基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统及处理方法
技术领域
本申请涉及能源系统技术领域，特别是涉及基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统及处理方法。
背景技术
餐厨垃圾含有大量有机物、油脂、营养元素，具有很大的再利用价值。未来餐厨垃圾处理厂是能量与物质回收的高质工厂。
目前厌氧消化系统产生的沼气主要用于沼气拖动鼓风机、沼气发电、天然气并网和沼气锅炉等几种方式。其中，沼气拖动鼓风机是将沼气燃料的热能直接转化为动能，同时输出余热；沼气发电将沼气燃料的热能转化为电能和热能；天然气并网是将提纯净化后的天然气并入市政管网，供生产生活使用；沼气锅炉是利用锅炉直接燃烧沼气，输出热能，上述沼气利用方式能量综合利用效率较低。因此，需要在现有的沼气利用方式的基础上进一步改进，提供一种基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统及处理方法。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统，包括：
餐厨垃圾处理一体化装置，其用于产生废油脂和流态垃圾；
生物柴油预处理装置，其与所述餐厨垃圾处理一体化装置连接，用于对所述废油脂处理形成副产品生物柴油；
均质池，其与所述餐厨垃圾处理一体化装置连接，用于对所述流态垃圾均质处理；
厌氧消化罐，其与所述均质池连接，用于对所述流态垃圾进行厌氧反应产生沼渣和沼气；
分离装置，其与所述厌氧消化罐连接，用于分离所述沼渣产生堆肥和污水；
沼气罐，其与所述厌氧消化罐连接，用于储存所述沼气；
脱硫脱碳装置，其与所述沼气罐连接，用于对所述沼气处理形成天然气；
第一换热器，其与所述脱硫脱碳装置连接，用于对一部分所述天然气和水蒸气进行预热；
重整器，其与所述第一换热器连接，用于对预热后的一部分所述天然气和所述水蒸气重整反应产生氢气和一氧化碳；
固体氧化物燃料电池发电装置，其与所述重整器连接，用于对所述氢气和所述一氧化碳处理产生电能和废气；
燃烧室，其与所述固体氧化物燃料电池发电装置连接，用于燃烧所述废气中未完全反应的所述氢气和所述一氧化碳产生热能。
在一个实施例中，可选地，所述脱硫脱碳装置通过第一管路与所述燃烧室连接，用于输送另一部分所述天然气燃烧产生所述热能，所述热能的温度为：900℃。
在一个实施例中，可选地，还包括第二换热器，其通过第二管路与所述燃烧室连接，用于提供所述热能，所述第二换热器与空压机通过第三管路连接，用于提供空气，以使得所述空气被所述热能预热形成尾气高热能和空气低热能。
在一个实施例中，可选地，所述第二换热器通过第四管路与所述第一换热器连接，所述第一换热器通过第五管路与所述餐厨垃圾处理一体化装置和所述厌氧消化罐连接，以使得所述尾气高热能供给所述餐厨垃圾处理一体化装置和所述厌氧消化罐。
在一个实施例中，可选地，所述第二换热器通过第六管路与所述固体氧化物燃料电池发电装置和所述燃烧室连接，以使得所述空气低热能供给所述固体氧化物燃料电池发电装置和所述燃烧室。
在一个实施例中，可选地，所述生物柴油预处理装置与所述餐厨垃圾处理一体化装置通过第七管路连接；所述均质池与所述餐厨垃圾处理一体化装置通过第八管路连接；所述厌氧消化罐与所述均质池通过第九管路连接；所述分离装置与所述厌氧消化罐通过第十管路连接；所述沼气罐与所述厌氧消化罐通过第十一管路连接；所述脱硫脱碳装置与所述沼气罐通过第十二管路连接；所述第一换热器与所述脱硫脱碳装置通过第十三管路连接；所述重整器与所述第一换热器通过第十四管路连接；所述固体氧化物燃料电池发电装置与所述重整器通过第十五管路连接；所述燃烧室与所述固体氧化物燃料电池发电装置通过第十六管路连接。
在一个实施例中，可选地，还包括：打浆机，其安装于所述第八管路，用于输送所述流态垃圾；第一泵，其安装于所述第九管路，用于输送均质后的所述流态垃圾；第二泵，其安装于所述第十管路，用于输送所述沼渣。
