生物质可再生能源环保生态智能发电装置制造方法
【专利摘要】生物质可再生能源环保生态智能发电装置。由分离塔、产酸塔、产甲烷塔、好氧塔、回灌井、取水井、地热换热塔、生物质锅炉、汽轮发电机、冷疑塔、污水热交换塔、中央电子控制器分别通过机械、管道、电路经过机械联结、电子联结、电力联结、热联结构成生物质可再生能源环保生态智能发电装置。该发电装置采用生物质低温生物化学反应工艺，生物质可再生燃料低碳燃烧工艺，可再生地热能利用工艺。解决了现代化大规模城市发展中发电供电实现绿色低碳，节能减排的难题，免除消耗不可再生的矿物质化石能源煤炭、石油、天然气和核原料及其污染源。发电成本比传统煤炭、石油、天然气、核原料发电成本减少60％，即每千瓦时(度)人民币0.17元。
【专利说明】生物质可再生能源环保生态智能发电装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明实用新型涉及一种发电装置。
【背景技术】
[0002]电能是优质的二次能源是消耗大量一次能源转换而来的，是实现工业化现代化提高人类社会生活水平的必需条件和物质保障。
[0003]在发电生产中，通常将燃料(煤炭、石油、天然气、核原料)投入锅炉燃烧产生蒸汽推动汽轮发电机发电。煤炭、石油、天然气是一次性不可再生的矿物能源，形成它要经过距今200万至上亿年时间。近两个世纪，人类大规模开发利用煤炭石油发展电力工业，使人类进入了工业化、现代化社会，同时也产生了全球关注的气候变暖，能源短缺，环境污染，公众健康受到损害的问题，为此人类社会已经付出了巨大代价，影响了社会的可持续发展。因此开发利用清洁环保、节能高效、绿色生态、安全低碳生物质可再生能源，已成为人类社会的共识。
[0004]目前世界人口在增长，城市建设在发展，全球6000个城市中超过1000万人口的大城市发电容量达到1000兆瓦(I兆瓦=1000000瓦)，每年(6000小时)燃烧消耗优质煤炭大于350-400万吨，约300万吨标煤(TCE)。由于传统燃煤发电锅炉热效率低，排因温度高，带走损失的热能量多，锅炉蒸气温度的提高，受到材料制造方面的限制，以及需要大量冷却水，大量的煤炭、煤灰的运输和人工。同时向城市大气环境中排放有害污染物S028.5万吨，煤烟10万吨，煤灰60万吨，以及所产生的大量废热，有害温室气体C02、Nno、Co。因此传统燃煤发电方式存在的问题是:能源利用综合热效率低，转换发电损失大，消耗不可再生矿物质能源多，发电成本高，城市大气环境污染严重，治理难度大，危害公众健康，已经不再适应大规模现代化城市建设的绿色低碳、节能减排、可持续发展。因此开发利用清洁环保、节能高效、绿色生态、安全低碳、生物质可再生能源混合化、低碳化、生态化、智能化、能源可再生现代实用新型生物质可再生能源环保生态智能发电装置，已成为人类社会实现可持续发展重要而紧迫的课题。
【发明内容】
[0005]生物质是太阳能通过光合作用生成的有机物，是能量和氢的双重载体，储存的能量为碳氢化合物的碳-氢键能。生物质由C、H、D、N、S元素组成，其中H元素的质量占6%，即每千克生物质可以产生0.672M3H2,占其物质总能量的40%。
[0006]地热能是太阳能以外的一种自然能源。是由长寿命放射性同位素进行的热核反应与地球物质中放射性元素衰变产生的热能量。在距离地表面以下3000米深部温度为90-105°C，即浅层低温地热源，热能储存在热水中，部分储存在岩石的骨架中，温度梯度为
2.5-30C /100m，每立方公里含有热能量(热储)相当于I亿桶石油所含热能量(BOE)。
