一種生物質填埋熱量的綜合利用設備及方法
2023-07-07 18:49:36
專利名稱：一種生物質填埋熱量的綜合利用設備及方法
技術領域：
本發明屬於生物質填埋熱量利用技術領域，具體涉及ー種生物質填埋熱量的綜合利用設備及方法。
背景技術：
生物質在填埋時溫度與環境溫度相同，經過細菌、真菌等微生物對生物質中有機物的分解時，產生大量的熱能、氣體及其它物質，從而達到無害化處理。生物質填埋熱量作為可再生能源大家族中的ー員，應與地熱能、太陽能、風能、潮汐能一祥，作為清潔能源被社會所利用，但目前人們還沒有真正全面的利用生物質填埋熱量，僅限於農業大柵種植時，作為堆肥處理來増加地熱。現在商業化開發的地熱，高溫地熱用於發電，低溫熱能直接利用。生物質大量集中填埋後含水量超過25%吋，生物質前期發酵、氧化產生的熱量可達1500°C，很長時間內保持在65°C以上。生物質填埋就是將植物光合作吸收的ニ氧化碳填埋到地下，減少地球上ニ氧化碳的含量，是ー個全球性、長期的系統工程，填埋CO2多的國家或地區可幫助難以完成溫室氣體排放削減任務的國家或地區，促進「碳排放權交易」買賣，完成減排任務。逐步緩解大氣溫室效應；維持地球生物多祥性；延長人類在地球上的生存時間。如此一來，生物質填埋熱量可長期產生。這種能源利用清潔、簡單，能緩解石能源危機成為再生新能源，有著重大意義，具有美好的發展前景。但目前國內外還沒有利用生物質填埋來降低溫室效應的行動和利用生物質填埋熱量的方法。
發明內容
本發明g在克服現有技術的不足，提供ー種生物質填埋熱量的綜合利用設備及方 法。為了達到上述目的，本發明提供的技術方案為
參見圖1，所述生物質填埋熱量的綜合利用設備包括地熱井16、回水泵6、發電機熱泵1、汽輪發電機組7、制冷機熱泵2、吸附式制冷機組8、A供熱泵3、エ廠供熱設備9、供暖泵4、暖氣片10、B供熱泵5、養殖池11和水田12 ；
所述地熱井16出水ロ與發電機熱泵I進水口連接，所述發電機熱泵I出水ロ與汽輪發電機組7進水口連接，所述汽輪發電機組7出水ロ與回水泵6進水口連接，所述回水泵6出水口與地熱井16進水口連接；所述地熱井16進水口設有回流水控制閥15 ;所述發電機熱泵I進水口設有地熱井出水控制閥13，所述汽輪發電機組7出水ロ設有熱水控制閥14 ;所述汽輪發電機組7出水ロ與回水泵6進水口連接的管道上設有熱水控制閥14 ；
所述汽輪發電機組7出水ロ與制冷機熱泵2進水口連接，所述制冷機熱泵2出水ロ與吸附式制冷機組8進水口連接，所述吸附式制冷機組8出水ロ同時與供暖泵4進水口、回水泵6進水口連接，所述供暖泵4出水ロ與暖氣片10進水口連接，所述暖氣片10出水ロ同時與B供熱泵5進水ロ、回水泵6進水ロ連接，所述養殖池11進水口和水田12進水ロ分別與B供熱泵5出水ロ連接；所述制冷機熱泵2進水ロ、吸附式制冷機組8出水ロ、暖氣片10出水口、養殖池11進水口和水田12進水口設有熱水控制閥14 ;所述吸附式制冷機組8出水ロ與供暖泵4進水口、回水泵6進水口連接的管道上均設有熱水控制閥14;所述暖氣片10出水ロ與B供熱泵5進水口、回水泵6進水口連接的管道上均設有熱水控制閥14 ；
所述汽輪發電機組7出水ロ與A供熱泵3進水口連接，所述A供熱泵3出水ロ與エ廠供熱設備9進水口連接，所述エ廠供熱設備9出水ロ同時與供暖泵4進水ロ、B供熱泵5進水口、回水泵6進水口連接，エ廠供熱設備9出水ロ設有熱水控制閥14，エ廠供熱設備9出水ロ與供暖泵4進水ロ、B供熱泵5進水口、回水泵6進水口連接的管道上均設有熱水控制閥14 ；
所述汽輪發電機組7出水ロ與供暖泵4進水口、B供熱泵5進水口連接，汽輪發電機組7出水ロ與供暖泵4進水口、B供熱泵5進水口連接的管道上均設有熱水控制閥14 ；