根据本申请的另一个方面，提供了一种基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统的处理方法，该方应用于上述系统，该方法包括以下步骤：
餐厨垃圾处理步骤：使用餐厨垃圾处理一体化装置对餐厨垃圾处理产生废油脂和流态垃圾；
生物柴油预处理步骤：使用生物柴油预处理装置对所述废油脂处理形成副产品生物柴油；
均质步骤：使用均质池对所述流态垃圾均质处理；
厌氧反应步骤：使用厌氧消化罐对所述流态垃圾进行厌氧反应产生沼渣和沼气；
分离步骤：使用分离装置分离所述沼渣产生堆肥和污水；
存储步骤：使用沼气罐储存所述沼气；
脱硫脱碳步骤：使用脱硫脱碳装置对所述沼气处理形成天然气；
第一换热步骤：使用第一换热器对一部分所述天然气和水蒸气进行预热；
重整步骤：使用重整器对预热后的一部分所述天然气和所述水蒸气重整反应产生氢气和一氧化碳；
发电步骤：使用固体氧化物燃料电池发电装置对所述氢气和所述一氧化碳处理产生电能和废气；
燃烧步骤：使用燃烧室燃烧所述废气中未完全反应的所述氢气和所述一氧化碳产生热能。
在一个实施例中，可选地，还包括以下步骤：
第二换热步骤：使用第二换热器将空气预热形成尾气高热能和空气低热能；
第一供给步骤：将所述尾气高热能供给所述餐厨垃圾处理一体化装置和所述厌氧消化罐；
第二供给步骤：将空气低热能供给所述固体氧化物燃料电池发电装置和所述燃烧室。
本申请的基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统，通过脱硫脱碳装置与沼气罐连接对沼气处理形成天然气，第一换热器与脱硫脱碳装置连接对一部分天然气和水蒸气进行预热，重整器与第一换热器连接对预热后的一部分天然气和水蒸气重整反应产生氢气和一氧化碳，固体氧化物燃料电池发电装置与重整器连接对氢气和一氧化碳处理产生电能和废气，提高了沼气的利用率、实现发电、并且结构简单、使用方便快捷。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请一个实施例的基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统的示意性结构框图；
图2是根据本申请一个实施例的基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统的处理方法的流程图；
图3是图2的处理方法所增加步骤的流程图。
图中标记对应的构件名称为：
1、餐厨垃圾处理一体化装置；2、生物柴油预处理装置；3、打浆机；4、均质池；5、第一泵；6、厌氧消化罐；7、第二泵；8、沼气罐；9、脱硫脱碳装置；10、第一换热器；11、重整器；12、固体氧化物燃料电池发电装置；13、燃烧室；14、第二换热器；15、空压机；16、分离装置；17、第二管路；18、第三管路；19、第四管路；20、第五管路；21、第六管路；22、第七管路；23、第八管路；24、第九管路；25、第十管路；26、第十一管路；27、第十二管路；28、第十三管路；29、第十四管路；30、第十五管路；31、第十六管路；32、第一管路。
具体实施方式
本申请第一方面提供了一种基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统。图1是根据本申请一个实施例的基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统的示意性结构框图。基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统一般性地可包括餐厨垃圾处理一体化装置1、生物柴油预处理装置2、均质池4、厌氧消化罐6、分离装置16、沼气罐8、脱硫脱碳装置9、第一换热器10、重整器11、固体氧化物燃料电池发电装置12和燃烧室13。其中，餐厨垃圾处理一体化装置1，其用于产生废油脂和流态垃圾，餐厨垃圾处理一体化装置1为现有的餐厨垃圾处理一体化装置，具体可参见中国专利：ZL201220434731.3。生物柴油预处理装置2与餐厨垃圾处理一体化装置1连接，用于对废油脂处理形成副产品生物柴油，生物柴油预处理装置2为现有的生物柴油预处理装置。