[0007]本发明实用新型的目的在于提供一种生物质可再生能源环保生态智能发电装置。该生物质可再生能源环保生态智能发电装置，将有机生物质(城市管道生活污水与有机厨余垃圾废弃物)，经过热交换由4°C先冷却泛蒸汽至30°C以下，经烟气加热至38°C，经过细菌微生物转化为可溶性挥发酸类甲烷基质，再由甲烷细菌微生物将甲烷基质转化为甲烷CH4沼气，与生物质燃料投入锅炉燃烧产生热蒸汽，推动汽轮发电机发电；经过好氧处理后的中水一部分由超临界水氧化反应器氧化处理后，进入锅炉补充冷凝水，另一部分送往地下热场(地热田)吸收地热能量后返回地面加热汽轮发电机做功发电后排出的泛气冷凝水至90°C，送往锅炉继续加热产生蒸汽，形成热能再生循环。同时在中央电子控制器控制调解下，按用户电能实际消耗量或功率，控制投入锅炉燃烧的生物质燃料，并且在用电低谷时段将热能量送往地下储存，用电高峰时取出地下热能量补充发电。
[0008]结合附图1本发明实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:由分离塔1、产酸塔2、产甲烷3、好氧塔4、回灌井5、取水井6、地热换热塔7、生物质锅炉8、汽轮发电机9、冷凝塔10、污水热交换塔11、中央电子控制器12分别通过机械、管道、电路经过机械联结、电子联结、电力联结、热联结构成生物质可再生能源环保生态智能发电装置。
[0009]生物质可再生能源环保生态智能发电装置，由分离塔1、产酸塔2、产甲烷塔3、好氧塔4、回灌井5、取水井6、地热换热塔7、生物质锅炉8、汽轮发电机9、冷凝塔10、污水热交换塔11、中央电子控制器12分别通过机械、管道、电路经过机械联结、电子联结、电力联结、热联结构成生物质可再生能源环保生态智能发电装置，其特征是:通过管道将分离塔出水口 14与冷凝塔冷却水进口 85，分离塔浓缩液出口 16与产酸塔水封进料机18进料口连接；通过管道将产酸塔出水口 21与产甲烷塔进水口 24连接；通过管道将产甲烷塔出水口 25与好氧塔进水口 30，产甲烷塔沼气出口 26与好氧塔沼气纯化器37沼气进口分别连接；通过管道将好氧塔出水口 31与回灌井5进水口，好氧塔出水口 32与超临界水氧化反应器39进水口，好氧塔氧气进口 34与膜组空分制氧机38氧气出口分别连接；通过管道将地热换热塔进水管40与取水井6出水口，地热换热塔出水管41与回灌井5进水口，地热换热塔进水管42与冷凝塔冷凝水出口 84，地热换热塔出水管43与生物质锅炉省煤器61进水口分别连接；通过管道将汽轮发电机高压进气口 74与生物质锅炉高温过热器64蒸汽出口，汽轮发电机高压排气口 75与生物质锅炉低温再热器62蒸汽进口，生物质锅炉高温再热器63蒸汽出口与汽轮发电机中压进气口 76分别连接，通过管道将汽轮发电机中压排气口 77与低压进气口 78连接，通过管道将汽轮发电机泛气出口 79与冷凝塔泛气进口 83连接；通过管道将冷凝塔冷却水出口 86与污水热交换塔污水进口 91连接；通过管道将污水热交换塔污水出口 92与产酸塔进水口 20连接，通过管道将污水热交换塔烟气进口 94与生物质锅炉排烟口60连接。
[0010]产酸塔2包括上、下端封闭的圆筒形塔体23顶部有排气口 22，底部一侧有出水口21，顶部一侧有进水口 20，下部一侧有水封进料机18，底部有水封出料机19，其中水封进料机由顶部两端面开口圆筒状U形金属管，底部两个管内分别垂直安放两只有螺旋筋片互为相反推进方向的推进杆，底部分别与两只转向互为相反电机连接，其中U形金属管的一侧安放在塔体内侧，通过管壁与塔体连接；水封出料机由两端面开口圆筒状J形金属管，一侧与塔体底部连接相通，管内平行安放螺旋筋片推进杆，一端通过管壁与电机连接。
[0011]产甲烷塔3包括上、下端封闭的圆筒形塔体29，顶部有沼气出口 26，底部有进水口 24，上部一侧有出水口 25，塔体内垂直安放圆筒形导流管27，导流管内安放填料28，其中填料由聚乙烯树脂、碳、铁、磷、钾、陶土矿物质，钠、锌、镍、钴、钥、锰微量无素，发泡剂，增塑齐U，稳定剂组成的原料，经搅拌、混合、冷却加入单螺杆聚乙烯发泡颗粒挤出机挤出，冷却成圆球体，表面布满微孔的球形填料。