所述地熱井16與制冷機熱泵2進水口、A供熱泵3進水ロ、供暖泵4進水口、B供熱泵5進水口連接，地熱井16與制冷機熱泵2進水ロ、A供熱泵3進水ロ、供暖泵4進水ロ、B供熱泵5進水口連接的管道上均設有地熱井出水控制閥13。其中，所述地熱井16井壁為PVC或HDPE材料。其中，每ー個地熱井由ー根進水管和一根出水管組成；發電機熱泵、制冷機熱泵、A供熱泵、、供暖泵、B供熱泵，均屬地源熱泵，運行沒有任何汙染，是ー種經濟有效的節能技術，其COP值達到了 4以上；由地源熱泵輸送過來的蒸汽進入汽輪機內膨脹做功，使葉片轉動而帶動發電機發電；吸附式制冷機組採用地熱井和汽輪機組餘熱等低品位熱源作為驅動熱源，不僅緩解電カ的緊張供應和能源危機，還不採用無氟裡昂製劑，無溫室效應作用，是一種環境友好型製冷方式。本發明還提供了一種基於上述設備的生物質填埋熱量綜合利用方法，包括如下步驟
(1)通過地熱井收集生物質填埋產生的熱量；
(2)將步驟(I)收集的熱量分別由發電機熱泵送入汽輪發電機組發電，由制冷機熱泵送入吸附式制冷機機組製冷，由エ廠設備熱泵送人工廠熱備供熱，由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(3)將步驟(2)中發電後從汽輪發電機組出水ロ排出的熱水分別由制冷機熱泵送入吸附式制冷機機組製冷，由エ廠設備熱泵送人工廠熱備供熱，由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(4)將步驟(2)中吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(5)將步驟(2)中エ廠熱備供熱過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(6)將步驟(3)中吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(7)將步驟(3)中エ廠熱備供熱過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(8)將步驟(2)至(7)中暖氣片供暖過程使用過的熱水由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量。
其中，發電後從汽輪發電機組出水ロ排出的熱水、吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水、エ廠熱備供熱過程使用過的熱水、暖氣片供暖過程使用過的熱水由回水泵送回地熱井。其中，步驟(I)是在生物質填埋時設置多個垂直的地熱井，地熱井頂部設有出水管和回水管，利用水的流動交換熱量，通過多個地熱井收集生物質填埋產生的熱量；所述多個地熱井位置呈正六邊形分布，使其影響區域相互交迭覆蓋整個填埋場，主動收集生物質填埋後產生的熱量，相鄰地熱井之間的距離為200 500m。下面結合原理對本發明作進ー步說明
所述生物質填埋熱量主是有機物在腐爛過程中產生的熱量，是ー個緩慢、長期的過
程:
含氮的有機物(CxHyOz)的氧化
,_P CxHyOz+ (x+l/2y-l/2z ) O2 xC02+l/2H20+ 熱量 含氮有機物(CsHtNuOv aH20)氧化
CrHtNuOv aH20+b02 CwHxNyOz CH20+dH20 (氣)+eH20 (液)+fC02+gNH3+ 熱量 細胞質的合成(有機物的氧化、並以NH3作為氮源) n (CxHyOz) +NH3+ (nx+ny/4_nz_5x) O2 C5H7NO2+ (nx-5) C02+l/2 (ny-4) H2O+ 熱量 細胞質的氧化
w—P C5H7N02+502 5C02+2H20+NH3+ 熱量
本發明可供發電、製冷、エ廠供熱、日常供熱、農業大棚、水產養殖、種植等多個領域使
用1、熱量發電
地熱發電是地熱利用的最重要方式，通常高溫地熱流體首先應用於發電。地熱發電和火力發電的原理是ー樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然後帶動發電機發電。所不同的是，地熱發電不象火力發電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。地熱發電的過程，就是把地下熱能首先轉變為機械能，然後再把機械能轉變為電能的過程。2、地熱エ業利用