均质池4与餐厨垃圾处理一体化装置1连接，用于对流态垃圾均质处理，均质池4为现有的均质池。厌氧消化罐6与均质池4连接，用于对流态垃圾进行厌氧反应产生沼渣和沼气，厌氧消化罐6为现有的厌氧消化罐。分离装置16与厌氧消化罐6连接，用于分离沼渣产生堆肥和污水，分离装置16为现有的分离装置。沼气罐8与厌氧消化罐6连接，用于储存沼气，沼气罐8为现有的沼气罐。脱硫脱碳装置9与沼气罐8连接，用于对沼气处理形成天然气，脱硫脱碳装置9为现有的脱硫脱碳装置。第一换热器10与脱硫脱碳装置9连接，用于对一部分天然气和水蒸气进行预热，第一换热器10为现有的第一换热器。重整器11与第一换热器10连接，用于对预热后的一部分天然气和水蒸气重整反应产生氢气和一氧化碳，重整器11为现有的重整器。固体氧化物燃料电池发电装置12与重整器11连接，用于对氢气和一氧化碳处理产生电能和废气，固体氧化物燃料电池发电装置12为现有的固体氧化物燃料电池发电装置。燃烧室13与固体氧化物燃料电池发电装置12连接，用于燃烧废气中未完全反应的氢气和一氧化碳产生热能，燃烧室13为现有的燃烧室。通过脱硫脱碳装置与沼气罐连接对沼气处理形成天然气，第一换热器与脱硫脱碳装置连接对一部分天然气和水蒸气进行预热，重整器与第一换热器连接对预热后的一部分天然气和水蒸气重整反应产生氢气和一氧化碳，固体氧化物燃料电池发电装置与重整器连接对氢气和一氧化碳处理产生电能和废气，提高了沼气的利用率、实现发电、并且结构简单、使用方便快捷。
通过固体氧化物燃料电池发电装置12的发电效率可达60％，热能综合利用率较高，其能量利用率可达80％。
传统餐厨垃圾处理系统中锅炉提供热量一般用于厌氧消化罐6和餐厨垃圾处理一体化装置1即破碎/磁选/制浆/分离等预处理装置，而厌氧消化罐6一般需要加热到30℃～50℃，餐厨垃圾处理一体化装置1一般需要加热到90℃左右，±5℃，锅炉提供的热量存在大量的浪费。而燃烧室13提供的高温烟气温度高达900℃，首先用于空气、水蒸气和天然气预热，一般需要加热到700℃～750℃；然后烟气温度降低至250℃～300℃，再用于餐厨垃圾预处理一体化装置1加热，一般需要加热到90℃左右，±5℃；最后用于厌氧消化罐6，一般需要加热到30℃～50℃；形成三级阶梯供热，最大程度的利用余热，有效提高系统的综合能源利用率。
能量应用调节灵活：通过调节天然气用于固体氧化物燃料电池发电装置12和燃烧室13供热的比列，可以合理分配餐厨垃圾生物质能源可转化的热/电份额。
在该实施例中，可选地，脱硫脱碳装置9通过第一管路32与燃烧室13连接，实现输送另一部分天然气燃烧产生热能，热能的温度为：900℃，提高输送天然气燃烧产生热能，实现供热。可选地，热能为烟气，第一管路32为金属圆管。
在该实施例中，可选地，为实现供热，还包括第二换热器14通过第二管路17与燃烧室13连接，实现供热能，第二换热器14与空压机15通过第三管路18连接，实现提供空气，使空气被热能预热形成尾气高热能和空气低热能。可选地，第二换热器14为现有的换热器，空压机15为现有的空压机，第二管路17和第三管路18均为金属圆管。
在该实施例中，可选地，第二换热器14通过第四管路19与第一换热器10连接，第一换热器10通过第五管路20与餐厨垃圾处理一体化装置1和厌氧消化罐6连接，使尾气高热能供给餐厨垃圾处理一体化装置1和厌氧消化罐6。可选地，第四管路19和第五管路20均为金属圆管。
在该实施例中，可选地，第二换热器14通过第六管路21与固体氧化物燃料电池发电装置12和燃烧室13连接，使空气低热能供给固体氧化物燃料电池发电装置12和燃烧室13。可选地，第六管路21为金属圆管。
在该实施例中，可选地，生物柴油预处理装置2与餐厨垃圾处理一体化装置1通过第七管路22连接。均质池4与餐厨垃圾处理一体化装置1通过第八管路23连接。厌氧消化罐6与均质池4通过第九管路24连接，分离装置16与厌氧消化罐6通过第十管路25连接。沼气罐8与厌氧消化罐6通过第十一管路26连接，脱硫脱碳装置9与沼气罐8通过第十二管路27连接。第一换热器10与脱硫脱碳装置9通过第十三管路28连接，重整器11与第一换热器10通过第十四管路29连接。固体氧化物燃料电池发电装置12与重整器11通过第十五管路30连接；燃烧室13与固体氧化物燃料电池发电装置12通过第十六管路31连接。可选地，第七管路22、第八管路23、第九管路24、第十管路25、第十一管路26、第十二管路27、第十三管路28、第十四管路29、第十五管路30和第十六管路31均为现有的金属圆管。