[0012]生物质锅炉8由外部形状为II形，内部横截面为方形，四周封闭的炉体69，顶部有沼气燃烧室53，由一端封闭与沼气燃烧器52连接的圆筒体，另一端与炉体水平连接，内部安放高温过热器64，炉体一侧安放高温再热器63，低温再热器62，通过管道将高温再热器与低温再热器串连连接组成再热器组，下部安放省煤器61，空气预热器58，一侧通过方形管道与电子除器59连接，电子除尘器一侧与方形排烟口 60连接；炉体另一侧由垂直部分生物质燃烧室51与25度角烟道部分组成，底部有生物质进料机50，炉排56，出灰口 57，生物质燃烧室四周安放水冷壁54，上部安放前屏过热器67，后屏过热器66，25度角烟道内安放低温过热器65，通过管道将低温过热器与前屏过热器、后屏过热器串联连接组成过热器组；炉体顶部外侧安放汽包55，通过管道将汽包与水冷壁上、下连箱体，高温过热器组进水口，省煤器61出水口分别连接，通过管道将变压吸附空分制氧机70氧气出口与沼气燃烧器52空气进口连接。
[0013]污水热交换塔11由上、下端封闭的圆筒形塔体96，底部有正方形烟气进口 94，顶部有圆形烟气出口 95，内部安放蛇形污水管93，污水管为圆形管外部与方形筋片连接。
[0014]结合附图2分离塔I由进水口 13、出水口 14、排气口 15、浓缩液出口 16通过塔体17分别连成一体组成分离塔。按照上述装置，生活污水靠水泵压力由切线方向进入分离塔，由于悬浮颗粒和污水质量不同，在高速旋转运动时所受到的离心力大小不同，质量大的被甩到外圈，质量小的留在内圈，通过不同出口，将其分离排出。其中上清液通过管道送往冷凝塔，分离后的浓缩液通过管道送往产酸塔。
[0015]结合附图3产酸塔2由水封进料机18、水封出料机19、进水口 20、出水口 21、排气口 22通过塔体23分别连成一体组成产酸塔。
[0016]按照上述装置，将粉碎的有机生活厨余垃圾废弃物与分离塔分离出的浓缩液投入产酸塔(产酸生化反应器)与经过加热到38°C上清液搅拌混合(干发酵)，被发酵性细菌分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸，之后被微生物吸收利用。发酵性细菌将上述可溶性物质吸收进入细胞后，经发酵作用将其转化为乙酸、丙酸、丁酸、脂肪酸和醇及氢、二氧化碳、硫。其反应过程为:
[0017](C6H10O5) n+n H2D — n (C6H12D6)
[0018]2C6H12D6 — CH3C00H+CH3CH2C00H+CH3CH2C00H+3CD2+3H2
[0019]其中蛋白质含量直接影响产气中氨及硫化氢的含量，氨基酸分解时生成的有机酸可转化为甲烷、二氧化碳和水。
[0020]发酵性细菌将有机物分解发酵后产生的有机酸和醇类，必须由产氢产乙酸菌，将其分解转化为乙酸、氢和二氧化碳，其反应过程为:
[0021]CH3CH2CH2C00H+2H20 — CH3C00H+C02+3H2
[0022]CH3CH2CH2C00H+2H20 — 2CH3C00H+2H20
[0023]CH3CH20H+H20 — CH3C00H+2H20
[0024]CH3CH0HC00H+H20 — CH3C00H+C02+2H2
[0025]耗氢产乙酸菌分别利用H2+C02生成乙酸，或代谢糖类产生乙酸。
[0026]其反应式为:2C02+4H2— CH3C00H+2H20[0027]C6H12O6 — 3CH3C00H
[0028]产酸反应后的浓缩液送往产甲烷塔。
[0029]结合附图4产甲烷塔3由进水口 24、出水口 25、沼气出口 26、导流管27、填料28通过塔体29分别连成一体组成产甲烷塔。
[0030]按照上述装置，在产甲烷塔(产甲烷消化器)，产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，它们在厌氧条件下，将前面细菌代谢终产物，在没有外源受氢体的工况下把乙酸和h2/co2转化为气体产物ch4/co2，其反应生成甲烷的自由能为:
