專利名稱：一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)運(yùn)行模式的高效微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)方法，屬于可再生能源技術(shù)、微型分布式能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微型分布式能源系統(tǒng)是以小規(guī)模、小容量、模塊化、分散的方式布置在用戶端的供能系統(tǒng)，供能功率小于100千瓦。該系統(tǒng)具有減少一次能源消耗，極大降低輸配電損耗和輸配電成本，系統(tǒng)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國的重視，特別適合于人口密度低的邊遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)場、林場、獨(dú)棟建筑等人居環(huán)境。當(dāng)前，分布式供能技術(shù)及裝備主要被歐美及日本等發(fā)達(dá)國家所壟斷。美國是最早發(fā)展分布式供能系統(tǒng)的國家之一。歐洲的分布式供能發(fā)展水平據(jù)世界領(lǐng)先，其中丹麥的分布式供能發(fā)電量占到國內(nèi)總發(fā)電量的52%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平。日本的分布式熱電(冷)聯(lián)供系統(tǒng)是僅次于燃?xì)狻㈦娏Φ牡谌蠊┠芊绞?。在我國，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》將分布式供能技術(shù)作為與氫能、核能等并列的4項(xiàng)能源領(lǐng)域前沿技術(shù)。與發(fā)達(dá)國家相比，然而我國分布式供能技術(shù)處于起步階段，還存在諸多需要完善之處，如系統(tǒng)適應(yīng)性差、循環(huán)效率不高、核心設(shè)備技術(shù)不完善等問題，亟需加快相關(guān)工藝、技術(shù)和裝備的研發(fā)。目前諸多的微型分布式供能工藝中，生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)由于充分結(jié)合了可再生能源的優(yōu)點(diǎn)，成為世界各國發(fā)展的重點(diǎn)。然而目前已有的工藝系統(tǒng)仍普遍存在問題，如(1)設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性較差，由于生物質(zhì)分布不均，以及太陽光強(qiáng)度隨季節(jié)、時間、地域的變化，現(xiàn)有的系統(tǒng)都很難做到生物質(zhì)能與太陽能的靈活匹配；(2)系統(tǒng)效率較低，設(shè)計良好的微型分布式能源系統(tǒng)，其理論發(fā)電效率可達(dá)20% 25%，熱電總效率可達(dá)70% 80%，目前我國目前的發(fā)電效率僅約為10%,尚有巨大的技術(shù)提升空間和市場發(fā)展?jié)摿Α榇?，本專利提出的高效微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)方法，具備靈活可調(diào)的運(yùn)行方式(太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)、生物質(zhì)熱電聯(lián)循環(huán)、及生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán))提高了可再生能源系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)力，使其可以應(yīng)用于不同氣候的廣大地區(qū)，且不受季節(jié)、晝夜等時間因素的制約。此外，本專利采用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)取代常規(guī)的蒸汽/制冷劑朗肯循環(huán)，不但明顯提高系統(tǒng)效率，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，也實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)對環(huán)境的零破壞。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提出一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及方法，解決太陽能與生物質(zhì)能在單獨(dú)應(yīng)用時的低效率和低穩(wěn)定性等問題，同時提高可再生能源系統(tǒng)的效率，降低設(shè)備成本并實(shí)現(xiàn)可再生能源系統(tǒng)分布化和小型化。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳熱流體循環(huán)回路、與傳熱流體循環(huán)回路相通的有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路、分別與有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路相連通的發(fā)電系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)；其中，
