CN109337798A - 沼液余热回收利用***及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沼液余热回收利用***及工作方法，属于沼气工程技术领域。本发明为解决现有沼液热能回收率低的问题，提供了一种沼液余热回收利用***，包括发酵罐反应器、蒸发器、冷凝器、沼液出料管路、热媒循环管路和原料进料管路；液体热媒进入热媒循环管路的吸热段，在负压作用下吸收沼液出料管路内沼液的热量蒸发成气体；气体热媒进入热媒循环管路的放热段并在正压作用下液化，原料进料管路内的原料吸收气体热媒液化时释放的热量完成升温。本发明利用热媒循环管路增加换热接触面积，提升沼液和原料的换热响应速度，提高了沼液余热回收利用的换热效率，同时利用沼液余热使发酵原料升温，节省了常规沼气发酵对原料进行预热加温的能耗。
Description
技术领域
本发明属于沼气工程技术领域，尤其涉及沼液余热回收利用***及工作方法。
背景技术
沼气作为一种清洁的生物质能源，集环保效益和经济效益于一体，其开发利用是解决能源紧张形势下能源供应问题的有效举措。沼气是有机物质在适宜温度下经过厌氧微生物的发酵作用产生的，温度是沼气发酵的关键因素。发酵温度低，则厌氧微生物的活性低，造成工程运行效率低，因而能源效益也低。
在大型沼气工程中，为保证沼气的正常发酵生产，发酵温度必须稳定在一定范围内。因此发酵前需要大量的热水与牛粪混合进入发酵罐，尤其在冬季或夜间，为维持沼气发酵适宜温度，需要消耗大量的电能。北方地区冬季气温低，发酵反应器热损失大，耗能高。有相关数据显示，发酵反应器的热损失中有近一半的热能被排出的沼液所带走。因此有必要对排出的沼液进行热量回收。在现有的沼液余热回收装置中，多是采用简单的直接换热回收方式，热能回收率低。
发明内容
为解决现有沼液热能回收率低的问题，本发明提供了沼液余热回收利用***及工作方法。
本发明的技术方案：
沼液余热回收利用***，包括发酵罐反应器、蒸发器、冷凝器、沼液出料管路、热媒循环管路和原料进料管路；
所述沼液出料管路与发酵罐反应器内部连通，其上设有第一阀门、第二阀门和出料泵；
所述原料进料管路与发酵罐反应器内部连通，其上设有第三阀门、第四阀门和进料泵；
所述沼液出料管路的供热段与热媒循环管路的吸热段共同固定设置于蒸发器内；
所述热媒循环管路的放热段与原料进料管路的换热段共同固定设置于冷凝器内；
所述热媒循环管路的吸热段设有吸热进水阀门和吸热出水阀门，所述热媒循环管路的放热段设有放热进水阀门和放热出水阀门；
所述吸热出水阀门和放热进水阀门之间设有风机；
所述吸热进水阀门和放热出水阀门之间设有热媒缓冲罐，所述热媒缓冲罐与热媒循环管路连通。
进一步的，所述热媒缓冲罐内设有上液位传感器和下液位传感器，所述上液位传感器与控制器连通，控制吸热出水阀门、放热进水阀门和风机的开启；所述下液位传感器与控制器相连，控制吸热进水阀门和放热出水阀门的关闭。
进一步的，所述热媒缓冲罐上还设有补液传感器和注液阀门。
本发明提供的沼液余热回收利用***的工作方法：
开启沼液出料管路上的第一阀门、第二阀门和出料泵，使发酵罐反应器内的沼液由沼液出料管路排出；
开启原料进料管路上的第三阀门、第四阀门和进料泵，使发酵原料由原料进料管路进入发酵罐反应器；
开启热媒循环管路上的吸热进水阀门、吸热出水阀门、放热进水阀门、放热出水阀门和风机，在风机作用下，热媒缓冲罐内的液体热媒进入蒸发器内热媒循环管路的吸热段，当热媒缓冲罐内液体热媒的液位下降至一定位置时，关闭吸热进水阀门和放热出水阀门，此时在风机的作用下，蒸发器内热媒循环管路吸热段开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收沼液出料管路供热段内沼液的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒，完成对沼液余热的回收；
热媒循环管路吸热段内的气体热媒在风机作用下进入冷凝器内热媒循环管路的放热段，放热段内的气体热媒在风机产生的正压作用下发生液化并释放出热量，原料进料管路内的原料吸收气体热媒液化时释放的热量完成升温。
进一步的，所述气体热媒在冷凝器内热媒循环管路的放热段发生液化冷凝为液体热媒后，关闭吸热出水阀门、放热进水阀门和风机，开启吸热进水阀门和放热出水阀门，使液体热媒流回热媒缓冲罐及热媒循环管路的吸热段内，继续利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环使沼气余热为原料加热。
