專利名稱：用于污水生物處理的太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)，具體來說是一種用于污水生物處理的太陽 能加熱發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。在目前全球能源日趨緊張的 形勢下，對開發(fā)新能源技術(shù)和進(jìn)一步開發(fā)利用可再生能源提出了迫切需求。開發(fā)利用可再 生能源，保護(hù)和節(jié)省現(xiàn)有資源，成為涉及到人類社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。在可再生能源中，我國小水電和風(fēng)電雖然已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化水平，但它們的資源量 和地理分布畢竟有限，即使全部開發(fā)也滿足不了未來的需求，只有“太陽能”才是最具有潛 力的可再生能源。我國太陽能資源非常豐富，我國大部分地區(qū)位于北緯45°以南，全國2/3 的國土面積年日照時(shí)間在2300h以上，每平方米太陽能年輻射總量為3340 8400MJ，陸地 表面每年接收的太陽輻射能相當(dāng)于17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而且分布極為廣泛，具有普遍存在、 永續(xù)利用的優(yōu)點(diǎn)，可為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有效的能源供應(yīng)。近年來，我國城市污水處理廠的數(shù)目和處理能力迅速增長，但普遍存在運(yùn)行費(fèi)用 偏高的問題，其中主要是電耗大。城市污水處理廠消耗的能源主要包括電、和藥劑等潛在能 源，其中電耗占總能耗的60% 90%，而污水處理電耗占全廠總電耗的50% 80%，可見 污水處理是處理廠耗電大戶，自然也就是節(jié)能重點(diǎn)。溫度是影響微生物生長活動的主要因素，主要體現(xiàn)在微生物的增殖速度和活性兩 個(gè)方面。污水生物處理中的微生物適宜的生長溫度為15 35°C。當(dāng)溫度小于15°C時(shí)微生 物的增殖速度和活性明顯下降。當(dāng)水溫低于10°C時(shí)，每降低1°C，微生物的活性都會大幅降 低，甚至失去活性。因而，在水溫較低時(shí)，充分利用現(xiàn)有的清潔能源對污水生物處理反應(yīng)池 進(jìn)水進(jìn)行加熱可明顯提高系統(tǒng)處理效率。因而，在污水生物處理系統(tǒng)中建立太陽能加熱系統(tǒng)，不僅能夠提高污水處理效率， 而且能夠?yàn)槲鬯幚韽S提供電能，降低污水廠的電耗，從而更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種污水生物處理過程中，在低溫時(shí) 對污水處理廠進(jìn)水進(jìn)行加熱，并可將多余能量轉(zhuǎn)化成電能的裝置。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明用于污水生物處理的太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能集熱器、兩個(gè)閥門、 PLC控制系統(tǒng)、在線溫度測定儀、熱交換加熱器、渦輪發(fā)電機(jī)、蓄電池、配電室和開關(guān)，其中 在線溫度測定儀①置于距離生物反應(yīng)池進(jìn)水口處，在線溫度測定儀①的輸出端與PLC控制 系統(tǒng)①相連接，在線溫度測定儀②置于生物反應(yīng)池沿進(jìn)水口的水流方向在線溫度測定儀① 后，在線溫度測定儀②的輸出端與PLC控制系統(tǒng)②相連接，PLC控制系統(tǒng)①的輸出端分別與 閥門①和閥門②相連接，閥門①置于太陽能集熱器與熱交換加熱器之間，閥門②置于太陽能集熱器與發(fā)電機(jī)之間，渦輪發(fā)電機(jī)輸出端依次串接蓄電池連、配電室和開關(guān)，PLC控制系 統(tǒng)②的輸出端與開關(guān)連接。所述熱交換加熱器的內(nèi)管內(nèi)還安裝電加熱器。用于污水生物處理的太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法如下太陽能集熱器收集熱量，加熱流過太陽能集熱器的傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，形 成過熱的蒸汽；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度< 20°C時(shí)，閥門①打開，閥門②關(guān)緊，蒸汽進(jìn)入熱 交換加熱器，熱交換加熱器對進(jìn)水進(jìn)行加熱；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度> 25°C時(shí)，閥門①打開，閥門②打開，蒸汽進(jìn)入渦 輪發(fā)電機(jī)，渦輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，并將產(chǎn)生的電經(jīng)蓄電池送入配電室；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度介于20°C到25°C之間時(shí)，閥門①閉合，閥門②打 開，蒸汽同時(shí)進(jìn)入熱交換加熱器和渦輪發(fā)電機(jī)，熱交換加熱器對進(jìn)水進(jìn)行加熱，而渦輪機(jī)將 熱能轉(zhuǎn)化為電能，并將產(chǎn)生的電經(jīng)蓄電池送入配電室；當(dāng)在線溫度測定儀②回饋的溫度< 20°C時(shí)，開關(guān)閉合，配電室對熱交換加熱器進(jìn) 行供電，熱交換加熱器中蒸汽對內(nèi)管進(jìn)水加熱與電加熱器加熱同時(shí)進(jìn)行；當(dāng)在線溫度測定儀②回饋的溫度> 20°C時(shí)，開關(guān)斷開，配電室停止對熱交換加熱 器進(jìn)行供電，熱交換加熱器中只進(jìn)行蒸汽對內(nèi)管進(jìn)水加熱。