熱流體循環(huán)回路和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路共用過熱器和蒸發(fā)器；供熱系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路共用冷凝器。優(yōu)選的，傳熱流體循環(huán)回路中，包括由傳熱流體管路依次連接的生物質(zhì)鍋爐裝置、太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化裝置、傳熱工質(zhì)流量計、過熱器、蒸發(fā)器和傳熱工質(zhì)循環(huán)泵，其中，生物質(zhì)鍋爐裝置的出口與太陽能熱吸收轉(zhuǎn)換裝置的進(jìn)口相連，太陽能吸收熱轉(zhuǎn)化裝置的出口與傳熱工質(zhì)流量計的進(jìn)口相連，傳熱工質(zhì)流量計的出口過熱器的進(jìn)口相連，過熱器的傳熱工質(zhì)輸出口與蒸發(fā)器的傳熱工質(zhì)輸入口相連，蒸發(fā)器的出口與傳熱工質(zhì)循環(huán)泵的進(jìn)口相連，傳熱工質(zhì)循環(huán)泵的出口與生物質(zhì)鍋爐裝置的進(jìn)口相連；在生物質(zhì)鍋爐裝置的進(jìn)口和出口分別設(shè)有第四閥門和第三閥門，在太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化裝置的進(jìn)口和出口分別設(shè)有第二閥門和第一閥門；有機(jī)工質(zhì)循環(huán)中，包括由有機(jī)工質(zhì)管路依次連接的過熱器、監(jiān)視窗口、微型膨脹機(jī)、回?zé)峒訜崞?、冷凝器、有機(jī)工質(zhì)儲液罐、有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵、有機(jī)工質(zhì)流量計、有機(jī)工質(zhì)流
量計、回?zé)峒訜崞骱驼舭l(fā)器；其中，過熱器的出口與監(jiān)視窗口的進(jìn)口相連，監(jiān)視窗口的出口與微型膨脹機(jī)的入汽口相連，微型膨脹機(jī)的出汽口分別與交流發(fā)電機(jī)和回?zé)峒訜崞鞯牡谝贿M(jìn)口相連，回?zé)峒訜崞鞯牡谝怀隹谂c蒸發(fā)器的第一進(jìn)口相連；回?zé)峒訜崞鞯牡诙隹谂c冷凝器的第一進(jìn)口相連，冷凝器的第一出口與有機(jī)工質(zhì)儲液罐的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)儲液罐的出口與有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵的出口與有機(jī)工質(zhì)流量計的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)流量計的出口與回?zé)峒訜崞鞯牡诙M(jìn)口相連；發(fā)電系統(tǒng)包括交流發(fā)電機(jī)、與交流發(fā)電機(jī)連接的變壓器；供熱系統(tǒng)包括冷凝器、回水泵和熱用戶；其中，回水泵的出口與冷凝器第二進(jìn)口相連，冷凝器的第二出口與用戶相連，回水泵的進(jìn)口與用戶相連。優(yōu)選的，在傳熱流體循環(huán)回路中循環(huán)的傳熱流體為導(dǎo)熱油或水。優(yōu)選的，在有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路中采用的循環(huán)工質(zhì)為無毒無污染的有機(jī)工質(zhì)溶液。本發(fā)明還提供了一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)方法，該方法采用三種循環(huán)模式，即太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程、生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)過程和生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程；其中，太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程在太陽能資源充足，滿足用戶熱能和電能需要的條件下，調(diào)節(jié)第四閥門、第三閥門、第二閥門和第一閥門的流向，使閥門第四閥門、第三閥門之間的管路為直通狀態(tài)，第二閥門和第一閥門之間的管路為斷開狀態(tài)，從而令生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)不接入傳熱流體循環(huán)回路，傳熱流體僅通過太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，由太陽能單獨(dú)加熱傳熱流體，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)；生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)過程在沒有太陽能資源或太陽能輻射強(qiáng)度小于該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行成本的情況下，通過調(diào)節(jié)第四閥門、第三閥門、第二閥門和第一閥門的流向，使第四閥門、第三閥門的管路為斷開狀態(tài)，第二閥門和第一閥門之間的管路為直通狀態(tài)，使傳熱流體僅通過生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)，由燃燒生物質(zhì)放熱單獨(dú)加熱傳熱流體，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)；生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程除以上兩種情況的普通運(yùn)行工況下，通過調(diào)節(jié)第四閥門、第三閥門、第二閥門和第一閥門的流向，使閥門第四閥門、第三閥門之間的管路為直通狀態(tài)，第二閥門和第一閥門之間的管路為直通狀態(tài)，此時，傳熱流體同時接受生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)和太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的共同加熱，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。有益效果本發(fā)明提出的一種可調(diào)運(yùn)行模式的微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有如下的特色及優(yōu)點(diǎn)I、可對太陽能和生物質(zhì)能兩種可再生能源進(jìn)行合理匹配，即充分利用太陽能資源，又克服了常規(guī)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使其具有了很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，受地域和時間的限制小。