进一步的，所述热媒为R433b新型碳氢制冷剂。
进一步的，热媒缓冲罐内设有上液位传感器和下液位传感器，所述上液位传感器与控制器连通，控制吸热出水阀门、放热进水阀门和风机的开启；所述下液位传感器与控制器相连，控制吸热进水阀门和放热出水阀门的关闭，
开启热媒循环管路上的吸热进水阀门、吸热出水阀门、放热进水阀门、放热出水阀门和风机，在风机作用下，热媒缓冲罐内的液体热媒进入蒸发器内热媒循环管路的吸热段，当热媒缓冲罐内液体热媒的液位下降下液位传感器702所处位置时，下液位传感器向控制器发出信号，将吸热进水阀门和放热出水阀门关闭，
此时在风机的作用下，蒸发器内热媒循环管路吸热段开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收沼液出料管路供热段内沼液的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒，完成对沼液余热的回收；
热媒循环管路吸热段内的气体热媒在风机作用下进入冷凝器内热媒循环管路的放热段，放热段内的气体热媒在风机产生的正压作用下发生液化并释放出热量，原料进料管路内的原料吸收气体热媒液化时释放的热量完成升温，
所述气体热媒在冷凝器内热媒循环管路的放热段发生液化冷凝为液体热媒后，关闭吸热出水阀门、放热进水阀门和风机，开启吸热进水阀门和放热出水阀门，使液体热媒流回热媒缓冲罐内，当热媒缓冲罐内液体上升至上液位传感器所在位置时，上液位传感器向控制器发出信号，开启热媒循环管路上的吸热出水阀门、放热进水阀门和风机，继续利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环使沼气余热为原料加热。
进一步的，所述热媒缓冲罐上还设有补液传感器和注液阀门，当液体热媒的液位低于补液传感器时，补液传感器向控制器发出信号，提示开启注液阀门补注热媒。
本发明的有益效果：
本发明利用热媒在压力作用下发生物理状态变化时的吸热和放热作为换热媒介，将完成发酵排出的沼液所携带的热量转换至即将进入发酵罐的发酵原料，利用热媒循环管路增加换热接触面积，提升沼液和原料的换热响应速度，提高了沼液余热回收利用的换热效率。
本发明利用沼液余热使原料在进入发酵罐之前完成加热升温，节省了常规沼气发酵对原料进行预热加温的能耗，更加节能环保。
附图说明
图1为本发明提供的沼液余热回收利用***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
沼液余热回收利用***，包括发酵罐反应器1、蒸发器2、冷凝器3、沼液出料管路4、热媒循环管路5和原料进料管路6；
所述沼液出料管路4与发酵罐反应器1内部连通，其上设有第一阀门401、第二阀门402和出料泵403；
所述原料进料管路6与发酵罐反应器1内部连通，其上设有第三阀门601、第四阀门602和进料泵603；
所述沼液出料管路4的供热段41与热媒循环管路5的吸热段51共同固定设置于蒸发器2内；
所述热媒循环管路5的放热段52与原料进料管路6的换热段61共同固定设置于冷凝器3内；
所述热媒循环管路5的吸热段设有吸热进水阀门501和吸热出水阀门502，所述热媒循环管路5的放热段设有放热进水阀门503和放热出水阀门504；
所述吸热出水阀门502和放热进水阀门503之间设有风机505；
所述吸热进水阀门501和放热出水阀门504之间设有热媒缓冲罐7，所述热媒缓冲罐7与热媒循环管路5连通。
本实施例中，蒸发器内的沼液出料管路的供热段与热媒循环管路的吸热段能够高效的完成对沼液余热的回收，而冷凝器内的热媒循环管路的放热段与原料进料管路的换热段能够高效的完成对沼液余热的利用；本实施例沼液余热回收利用***将沼液余热用于使原料在进入发酵罐之前完成加热升温，节省了常规沼气发酵对原料进行预热加温的能耗，
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，所述热媒缓冲罐7内设有上液位传感器701和下液位传感器702，所述上液位传感器701与控制器连通，控制吸热出水阀门502、放热进水阀门503和风机505的开启；所述下液位传感器702与控制器相连，控制吸热进水阀门501和放热出水阀门504的关闭。
本实施例中使用的液位传感器均为浮球式液位传感器，控制器型号为西门子S7-200SMART控制器。
本实施例提供的沼液余热回收利用***通过热媒缓冲罐内设置的上液位传感器、下液位传感器与控制器相连，通过热媒缓冲罐内液体热媒液位变化控制相应阀门的自动开关，实现沼液余热回收利用的自动化控制。