地熱在エ業領域應用範圍很廣，エ業生產中需要大量的中低溫熱水。在乾燥、紡織、造紙、機械、木材加工、鹽分析取、化學萃取、製革等行業中都有應用。用來調節廠房空氣；作為礦物加工的熱源；在永久凍土地帶改進礦山工作條件；道路融雪等等。3、地熱供暖 地熱採暖主要是在我國北方，該利用方式不僅是節約煤炭、降低煤耗、減輕煙塵汙染、改善環境的有效方法，還因地熱水溫穩定、供暖質量高而深受人們的歡迎。4、地熱務農
利用地熱建造地熱溫室，包括蔬菜溫室，花卉溫室，蘑菇培育、育種溫室等。北方主要種植比較高檔的瓜果菜類、食用菌、花卉等；南方主要用於育秧。利用適宜溫度的地熱水灌溉農田，可使農作物早熟增產。隨著國民經濟的迅速發展和人民生活水平的提高，農業逐步走向現代化進程，各種性能優良的溫室將逐步建造，室內採用地熱供暖，以提高室溫，既安全經濟又無汙染。水產養殖所需的水溫不高，一般低溫地熱水都能滿足需求，同時它又可將地熱採暖、地熱溫室以及地熱エ業利用過的地熱排水再次綜合梯級利用，使地熱利用率大大提高。用地熱溫水養魚，在28°C的水溫下可加速魚的育肥，提高魚的出產率。5、地熱製冷
利用地下熱源，以氨為製冷劑，水為吸收劑來製冷。地熱製冷耗電量小，不採用氟利昂製冷劑，溶液無毒，對臭氧層無破壞作用，乾淨、環保、無汙染。總之，本發明的設備和方法可供發電、製冷、エ廠供熱、日常供熱、農業大棚、水產養殖、種植等多個領域使用，降低生物質填埋熱量對環境的汙染和資源的浪費，清潔高效、經濟簡單，應用前景廣闊。
圖1是本發明設備的結構示意圖。圖中1、發電機熱泵，2、制冷機熱泵，3、A供熱泵，4、供暖泵，5、B供熱泵，6、回水泵，7、汽輪發電機組，8、吸附式制冷機組，9、エ廠供熱設備，10、暖氣片，11、養殖池，12、水田，13、地熱井出水控制閥，14、熱水控制閥，15、回流水控制閥，16、地熱井。
具體實施例方式下面詳細說明本發明優選的技術方案，但本發明不限於所提供的實施例。實施例1
參見圖1，所述生物質填埋熱量的綜合利用設備包括地熱井16、回水泵6、發電機熱泵1、汽輪發電機組7、制冷機熱泵2、吸附式制冷機組8、A供熱泵3、エ廠供熱設備9、供暖泵4、暖氣片10、B供熱泵5、養殖池11和水田12 ；
所述地熱井16出水ロ與發電機熱泵I進水口連接，所述發電機熱泵I出水ロ與汽輪發電機組7進水口連接，所述汽輪發電機組7出水ロ與回水泵6進水口連接，所述回水泵6出水口與地熱井16進水口連接；所述地熱井16進水口設有回流水控制閥15 ;所述發電機熱泵I進水口設有地熱井出水控制閥13，所述汽輪發電機組7出水ロ設有熱水控制閥14 ;所述汽輪發電機組7出水ロ與回水泵6進水口連接的管道上設有熱水控制閥14 ；
所述汽輪發電機組7出水ロ與制冷機熱泵2進水口連接，所述制冷機熱泵2出水ロ與吸附式制冷機組8進水口連接，所述吸附式制冷機組8出水ロ同時與供暖泵4進水口、回水泵6進水口連接，所述供暖泵4出水ロ與暖氣片10進水口連接，所述暖氣片10出水ロ同時與B供熱泵5進水ロ、回水泵6進水口連接，所述養殖池11進水口和水田12進水口分別與B供熱泵5出水ロ連接；所述制冷機熱泵2進水ロ、吸附式制冷機組8出水ロ、暖氣片10出水口、養殖池11進水口和水田12進水口設有熱水控制閥14 ;所述吸附式制冷機組8出水ロ與供暖泵4進水口、回水泵6進水口連接的管道上均設有熱水控制閥14;所述暖氣片10出水ロ與B供熱泵5進水口、回水泵6進水口連接的管道上均設有熱水控制閥14 ；
所述汽輪發電機組7出水ロ與A供熱泵3進水口連接，所述A供熱泵3出水ロ與エ廠供熱設備9進水口連接，所述エ廠供熱設備9出水ロ同時與供暖泵4進水口、B供熱泵5進水口、回水泵6進水口連接，エ廠供熱設備9出水ロ設有熱水控制閥14，エ廠供熱設備9出水ロ與供暖泵4進水ロ、B供熱泵5進水口、回水泵6進水口連接的管道上均設有熱水控制閥14 ；
所述汽輪發電機組7出水ロ與供暖泵4進水口、B供熱泵5進水口連接，汽輪發電機組7出水ロ與供暖泵4進水口、B供熱泵5進水口連接的管道上均設有熱水控制閥14 ；