2、本發(fā)明僅將太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化設(shè)備嵌入系統(tǒng)中，省去常規(guī)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的必須的蓄熱子系統(tǒng)和補(bǔ)燃子系統(tǒng)等，降低了設(shè)備的復(fù)雜性，同時節(jié)省投資成本。3、常規(guī)太陽能集熱系統(tǒng)加熱流體的溫度普遍較低，通過集成到生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)·中，可以進(jìn)一步提聞傳熱流體溫度，提聞系統(tǒng)的發(fā)電效率。4、采用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)取代常規(guī)蒸汽朗肯循環(huán)，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，同時能保證膨脹機(jī)出口干度，保護(hù)設(shè)備并提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化設(shè)備可分布于建筑物頂層，生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)可直接取代家用供熱鍋爐，主設(shè)備不額外占用建筑空間，不影響建筑設(shè)計和外觀，同時實(shí)現(xiàn)了對資源的最大化利用。


圖I是本發(fā)明的微型太陽能和生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)由傳熱流體循環(huán)I和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)II兩個回路組成。圖中包括生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I、太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2、傳熱工質(zhì)流量計3、過熱器4、蒸發(fā)器5、傳熱工質(zhì)循環(huán)泵6、監(jiān)視窗口 7、微型膨脹機(jī)8、交流發(fā)電機(jī)9、變壓器10、回?zé)峒訜崞?1、冷凝器12、有機(jī)工質(zhì)儲液罐13、有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵14、有機(jī)工質(zhì)流量計15、回水泵16、熱用戶17，第一三相閥門VI、第二三相閥門V2、第三三相閥門V3和第四三相閥門V4。生物質(zhì)顆粒入口 A、鍋爐煙氣出口 B、冷卻水入口 C，熱水輸出口 D、電能輸出端口 E。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明將太陽能集熱技術(shù)與生物質(zhì)燃燒技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用，從而為系統(tǒng)提供不受地域和時間等外部環(huán)境因素影響的穩(wěn)定熱源；針對由于熱源溫度較低導(dǎo)致的系統(tǒng)熱效率較低的問題，采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)來取代常規(guī)的水蒸氣朗肯循環(huán)。其基本思路入下采用聚光裝置和集熱裝置，將太陽能輻射熱轉(zhuǎn)化成熱能，配合微型生物質(zhì)鍋爐燃燒生物質(zhì)顆粒產(chǎn)生的熱量加熱給傳熱流體。傳熱流體依次通過過熱器和蒸發(fā)器與有機(jī)工質(zhì)溶液進(jìn)行熱交換，使其轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱干蒸汽，帶動微型汽輪機(jī)組發(fā)電，并在冷凝器中換熱給冷卻水，實(shí)現(xiàn)電能和熱能輸出。參見圖1，本發(fā)明提供的微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳熱流體循環(huán)回路I、與傳熱流體循環(huán)回路I相通的有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路II、分別與有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路
II相連通的發(fā)電系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)；其中，
熱流體循環(huán)回路I和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路II共用過熱器4和蒸發(fā)器5 ;供熱系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路II共用冷凝器12。傳熱流體循環(huán)回路I中，包括由傳熱流體管路依次連接的生物質(zhì)鍋爐裝置I、太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化裝置2、傳熱工質(zhì)流量計3、過熱器4、蒸發(fā)器5和傳熱工質(zhì)循環(huán)泵6，其中，生物質(zhì)鍋爐裝置I的出口與太陽能熱吸收轉(zhuǎn)換裝置2的進(jìn)口相連，太陽能吸收熱轉(zhuǎn)化裝置2的出口與傳熱工質(zhì)流量計3的進(jìn)口相連，傳熱工質(zhì)流量計3的出口過熱器4的進(jìn)口相連，過熱器4的傳熱工質(zhì)輸出口與蒸發(fā)器5的傳熱工質(zhì)輸入口相連,蒸發(fā)器5的出口與傳熱工質(zhì)循環(huán)泵6的進(jìn)口相連，傳熱工質(zhì)循環(huán)泵6的出口與生物質(zhì)鍋爐裝置I的進(jìn)口相連；在生物質(zhì)鍋爐裝置I的進(jìn)口和出口分別設(shè)有第四閥門V4和第三閥門V3，在太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化裝置2的進(jìn)口和出口分別設(shè)有第二閥門V2和第一閥門VI。