CN100357677C - 寒区污水冷热源污水伴热处理装置 - Google Patents

寒区污水冷热源污水伴热处理装置 Download PDF

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寒区污水冷热源污水伴热处理装置，本发明涉及将已处理的城市污水作为热泵冷热源来加热预备进行生化处理的原水的装置。它解决了现有热泵机组中冷凝器换热效率低的问题。本发明的装置包括热泵机组、已处理污水入管、已处理污水排管、未处理污水入管和未处理污水排管，一个方案利用折流板作为内隔板，增加冷凝器的壳程，折流板往复移动既加强了水流的扰动，增大了传热系数，同时能去除冷凝管表面上的外垢层和水源中污染物的附着层，很大程度上提高了换热效率。另一个方案利用淋激式换热器原理，在冷凝管上增加刮板，来回移动加强水流扰动，增大传热系数，同时去除管外垢层与水源中污染物的附着层，提高换热效率。

Description

寒区污水冷热源污水伴热处理装置
技术领域
本发明涉及将已处理的城市污水作为热泵冷热源来加热预备进行生化处理的原水(未处理城市污水)的装置。
背景技术
开发利用各类低位可再生性清洁能源，具有重要的节能与环保意义。城市污水是低位能源之一，它包括市政污水管网的原水及污水处理厂污水，是城市废热排放量的最大部分，有效合理地开发利用城市污水是缓解能源消耗与环境污染问题的有效措施之一。城市污水相对其它冷热源而言，具有量大质优的特点，预计2010年，我国污水排放量将达720亿m3，通过热泵技术回收的污水热能可给20％建筑物的空调供暖。同时污水温度适宜，常年在10℃～25℃之间，适合冬夏两用，是热泵良好的低位冷热源，开发利用前景广阔。
但是严寒地区污水热能的提取与污水生化处理的低温问题是一对难以解决的矛盾。严寒地区污水水温相对较低，如果在生化处理过程中污水水温过低，会出现污泥膨胀、曝气池冻冰等问题，水处理效率将降低，污水处理量与处理后的水质难以保证。为此不得不采取保温、加热提高原水水温等措施。如果把污水处理前的热能进一步开发提取，势必将加重低温问题的严重性。
发明内容
本发明的目的是提供一种寒区污水冷热源污水伴热处理装置，以解决现有热泵机组中冷凝器换热效率低的问题。寒区污水冷热源污水伴热处理装置，它包括热泵机组1、已处理污水入管4、已处理污水排管5、未处理污水入管6和未处理污水排管7，已处理污水入管4连通热泵机组1的蒸发器1-1的输入端，已处理污水排管5连通蒸发器1-1的输出端，未处理污水入管6连通热泵机组1的冷凝器1-2的输入端，未处理污水排管7连通热泵机组1的冷凝器1-2的输出端。热泵机组1的冷凝器1-2由壳体1-2-1、电动机1-2-2、丝杠1-2-3、若干块折流板1-2-4、若干个丝杠螺母1-2-5和冷凝管1-2-6组成，若干块折流板1-2-4沿壳体1-2-1的长度方向均匀设置在其内部，丝杠1-2-3贯穿于每个折流板1-2-4并分别与固定在每个折流板1-2-4上的丝杠螺母1-2-5旋合，丝杠1-2-3穿出壳体1-2-1的端部与电动机1-2-2的电机轴相固定以实现旋转动力的输入，冷凝管1-2-6贯穿于所有的折流板1-2-4，未处理污水入管6连通在壳体1-2-1一端的内腔中，未处理污水排管7连通在壳体1-2-1另一端的内腔中。
本发明还提供另一种方案，它包括热泵机组1、已处理污水入管4、已处理污水排管5、未处理污水入管6和未处理污水排管7，已处理污水入管4连通热泵机组1的蒸发器1-1的输入端，已处理污水排管5连通蒸发器1-1的输出端，未处理污水入管6连通热泵机组1的冷凝器1-2的输入端，未处理污水排管7连通热泵机组1的冷凝器1-2的输出端。热泵机组1的冷凝器1-2由壳体1-2-1、电动机1-2-2、丝杠1-2-3、刮板1-2-8、丝杠螺母1-2-5、冷凝管1-2-6和喷淋装置1-2-9组成，丝杠螺母1-2-5固定在刮板1-2-8的中心处，丝杠1-2-3穿过刮板1-2-8并与丝杠螺母1-2-5相旋合，冷凝管1-2-6穿过刮板1-2-8并平行于丝杠1-2-3，丝杠1-2-3的穿出壳体1-2-1的端部与电动机1-2-2的电机轴相固定以实现旋转动力的输入，喷淋装置1-2-9固定在壳体1-2-1内的上顶部处，喷淋装置1-2-9的内腔与未处理污水入管6相连通，未处理污水排管7连通于壳体1-2-1内腔的下部处。