实施例3
本实施例在实施例2的基础上，在热媒缓冲罐7上还设有补液传感器703和注液阀门704。本实施例中使用的补液传感器的为浮球式液位传感器。
本实施例提供的沼液余热回收利用***通过热媒缓冲罐内设置的补液传感器实现对热媒缓冲罐内液体热媒储量的监控，维持沼液余热的连续回收利用。
实施例4
实施例1提供的沼液余热回收利用***的工作方法：
开启沼液出料管路4上的第一阀门401、第二阀门402和出料泵403，使发酵罐反应器1内的沼液由沼液出料管路4排出；
开启原料进料管路6上的第三阀门601、第四阀门602和进料泵603，使发酵原料由原料进料管路6进入发酵罐反应器1；
开启热媒循环管路5上的吸热进水阀门501、吸热出水阀门502、放热进水阀门503、放热出水阀门504和风机505，在风机505作用下，热媒缓冲罐7内的液体热媒进入蒸发器2内热媒循环管路5的吸热段51，当热媒缓冲罐7内液体热媒的液位下降至一定位置时，关闭吸热进水阀门501和放热出水阀门504，此时在风机505的作用下，蒸发器2内热媒循环管路5吸热段51开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收沼液出料管路4供热段41内沼液的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒，完成对沼液余热的回收；
热媒循环管路5吸热段51内的气体热媒在风机505作用下进入冷凝器3内热媒循环管路5的放热段52，放热段52内的气体热媒在风机505产生的正压作用下发生液化并释放出热量，原料进料管路6内的原料吸收气体热媒液化时释放的热量完成升温，即对沼液余热的利用。
本实施例利用热媒在压力作用下发生物理状态变化时的吸热和放热作为换热媒介，将完成发酵排出的沼液所携带的热量转换至即将进入发酵罐的发酵原料，利用热媒循环管路增加换热接触面积，提升沼液和原料的换热响应速度，提高了沼液余热回收利用的换热效率。
实施例5
沼液余热回收利用***在实施例4的基础上完成循环回收利用的工作方法：
实施例4完成沼液余热回收利用后，气体热媒在冷凝器3内热媒循环管路5的放热段52发生液化冷凝为液体热媒后，关闭吸热出水阀门502、放热进水阀门503和风机505，开启吸热进水阀门501和放热出水阀门504，使液体热媒流回热媒缓冲罐7及热媒循环管路5的吸热段51内，继续实施例4所述的沼液余热回收利用过程，即可持续不断的利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环进行沼气余热为原料升温的过程。
实施例6
本实施例提供的沼液余热回收利用***的工作方法与实施例4的区别在于，本实施例使用的热媒为R433b新型碳氢制冷剂，其本身沸点低、易蒸发，在蒸发器内的负压和加热条件下，更容易迅速蒸发成气体，蒸发过程会吸收周围热量；在冷凝器内的正压条件下，能够迅速液化成液体，同时向周围释放热量。
实施例7
本实施例提供的沼液余热回收利用***的工作方法与实施例4的区别在于，本实施例热媒缓冲罐7内设有上液位传感器701和下液位传感器702，所述上液位传感器701与控制器连通，控制吸热出水阀门502、放热进水阀门503和风机505的开启；所述下液位传感器702与控制器相连，控制吸热进水阀门501和放热出水阀门504的关闭，
开启热媒循环管路5上的吸热进水阀门501、吸热出水阀门502、放热进水阀门503、放热出水阀门504和风机505，在风机505作用下，热媒缓冲罐7内的液体热媒进入蒸发器2内热媒循环管路5的吸热段51，当热媒缓冲罐7内液体热媒的液位下降下液位传感器702所处位置时，下液位传感器702向控制器发出信号，将吸热进水阀门501和放热出水阀门504关闭，
此时在风机505的作用下，蒸发器2内热媒循环管路5吸热段51开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收沼液出料管路4供热段41内沼液的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒，完成对沼液余热的回收；
热媒循环管路5吸热段51内的气体热媒在风机505作用下进入冷凝器3内热媒循环管路5的放热段52，放热段52内的气体热媒在风机505产生的正压作用下发生液化并释放出热量，原料进料管路6内的原料吸收气体热媒液化时释放的热量完成升温，
