CN115200257A - 一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，包括生物质燃气发生器装置、发电***及制冷热泵***；生物质燃气发生器装置用于将生物质转换成可燃气体；发电***包括燃气机、发电机及储电装置；制冷热泵***包括通过制冷剂管路依次连通形成循环回路的压缩机、冷凝器、节流阀及蒸发器；生物质燃气发生器将生成的可燃气体输入至燃气机；燃气机的输出轴分别与压缩机输入轴及发电机的输入轴连接；太阳能光伏发电装置及发电机输出电能至储电装置；储电装置用于提供电源。本发明使生态***中的能量得以合理利用与转化，从而达到净零排放要求。

Description

一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***
技术领域
本发明涉及一种属于能源类热冷电供应技术领域，特别涉及一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***。
背景技术
目前，当今时代在“碳达峰”和“碳中和”的大背景下，生物能源如何得到合理有效利用是实现“双碳”目标的有效途径。生物能源是太阳能以化学能形式储存在生物体中的一种能量形式，是仅次于煤、石油、天然气的第四类能源。从20世纪末以来，全球受到能源、资源、环境等问题的影响，世界各国在节约能源、开发新能源技术等方面投入了大量人力资源。我国已建成数以万计大中型沼气工程，农作物秸秆及生活废弃物等加工制气工程。生物质能制气具有气源稳定、供气量大、污染小等优势逐渐成为能源利用的发展趋势。目前生物质能的利用率低，如何高效地利用生物质，并实现零碳排放及可持续绿色循环发展是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，包括生物质燃气发生器装置、发电***及制冷热泵***；生物质燃气发生器装置用于将生物质转换成可燃气体；发电***包括燃气机、发电机及储电装置；制冷热泵***包括通过制冷剂管路依次连通形成循环回路的压缩机、冷凝器及蒸发器；生物质燃气发生器将生成的可燃气体输入至燃气机；燃气机的输出轴分别与压缩机输入轴及发电机的输入轴连接；发电机输出电能至储电装置；储电装置用于提供电源。
进一步地，还包括余热回收***；余热回收***包括储水箱、水泵A、缸套换热器及排烟换热器；缸套换热器设有冷介质管路，其冷介质管路流通冷介质从而吸收燃气机运转产生的热能；排烟换热器设有相互传导热能的冷介质管路和热介质管路，其热介质管路流通燃气机排放的烟气，其冷介质管路流通冷介质；由储水箱提供的水依次通过水泵A、缸套换热器的冷介质管路、排烟换热器的冷介质管路后，输出至用户热水进水管。
进一步地，发电***还包括太阳能光伏发电装置；太阳能光伏发电装置输出电能至储电装置。
进一步地，生物质燃气发生器装置包括发酵罐及脱硫脱水反应器；发酵罐，其输入生物质废物，并对生物质废物进行加热发酵处理，其输出气体至脱硫脱水反应器；脱硫脱水反应器，其对生物质废物发酵产生的气体进行脱硫脱水处理，其输出生物质燃气至燃气机。
进一步地，发酵罐还设有用于输入燃气机排放的烟气的输入口。
进一步地，冷凝器设有用于吸收制冷剂释放的热能的冷介质管路，其冷介质管路的输入口与作为冷介质的水源相连通，其冷介质管路的输出口与用户热水进水管相连通。
进一步地，制冷热泵***还设有用于储存热水的保温水箱，保温水箱的输入口与冷凝器的冷介质管路的输出口相连通；保温水箱的输出口与用户热水进水管相连通。
进一步地，制冷热泵***还设有水泵B，水泵B将作为冷介质的水源的水输送至冷凝器的冷介质管路的输入口。
进一步地，蒸发器设有用于吸收制冷剂释放的冷能的热介质管路，其热介质管路的输入口与作为热介质的水源相连通，其热介质管路的输出口与用户冷水进水管相连通。
进一步地，制冷热泵***还设有用于储存冷冻水的冷冻水箱，冷冻水箱的输入口与蒸发器的热介质管路的输出口相连通；冷冻水箱的输出口与用户冷冻水进水管相连通。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明可将偏僻地区的生物质废物(动物、植物及***物、生活废物等)进行发酵，利用燃气机的烟气余热加热发酵罐促进反应产生燃气，经过脱硫脱水后供燃气机转化为机械能。无需化石燃料使用，使地区的生态***实现可持续绿色循环发展，生态***中的能量得以合理利用与转化，从而达到净零排放要求。