[0031]H2/C02:4H2+C02 — CH4+2H20
[0032]4HC00H — CH4+3C02+2H20
[0033]4CH3 — 3CH4+C02+2H20
[0034]CH3COOH — CH4+C02
[0035]其中，经过产甲烷塔反应后的生物质水与生物质沼气，分别送往好氧塔。
[0036]结合附图5好氧塔4由进水口 30、出水口 31、出水口 32、排气口 33、氧气进口 34、塔板35通过塔体36分别连成一体，组成好氧塔。
[0037]按照上述装置，经产甲烷塔排出的生物质水进入好氧塔(耗氧生化反应器)与进入好氧塔的氧气，经过塔板间填料进行氧化生化反应转化为38°C中水，其中一部分送往超临界水氧化反应器39，氧化为纯净水送往锅炉补充冷凝水，一部分送入地下热场(地热田)吸收地下热能量。其中38为膜组空分制氧机，为好氧塔提供氧气，产甲烷塔反应后排出的沼气进入沼气净化器37，纯化后送往生物质锅炉。
[0038]好氧生物反应塔，是在有氧的作用下，借助好氧微生物，包括兼性微生物，其中由好氧菌包括兼性菌的作用下进行。污水中的溶解性有机物质通过细菌的细胞壁和细胞膜而为细菌体所吸收，固体的和胶体的有机物质先附着在细菌体外，由细菌所分泌的胞外酶分解为可溶解物质再渗入细胞内。细菌通过自身的生命活动进行氧化、还原，合成过程，把一部分有机物质转化为生物体所需要的营养物质，组成新的细胞物质。于是细菌逐渐生长繁殖，产生更多的细菌体。其他微生物摄食营养物质后，在体内也发生相同的生物化学反应，进行有机物质的好氧分解反应。
[0039]生物膜是使细菌好氧微生物和原生动物，反生动物，好氧微型动物体附着的物料载体-填料上进行生长繁殖，形成生物膜。污水通过与膜的接触，水中的有机污染物质转为营养液被膜中生物体摄取，从而使污水得到净化。其中生物膜是高度亲水性物质，外侧表面存在一层附着水层。附着在水层的有机物质由于微生物的氧化作用，浓度比流动水层中低，因此由于传质作用，流动层中的有机物质扩散转移到附着水层，然后进入生物膜内，通过微生物的代谢活动而被降解，使流动水层得到净化。空气中的氧溶解于流动水层中，通过附着水层传递给生物膜，供微生物呼吸作用。微生物代谢有机物的产物沿着相反方向，从微生物膜经过附着水层进入流动水层排走。气态产物又从水层逸出进入空气中。
[0040]曝气的作用是向液相供给溶解氧，并起搅拌和混合作用。污水与溶解氧有效地接触，空气中的氧以微小气泡形式选出并在混合液中扩散。氧转移到液体中，使混合浪体强烈扩散、混合、搅拌。液面与空气中氧接触，产生水跃，发生空气更新，氧转移。传质和扩散过程物质在界面两侧的浓度差为:
【权利要求】
1.生物质可再生能源环保生态智能发电装置，由分离塔(I)、产酸塔(2)、产甲烷塔(3)、好氧塔(4)、回灌井(5)、取水井(6)、地热换热塔(7)、生物质锅炉(8)、汽轮发电机(9)、冷凝塔(10)、污水热交换塔(11)、中央电子控制器(12)分别通过机械、管道、电路经过机械联结、电子联结、电力联结、热联结构成生物质可再生能源环保生态智能发电装置，其特征是:通过管道将分离塔出水口(14)与冷凝塔冷却水进口(85)，分离塔浓缩液出口(16)与产酸塔水封进料机(18)进料口连接；通过管道将产酸塔出水口(21)与产甲烷塔进水口(24)连接；通过管道将产甲烷塔出水口(25)与好氧塔进水口(30)，产甲烷塔沼气出口(26)与好氧塔沼气纯化器(37)沼气进口分别连接；通过管道将好氧塔出水口(31)与回灌井(5)进水口，好氧塔出水口(32)与超临界水氧化反应器(39)进水口，好氧塔氧气进口(34)与膜组空分制氧机(38)氧气出口分别连接；通过管道将地热换热塔进水管(40)与取水井出)出水口，地热换热塔出水