所述气体热媒在冷凝器3内热媒循环管路5的放热段52发生液化冷凝为液体热媒后，关闭吸热出水阀门502、放热进水阀门503和风机505，开启吸热进水阀门501和放热出水阀门504，使液体热媒流回热媒缓冲罐7内，当热媒缓冲罐7内液体上升至上液位传感器701所在位置时，上液位传感器701向控制器发出信号，开启热媒循环管路5上的吸热出水阀门502、放热进水阀门503和风机505，继续利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环使沼气余热为原料加热。
同时，热媒缓冲罐7上还设有补液传感器703和注液阀门704，当液体热媒的液位低于补液传感器703时，补液传感器703向控制器发出信号，提示开启注液阀门补注热媒。
本实施例通过热媒缓冲罐内设置的上液位传感器、下液位传感器与控制器相连，通过热媒缓冲罐内液体热媒液位变化控制相应阀门的自动开关，实现沼液余热回收利用的自动化控制；通过热媒缓冲罐内设置的补液传感器实现对热媒缓冲罐内液体热媒储量的监控，维持对沼液余热的连续稳定的回收利用。
Claims (8)
1.沼液余热回收利用***，其特征在于，包括发酵罐反应器(1)、蒸发器(2)、冷凝器(3)、沼液出料管路(4)、热媒循环管路(5)和原料进料管路(6)；
所述沼液出料管路(4)与发酵罐反应器(1)内部连通，其上设有第一阀门(401)、第二阀门(402)和出料泵(403)；
所述原料进料管路(6)与发酵罐反应器(1)内部连通，其上设有第三阀门(601)、第四阀门(602)和进料泵(603)；
所述沼液出料管路(4)的供热段(41)与热媒循环管路(5)的吸热段(51)共同固定设置于蒸发器(2)内；
所述热媒循环管路(5)的放热段(52)与原料进料管路(6)的换热段(61)共同固定设置于冷凝器(3)内；
所述热媒循环管路(5)的吸热段设有吸热进水阀门(501)和吸热出水阀门(502)，所述热媒循环管路(5)的放热段设有放热进水阀门(503)和放热出水阀门(504)；
所述吸热出水阀门(502)和放热进水阀门(503)之间设有风机(505)；
所述吸热进水阀门(501)和放热出水阀门(504)之间设有热媒缓冲罐(7)，所述热媒缓冲罐(7)与热媒循环管路(5)连通。
2.根据权利要求1所述沼液余热回收利用***，其特征在于，所述热媒缓冲罐(7)内设有上液位传感器(701)和下液位传感器(702)，所述上液位传感器(701)与控制器连通，控制吸热出水阀门(502)、放热进水阀门(503)和风机(505)的开启；所述下液位传感器(702)与控制器相连，控制吸热进水阀门(501)和放热出水阀门(504)的关闭。
3.根据权利要求1或2所述沼液余热回收利用***，其特征在于，所述热媒缓冲罐(7)上还设有补液传感器(703)和注液阀门(704)。
4.权利要求1所述沼液余热回收利用***的工作方法，其特征在于，
开启沼液出料管路(4)上的第一阀门(401)、第二阀门(402)和出料泵(403)，使发酵罐反应器(1)内的沼液由沼液出料管路(4)排出；
开启原料进料管路(6)上的第三阀门(601)、第四阀门(602)和进料泵(603)，使发酵原料由原料进料管路(6)进入发酵罐反应器(1)；
开启热媒循环管路(5)上的吸热进水阀门(501)、吸热出水阀门(502)、放热进水阀门(503)、放热出水阀门(504)和风机(505)，在风机(505)作用下，热媒缓冲罐(7)内的液体热媒进入蒸发器(2)内热媒循环管路(5)的吸热段(51)，当热媒缓冲罐(7)内液体热媒的液位下降至一定位置时，关闭吸热进水阀门(501)和放热出水阀门(504)，此时在风机(505)的作用下，蒸发器(2)内热媒循环管路(5)吸热段(51)开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收沼液出料管路(4)供热段(41)内沼液的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒，完成对沼液余热的回收；
热媒循环管路(5)吸热段(51)内的气体热媒在风机(505)作用下进入冷凝器(3)内热媒循环管路(5)的放热段(52)，放热段(52)内的气体热媒在风机(505)产生的正压作用下发生液化并释放出热量，原料进料管路(6)内的原料吸收气体热媒液化时释放的热量完成升温。
