[发明专利]一种车库式干式发酵加温系统与运行控制方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源开发与节能应用领域，具体涉及一种车库式干式发酵加温系统与运行控制方法。

背景技术

随着中国经济的发展，城市化进程的突飞猛进，城市垃圾产量也与日俱增，成为制约城市健康发展的重要因素之一。城市有机垃圾处理的方式很多，其中以卫生填埋、堆肥、焚烧和厌氧消化处理较为常见。厌氧消化可减少有机垃圾的污染和二氧化碳的排放量，占地少，对环境的二次污染相对较小，同时能产生沼气，在能源匮乏的今天，越来越受关注。

厌氧消化工艺分为湿法和干法发酵两种。与湿法发酵相比，干法发酵具有占地小，加热能耗低、预处理要求低、有机负荷高等诸多优点。近些年来，针对有机垃圾特点开发的车库式干发酵技术取得了巨大的进展，在德国，车库式干发酵处理市政有机垃圾技术已经成熟，能够保证在干物质浓度较高的情况下正常发酵，产生沼气和有机肥料。可以预见，大力推广应用车库式干发酵技术，对于解决目前城市有机垃圾的环境污染和城市能源供应问题具有不可替代的重要作用。

目前，常见的沼气池加温方式有：燃池式加温、电加热、化石能源热水锅炉加热、沼气锅炉加温、沼气发电余热加温、太阳能加热和地源热泵加热等多种方式。燃池式加温是一种设置在地下的进行燃料阴燃的地坑，这种方法的特点是一次性投入低质燃料即可燃烧一个冬季，无需人工管理，比较适用于户用型沼气工程；电加温技术以消耗高品位电能为代价，节能性不高；化石能源热水锅炉污染环境，能量利用率低；沼气锅炉对设备和操作技术要求比较高；沼气发电余热加温主要和沼气热电联产工程结合，一般只应用于大型沼气工程，应用于高温发酵出现余热不足的情况；太阳能加温系统是通过太阳能集热系统完成热能的采集和传输，该系统节能环保、操作简单，可实现自动运行，但易受天气状况的影响，加热不稳定；地源热泵加温具有很好的节能效果，但地源热泵长期单一加热模式的运行使得地下温度降低，导致地源热泵COP降低。以上各方法均不适用于干式发酵系统。

目前对于车库式干式发酵的加温系统中没有将电锅炉加热和空气源热泵结合起来的。专利申请号为200810141177.8，专利名称为一种利用秸秆干式发酵生产沼气的工艺，提供了秸秆干式发酵生产沼气过程中的4个步骤，使干式发酵高效运行，沼渣经加工做成有机肥料，不会对环境造成任何污染。专利申请号为200810022547.6，专利名称为户用秸秆干式发酵产沼气的装置和方法，采用秸秆干发酵技术，减少了湿式厌氧发酵产沼气中沼液处理的困难，也使沼气容积产气率提高，降低了沼气池建设成本与减少了沼气池占地面积，同时解决了秸秆干法发酵中质流与物质交换的困难。

因此，探索一种加温技术使得干式厌氧发酵工程化亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于一种车库式干式发酵加温系统及运行控制方法。

本发明基于对干式厌氧发酵过程中微生物自热产生的热量的利用、辅助加热器产生热水的部分利用、能源的梯级综合利用和系统能耗系数（COPs）的理念，采用螺旋盘管换热器对最不利工况下引入的室外空气进行预热，辅助加热器应用电锅炉对辅助加热环路进行加热，空气源热泵机组提升低品位热源（空气）为高品位热，提出了可以实现空气源热泵直接加热和空气源热泵-电锅炉联合供热加温模式的一种用于车库式干式厌氧发酵的加温系统。所提出的系统运行控制方法，解决了不同气候条件下各系统模式自动切换最优运行问题，以达到整个系统运行的经济、节能与环保，有助于快速推动干式厌氧发酵工程的发展和产业化进程。

本发明提出的车库式干式发酵加温系统，所述加温系统由空气源低位热源环路、电锅炉-空气源热泵联合供热环路、空气源热泵单独供热环路组成，其中，以空气源低位热源为主要能量来源，电锅炉加热作为辅助加热能量的来源；

空气源低位热源环路由空气预热水箱13、第九电磁阀25、蒸发器 2、风机9和第一电磁阀17依次连接组成；空气预热水箱13的输出端通过第九电磁阀25连接蒸发器2的输入端，蒸发器2的输出端依次和风机9、第一电磁阀17连接；

电锅炉-空气源热泵联合供热环路由第三电磁阀19、第六电磁阀22、电锅炉加热器12、第五电磁阀21、补水器15、放气阀16、第四电磁阀20、车库式干式发酵室4、第一水泵10、第二电磁阀18和冷凝器3组成，冷凝器3的输出端依次通过第三电磁阀19、第六电磁阀22、电锅炉加热器12、第四电磁阀20和车库式干式发酵室4的输入端连接，车库式干式发酵室4的输出端依次通过第一水泵10、第二电磁阀18和冷凝器3的输入端连接；