【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源，尤其是涉及一种基于理想ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统。
技术介绍
1、污水处理厂在处理污水过程中会产生大量的污泥，其中的有机物经过厌氧发酵会生成沼气。传统的污水处理厂通常仅利用沼气作为燃料供给加热或直接用于发电，但这种方法的能源利用效率较低。此外，传统的电力供应往往依赖于化石燃料，这不仅消耗不可再生能源，还会对环境造成一定负担。
2、随着可再生能源技术的发展，光伏发电成为了有效的绿色能源解决方案，但在许多设施中，光伏发电的空间和能量转化效率依然受到限制。在电力需求高峰时段，电力供应的稳定性和效率是关键问题，因此开发高效的储能系统和动态调峰方案变得尤为重要。
3、现有的二氧化碳循环发电技术，如理想ericsson循环，理论上具有较高的能量转化效率，但在实际应用中，由于系统复杂度和运行成本较高，尚未在污水处理厂中得到广泛应用。因此，如何将二氧化碳循环发电技术与现有污水处理厂资源有效结合，成为提升发电效率和资源利用率的关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的等缺陷而提供一种，本专利技术的系统不仅优化了污水处理厂中的能源利用，还有效减少了对化石燃料的依赖，具有较高的环境效益和经济价值。通过将多种发电和储能技术集成在一个系统中，提供了一种高效、环保的发电解决方案。该系统将沼气燃机、压缩二氧化碳循环发电、曝气池光伏发电和蓄热系统有效结合，实现了能源的高效利用和动态调峰。
2、本专利技术
3、所述沼气燃机发电模块利用污水处理厂污泥发酵产生的沼气作为燃料，驱动沼气燃机进行发电；充分利用污水处理厂中产生的沼气资源。
4、所述二氧化碳循环发电模块基于理想ericsson循环原理，通过等温压缩和膨胀、等压吸热和放热过程实现发电；在用电低谷时，通过光伏发电或电网低谷电力将二氧化碳压缩储存，并利用燃气轮机余热和蓄热模块加热二氧化碳，进入膨胀机进行发电；所述二氧化碳循环发电模块包括：储能单元、高压膨胀机、低压膨胀机、高压加热器、低压加热器、发电机；所述高压膨胀机、低压膨胀机、发电机依次连接；所述储能单元包括：高压压气机、低压压气机、高压二氧化碳储气罐、低压二氧化碳储气罐；高压加热器与低压加热器烟气出口处管路连接至污泥干燥池，使加热器中与二氧化碳进行过热交换的余热烟气为待干燥的污泥提供相应热量以满足干燥温度条件；所述高压加热器和所述储能单元之间设有二氧化碳与二氧化碳换热器、蓄热流体与二氧化碳换热器；二氧化碳与二氧化碳换热器出口处管路与污泥厌氧消化池内换热器串联，管路中二氧化碳为待加热的污泥提供相应热量以满足厌氧消化条件；
5、所述曝气池光伏发电模块中，在曝气池上安装光伏发电单元，利用光伏发电或电网低谷电力压缩二氧化碳，并将其储存于高压储气罐中；
6、所述蓄热模块用于储存燃气轮机余热，在用电高峰时释放该热量以加热二氧化碳，从而提高发电量；所述蓄热模块包括：冷罐、热罐、冷蓄热流体与余热烟气换热器；所述蓄热模块设于沼气燃机发电模块后。所述冷罐为冷蓄热流体储罐，所述热罐为热蓄热流体储罐。
7、进一步的，所述储能单元中，所述高压压气机、低压压气机之间设有第一二氧化碳与冷却水换热器，使第一二氧化碳与冷却水换热器中循环冷却水与压缩二氧化碳交换的热量用于为污泥厌氧消化产生沼气提供温度条件；
8、所述高压压气机、高压二氧化碳储气罐之间设有第二二氧化碳与冷却水换热器，使二氧化碳储存在高压二氧化碳储气罐中。
9、进一步的，所述二氧化碳循环发电模块中，高压膨胀机、低压膨胀机的管路中布置有第三二氧化碳与冷却水换热器，使二氧化碳循环中的压缩膨胀过程接近于理想等温过程，第三二氧化碳与冷却水换热器中循环冷却水与压缩二氧化碳交换的热量用于为污泥厌氧消化产生沼气提供温度条件。
10、进一步的，所述二氧化碳循环发电模块中，所述高压加热器为余热烟气与高压二氧化碳换热器，所述低压加热器为余热烟气与低压二氧化碳换热器。
11、进一步的，所述第三二氧化碳与冷却水换热器、低压二氧化碳储气罐之间设有二氧化碳与空气换热器，使做功后的二氧化碳储存在低压二氧化碳储气罐中。
12、进一步的，所述沼气燃机余热烟气出口管道分流布置有第一烟气截止阀、第二烟气截止阀，分别用来控制蓄热过程和加热二氧化碳。
13、进一步的，所述蓄热模块中，所述高压二氧化碳储气罐的进口管道处安装有第一二氧化碳截止阀，所述低压二氧化碳储气罐的进口管道处安装有第二二氧化碳截止阀，所述高压二氧化碳储气罐的出口管道处安装有第一二氧化碳流量控制阀，所述低压二氧化碳储气罐的出口管道处安装有第二二氧化碳流量控制阀。根据沼气燃机的余热烟气温度和流量来调控流量控制阀门，进而动态调整二氧化碳。
14、进一步的，所述冷罐出口处安装有第一蓄热流体流量控制阀，根据沼气燃机的余热温度和流量控制第一蓄热流体流量控制阀，从而调整冷罐中蓄热流体的出口流量；
15、所述热罐出口处安装有第二蓄热流体流量控制阀，根据二氧化碳流量来控制第二蓄热流体流量控制阀，从而控制热罐出口蓄热流体的出口流量。
16、进一步的，所述低压加热器烟气进口处安装有烟气流量控制阀，根据沼气燃机的余热烟气温度和流量来调控烟气流量控制阀，进而动态调整烟气流量。
17、进一步的，所述冷罐、蓄热流体与二氧化碳换热器之间设有第二蓄热流体截止阀，所述冷蓄热流体与余热烟气换热器、热罐之间设有第一蓄热流体截止阀。
18、本专利技术的流量控制方法：
19、动态调节：根据沼气燃机的烟气流量和温度，调节二氧化碳流量和烟气流量，以确保高/低压加热器中的二氧化碳出口温度达到设定值，从而维持循环发电效率。
20、蓄热和释热阶段控制：在蓄热阶段，调节冷罐出口蓄热流体的流量使蓄热维持在最佳水平；在释热阶段，根据二氧化碳的设定温度控制热罐出口流量。
21、本专利技术的操作流程：
22、用电低谷时：启动低压储气罐出口和压缩机，将二氧化碳压缩储存；同时，通过换热将沼气燃机余热储存在热罐中。