有機(jī)工質(zhì)循環(huán)II中，包括由有機(jī)工質(zhì)管路依次連接的過熱器4、監(jiān)視窗口 7、微型膨脹機(jī)8、回?zé)峒訜崞?1、冷凝器12、有機(jī)工質(zhì)儲液罐13、有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵14、有機(jī)工質(zhì)流量計14、有機(jī)工質(zhì)流量計15、回?zé)峒訜崞?1和蒸發(fā)器5 ;其中，過熱器4的出口與監(jiān)視窗口7的進(jìn)口相連，監(jiān)視窗口 7的出口與微型膨脹機(jī)8的入汽口相連，微型膨脹機(jī)8的出汽口分別與交流發(fā)電機(jī)9和回?zé)峒訜崞?1的第一進(jìn)口相連，回?zé)峒訜崞?1的第一出口與蒸發(fā)器5·的第一進(jìn)口相連；回?zé)峒訜崞?1的第二出口與冷凝器12的第一進(jìn)口相連，冷凝器12的第一出口與有機(jī)工質(zhì)儲液罐13的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)儲液罐13的出口與有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵14的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵14的出口與有機(jī)工質(zhì)流量計15的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)流量計15的出口與回?zé)峒訜崞?1的第二進(jìn)口相連。發(fā)電系統(tǒng)包括交流發(fā)電機(jī)9、與交流發(fā)電機(jī)9連接的變壓器10;供熱系統(tǒng)包括冷凝器12、回水泵16和熱用戶17 ;其中，回水泵16的出口與冷凝器12第二進(jìn)口相連，冷凝器的第二出口與用戶相連，回水泵16的進(jìn)口與用戶相連。在傳熱流體循環(huán)回路I中循環(huán)的傳熱流體為導(dǎo)熱油或水。在有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路II中采用的循環(huán)工質(zhì)為無毒無污染的有機(jī)工質(zhì)溶液。本發(fā)明還提供了一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)方法，該方法采用三種循環(huán)模式，即太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程、生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)過程和生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程；其中，太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程在太陽能資源充足，滿足用戶熱能和電能需要的條件下，調(diào)節(jié)第四閥門V4、第三閥門V3、第二閥門V2和第一閥門Vl的流向，使閥門第四閥門V4、第三閥門V3之間的管路為直通狀態(tài)，第二閥門V2和第一閥門Vl之間的管路為斷開狀態(tài)，從而令生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I不接入傳熱流體循環(huán)回路I，傳熱流體僅通過太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2，由太陽能單獨(dú)加熱傳熱流體，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路II,實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)；生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)過程在沒有太陽能資源或太陽能輻射強(qiáng)度小于該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行成本的情況下，通過調(diào)節(jié)第四閥門V4、第三閥門V3、第二閥門V2和第一閥門Vl的流向，使第四閥門V4、第三閥門V3的管路為斷開狀態(tài)，第二閥門V2和第一閥門Vl之間的管路為直通狀態(tài)，使傳熱流體僅通過生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)1，由燃燒生物質(zhì)放熱單獨(dú)加熱傳熱流體，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路II，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程除以上兩種情況的普通運(yùn)行工況下，通過調(diào)節(jié)第四閥門V4、第三閥門V3、第二閥門V2和第一閥門Vl的流向，使閥門第四閥門V4、第三閥門V3之間的管路為直通狀態(tài)，第二閥門V2)和第一閥門Vl之間的管路為直通狀態(tài)，此時，傳熱流體同時接受生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I和太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2的共同加熱，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路II，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。在傳熱流體循環(huán)回路I中循環(huán)的傳熱流體為導(dǎo)熱油或水。在有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路II中循環(huán)的是朗肯循環(huán)工質(zhì)，為無毒無污染的有機(jī)工質(zhì)溶液。如循環(huán)發(fā)電效率可達(dá)20% 25%。有機(jī)工質(zhì)溶液為氫氟醚(Hydrof luo-roether)系列溶液。詳述如下。本發(fā)明的系統(tǒng)的構(gòu)建方式和實(shí)現(xiàn)方法如圖I所示，該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)由傳熱流體循
