[發明專利]一種耦合生物質和地熱能的熱電聯產系統

在審

• 申請號: 201810520041.1
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108716782A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 張曉烽
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: F24T10/15
• 分類號: F24T10/15;F23G5/46;F23G7/06;F23J15/06;F01K9/00
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本發明公開了一種耦合生物質和地熱能的熱電聯產系統，該系統包括空氣壓縮機、生物質燃燒室、煙氣透平、旋風除塵器、第一蒸發器、蒸汽透平、第一冷凝器、循環泵、水泵、地下換熱器、第二蒸發器、壓縮機、第二冷凝器、節流閥和第二換熱器。本發明集成了生物質燃燒和淺層地熱能品位提升兩種能源技術，通過系統集成實現了兩種能源互補利用。該系統總能效率高達81.90％，對于優化可再生能源系統機構，生態環境可持續發展，節能減排等具有重大意義。

技術領域

本發明涉及可再生能源利用技術領域，特別是一種耦合生物質和地熱能的熱電聯產系統。

背景技術

能源與環境問題一直都是人類最為關注的焦點問題。隨著經濟不斷發展，煤、石油等常規化石燃料的消耗量與日俱增，同時化石燃料利用過程中釋放大量污染物對環境造成一定污染，從而對生態環境產生較大影響。隨著能源利用技術不斷發展，人們對于可再生能源資源利用不斷增加，同時通過不同能源之間的互補集成更增強了能源利用的靈活性及可靠性。其中生物質和地熱能因其特有的優勢被認為是替代化石燃料的潛在能源，兩者的利用技術自然而然受到廣泛關注。

與其它可再生能源資源相比，生物質具有儲量豐富、分布廣泛、可再生等優勢，與化石燃料相比最為明顯的優勢在于碳中性，即生物質利用過程中產生的二氧化碳在較短周期內被生物質通過光合作用吸收。除此之外，生物質也存在能量密度低、資源分布分散等劣勢，因此可以考慮采用高效利用技術對生物質進一步加以利用。其中生物質燃燒利用技術，尤其是生物質成型燃料直接燃燒有利于實現生物質高效、潔凈化利用，從而提高生物質燃燒效率。

地熱能具有儲量豐富、清潔、可直接利用，不受季節環境影響，可穩定連續供應等優點，通常利用淺層地熱能為用戶提供所需冷熱負荷。淺層地熱能具有“冬暖夏涼”的特點，即夏季，地下溫度低于環境溫度，冬季，地下溫度高于環境溫度。因此可以利用熱泵技術對淺層地熱能加以進一步利用，作為最具節能效果的技術，通過熱泵將低品位熱能提升，轉化為高品位熱能。

冷熱電三聯供系統是集發電、供暖、制冷一體的分布式能源系統，通過利用燃料燃燒釋放的高品位化學能發電、低品位熱能用于供熱或制冷，實現物理能與化學能的綜合梯級利用。生物質和淺層地熱能耦合的熱電聯產系統考慮生物質燃燒溫度與地源熱泵提升熱水溫度的特點，實現兩者的綜合梯級利用，從而提高耦合聯產系統的總能效率。同時，該聯產系統就近布置，一方面避免大范圍收集生物質帶來的成本過高，另一方面降低熱電產品輸送過程中的損耗。目前對現有設計理念和實施方案的基于生物質和地熱能利用的能源系統研究存在的主要問題有：1)輸入能源相對單一，可再生能源互補集成缺乏；2)分布式能源系統中低溫煙氣余熱利用過程能量損失較大；3)地源熱泵應用過程中能效偏低，壓縮機能耗過大。因此，通過耦合生物質與淺層地熱能，實現生物質與淺層地熱能不同品位能量的綜合梯級利用是需要解決的關鍵問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了進一步提高可再生能源的利用效率，通過可再生能源綜合互補利用，實現多能源集成系統的發展，從而滿足用戶的熱電需求，最大限度地提高余熱資源利用效率，本發明提出了一種耦合生物質和地熱能的熱電聯產系統。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明提供了一種耦合生物質和地熱能的熱電聯產系統，其特征在于，該系統包括空氣壓縮機、生物質燃燒室、煙氣透平、旋風除塵器、第一蒸發器、蒸汽透平、第一冷凝器、循環泵、水泵、地下換熱器、第二蒸發器、壓縮機、第二冷凝器、節流閥和第二換熱器，其中：