23、用电高峰时：停止压缩和蓄热过程，开启高压储气罐、热罐出口和高/低压烟气进口阀门，将蓄热流体和二氧化碳气体加热，并送入高/低压膨胀机进行发电。发电后的二氧化碳气体经过换热冷却后存储到低压储气罐中。
24、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
25、(1)本专利技术的系统不仅优化了污水处理厂中的能源利用，还有效减少了对化石燃料的依赖，具有较高的环境效益和经济价值。通过将多种发电和储能技术集成在一个系统中，提供了一种高效、环保的发电解决方案。该系统将沼气燃机、压缩二氧化碳循环发电、曝气池光伏发电和蓄热系统有效结合，实现了能源的高效利用和动态调峰。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，包括：沼气燃机发电模块、曝气池光伏发电模块、二氧化碳循环发电模块、蓄热模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述储能单元中，所述高压压气机(3)、低压压气机(1)之间设有第一二氧化碳与冷却水换热器(2)，使第一二氧化碳与冷却水换热器(2)中循环冷却水与压缩二氧化碳交换的热量用于为污泥厌氧消化产生沼气提供温度条件；
3.根据权利要求1所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述二氧化碳循环发电模块中，高压膨胀机(11)、低压膨胀机(13)的管路中布置有第三二氧化碳与冷却水换热器(14)，使二氧化碳循环中的压缩膨胀过程接近于理想等温过程，第三二氧化碳与冷却水换热器(14)中循环冷却水与压缩二氧化碳交换的热量用于为污泥厌氧消化产生沼气提供温度条件。
4.根据权利要求1所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述二
5.根据权利要求3所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述第三二氧化碳与冷却水换热器(14)、低压二氧化碳储气罐(17)之间设有二氧化碳与空气换热器(15)，使做功后的二氧化碳储存在低压二氧化碳储气罐(17)中。
6.根据权利要求1所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述沼气燃机余热烟气出口管道分流布置有第一烟气截止阀(27)、第二烟气截止阀(28)，分别用来控制蓄热过程和加热二氧化碳。
7.根据权利要求1所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述蓄热模块中，所述高压二氧化碳储气罐(6)的进口管道处安装有第一二氧化碳截止阀(5)，所述低压二氧化碳储气罐(17)的进口管道处安装有第二二氧化碳截止阀(16)，所述高压二氧化碳储气罐(6)的出口管道处安装有第一二氧化碳流量控制阀(7)，所述低压二氧化碳储气罐(17)的出口管道处安装有第二二氧化碳流量控制阀(18)。
8.根据权利要求1所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述低压加热器烟气进口处安装有烟气流量控制阀(19)，根据沼气燃机的余热烟气温度和流量来调控烟气流量控制阀(19)，进而动态调整烟气流量。
10.根据权利要求1所述的一种基于理想Ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述冷罐、蓄热流体与二氧化碳换热器(9)之间设有第二蓄热流体截止阀(26)，所述冷蓄热流体与余热烟气换热器(22)、热罐之间设有第一蓄热流体截止阀(23)。
...【技术特征摘要】
1.一种基于理想ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，包括：沼气燃机发电模块、曝气池光伏发电模块、二氧化碳循环发电模块、蓄热模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于理想ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述储能单元中，所述高压压气机(3)、低压压气机(1)之间设有第一二氧化碳与冷却水换热器(2)，使第一二氧化碳与冷却水换热器(2)中循环冷却水与压缩二氧化碳交换的热量用于为污泥厌氧消化产生沼气提供温度条件；
3.根据权利要求1所述的一种基于理想ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述二氧化碳循环发电模块中，高压膨胀机(11)、低压膨胀机(13)的管路中布置有第三二氧化碳与冷却水换热器(14)，使二氧化碳循环中的压缩膨胀过程接近于理想等温过程，第三二氧化碳与冷却水换热器(14)中循环冷却水与压缩二氧化碳交换的热量用于为污泥厌氧消化产生沼气提供温度条件。
4.根据权利要求1所述的一种基于理想ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述二氧化碳循环发电模块中，所述高压加热器为余热烟气与高压二氧化碳换热器(10)，所述低压加热器为余热烟气与低压二氧化碳换热器(12)。
5.根据权利要求3所述的一种基于理想ericsson循环原理的污水处理厂联合循环发电系统，其特征在于，所述第三二氧化碳与冷却水换热器(14)、低压二氧化碳储气罐(17)之间设有二氧化碳与空气换热器(15)，使做功后的二氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：张敬奎，孙玉婷，范毅，刘易航，陈松伟，崔贺，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：
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