燃气机的输出端经变速器驱动压缩机及发电机工作，从而带动制冷热泵***运作，提供生活所需冷冻/热水。发电***还可同时采用太阳能光伏发电装置发电，太阳能光伏发电装置与发电机联合发电提供生活用电及蓄电需求。解决了偏离供电地区的热冷电供应问题，区域性的生态***得以可持续循环发展。
热泵是以冷凝器端放出的热量进行供热的工质循环***，从低温热源吸收的热量释放至高温处，具有节能、环保、安全可靠等优势。制冷热泵***搭载燃气发动机装置，可实现热泵***在脱电状态下运行，燃气发动机及太阳能光伏发电供人们生产生活所需。本发明所提出的燃气发动机热泵热冷电供应***使用清洁能源，提高能源利用率，实现了零碳排放的目标，使得某地区的生态***得以持续绿色健康发展，极大地解决了偏离供电地区的热冷电供应问题。
附图说明
图1是本发明的一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***结构示意图。
图中：1-燃气机；2-脱硫脱水反应器；3-发酵罐；4-排烟换热器；5-缸套换热器；6-冷凝器；7-蒸发器；8-电子膨胀阀；9-压缩机；10-水泵B；11-水泵C；12-水泵A；13-三通阀；14-保温水箱；15-冷冻水箱；16-第五电磁阀；17-第六电磁阀；18-第四电磁阀；19-第二电磁阀；20-第三电磁阀；21-第一电磁阀；22-燃气阀；23-制冷剂电磁阀A；24-制冷剂电磁阀B；25-储水箱；26-发电机；27-太阳能光伏发电装置；28-储电装置。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1，一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，包括生物质燃气发生器装置、发电***及制冷热泵***；生物质燃气发生器装置用于将生物质转换成可燃气体；发电***包括燃气机1、发电机26及储电装置28；制冷热泵***包括通过制冷剂管路依次连通形成循环回路的压缩机9、冷凝器6、电子膨胀阀8及蒸发器7；生物质燃气发生器将生成的可燃气体输入至燃气机1；燃气机1的输出轴分别与压缩机9输入轴及发电机26的输入轴连接；发电机26输出电能至储电装置28；储电装置28用于提供电源。
优选地，一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***还可包括余热回收***；余热回收***可包括储水箱25、水泵A12、缸套换热器5及排烟换热器4；缸套换热器5可设有冷介质管路，其冷介质管路流通冷介质从而吸收燃气机1运转产生的热能；排烟换热器4可设有相互传导热能的冷介质管路和热介质管路，其热介质管路流通燃气机1排放的烟气，其冷介质管路流通冷介质；由储水箱25提供的水可依次通过水泵A12、缸套换热器5的冷介质管路、排烟换热器4的冷介质管路后，输出至用户热水进水管。储水箱25可采用膨胀水箱。
优选地，发电***还可包括太阳能光伏发电装置27；太阳能光伏发电装置27可输出电能至储电装置28。
优选地，生物质燃气发生器装置可包括发酵罐3及脱硫脱水反应器2；发酵罐3，其输入生物质废物，并对生物质废物进行加热发酵处理，其输出气体至脱硫脱水反应器2；脱硫脱水反应器2，其对生物质废物发酵产生的气体进行脱硫脱水处理，其输出生物质燃气至燃气机1。
优选地，发酵罐3还可设有用于输入燃气机1排放的烟气的输入口。
优选地，冷凝器6可设有用于吸收制冷剂释放的热能的冷介质管路，其冷介质管路的输入口可与作为冷介质的水源相连通，其冷介质管路的输出口可与用户热水进水管相连通。冷凝器6的冷介质管路的输出口与用户热水进水管之间可设第一电磁阀21。
优选地，制冷热泵***还可设有用于储存热水的保温水箱14，保温水箱14的输入口可与冷凝器6的冷介质管路的输出口相连通；保温水箱14的输出口可与用户热水进水管相连通。保温水箱14的输入口与冷凝器6的冷介质管路的输出口之间可设第二电磁阀19。保温水箱14的输出口与用户热水进水管之间可设第三电磁阀20。
优选地，制冷热泵***还可设有水泵B10，水泵B10可将作为冷介质的水源的水输送至冷凝器6的冷介质管路的输入口。
优选地，蒸发器7可设有用于吸收制冷剂释放的冷能的热介质管路，其热介质管路的输入口可与作为热介质的水源相连通，其热介质管路的输出口可与用户冷水进水管相连通。蒸发器7的热介质管路的输出口与用户冷水进水管之间可设第四电磁阀18。
