学能，实现品位间接提升。生物质与其它能源相比，分布广泛、环境影响较小，可持续利用，是唯一可再生的碳源。然而也存在资源分布分散、能量密度低等缺点，直接燃烧生物质量利用效率低，释放烟气粉尘造成环境污染。生物质气化技术将低能量密度的生物质转化为使用方便的合成气，使得燃料的化学能转移到合成气中，提高燃气利用效率。冷热电三联产系统是集发电、供暖、制冷于一体的分布式能源系统，通过燃料燃烧的高品位热能用于发电，低品位热能用来供热、制冷或除湿，实现冷热电联产和能源的梯级利用。耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统考虑太阳能经济性集热温度与生物质气化反应温度的特点，以及功、冷、湿并供实现能源的综合梯级利用，提高系统的性能。分布式生物质气化供能系统就近收集
固体生物燃料，避免低密度原料长距离输送的能源消耗和费用，发挥产品多样性的优点，满足终端用户对气、冷、热、电、除湿等多种能源的需求，同时利用中低温太阳能集热量提供气化反应所需要的气化潜热，间接转化为合成气化学能，实现能量的品位提升。目前对现有设计理念和实施方案的生物质联产系统的研究存在的主要问题在：1)生物质联产系统以生物质作为主要的原料来源，可再生能源利用单一，没有真正意义实现多能源互补及适度、深度应用。2)生物质联产系统输出产品缺乏多样性，主要以热电产品为主，冷热电、甚至除湿应用较少，无法满足终端用户能源需求的多样性。3)通过生物质气化发电实现了对燃料化学能品位的提升，而如何高效利用生物质合成气和发电过程中的余热资源，实现热能的综合梯级利用也是需要解决的关键问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了最大限度的提高联产系统总能效率，真正意义实现可再生能源综合互补利用，满足不同用户的产品需求，提高余热资源综合梯级利用，本专利技术提出了一种耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术提供了一种耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，该系统包括生物质预热器、生物质粉碎机、鼓泡流化床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、气-水分离器、空气分流器、水泵、槽式太阳能集热器、内燃机发电机组、溴化锂吸收式机组、第二换热器和溶液吸收式除湿机组。其中：生物质预热器，用于干燥生物质，降低生物质的含水量；生物质粉碎机，用于将生物质原料破碎成粉状物料；鼓泡流化床气化炉，用于生物质和空气、水蒸气参与气化反应，生成合成气，满足内燃机发电机组燃料需求；旋风分离除尘器，用于对鼓泡流化床气化炉出口的合成气进行除尘净化处理，除去合成气中的灰分及炭颗粒等杂质；第一换热器，利用合成气的高温热能预热空气，以生产热量，满足干燥生物质和气化反应需求，同时加热一部分进口侧生活热水，满足用户生活热水需求；气-水分离器，用于除去合成气中冷凝出来的水分；空气分流器，用于利用预热的空气，一方面通入生物质预热器干燥生
物质，一方面通入鼓泡流化床气化炉满足气化反应的需求；水泵，用于对0.1MPa、25℃的水进行加压处理，通入到槽式太阳能集热器中；槽式太阳能集热器，以水作为吸热工质，利用太阳热能加热水，以生产水蒸气，满足鼓泡流化床气化炉中气化反应的需求；内燃机发电机组，利用经过净化处理的合成气做功发电，满足用户和维持机组正常运行的电需求；溴化锂吸收式机组，采用溴化锂溶液，用于利用内燃机发电机组的烟气余热制取冷冻水和热水，以满足用户制冷需求；第二换热器，用于利用溴化锂吸收式机组出口的余热，加热一部分进口侧生活热水，满足用户生活热水需求；溶液吸收式除湿机组，用于利用内燃机发电机组的缸套水余热，对需求建筑进行除湿，使得热能合理利用。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，通过将太阳能和生物质两种可再生能源技术的有效整合，发挥各自的优势，充分利用中低温太阳能热能，提高生物质气化过程效率，使得冷燃气效率达59.3％，同时实现不同可再生能源的对口合理利用，使得系统总能源效率达77.4％。2、本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，生物质作为一种资源丰富、洁净的可再生能源，在进一步转化利用过程中将生长过程中吸收的二氧化碳重新释放到大气中，构成二氧化碳的不断循环，其利用在一定程度上可实现二氧化碳零排放，从而减少温室气体排放；3、本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，太阳能作为一种洁净的可再生能源，通过槽式太阳能集热器，以水为导热介质生成中温水蒸气，太阳能光热转换技术为气化反应提供一部分蒸汽的气化潜热，通过水蒸气参与生物质气化反应，将太阳能中低温热能间接转化为合成气化学能，实现品位间接提升；4、本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，通过将低能量密度的生物质转换为高品质的电能，同时不同品位的余热资源用于产生生活热水、供热、制冷、除湿，实现了不同品位余热资源的综合梯级利用；5、本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，充分利用气化过程中合成气的余热资源，将合成气的高温余热资源进行回收，同时出去合成气中的冷凝水，不仅进一步净化处理合成气，还使得生物质气化过程中的余热
