本實(shí)用新型涉及沼氣發(fā)電及多級(jí)余熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在煤化工、養(yǎng)殖場(chǎng)、污水處理廠(chǎng)等都會(huì)產(chǎn)生大量沼氣，沼氣用來(lái)發(fā)電是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，但是，如何提高沼氣發(fā)電效率，是值得研究的問(wèn)題。本發(fā)明在回收利用沼氣發(fā)電排煙余熱的方法和裝置(專(zhuān)利號(hào)：CN101586513A)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種復(fù)合式沼氣發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)利用了水蒸汽的高效發(fā)電的方法(專(zhuān)利號(hào)：CN103266924A)和熱水發(fā)電方法，較大地提高了沼氣發(fā)電效率，真正實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有沼氣發(fā)電系統(tǒng)效率偏低的缺陷，本發(fā)明提供一種沼氣復(fù)合式發(fā)電系統(tǒng)，以提高能源的綜合利用效率。

本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：將沼氣發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的余熱，根據(jù)其介質(zhì)溫度不同，采用不同設(shè)備驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，形成了復(fù)合式沼氣發(fā)電系統(tǒng)。與圖1所示的現(xiàn)有沼氣發(fā)電系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是較好地解決了乏汽的冷卻問(wèn)題及煙氣的再利用。在圖1所述的系統(tǒng)中，蒸汽經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)直接膨脹發(fā)電，由于膨脹機(jī)直接膨脹的排氣溫度不可能太低，需要冷卻塔對(duì)排出的蒸汽或熱水(溫度在100℃左右)進(jìn)行冷卻(如圖1中的9)，而本發(fā)明對(duì)100℃左右的蒸汽或熱水通過(guò)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱，可將前級(jí)發(fā)電系統(tǒng)排出的蒸汽或熱水降為60℃-70℃的水，需要冷卻的是有機(jī)工質(zhì)，這部分所需的冷卻功率降低了很多。另外，在圖1所述的系統(tǒng)中，經(jīng)余熱鍋爐降溫后的煙氣通過(guò)煙囪5排出，而在實(shí)際應(yīng)用中，降溫后的煙氣還有近180℃的溫度，在本系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)循環(huán)水進(jìn)行預(yù)加熱后，再經(jīng)煙囪排出。這樣，從多方面利用了可用的熱源，提高了沼氣發(fā)電系統(tǒng)的效率，減少了冷卻裝置的耗能，節(jié)能減排效果明顯，具有廣泛的應(yīng)用前景。

復(fù)合式沼氣發(fā)電系統(tǒng)包括沼氣壓縮罐(100)、沼氣內(nèi)燃機(jī)(200)發(fā)電和多級(jí)余熱發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的技術(shù)方案為：1、沼氣壓縮罐(100)中的沼氣進(jìn)入沼氣內(nèi)燃機(jī)(200)帶動(dòng)與之相連的發(fā)電機(jī)(300)進(jìn)行做功發(fā)電。2、發(fā)電后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐(400)，與循環(huán)水進(jìn)行換熱，水吸熱后產(chǎn)生的高溫蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)(210)或蒸汽膨脹機(jī)(240)，帶動(dòng)與之相連的發(fā)電機(jī)(310)進(jìn)行做功發(fā)電。3、降溫后的煙氣用來(lái)預(yù)熱給水系統(tǒng)(600)。4、蒸汽輪機(jī)(210)或蒸汽膨脹機(jī)(240)的排氣(低溫蒸汽)與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱，有機(jī)工質(zhì) 氣體進(jìn)入膨脹機(jī)(220)，帶動(dòng)與之相連的發(fā)電機(jī)(320)進(jìn)行做功發(fā)電，發(fā)電后的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行循環(huán)使用，循環(huán)水經(jīng)過(guò)水處理系統(tǒng)(500)進(jìn)入給水系統(tǒng)(600)。5、沼氣內(nèi)燃機(jī)(200)在做功過(guò)程中需要對(duì)缸套進(jìn)行冷卻降溫，本系統(tǒng)通過(guò)發(fā)電方式進(jìn)行冷卻，即將缸套水與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱，有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)(230)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(330)進(jìn)行做功發(fā)電。6、冷凝器(710)與內(nèi)燃機(jī)(200)缸套冷卻水旁路相連，通過(guò)打開(kāi)閥(340、350)在膨脹機(jī)(230)不工作時(shí)也可對(duì)缸套冷卻水進(jìn)行冷卻。

本發(fā)明的有益效果是：復(fù)合式沼氣發(fā)電系統(tǒng)較大地提高了沼氣的發(fā)電效率。首先通過(guò)沼氣進(jìn)入沼氣內(nèi)燃機(jī)(200)進(jìn)行第一級(jí)發(fā)電(300)；沼氣內(nèi)燃機(jī)廢煙氣具有較高溫度，通過(guò)余熱鍋爐將廢煙氣一部分熱量通過(guò)換熱，將水變成水蒸氣，水蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)(210)或蒸汽膨脹機(jī)(240)進(jìn)行第二級(jí)發(fā)電(310)；蒸汽輪機(jī)(210)或蒸汽膨脹機(jī)(240)排出的低溫蒸汽或熱水通過(guò)與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱，有機(jī)工質(zhì)推動(dòng)膨脹機(jī)(220)進(jìn)行第三級(jí)發(fā)電(320)；同時(shí)，在沼氣內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)中，將缸套水與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱，有機(jī)工質(zhì)推動(dòng)膨脹機(jī)(230)進(jìn)行第四級(jí)發(fā)電(330)。余熱鍋爐排出的煙氣仍然具有較高的溫度，本系統(tǒng)中利用余熱鍋爐排出的廢煙氣對(duì)給水系統(tǒng)(600)進(jìn)行預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，提高了沼氣的發(fā)電效率，節(jié)能減排效果明顯，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為現(xiàn)有沼氣發(fā)電系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明復(fù)合式沼氣發(fā)電系統(tǒng)示意圖。