通過使用本發(fā)明所述的水處理中太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)，能夠?qū)M(jìn)水進(jìn)行加熱，提 高水處理過程中微生物對污染物的降解效率。同時(shí)，多余的能力還可以被轉(zhuǎn)化成電能，送入 供電室，節(jié)省污水處理廠的電耗。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、為污水處理廠提供一個(gè)可以同時(shí)進(jìn)行加熱和發(fā)電的設(shè)備，提高了微生物降解污 染物的效率，同時(shí)減少了污水廠的電耗；2、整個(gè)系統(tǒng)采用電腦程序控制，自動化程度高，保證了裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性；3、不用占用土地資源，與建筑結(jié)合為一體的節(jié)能項(xiàng)目；4、既適用于新建污水處理廠，也適合老污水處理廠的挖潛改造，對老污水處理廠 的挖潛改造基本不需改動原有工藝結(jié)構(gòu)；5、由于采用該系統(tǒng)后進(jìn)水水溫穩(wěn)定，從而使得污水處理微生物活性高而且穩(wěn)定， 能夠保證穩(wěn)定的出水水質(zhì)。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為熱交換加熱器剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明及其具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。用于污水生物處理的太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能集熱器，閥門，PLC控制系 統(tǒng)，在線溫度測定儀，熱交換加熱器，渦輪發(fā)電機(jī)，蓄電池，配電室，開關(guān)。太陽能集熱器收集熱量，加熱流過太陽能集熱器的傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，同時(shí)在能量區(qū)的熱轉(zhuǎn)換設(shè)備中產(chǎn)生高壓、過熱的蒸汽，然后送入熱交換加熱器中加熱進(jìn)水或是 送入常規(guī)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)中進(jìn)行發(fā)電。在線溫度測定儀，用于測定生物反應(yīng)池水溫。在線溫度測定儀①置于距離生物反 應(yīng)池進(jìn)水口 1 2m處，用于測定利用太陽能加熱后的水溫，在線溫度測定儀①的輸出端與 PLC控制系統(tǒng)①相連接。在線溫度測定儀②置于沿進(jìn)水口的水流方向在線溫度測定儀①后 1 2m處，用于測定經(jīng)太陽能和電加熱后進(jìn)水溫度，在線溫度測定儀②的輸出端與PLC控制 系統(tǒng)②相連接。PLC控制系統(tǒng)①的輸出端與閥門①和閥門②相連接，閥門①控制置于太陽能集熱 器與熱交換加熱器之間，閥門②置于太陽能集熱器與發(fā)電機(jī)之間，用于控制蒸汽輸送方向。熱交換加熱器的剖面圖如附圖2，過熱的蒸汽可對內(nèi)管的進(jìn)水進(jìn)行加熱。內(nèi)管安裝 電加熱器，當(dāng)轉(zhuǎn)化的蒸汽全部用來加熱進(jìn)水仍然達(dá)不到溫度要求時(shí)，開關(guān)閉合，配電室提供 電源，此時(shí)蒸汽對內(nèi)管進(jìn)水加熱與電加熱器加熱同時(shí)進(jìn)行。渦輪發(fā)電機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，輸出端與蓄電池相連接，經(jīng)過蓄電池將產(chǎn)生的電 能送入配電室。PLC控制系統(tǒng)②的輸出端與開關(guān)相連，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，供電室向熱交換加熱器供 電；開關(guān)斷開時(shí)，供電室停止向熱交換加熱器供電。本發(fā)明的運(yùn)作過程如下太陽能集熱器收集熱量，加熱流過太陽能集熱器的傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，形成 過熱的蒸汽；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度< 20°C時(shí)，閥門①打開，閥門②關(guān)緊，蒸汽進(jìn)入熱 交換加熱器，熱交換加熱器對進(jìn)水進(jìn)行加熱；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度> 25°C時(shí)，閥門①打開，閥門②打開，蒸汽進(jìn)入渦 輪發(fā)電機(jī)，渦輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，并將產(chǎn)生的電送入配電室；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度介于20°C到25°C之間時(shí)，閥門①閉合，閥門②打 開，蒸汽同時(shí)進(jìn)入熱交換加熱器和渦輪發(fā)電機(jī)，熱交換加熱器對進(jìn)水進(jìn)行加熱，而渦輪機(jī)將 熱能轉(zhuǎn)化為電能，并將產(chǎn)生的電送入配電室；當(dāng)在線溫度測定儀②回饋的溫度< 20°C時(shí)，開關(guān)閉合，配電室對熱交換加熱器進(jìn) 行供電，熱交換加熱器中蒸汽對內(nèi)管進(jìn)水加熱與電加熱器加熱同時(shí)進(jìn)行；當(dāng)在線溫度測定儀②回饋的溫度> 20°C時(shí)，開關(guān)斷開，配電室停止對熱交換加熱 器進(jìn)行供電，熱交換加熱器中只進(jìn)行蒸汽對內(nèi)管進(jìn)水加熱。