環(huán)I和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)II兩個回路組成。圖I中左側(cè)虛線框內(nèi)為傳熱流體循環(huán)I，在有太陽輻射情況下，太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2將太陽輻射熱吸收用于加熱傳熱流體(如導(dǎo)熱油，水等)到設(shè)定溫度，在太陽輻射較弱或沒有太陽輻射的情況下，則由生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I通過燃燒生物質(zhì)顆粒，補(bǔ)充加熱到設(shè)定溫度時所需要的熱量。被加熱到設(shè)定溫度的傳熱流體依次經(jīng)過過熱器4和蒸發(fā)器5將熱量傳遞給有機(jī)工質(zhì)溶液，經(jīng)過熱量傳遞后的傳熱流體溫度下降，再經(jīng)傳熱工質(zhì)循環(huán)泵6加壓后重新進(jìn)入太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2以及生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I加熱，完成一次循環(huán)。圖I中右側(cè)虛線框內(nèi)為有機(jī)工質(zhì)循環(huán)II，有機(jī)工質(zhì)溶液先經(jīng)過回?zé)峒訜崞?0預(yù)熱，之后進(jìn)入蒸發(fā)器5加熱成為飽和蒸汽，并在過熱器4中被進(jìn)一步加熱為高壓的過熱干蒸汽，過熱干蒸汽經(jīng)過監(jiān)視窗口 7，進(jìn)入微型膨脹機(jī)8，帶動交流發(fā)電機(jī)9產(chǎn)生電能。做功后的過熱干蒸汽變?yōu)闈裾羝?，?jīng)過回?zé)峒訜崞?1部分放熱，再進(jìn)入冷凝器12被冷卻水冷卻后，濕蒸汽重新冷凝為液態(tài)的有機(jī)工質(zhì)溶液，流入有機(jī)工質(zhì)儲液罐13，完成了一次循環(huán)。其中，生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I通過三向閥門V3、V4連接入傳熱流體循環(huán)I,而太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2則通過三向閥門VI、V2連接入傳熱流體循環(huán)I。因此，通過操作四個三相閥門的不同設(shè)置，本系統(tǒng)可根據(jù)用戶當(dāng)?shù)貢r間和季節(jié)等因素的影響，改變操作條件，實(shí)現(xiàn)以下三種運(yùn)行I.太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)在太陽能資源充足，可滿足用戶熱能和電能需要的條件下，調(diào)節(jié)四個三向閥門的流向，使閥門V3和V4之間的管路為直通狀態(tài)，閥門Vl和V2之間的管路為斷開狀態(tài)，從而令生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I不接入傳熱流體循環(huán)I，傳熱流體僅通過太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2，由太陽能單獨(dú)加熱傳熱流體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)。2.生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)在沒有太陽能資源(如夜晚)或太陽能輻射強(qiáng)度小于該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行成本的情況下，通過調(diào)節(jié)四個三向閥門的流向，使閥門V3和V4之間的管路為斷開狀態(tài)，閥門Vl和V2之間的管路為直通狀態(tài),使傳熱流體僅通過生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I,由燃燒生物質(zhì)放熱單獨(dú)加熱傳熱流體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)。生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)除以上兩種情況的普通運(yùn)行工況下，通過調(diào)節(jié)四個三向閥門的流向，使閥門V3和V4之間的管路為直通狀態(tài)，閥門Vl和V2之間的管路為直通狀態(tài)，此時，傳熱流體同時接受生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I和太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2的共同加熱，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)。根據(jù)太陽輻射情況以及用戶需求狀況，本系統(tǒng)有三種主要運(yùn)行方式。以下參照圖I來進(jìn)行說明，運(yùn)行方式采用生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行，傳熱工質(zhì)以水，有機(jī)工質(zhì)以氫氟醚(Hydrofluo-roether)溶液HFE7000為例，詳細(xì)說明本發(fā)明的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方法。在生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I中加入燃料顆粒后啟動鍋爐，設(shè)定過熱器4入口處傳熱流體溫度為140°C，壓力為400 500kPa，同時打開太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2吸收太陽能熱輻射，調(diào)整三相閥門的流通方向，使Vl與V2之間管路為斷開狀態(tài)，V3和V4之間的管路為斷開狀態(tài)。打開傳熱工質(zhì)循環(huán)泵6，傳熱流體循環(huán)I啟動，水經(jīng)過生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I和太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2的共同加熱，升溫至設(shè)定溫度和壓力，依次通過過熱器4和蒸發(fā)器5將熱量傳遞至有機(jī)工質(zhì)溶液。