本发明的装置利用热泵机组1把已经由污水处理厂处理成为洁净水的水中的热量提取出来，传递给预备由污水生化处理厂处理的城市污水，在污水处理前不进行热能回收，以避免污水生化处理过程中的水温度太低，在污水处理后，把此时污水中的热量提取出来用于加热处理前的污水，提高原水水温以达到最低或最佳生物生存条件，从而保证了水处理过程的质量和效率，本发明的装置既解决了寒区污水热能的提取与污水生化处理温度之间的矛盾，又解决了污水生化处理本身的低温问题。折流板1-2-4作为内隔板，增加冷凝器的壳程，折流板往复移动既加强了水流的扰动，增大了传热系数，同时能去除冷凝管表面上的外垢层和水源中污染物的附着层，很大程度上提高了换热效率。另一种方案利用淋激式换热器原理，当未处理污水中污染物含量大时，冷凝器内极易阻塞，难于清理维护，在冷凝管上增加刮板，或单个或几个，来回移动加强水流扰动，增大传热系数，同时去除管外垢层与水源中污染物的附着层，提高换热效率。
附图说明
图1是具体实施方式一的结构示意图，图2是具体实施方式二的结构示意图，图3是具体实施方式三的结构示意图，图4是具体实施方式四的结构示意图，图5是具体实施方式五的结构示意图，图6是具体实施方式六的结构示意图，图7是具体实施方式七的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。寒区污水伴热处理装置，它由热泵机组1、已处理污水入管4、已处理污水排管5、未处理污水入管6和未处理污水排管7组成，已处理污水入管4连通热泵机组1的蒸发器1-1的输入端，已处理污水排管5连通蒸发器1-1的输出端，未处理污水入管6连通热泵机组1的冷凝器1-2的输入端，未处理污水排管7连通热泵机组1的冷凝器1-2的输出端。
具体实施方式二：下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：它还包括双层套管换热器2、水泵3，热泵机组1的冷凝器1-2的输入端连通双层套管换热器2中外管2-1与内管2-2之间环空的一端，冷凝器1-2的输出端连通水泵3的输入端，水泵3的输出端连通双层套管换热器2中外管2-1与内管2-2之间环空的另一端，内管2-2内腔的两端分别与未处理污水入管6和未处理污水排管7相连通。其它的组成和连接方式与实施方式一相同。本装置中，作为媒质的洁净水在冷凝器1-2和外管2-1与内管2-2之间的环空内循环，未处理污水在内管中流动，从而达到热量传递。其优点在于：①具有强大的防污染功能，同时大流速、高雷诺数换热，传热效率高；②可利用现有的水源热泵机组，系统初投资少。
具体实施方式三：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同点是：双层套管换热器2由外管2-1、内管2-2和至少三组翅片2-3组成，翅片2-3固定在外管2-1的内表面和内管2-2的外表面之间并沿二者的长度方向设置，若干组翅片2-3沿内管2-2的圆周方向均匀分布。如此设置，给外管2-1和内管2-2之间提供可靠的轴向支撑。其它的组成和连接方式与实施方式二相同。
具体实施方式四：下面结合图4具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同点是：它还包括挡板2-4、接头管2-5、一号法兰盘2-6和二号法兰盘2-7，挡板2-4固定在外管2-1的端部并把其封闭，内管2-2的端部穿出在挡板2-4的外面，二号法兰盘2-7固定在内管2-2的端部上，接头管2-5的一端连通在外管2-1与内管2-2之间的环空上，接头管2-5的另一端上固定有一号法兰盘2-6，一号法兰盘2-6平行于二号法兰盘2-7。如此设置，双层套管换热器2由两段或多段依次对接组成，分体拆卸十分方便，有利于更换管或清理管内的污垢。其它的组成和连接方式与实施方式二相同。
