[发明专利]一种利用生物质锅炉余热的恒温沼气池高温蒸汽热泵加热系统

说明书

本发明公开了一种利用生物质锅炉余热的恒温沼气池高温蒸汽热泵加热系统，利用生物质锅炉的疏水，通过高温蒸汽热泵，产生120摄氏度以上的饱和蒸汽，通过换热器对沼气池进行加热和保温，保持沼气池的温度恒定，保证了沼气池的产气效率。本系统不仅仅解决了沼气池高效产气的问题，而且实现了锅炉疏水余热的综合利用，有效促进碳达峰、碳中和战略目标的实现。

技术领域

本发明属于农村生物质综合利用领域，具体涉及一种利用生物质锅炉余热的恒温沼气池高温蒸汽热泵加热系统。

背景

生物质能是指绿色植物经光合作用生成的生物物质和其他有机质转化成的能源，能够直接当作燃料或转换成气态或液态燃料的载能体。我国拥有丰富的生物质资源，在生物质能源开发利用方面具有先天的优势。农村的生物质能资源主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。我国是一个农业大国，农村人口基数庞大，广大农村地区拥有丰富的生物质资源，生物质能在农村生活用能结构中约占40％的比例，这说明在今后很长一段时间内，生物质能将在我国农村能源结构中扮演非常重要的角色。

当前生物质的利用主要由生物质锅炉燃烧和沼气池发酵两种技术。然而，生物质电厂发展过程也逐渐暴露出发电供能模式单一，灰渣难处理，余热浪费且与农村循环经济互动性差等问题，依靠生物质发电单一能源系统难以解决。生物质厌氧发酵制天然气技术同样是一种大规模的生物质能转化利用技术，但其在寒冷地区运行过程中始终需要外部热源以维持适合温度，发酵后的沼液沼渣处理易造成二次污染且直接应用存在理化指标不合格问题。以上问题严重制约着生物质的发展。

发明内容

本发明针对现有生物质利用技术存在的锅炉余热利用、沼气池冬季发酵保温等问题，提供利用生物质锅炉余热的恒温沼气池高温蒸汽热泵加热系统，通过高温蒸汽热泵回收生物质锅炉疏水余热，并用于对恒温沼气池的加热保温，保证了沼气池无论在什么天气条件下都能够保持温度的相对稳定，既节省了能源，又能够提高产气效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用生物质锅炉余热的恒温沼气池高温蒸汽热泵加热系统，包括生物质锅炉、沼气池循环水水泵、沼气池内加热盘管、沼气存储罐、沼气池温度控制器，以及连接各系统的管路。所述生物质锅炉1用于燃烧生物质燃料产生高温高压蒸汽，用于驱动汽轮机发电，并在运行过程中，产生一定量的疏水，不经利用则直接排入废水沟；所述有机肥加工2，基于生物质直燃灰渣、沼气池沼液和沼渣制备复合炭基有机肥；所述高温蒸汽热泵3用于吸收利用锅炉的疏水余热，产生高温高压饱和蒸汽，对恒温沼气池进行保温加热；所述排水沟4用于排放经热量回收后的锅炉疏水；所述沼气池循环水泵5用于驱动沼气池循环加热水在沼气池加热器和高温蒸汽热泵之间流动；所述换热器6用于通过饱和蒸汽加热沼气池，保持沼气池温度；所述沼气池7用于生物质发酵，产生沼气；所述沼气池搅拌器8用于搅拌沼气池沼液，使沼气池温度分布均匀；所述沼气池温度-PH值控制器9，用于通过调节循环水流量和锅炉灰渣加入量，来分别调整沼气池的温度和PH值，使沼气池始终处于高效运行区间；所述沼气池储罐10用于储存沼气池发酵产生的沼气。

生物质锅炉1容量大，抽汽参数高，因此一台生物质锅炉可以配合多个沼气池实现温度的调节，图中所示3个沼气池只是示例。

沼气池加热器6采用管板-U型管束卧式加热器，适用汽水间的换热，不同沼气池的加热器并联连接，加热器疏水并联汇聚后返回高温蒸汽热泵给水。

沼气池7中，同时安装搅拌器8，使沼气池内温度分布均匀；

沼气池7中，安装温度测点、PH值测点，信号接入控制器9；

沼气池循环水泵5采用变频泵，通过频率改变，调节进入沼气池换热器的流量，进而调节沼气池内的温度；