經(jīng)過放熱后的傳熱工質(zhì)被傳熱工質(zhì)循環(huán)泵6加壓后回到生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I和太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)(2)中再次加熱，以此不斷循環(huán)。打開有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵13，有機(jī)工質(zhì)循環(huán)II啟動，有機(jī)工質(zhì)HFE7000在蒸發(fā)器5中受熱氣化，被加熱至90 100°C，400 500kPa的飽和蒸汽，經(jīng)過熱器4進(jìn)一步加熱為110 120°C,500 600kPa的過熱干蒸汽后,通過監(jiān)視窗口 7,進(jìn)入微型膨脹機(jī)8中膨脹做功，微型膨脹機(jī)8帶動交流發(fā)電機(jī)9發(fā)電，發(fā)出的低壓電經(jīng)變壓器10升壓后供用戶使用。做功后的過熱干蒸汽變?yōu)闇囟葹?0 100°C，150 200kPa的濕蒸汽，經(jīng)過回?zé)峒訜崞?1部·分放熱，溫度降至70 80°C °C，再進(jìn)入冷凝器12進(jìn)一步被冷卻，濕蒸汽被冷凝為的液態(tài)有機(jī)工質(zhì)，流入有機(jī)工質(zhì)儲液罐13，經(jīng)過有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵14加壓后再次進(jìn)入蒸發(fā)器5和過熱器4中被加熱，以此不斷循環(huán)。從熱用戶17來的冷卻水經(jīng)回水泵16，輸送至冷凝器12加熱至50 60°C，完成加熱過程后的熱水送回?zé)嵊脩?7處，供建筑采暖和生活用熱水。其他兩種運(yùn)行方式與生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行的區(qū)別僅在于，在太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)中，傳熱流體僅通過太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)2 ;在生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)中，傳熱流體僅通過生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)I。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括傳熱流體循環(huán)回路(I)、與傳熱流體循環(huán)回路(I)相通的有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)、分別與有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)相連通的發(fā)電系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)；其中， 熱流體循環(huán)回路(I)和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)共用過熱器(4)和蒸發(fā)器(5);供熱系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)共用冷凝器(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，傳熱流體循環(huán)回路(I)中，包括由傳熱流體管路依次連接的生物質(zhì)鍋爐裝置(I)、太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化裝置(2)、傳熱工質(zhì)流量計(3)、過熱器(4)、蒸發(fā)器(5)和傳熱工質(zhì)循環(huán)泵(6)，其中， 生物質(zhì)鍋爐裝置(I)的出口與太陽能熱吸收轉(zhuǎn)換裝置(2)的進(jìn)口相連，太陽能吸收熱轉(zhuǎn)化裝置(2 )的出口與傳熱工質(zhì)流量計(3 )的進(jìn)口相連，傳熱工質(zhì)流量計(3 )的出口過熱器(4)的進(jìn)口相連,過熱器(4)的傳熱工質(zhì)輸出口與蒸發(fā)器(5)的傳熱工質(zhì)輸入口相連,蒸發(fā)器(5 )的出口與傳熱工質(zhì)循環(huán)泵(6 )的進(jìn)口相連，傳熱工質(zhì)循環(huán)泵(6 )的出口與生物質(zhì)鍋爐裝置(I)的進(jìn)口相連；在生物質(zhì)鍋爐裝置(I)的進(jìn)口和出口分別設(shè)有第四閥門(V4)和第三閥門(V3)，在太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化裝置(2)的進(jìn)口和出口分別設(shè)有第二閥門(V2)和第一閥門(Vl)； 有機(jī)工質(zhì)循環(huán)(II)中，包括由有機(jī)工質(zhì)管路依次連接的過熱器(4)、監(jiān)視窗口(7)、微型膨脹機(jī)(8)、回?zé)峒訜崞?11)、冷凝器(12)、有機(jī)工質(zhì)儲液罐(13)、有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵(14)、有機(jī)工質(zhì)流量計(14 )、有機(jī)工質(zhì)流量計(15 )、回?zé)峒訜崞?11)和蒸發(fā)器(5 );其中， 過熱器(4)的出口與監(jiān)視窗口(7)的進(jìn)口相連，監(jiān)視窗口(7)的出口與微型膨脹機(jī)(8)的入汽口相連，微型膨脹機(jī)(8)的出汽口分別與交流發(fā)電機(jī)(9)和回?zé)峒訜崞?11)的第一進(jìn)口相連，回?zé)峒訜崞?11)的第一出口與蒸發(fā)器(5)的第一進(jìn)口相連；回?zé)峒訜崞?11)的第二出口與冷凝器(12)的第一進(jìn)口相連，冷凝器(12)的第一出口與有機(jī)工質(zhì)儲液罐(13)的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)儲液罐(13)的出口與有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵(14)的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)循環(huán)泵(14)的出口與有機(jī)工質(zhì)流量計(15)的進(jìn)口相連，有機(jī)工質(zhì)流量計(15)的出口與回?zé)峒訜崞?11)的第二進(jìn)口相連； 