圖3為實(shí)施例二本發(fā)明復(fù)合式沼氣發(fā)電系統(tǒng)示意圖。

圖中：1.制沼系統(tǒng)，2.發(fā)酵罐，3.內(nèi)燃機(jī)，4.余熱鍋爐，5.煙囪，6.膨脹機(jī)，7.發(fā)電機(jī)，8.冷凝器，9.冷卻塔，100.沼氣壓力罐，200.沼氣內(nèi)燃機(jī)，210.蒸汽輪機(jī)，220.膨脹機(jī)，230.膨脹機(jī)，240.蒸汽膨脹機(jī)，300.第一級(jí)發(fā)電機(jī)，310.第二級(jí)發(fā)電機(jī)，320.第三級(jí)發(fā)電機(jī)，330.第四級(jí)發(fā)電機(jī)，340.截止閥，350.截止閥，400.余熱鍋爐，500.水處理系統(tǒng)，510.放空閥，600.給水系統(tǒng)，610.給水閥，620.給水泵，700.冷凝器，710.冷凝器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

實(shí)施例一

沼氣量4200Nm³/h，熱值5500kcal/Nm³。如圖2所示，上述參數(shù)沼氣進(jìn)入沼氣壓力罐(100)進(jìn)行增壓，增壓后的沼氣在內(nèi)燃機(jī)(200)進(jìn)行第一級(jí)發(fā)電機(jī)(300)發(fā)電；沼氣燃燒后產(chǎn)生480℃左右的煙氣，進(jìn)入余熱鍋爐(400)，在余熱鍋爐(400)內(nèi)煙氣與水換熱，產(chǎn)生38bar、400℃左右的高溫蒸汽和排出180℃左右的煙氣，高溫蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)(210)進(jìn)行第二級(jí)發(fā)電機(jī)(310)發(fā)電；高溫蒸汽經(jīng)過(guò)第二級(jí)發(fā)電后變成100℃左右低溫蒸汽或高溫水，低溫蒸汽或高溫水加熱有機(jī)工質(zhì)，進(jìn)入膨脹機(jī)(220)進(jìn)行第三級(jí)發(fā)電機(jī)(320)發(fā)電，有機(jī)工質(zhì)通過(guò)與膨脹機(jī)(220)相連的冷凝器(700)進(jìn)行冷卻；低溫蒸汽或高溫水與有機(jī)工質(zhì)換熱后變?yōu)?0℃左右的熱水，進(jìn)入水處理系統(tǒng)(500)，在水處理系統(tǒng)(500)中進(jìn)行軟化、補(bǔ)水和排氣等處理后，進(jìn)入給水系統(tǒng)(600)，在給水系統(tǒng)(600)中70℃左右的熱水與180℃左右的低溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱，形成90℃左右的熱水，通過(guò)給水閥(610)和給水泵(620)送入余熱鍋爐(400)循環(huán)使用。

沼氣內(nèi)燃機(jī)(200)在做功過(guò)程中需要冷卻降溫，本系統(tǒng)通過(guò)發(fā)電方式進(jìn)行冷卻，即將85℃左右的缸套水與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱，有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)(230)，帶動(dòng)第四級(jí)發(fā)電機(jī)(330)發(fā)電。85℃左右的缸套水換熱后變成60℃的冷卻循環(huán)水，確保內(nèi)燃機(jī)正常工作?？紤]到沼氣內(nèi)燃機(jī)(200)工作的可靠性，當(dāng)膨脹機(jī)(230)發(fā)生故障無(wú)法進(jìn)行發(fā)電冷卻時(shí)，與ORC螺桿膨脹機(jī)(230)相連的冷凝器(710)仍然可以對(duì)缸套水進(jìn)行冷卻，確保內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定可靠工作。

實(shí)施例二

請(qǐng)參閱圖3，實(shí)施例二與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，當(dāng)沼氣總熱值較低，沼氣內(nèi)燃機(jī)的高溫?zé)煔馀c鍋爐循環(huán)水在余熱鍋爐(400)換熱產(chǎn)生的蒸汽為200℃左右的中溫蒸汽，中溫蒸汽進(jìn)入蒸汽膨脹機(jī)(240)進(jìn)行第二級(jí)發(fā)電機(jī)(310)發(fā)電；中溫蒸汽經(jīng)過(guò)第二級(jí)發(fā)電后變成低溫蒸汽或熱水，低溫蒸汽或熱水加熱有機(jī)工質(zhì)，進(jìn)入膨脹機(jī)(220)進(jìn)行第三級(jí)發(fā)電機(jī)(320)發(fā)電。

顯然，上面描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。