在该实施例中，可选地，为提高输送效果，还可包括打浆机3、第一泵5和第二泵7。其中，打浆机3安装于第八管路23，输送流态垃圾，打浆机3为现有的打浆机。第一泵5安装于第九管路24，输送均质后的流态垃圾使用，第一泵5为现有的泵。第二泵7安装于第十管路25输送沼渣，第二泵7为现有的泵。
在该实施例中，需要说明的是上述连接均为现有的连接方式，可是焊接、螺接等。
本申请第二方面提供了一种基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统的处理方法。图2是根据本申请一个实施例的基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统的处理方法的流程图。一种基于固体氧化物燃料电池的餐厨垃圾能量系统的处理方法一般可包括以下步骤：
S10餐厨垃圾处理步骤：使用餐厨垃圾处理一体化装置对餐厨垃圾处理产生废油脂和流态垃圾；其中，餐厨垃圾处理一体化装置对餐厨垃圾的处理方式为其自带的处理方式。
S20生物柴油预处理步骤：使用生物柴油预处理装置对废油脂处理形成副产品生物柴油；其中，生物柴油预处理装置的处理方式为其自带的处理方式。
S30均质步骤：使用均质池对流态垃圾均质处理；其中，均质池的均质方式为现有的均质方式。
S40厌氧反应步骤：使用厌氧消化罐对流态垃圾进行厌氧反应产生沼渣和沼气；其中，厌氧消化罐的反应方式为现有的反应方式。
S50分离步骤：使用分离装置分离沼渣产生堆肥和污水；其中，分离装置分离方式为其自带的分离方式。
S60存储步骤：使用沼气罐储存沼气；其中，沼气罐直接存储沼气。
S70脱硫脱碳步骤：使用脱硫脱碳装置对沼气处理形成天然气；其中，脱硫脱碳装置的处理方式为其自带的处理方式。
S80第一换热步骤：使用第一换热器对一部分天然气和水蒸气进行预热；其中，第一换热器预热方式为自带预热方式。
S90重整步骤：使用重整器对预热后的一部分天然气和水蒸气重整反应产生氢气和一氧化碳；其中，重整器的反应方式为自带的反应方式。
S100发电步骤：使用固体氧化物燃料电池发电装置对氢气和一氧化碳处理产生电能和废气；其中，固体氧化物燃料电池发电装置的处理为现有的处理方式。
S110燃烧步骤：使用燃烧室燃烧废气中未完全反应的氢气和一氧化碳产生热能，其中，燃烧室燃烧方式为现有的燃烧方式。
如图3所示，在该实施例中，可选地，还包括以下步骤：
S120第二换热步骤：使用第二换热器将空气预热形成尾气高热能和空气低热能；其中，第二换热器的换热方式为现有的换热方式。
S130第一供给步骤：将尾气高热能供给餐厨垃圾处理一体化装置和厌氧消化罐；
S104第二供给步骤：将空气低热能供给固体氧化物燃料电池发电装置和燃烧室。
具体举例说明：以日处理200吨的餐厨垃圾处理厂为例，餐厨垃圾制天然气子系统工艺流程如下：餐厨垃圾经过给料、破袋、磁选、分拣、制浆、三相分离、油水分离、加热等预处理过程，其中分离出来的油经过进一步处理转变为生物柴油，其他过程产物通过打浆机输送至均质池进行搅拌和过滤。然后送至厌氧消化罐产生沼气，约14000m3；经过脱硫、脱碳、提纯、增压转化为天然气，约9600m3。
天然气发电子系统工艺流程如下：约9600m3的天然气在换热器中与水蒸气一起被加热并送入重整器中转化成氢、一氧化碳、甲烷等燃料，然后在固体氧化物燃料电池发电装置产生约2MW的电能和约1.5MW的热能(已扣除空气、水蒸气和天然气预热热量)。其中用于餐厨垃圾预处理装置加热和厌氧消化罐加热的热量约70000MJ，则日供余热约54000MJ(以约70℃温水的形式)。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