權(quán)利要求
一種用于污水生物處理的太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括太陽能集熱器、兩個(gè)閥門、PLC控制系統(tǒng)、在線溫度測定儀、熱交換加熱器、渦輪發(fā)電機(jī)、蓄電池、配電室和開關(guān)，其中在線溫度測定儀①置于距離生物反應(yīng)池進(jìn)水口處，在線溫度測定儀①的輸出端與PLC控制系統(tǒng)①相連接，在線溫度測定儀②置于生物反應(yīng)池沿進(jìn)水口的水流方向在線溫度測定儀①后，在線溫度測定儀②的輸出端與PLC控制系統(tǒng)②相連接，PLC控制系統(tǒng)①的輸出端分別與閥門①和閥門②相連接，閥門①置于太陽能集熱器與熱交換加熱器之間，閥門②置于太陽能集熱器與發(fā)電機(jī)之間，渦輪發(fā)電機(jī)輸出端依次串接蓄電池連、配電室和開關(guān)，PLC控制系統(tǒng)②的輸出端與開關(guān)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于污水生物處理的太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述 熱交換加熱器的內(nèi)管內(nèi)還安裝電加熱器。
3.一種用于污水生物處理的太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法，其特征在于太陽能集熱器收集熱量，加熱流過太陽能集熱器的傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，形成過 熱的蒸汽；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度< 20°C時(shí)，閥門①打開，閥門②關(guān)緊，蒸汽進(jìn)入熱交換 加熱器，熱交換加熱器對進(jìn)水進(jìn)行加熱；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度> 25°C時(shí)，閥門①打開，閥門②打開，蒸汽進(jìn)入渦輪發(fā) 電機(jī)，渦輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，并將產(chǎn)生的電經(jīng)蓄電池送入配電室；當(dāng)在線溫度測定儀①回饋的溫度介于20°C到25°C之間時(shí)，閥門①閉合，閥門②打開， 蒸汽同時(shí)進(jìn)入熱交換加熱器和渦輪發(fā)電機(jī)，熱交換加熱器對進(jìn)水進(jìn)行加熱，而渦輪機(jī)將熱 能轉(zhuǎn)化為電能，并將產(chǎn)生的電經(jīng)蓄電池送入配電室；當(dāng)在線溫度測定儀②回饋的溫度< 20°C時(shí)，開關(guān)閉合，配電室對熱交換加熱器進(jìn)行供 電，熱交換加熱器中蒸汽對內(nèi)管進(jìn)水加熱與電加熱器加熱同時(shí)進(jìn)行；當(dāng)在線溫度測定儀②回饋的溫度> 20°C時(shí)，開關(guān)斷開，配電室停止對熱交換加熱器進(jìn) 行供電，熱交換加熱器中只進(jìn)行蒸汽對內(nèi)管進(jìn)水加熱。
全文摘要
本發(fā)明用于污水生物處理的太陽能加熱發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法，所述系統(tǒng)包括太陽能集熱器，閥門，PLC控制系統(tǒng)，在線溫度測定儀，熱交換加熱器，渦輪發(fā)電機(jī)，蓄電池，配電室，開關(guān)。所述方法太陽能集熱器收集熱量，加熱流過太陽能集熱器的傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，同時(shí)在能量區(qū)的熱轉(zhuǎn)換設(shè)備中產(chǎn)生高壓、過熱的蒸汽，然后送入熱交換加熱器中加熱進(jìn)水或是送入常規(guī)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)中進(jìn)行發(fā)電。本發(fā)明采用電腦程序控制，自動化程度高，保證了裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，既適用于新建污水處理廠，也適合老污水處理廠的挖潛改造，對老污水處理廠的挖潛改造不需改動原有工藝結(jié)構(gòu)，不僅能夠提高污水處理效率，而且能夠?yàn)槲鬯幚韽S提供電能，降低污水廠的電耗。
文檔編號F03G6/06GK101858320SQ20101014098
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者丁亞楠, 劉志剛, 李軼 申請人:河海大學(xué)