5.根据权利要求4所述沼液余热回收利用***，其特征在于，所述气体热媒在冷凝器(3)内热媒循环管路(5)的放热段(52)发生液化冷凝为液体热媒后，关闭吸热出水阀门(502)、放热进水阀门(503)和风机(505)，开启吸热进水阀门(501)和放热出水阀门(504)，使液体热媒流回热媒缓冲罐(7)及热媒循环管路(5)的吸热段(51)内，继续利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环使沼气余热为原料加热。
6.根据权利要求4或5所述沼液余热回收利用***，其特征在于，所述热媒为R433b新型碳氢制冷剂。
7.根据权利要求6所述沼液余热回收利用***，其特征在于，热媒缓冲罐(7)内设有上液位传感器(701)和下液位传感器(702)，所述上液位传感器(701)与控制器连通，控制吸热出水阀门(502)、放热进水阀门(503)和风机(505)的开启；所述下液位传感器(702)与控制器相连，控制吸热进水阀门(501)和放热出水阀门(504)的关闭，
开启热媒循环管路(5)上的吸热进水阀门(501)、吸热出水阀门(502)、放热进水阀门(503)、放热出水阀门(504)和风机(505)，在风机(505)作用下，热媒缓冲罐(7)内的液体热媒进入蒸发器(2)内热媒循环管路(5)的吸热段(51)，当热媒缓冲罐(7)内液体热媒的液位下降下液位传感器702所处位置时，下液位传感器(702)向控制器发出信号，将吸热进水阀门(501)和放热出水阀门(504)关闭，
此时在风机(505)的作用下，蒸发器(2)内热媒循环管路(5)吸热段(51)开始形成负压，液体热媒在负压作用下吸收沼液出料管路(4)供热段(41)内沼液的热量蒸发成气体，形成携带热量的气体热媒，完成对沼液余热的回收；
热媒循环管路(5)吸热段(51)内的气体热媒在风机(505)作用下进入冷凝器(3)内热媒循环管路(5)的放热段(52)，放热段(52)内的气体热媒在风机(505)产生的正压作用下发生液化并释放出热量，原料进料管路(6)内的原料吸收气体热媒液化时释放的热量完成升温，
所述气体热媒在冷凝器(3)内热媒循环管路(5)的放热段(52)发生液化冷凝为液体热媒后，关闭吸热出水阀门(502)、放热进水阀门(503)和风机(505)，开启吸热进水阀门(501)和放热出水阀门(504)，使液体热媒流回热媒缓冲罐(7)内，当热媒缓冲罐(7)内液体上升至上液位传感器(701)所在位置时，上液位传感器(701)向控制器发出信号，开启热媒循环管路(5)上的吸热出水阀门(502)、放热进水阀门(503)和风机(505)，继续利用热媒在蒸发器和冷凝器中进行吸热和放热的循环使沼气余热为原料加热。
8.根据权利要求7所述沼液余热回收利用***，其特征在于，所述热媒缓冲罐(7)上还设有补液传感器(703)和注液阀门(704)，当液体热媒的液位低于补液传感器(703)时，补液传感器(704)向控制器发出信号，提示开启注液阀门补注热媒。
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|---|---|---|---|---|
| CN111484130A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-08-04 | 冯芳秀 | 一种畜热式节能恒温厌氧污水处理装置 |
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| US20140013749A1 (en) * | 2010-12-24 | 2014-01-16 | Anayet Temelci-Andon | Waste-heat recovery system |
| CN104651220A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-05-27 | 西南交通大学 | 用于多相流沼气池的太阳能增温*** |
| CN104671405A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-03 | 山东绿泉环保工程有限公司 | 一种应用于高效厌氧反应器进水加热的方法及装置 |
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2018
- 2018-12-07 CN CN201811497352.7A patent/CN109337798A/zh active Pending
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