资源得到充分合理利用；6、本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，系统产品输出多样性：生活热水、供热、制冷、除湿，满足不同功能用户对多种能源的需求；7、本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，直接面向用户，解决生物质分散、能量密度低的问题，为电网末端或偏远且生物质资源丰富的地区提供能量，降低输送过程中的能耗，提高系统的总效率。附图说明图1是本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，是本专利技术提供的耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统的示意图，该系统包括生物质预热器、生物质粉碎机、鼓泡流化床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、气-水分离器、空气分流器、水泵、槽式太阳能集热器、内燃机发电机组、溴化锂吸收式机组、第二换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，其特征在于，该系统包括生物质预热器、生物质粉碎机、鼓泡流化床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、气‑水分离器、空气分流器、水泵、槽式太阳能集热器、内燃机发电机组、溴化锂吸收式机组、第二换热器和溶液吸收式除湿机组，其中：生物质预热器，用于干燥生物质，降低生物质的含水量；生物质粉碎机，用于将生物质原料破碎成粉状物料；鼓泡流化床气化炉，用于生物质和空气、水蒸气参与气化反应，生成合成气，满足内燃机发电机组燃料需求；旋风分离除尘器，用于对鼓泡流化床气化炉出口的合成气进行除尘净化处理，除去燃气中的灰分及炭颗粒；第一换热器，利用合成气的高温热能预热空气，以生产热量，满足干燥生物质和气化反应需求，同时加热一部分进口侧生活热水，满足用户生活热水需求；气‑水分离器，用于除去合成气中冷凝出来的水分；空气分流器，用于利用预热的空气，一方面通入生物质预热器干燥生物质，一方面通入鼓泡流化床气化炉满足气化反应的需求；水泵，用于对0.1MPa、25℃水进行加压处理，通入到槽式太阳能集热器中；槽式太阳能集热器，以水作为吸热工质，利用太阳热能加热水，以生产水蒸气，满足鼓泡流化床气化炉中气化反应的需求；内燃机发电机组，利用经过净化处理的合成气做功发电，满足用户和维持机组正常运行的电需求；溴化锂吸收式机组，采用溴化锂溶液，用于利用内燃机发电机组的烟气余热制取冷冻水和热水，以满足用户制冷需求；第二换热器，用于利用溴化锂吸收式机组出口的余热，加热一部分进口侧生活热水，满足用户生活热水需求；溶液吸收式除湿机组，用于利用内燃机发电机组的缸套水余热，对需求建筑进行除湿，合理利用低温余热。...

【技术特征摘要】
1.一种耦合太阳能和生物质的冷热电三联产系统，其特征在于，该系统包括生物质预热器、生物质粉碎机、鼓泡流化床气化炉、旋风分离除尘器、第一换热器、气-水分离器、空气分流器、水泵、槽式太阳能集热器、内燃机发电机组、溴化锂吸收式机组、第二换热器和溶液吸收式除湿机组，其中：生物质预热器，用于干燥生物质，降低生物质的含水量；生物质粉碎机，用于将生物质原料破碎成粉状物料；鼓泡流化床气化炉，用于生物质和空气、水蒸气参与气化反应，生成合成气，满足内燃机发电机组燃料需求；旋风分离除尘器，用于对鼓泡流化床气化炉出口的合成气进行除尘净化处理，除去燃气中的灰分及炭颗粒；第一换热器，利用合成气的高温热能预热空气，以生产热量，满足干燥生物质和气化反应需求，同时加热一部分进口侧生活热水，满足用户生活热水需求；气-水分离器，用于除去合成气中冷凝出来的水分；空气分流器，用于利用预热的空气，一方面通入生物质预热器干燥生物质，一方面通入鼓泡流化床气化炉满足气化反应的需求；水泵，用于对0.1MPa、25℃水进行加压处理，通入到槽式太阳能集热器中；槽式太阳能集热器，以水作为吸热工质，利用太阳热能加热水，以生产水蒸气，满足鼓泡流化床气化炉中气化反应的需求；内燃机发电机组，利用经过净化处理的合成气做功发电，满足用户和维持机组正常运行的电需求；溴化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪强，张晓烽，王飞，曾蓉，康书硕，张国强，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43