所述地熱井16與制冷機熱泵2進水ロ、A供熱泵3進水ロ、供暖泵4進水口、B供熱泵5進水口連接，地熱井16與制冷機熱泵2進水ロ、A供熱泵3進水ロ、供暖泵4進水ロ、B供熱泵5進水口連接的管道上均設有地熱井出水控制閥13。 其中，所述地熱井16為PVC或HDPE材料。實施例2
一種基於實施例1所述設備的生物質填埋熱量綜合利用方法，包括如下步驟
(I)通過地熱井收集生物質填埋產生的熱量；
(2 )將步驟(I)收集的熱量分別由發電機熱泵送入汽輪發電機組發電，由制冷機熱泵送入吸附式制冷機機組製冷，由エ廠設備熱泵送人工廠熱備供熱，由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(3)將步驟(2)中發電後從汽輪發電機組出水ロ排出的熱水分別由制冷機熱泵送入吸附式制冷機機組製冷，由エ廠設備熱泵送人工廠熱備供熱，由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(4)將步驟(2)中吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(5)將步驟(2)中エ廠熱備供熱過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(6)將步驟(3)中吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(7)將步驟(3)中エ廠熱備供熱過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量；
(8)將步驟(2)至(7)中暖氣片供暖過程使用過的熱水由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量。其中，發電後從汽輪發電機組出水ロ排出的熱水、吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水、エ廠熱備供熱過程使用過的熱水、暖氣片供暖過程使用過的熱水由回水泵送回地熱井。其中，步驟(I)是在生物質填埋時設置多個垂直的地熱井，通過多個地熱井收集生物質填埋產生的熱量；所述多個地熱井位置呈正六邊形分布，相鄰地熱井之間的距離為200 500mo
權利要求
1.一種生物質填埋熱量的綜合利用設備，其特徵在於，所述設備包括地熱井(16)、回水泵(6)、發電機熱泵(I)、汽輪發電機組(7)、制冷機熱泵(2)、吸附式制冷機組(8)、A供熱泵(3)、工廠供熱設備(9)、供暖泵(4)、暖氣片(10)、B供熱泵(5)、養殖池(11)和水田(12); 所述地熱井(16)出水口與發電機熱泵(I)進水口連接，所述發電機熱泵(I)出水口與汽輪發電機組(7 )進水口連接，所述汽輪發電機組(7 )出水口與回水泵(6 )進水口連接，所述回水泵(6 )出水口與地熱井(16)進水口連接；所述地熱井(16)進水口設有回流水控制閥(15 );所述發電機熱泵(I)進水口設有地熱井出水控制閥(13 )，所述汽輪發電機組(7 )出水口設有熱水控制閥(14);所述汽輪發電機組(7)出水口與回水泵(6)進水口連接的管道上設有熱水控制閥(14)； 所述汽輪發電機組(7 )出水口與制冷機熱泵(2 )進水口連接，所述制冷機熱泵(2 )出水口與吸附式制冷機組(8)進水口連接，所述吸附式制冷機組(8)出水口同時與供暖泵(4)進水口、回水泵(6 )進水口連接，所述供暖泵(4 )出水口與暖氣片(IO )進水口連接，所述暖氣片(10)出水口同時與B供熱泵(5)進水口、回水泵(6)進水口連接，所述養殖池(11)進水口和水田(12 )進水口分別與B供熱泵5出水口連接；所述制冷機熱泵(2 )進水口、吸附式制冷機組(8)出水口、暖氣片10出水口、養殖池(11)進水口和水田(12)進水口設有熱水控制閥(14);所述吸附式制冷機組(8)出水口與供暖泵(4)進水口、回水泵(6)進水口連接的管道上均設有熱水控制閥(14);所述暖氣片(10 )出水口與B供熱泵(5 )進水口、回水泵(6 )進水口連接的管道上均設有熱水控制閥(14)； 所述汽輪發電機組(7 )出水口與A供熱泵(3 )進水口連接，所述A供熱泵(3 )出水口與工廠供熱設備(9)進水口連接，所述工廠供熱設備(9)出水口同時與供暖泵(4)進水口、B供熱泵(5 )進水口、回水泵(6 )進水口連接，工廠供熱設備(9 )出水口設有熱水控制閥(14 )，工廠供熱設備(9 )出水口與供暖泵(4)進水口、B供熱泵(5 )進水口、回水泵(6 )進水口連接的管道上均設有熱水控制閥(14)； 所述汽輪發電機組(7)出水口與供暖泵(4)進水口、B供熱泵(5)進水口連接，汽輪發電機組(7)出水口與供暖泵(4)進水口、B供熱泵(5)進水口連接的管道上均設有熱水控制閥(14)； 所述地熱井(16 )與制冷機熱泵(2 )進水口、A供熱泵(3 )進水口、供暖泵(4 )進水口、B供熱泵(5 )進水口連接，地熱井(16 )與制冷機熱泵(2 )進水口、A供熱泵(3 )進水口、供暖泵(4 )進水口、B供熱泵(5 )進水口連接的管道上均設有地熱井出水控制閥(13 )。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述地熱井(16)直徑為2 10m。
3.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述地熱井(16)井壁為PVC或HDPE材料。
4.一種基於權利要求1至3任一項所述設備的生物質填埋熱量綜合利用方法，包括如下步驟 (I)通過地熱井收集生物質填埋產生的熱量； (2 )將步驟(I)收集的熱量分別由發電機熱泵送入汽輪發電機組發電，由制冷機熱泵送入吸附式制冷機機組製冷，由工廠設備熱泵送入工廠熱備供熱，由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量； (3)將步驟(2)中發電後從汽輪發電機組出水口排出的熱水分別由制冷機熱泵送入吸附式制冷機機組製冷，由工廠設備熱泵送入工廠熱備供熱，由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量； (4)將步驟(2)中吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量； (5)將步驟(2)中工廠熱備供熱過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量； (6)將步驟(3)中吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量； (7)將步驟(3)中工廠熱備供熱過程使用過的熱水分別由供暖泵送入暖氣片供暖，由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量； (8)將步驟(2)至(7)中暖氣片供暖過程使用過的熱水由B供熱泵送入養殖池和水田中為農作物提供熱量。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述發電後從汽輪發電機組出水口排出的熱水、吸附式制冷機機組製冷過程使用過的熱水、工廠熱備供熱過程使用過的熱水、暖氣片供暖過程使用過的熱水由回水泵送回地熱井。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述步驟(I)是在生物質填埋時設置多個垂直的地熱井，通過多個地熱井收集生物質填埋產生的熱量；所述多個地熱井位置呈正六邊形分布，相鄰地熱井之間的距離為200 500m。
全文摘要
本發明公開了一種生物質填埋熱量的綜合利用設備及方法，原理是利用有機物在腐爛過程中產生的熱量，經地熱井收集，通過地源熱泵供發電、製冷、工廠供熱、日常供熱、農業大棚、水產養殖、種植等多個領域使用，清潔高效、經濟簡單，降低生物質填埋熱量對環境的汙染和資源的浪費，應用前景廣闊。
文檔編號F24D3/18GK103032993SQ201210588028
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者雷學軍 申請人:雷學軍