管(41)与回灌井(5)进水口，地热换热塔进水管(42)与冷凝塔冷凝水出口(84)，地热换热塔出水管(43)与生物质锅炉省煤器(61)进水口分别连接；通过管道将汽轮发电机高压进气口(74)与生物质锅炉高温过热器(64)蒸汽出口，汽轮发电机高压排气口(75)与生物质锅炉低温再热器(62)蒸汽进口，生物质锅炉高温再热器(63)蒸汽出口与汽轮发电机中压进气口(76)分别连接，通过管道将汽轮发电机中压排气口(77)与低压进气口(78)连接，通过管道将汽轮发电机泛气出口(79)与冷凝塔泛气进口(83)连接；通过管道将冷凝塔冷却水出口(86)与污水热交换塔污水进口(91)连接；通过管道将污水热交换塔污 水出口(92)与产酸塔进水口(20)连接，通过管道将污水热交换塔烟气进口(94)与生物质锅炉排烟口(60)连接。
2.根据权利要求1所述的生物质可再生能源环保生态智能发电装置，其特征是:产酸塔(2)包括上、下端封闭的圆筒形塔体(23)顶部有排气口(22)，底部一侧有出水口(21)，顶部一侧有进水口(20)，下部一侧有水封进料机(18)，底部有水封出料机(19)，其中水封进料机由顶部两端面开口圆筒状U形金属管，底部两个管内分别垂直安放两只有螺旋筋片互为相反推进方向的推进杆，底部分别与两只转向互为相反电机连接，其中U形金属管的一侧安放在塔体内侧，通过管壁与塔体连接；水封出料机由两端面开口圆筒状J形金属管，一侧与塔体底部连接相通，管内平行安放螺旋筋片推进杆，一端通过管壁与电机连接。
3.根据权利要求1所述的生物质可再生能源环保生态智能发电装置，其特征是:产甲烷塔(3)包括上、下端封闭的圆筒形塔体(29)，顶部有沼气出口(26)，底部有进水口(24)，上部一侧有出水口(25)，塔体内垂直安放圆筒形导流管(27)，导流管内安放填料(28)，其中填料由聚乙烯树脂、碳、铁、磷、钾、陶土矿物质，钠、锌、镍、钴、钥、锰微量无素，发泡剂，增塑剂，稳定剂组成的原料，经搅拌、混合、冷却加入单螺杆聚乙烯发泡颗粒挤出机挤出，冷却成圆球体，表面布满微孔的球形填料。
4.根据权利要求1所述的生物质可再生能源环保生态智能发电装置，其特征是:生物质锅炉(8)由外部形状为II形，内部横截面为方形，四周封闭的炉体(69)，顶部有沼气燃烧室(53)，由一端封闭与沼气燃烧器(52)连接的圆筒体，另一端与炉体水平连接，内部安放高温过热器(64)，炉体一侧安放高温再热器(63)，低温再热器(62)，通过管道将高温再热器与低温再热器串连连接组成再热器组，下部安放省煤器(61)，空气预热器(58)，一侧通过方形管道与电子除器(59)连接，电子除尘器一侧与方形排烟口 (60)连接；炉体另一侧由垂直部分生物质燃烧室(51)与25度角烟道部分组成，底部有生物质进料机(50)，炉排(56)，出灰口(57)，生物质燃烧室四周安放水冷壁(54)，上部安放前屏过热器(67)，后屏过热器(66)，25度角烟道内安放低温过热器(65)，通过管道将低温过热器与前屏过热器、后屏过热器串联连接组成过热器组；炉体顶部外侧安放汽包55，通过管道将汽包与水冷壁上、下连箱体，高温过热器组进水口，省煤器(61)出水口分别连接，通过管道将变压吸附空分制氧机(70)氧气出口与沼气燃烧器(52)空气进口连接。
5.根据权利要求1所述的生物质可再生能源环保生态智能发电装置，其特征是:污水热交换塔(11)由上、下端封闭的圆筒形塔体(96)，底部有正方形烟气进口(94)，顶部有圆形烟气出口(95)，内部 安放蛇形污水管(93)，污水管为圆形管外部与方形筋片连接。
【文档编号】F01D15/10GK203794888SQ201320895523
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年12月29日 优先权日:2013年12月29日
【发明者】肖英佳 申请人:肖英佳