优选地，制冷热泵***还可设有用于储存冷冻水的冷冻水箱15，冷冻水箱15的输入口可与蒸发器7的热介质管路的输出口相连通；冷冻水箱15的输出口可与用户冷冻水进水管相连通。冷冻水箱15的输入口与蒸发器7的热介质管路的输出口之间可设第五电磁阀16。冷冻水箱15的输出口与用户冷水进水管之间可设第六电磁阀17。
优选地，制冷热泵***还可设有水泵C11，水泵C11可将作为热介质的水源的水输送至蒸发器7的热介质管路的输入口。
优选地，在压缩机9和冷凝器6之间可设有制冷剂电磁阀A23，在蒸发器7和压缩机9之间可设有制冷剂电磁阀B24。
下面以本发明的优选实施例为例来进一步说明本发明的结构及工作原理：
请参见图1，一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，包括生物质燃气发生器装置、发电***、制冷热泵***、余热回收***及循环泵装置。燃气发生装置包括脱硫脱水反应器2、发酵罐3。生物质废物(动物、植物及***物、生活废物等)进入发酵罐3发酵，发酵产生燃气供燃气机1产生机械能。燃气机1燃气进口与脱硫脱水反应器2通过燃气阀22连接，燃气机1动力输出轴经变速器分别与压缩机9的输入轴和发电机26的输入轴连接。生物质废物发酵产生生物燃气来替代化石燃料天然气供给燃气机1，突破了现有燃气机1制冷热泵***供热/冷模式依赖自然资源供能的局限性，有利于实现生态***的可持续绿色健康发展。
发酵罐3的输入端还可以输入燃气机1产生烟气，烟气余热促进发酵，生物质废物以及热量在发酵罐3中高温混合发酵后，在混合发酵罐3内产生液态肥料、固体肥料以及生物燃气，其中生物燃气以甲烷CH4、二氧化氯、硫化氢以及水蒸气为主。发酵罐3中产生的燃气运输至脱硫脱水反应器2内进行脱硫脱水处理，目的获得甲烷CH4的生物燃气。本实施例将该地区排放的生物质废物集中处理，把废物变为燃气机1燃料及农业上所需肥料，减少化肥的过度使用，进而保证土壤的肥沃度。有助于该地区的生态***的平衡与稳定。
在本实施例的一个实现方式中，太阳能光伏发电装置27与储电装置28连接。太阳能光伏供电装置包括光伏发电板，基于光伏发电原理，太阳能光伏供电装置产生电能并将产生的电能传输至储电装置28中，与燃气机1带动发电机26发电一并提供生活生产及备用。解决了偏离供电地区的人们生产生活对电的迫切需求。实现了区域性生态***中所赋予的生物质能及太阳能被该***的充分利用。
在本实施例的一个实现方式中，制冷热泵***包括冷凝器6，电子膨胀阀8，蒸发器7，压缩机9及电磁阀。制冷剂工质依次经过压缩机9、冷凝器6、节流阀、蒸发器7，在整个制冷热泵***的管路中循环运行。制冷剂工质的循环提供生活所需冷冻水/热水。余热回收***包括缸套换热器5、排烟换热器4，缸套换热器5进水口通过水泵装置与膨胀水箱连接。缸套换热器5出水口与排烟换热器4进水口连接，排烟换热器4的出水口与三通阀13连接。三通阀13输出口与用户供热管路及保温水箱14的输入口连接。燃气机1产生的烟气，进入烟气管道，烟气管道经过排烟换热器4后与发酵罐3连接，促进生物质发酵制气。
制冷热泵***产生的冷冻水/热水供偏僻地区人们生产生活。冬季，该***产生的热水使得该地区摆脱树木乱砍乱伐及化石燃料过度燃烧供热现象。夏季，***提供的冷冻水供生产生活需要，多余的热量辅助促进生物质燃气进程。进而促进该地区的生态***得以稳定长久发展。
本发明的一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***的工作流程为：
生物质废物及排烟换热器4出口端烟气进入发酵罐3中混合发酵。发酵罐3输出端与脱硫脱水反应器2输入端连接。生物气经过脱硫脱水反应器2处理后，通过燃气阀22提供燃气，燃气经管道与燃气机1燃气入口连接，燃气机1运行产生的动力经燃气机1输出轴输出，燃气机1输出轴经过变速器与压缩机9输入轴及发电机26输入轴连接。发电机26与太阳能光伏发电装置27联合发电将电储蓄在蓄电装置中供生产生活使用。
燃气机1输出轴运转带动压缩机9运转，压缩机9运行带动制冷热泵***工作，制冷剂工质进入压缩机9进行压缩，制冷剂工质压缩后携带着从蒸发器7侧吸收的热量及压缩机9做功的热量在冷凝器6释放。冷凝器6释放的热量传递给流通冷凝器6冷介质管路的冷介质，冷介质吸收热能后变为热水，相当于将作为冷介质的水源的水加热，加热后的水提供生活用水。放热后的制冷剂工质经过电子膨胀阀8后降温降压，制冷剂工质进入蒸发器7在低温低压条件下，吸收热量，释放冷能，然后进入压缩机9，如此反复循环。冷却塔的水或常温自来水可作为冷介质的水源，冷凝器6进水口通过水泵B10,与冷却塔的出口端或与常温自来水管路连接。制冷热泵***还可设有水泵C11，水泵C11可将作为热介质的水源的水输送至蒸发器7的热介质管路的输入口