發(fā)電系統(tǒng)包括交流發(fā)電機(jī)(9 )、與交流發(fā)電機(jī)(9 )連接的變壓器(10 ); 供熱系統(tǒng)包括冷凝器(12 )、回水泵(16 )和熱用戶(17 );其中，回水泵(16 )的出口與冷凝器(12)第二進(jìn)口相連，冷凝器的第二出口與用戶相連，回水泵(16)的進(jìn)口與用戶相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，在傳熱流體循環(huán)回路(I)中循環(huán)的傳熱流體為導(dǎo)熱油或水。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，在有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)中采用的循環(huán)工質(zhì)為無毒無污染的有機(jī)工質(zhì)溶液。
5.一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)方法，其特征在于，該方法采用三種循環(huán)模式，即太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程、生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)過程和生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程；其中， 太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程在太陽能資源充足，滿足用戶熱能和電能需要的條件下，調(diào)節(jié)第四閥門(V4)、第三閥門(V3)、第二閥門(V2)和第一閥門(Vl)的流向，使閥門第四閥門(V4)、第三閥門(V3)之間的管路為直通狀態(tài)，第二閥門(V2)和第一閥門(Vl)之間的管路為斷開狀態(tài)，從而令生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)(I)不接入傳熱流體循環(huán)回路(I )，傳熱流體僅通過太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)(2)，由太陽能單獨(dú)加熱傳熱流體，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)； 生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)過程在沒有太陽能資源或太陽能輻射強(qiáng)度小于該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行成本的情況下，通過調(diào)節(jié)第四閥門(V4)、第三閥門(V3)、第二閥門(V2)和第一閥門(Vl)的流向，使第四閥門(V4)、第三閥門(V3)的管路為斷開狀態(tài)，第二閥門(V2)和第一閥門(Vl)之間的管路為直通狀態(tài)，使傳熱流體僅通過生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)(1)，由燃燒生物質(zhì)放熱單獨(dú)加熱傳熱流體，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)； 生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程除以上兩種情況的普通運(yùn)行工況下，通過調(diào)節(jié)第四閥門(V4)、第三閥門(V3)、第二閥門(V2)和第一閥門(Vl)的流向，使閥門第四閥門(V4)、 第三閥門(V3)之間的管路為直通狀態(tài)，第二閥門(V2)和第一閥門(Vl)之間的管路為直通狀態(tài)，此時，傳熱流體同時接受生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)(I)和太陽能熱吸收轉(zhuǎn)化系統(tǒng)(2)的共同加熱，并傳熱給有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳熱流體循環(huán)回路(I)、與傳熱流體循環(huán)回路(I)相通的有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)、分別與有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)相連通的發(fā)電系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)；其中，熱流體循環(huán)回路(I)和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)共用過熱器(4)和蒸發(fā)器(5)；供熱系統(tǒng)和有機(jī)工質(zhì)循環(huán)回路(II)共用冷凝器(12)。本發(fā)明還提供了一種微型生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)方法，該方法采用太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程、生物質(zhì)熱電聯(lián)合循環(huán)過程和生物質(zhì)與太陽能熱電聯(lián)合循環(huán)過程。本發(fā)明可同時向用戶提供電能和熱能，投資成本低、發(fā)電效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了不同可再生能源的合理匹配和高效綜合利用。
文檔編號F24D19/10GK102852741SQ20121025693
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者邵應(yīng)娟, 金保昇, 鐘文琪, 陳曦 申請人:東南大學(xué)