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的制作方法

1.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。
2.背景
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一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。
8.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。
9.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。
10.沼气池7中，同时安装搅拌器8，使沼气池内温度分布均匀；
11.沼气池7中，安装温度测点、ph值测点，信号接入控制器9；
12.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；
13.沼气池温度、ph值控制器9，接入沼气池内温度测点，通过变频泵调节沼气池内的温度，使沼气池温度保持在产气高效区；接入沼气池内ph测点，通过调节生物质锅炉灰渣加入量，调节沼气池的ph值，以使ph值达到平衡,提升沼气池的产气效率；
14.沼气储气罐10中存储的沼气，可以供应沼气锅炉燃烧，或者通过管道、汽车输送到加气站，进行销售；
15.有机肥加工2，利用灰渣和沼液、沼渣，进行复合炭基有机肥制备，生产有机化肥，促进农产品生长，保证生物质燃料提供；
16.本发明的有益效果：本发明相比现有技术，具有以下有效效果：
17.(1)本方法利用生物质锅炉运行过程中产生的疏水及排污水，通过高温蒸汽热泵回收热量，产生高温高压饱和蒸汽，对沼气池进行加热，解决冬季低温时沼气池产气效率低乃至无法产气的问题，使沼气池始终处于产气高效区；
18.(2)本方法同时利用生物质锅炉产生的灰渣，调节沼气池的ph值，保证ph值达到平衡，进一步保证产气效率；锅炉产生的灰渣、沼气池产生的沼液、沼渣还可以联合进行化肥生产。本发明除了提升了沼气池的效率外，还有效利用了电厂的热量和灰渣，实现能源的综合利用。
附图说明
19.图1为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示意图。
20.1-生物质锅炉，2-有机肥加工，3-高温蒸汽热泵，4-废水沟，5-沼气池循环水水泵，6-沼气池内加热盘管，7-沼气池，8-沼气池搅拌器，9-沼气池温度-ph值控制器，10-沼气储气罐。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
22.如图1所示，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1-生物质锅炉，2-有机肥加工，3-高温蒸汽热泵，4-废水沟，5-沼气池循环水水泵，6-沼气池内加热盘管，7-沼气池，8-沼气池搅拌器，9-沼气池温度-ph值控制器，10-沼气储气罐以及连接各系统的管路。
23.上述生物质锅炉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；上述有机肥加工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；上述高温蒸汽热泵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；上述排水沟4用于排放经热量回收后的锅炉疏水；上述沼气池循环水泵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；上述换热器6用于通过饱和蒸汽加热沼气池，保持沼气池温度；上述沼气池7用于生物质发酵，产生沼气；上述沼气池搅拌器8用于搅拌沼气池沼液，使沼气池温度分布均匀；上述沼气池温度-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；上述沼气池储罐10用于储存沼气池发酵产生的沼气。
24.上述的生物质锅炉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。
25.上述的沼气池加热器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。
26.上述的沼气池7中，同时安装搅拌器8，使沼气池内温度分布均匀；其中安装温度测点、ph值测点，信号接入控制器9；
27.上述的沼气池循环水泵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；
28.上述的沼气池温度-ph值控制器9，接入沼气池内温度测点，通过变频泵调节沼气池内的温度，使沼气池温度保持在产气高效区；接入沼气池内ph测点，通过调节生物质锅炉灰渣加入量，调节沼气池的ph值，以使ph值达到平衡,提升沼气池的产气效率；
29.上述的沼气储气罐10中存储的沼气，可以供应沼气锅炉燃烧，或者通过管道、汽车输送到加气站，进行销售；
30.上述的有机肥加工2，利用灰渣和沼液、沼渣，进行复合炭基有机肥制备，生产有机化肥，促进农产品生长，保证生物质燃料提供。
31.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一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，其特征在于，包括以下组成部分：1-生物质锅炉，2-有机肥加工，3-高温蒸汽热泵，4-废水沟，5-沼气池循环水水泵，6-沼气池内加热盘管，7-沼气池，8-沼气池搅拌器，9-沼气池温度-ph值控制器，10-沼气储气罐。2.一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，其特征在于：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；所沼气池储罐10用于储存沼气池发酵产生的沼气。3.一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，其特征在于：所述生物质锅炉1容量大，抽汽参数高，一台生物质锅炉可以配合多个沼气池实现温度的调节。4.一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，其特征在于：所述沼气池循环水泵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。5.一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，其特征在于：所述沼气池加热器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；所述沼气池7中，同时安装搅拌器8，使沼气池内温度分布均匀；所述沼气池7中，安装温度测点、ph值测点，信号接入控制器9。6.一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，其特征在于：所述沼气池温度-ph值控制器9，接入沼气池内温度测点，通过变频泵调节沼气池内的温度，使沼气池温度保持在产气高效区；接入沼气池内ph测点，通过调节生物质锅炉灰渣加入量，调节沼气池的ph值，以使ph值达到平衡,提升沼气池的产气效率。

技术总结
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。碳中和战略目标的实现。碳中和战略目标的实现。


技术研发人员：张雁茹 朱建军 王强 张巍 杜维勇 王振江 祁晓乐 赵鹏翔 高金锋
受保护的技术使用者：国能生物发电集团有限公司
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/5/25