冷凝器6冷介质出口端可与三通阀13连接，三通阀13输出口可与用户热水管路和保温水箱14连接，提供用户热水并将多余的热水进行储备。蒸发器7的热介质输出口与用户冷冻水管路和冷冻水箱15连接。
缸套换热器5设有冷介质管路，其冷介质管路流通冷却介质从而吸收燃气机1运转产生的热能；排烟换热器4设有冷介质管路和热介质管路，其热介质管路流通燃气机1排放的烟气从而传导烟气的热能，其冷介质管路用于吸收排放烟气的热能；由储水箱25提供的水依次通过水泵A12、缸套换热器5的冷介质管路、排烟换热器4的冷介质管路后，可与冷凝器6的冷介质管路输出的水一起输出至用户热水进水管。
冷凝器6的冷介质管路输出口、排烟换热器4的冷介质管路输出口可分别与三通阀13的两个输入口连接，也可并接后输入保温水箱14或用户热水进水管。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，包括生物质燃气发生器装置、发电***及制冷热泵***；生物质燃气发生器装置用于将生物质转换成可燃气体；发电***包括燃气机、发电机及储电装置；制冷热泵***包括通过制冷剂管路依次连通形成循环回路的压缩机、冷凝器及蒸发器；生物质燃气发生器将生成的可燃气体输入至燃气机；燃气机的输出轴分别与压缩机输入轴及发电机的输入轴连接；发电机输出电能至储电装置；储电装置用于提供电源。
2.根据权利要求1所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，还包括余热回收***；余热回收***包括储水箱、水泵A、缸套换热器及排烟换热器；缸套换热器设有冷介质管路，其冷介质管路流通冷介质从而吸收燃气机运转产生的热能；排烟换热器设有相互传导热能的冷介质管路和热介质管路，其热介质管路流通燃气机排放的烟气，其冷介质管路流通冷介质；由储水箱提供的水依次通过水泵A、缸套换热器的冷介质管路、排烟换热器的冷介质管路后，输出至用户热水进水管。
3.根据权利要求1所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，发电***还包括太阳能光伏发电装置；太阳能光伏发电装置输出电能至储电装置。
4.根据权利要求1所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，生物质燃气发生器装置包括发酵罐及脱硫脱水反应器；发酵罐，其输入生物质废物，并对生物质废物进行加热发酵处理，其输出气体至脱硫脱水反应器；脱硫脱水反应器，其对生物质废物发酵产生的气体进行脱硫脱水处理，其输出生物质燃气至燃气机。
5.根据权利要求1所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，发酵罐还设有用于输入燃气机排放的烟气的输入口。
6.根据权利要求1所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，冷凝器设有用于吸收制冷剂释放的热能的冷介质管路，其冷介质管路的输入口与作为冷介质的水源相连通，其冷介质管路的输出口与用户热水进水管相连通。
7.根据权利要求6所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，制冷热泵***还设有用于储存热水的保温水箱，保温水箱的输入口与冷凝器的冷介质管路的输出口相连通；保温水箱的输出口与用户热水进水管相连通。
8.根据权利要求6所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，制冷热泵***还设有水泵B，水泵B将作为冷介质的水源的水输送至冷凝器的冷介质管路的输入口。
9.根据权利要求1所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，蒸发器设有用于吸收制冷剂释放的冷能的热介质管路，其热介质管路的输入口与作为热介质的水源相连通，其热介质管路的输出口与用户冷水进水管相连通。
10.根据权利要求9所述的生态零碳排放燃气机热泵热冷电供应***，其特征在于，制冷热泵***还设有用于储存冷冻水的冷冻水箱，冷冻水箱的输入口与蒸发器的热介质管路的输出口相连通；冷冻水箱的输出口与用户冷冻水进水管相连通。
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