具体实施方式五：下面结合图5具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同点是：双层套管换热器2由若干个外管2-1、若干个内管2-2、污水分配管2-9、污水汇流管2-10、洁净水分配管2-11、洁净水汇流管2-12组成，每个内管2-2都设置在一个外管2-1内，每个内管2-2内腔的一端都连通污水分配管2-9，每个内管2-2内腔的另一端都连通污水汇流管2-10，外管2-1与内管2-2之间的环空的一端连通洁净水分配管2-11，外管2-1与内管2-2之间的环空的另一端连通洁净水汇流管2-12。如此设置，本实施方式的双层套管换热器相当于在实施方式二的基础上又并联了多组双层套管换热器，换热效率得到很大提高。其它的组成和连接方式与实施方式二相同。
具体实施方式六：下面结合图6具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：热泵机组1的冷凝器1-2由壳体1-2-1、电动机1-2-2、丝杠1-2-3、若干块折流板1-2-4、若干个丝杠螺母1-2-5和冷凝管1-2-6组成，若干块折流板1-2-4沿壳体1-2-1的长度方向均匀设置在其内部，丝杠1-2-3贯穿于每个折流板1-2-4并分别与固定在每个折流板1-2-4上的丝杠螺母1-2-5旋合，丝杠1-2-3穿出壳体1-2-1的端部与电动机1-2-2的电机轴相固定以实现旋转动力的输入，冷凝管1-2-6贯穿于所有的折流板1-2-4，未处理污水入管6连通在壳体1-2-1一端的内腔中，未处理污水排管7连通在壳体1-2-1另一端的内腔中。本实施方式工作时，冷凝管1-2-6内通入制冷剂，壳体1-2-1内通入未处理污水，制冷剂所携带的热量传递给未处理污水。电动机1-2-2间歇性正反方向旋转，使折流板1-2-4往复直线运动，本装置中，折流板1-2-4作为内隔板，增加冷凝器的壳程，折流板往复移动既加强了水流的扰动，增大了传热系数，同时能去除冷凝管表面上的外垢层和水源中污染物的附着层，很大程度上提高了换热效率。本实施方式属于螺杆往复式防污直接换热热泵系统。该装置的优点在于：①污水与制冷剂工质直接换热，系统综合热效率高；②系统占地少，辅助设备能耗低。其它的组成和连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式七：下面结合图7具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：热泵机组1的冷凝器1-2由壳体1-2-1、电动机1-2-2、丝杠1-2-3、刮板1-2-8、丝杠螺母1-2-5、冷凝管1-2-6和喷淋装置1-2-9组成，丝杠螺母1-2-5固定在刮板1-2-8的中心处，丝杠1-2-3穿过刮板1-2-8并与丝杠螺母1-2-5相旋合，冷凝管1-2-6穿过刮板1-2-8并平行于丝杠1-2-3，丝杠1-2-3的穿出壳体1-2-1的端部与电动机1-2-2的电机轴相固定以实现旋转动力的输入，喷淋装置1-2-9固定在壳体1-2-1内的上顶部处，喷淋装置1-2-9的内腔与未处理污水入管6相连通，未处理污水排管7连通于壳体1-2-1内腔的下部处。本实施方式工作时，冷凝管1-2-6内通入制冷剂，未处理污水通过喷淋方式加入冷凝器，制冷剂所携带的热量传递给未处理污水。电动机1-2-2间歇性正反方向旋转，使刮板1-2-8往复直线运动。本实施方式利用淋激式换热器原理，当未处理污水中污染物含量大时，冷凝器内极易阻塞，难于清理维护，在冷凝管上增加刮板，或单个或几个，来回移动加强水流扰动，增大传热系数，同时去除管外垢层与水源中污染物的附着层，提高换热效率。装置内水流处于淋激状态，换热管束间距较大，换热面积较大。其它的组成和连接方式与实施方式一相同。

Claims (2)

1、寒区污水冷热源污水伴热处理装置，它包括热泵机组(1)、已处理污水入管(4)、已处理污水排管(5)、未处理污水入管(6)和未处理污水排管(7)，已处理污水入管(4)连通热泵机组(1)的蒸发器(1-1)的输入端，已处理污水排管(5)连通蒸发器(1-1)的输出端，未处理污水入管(6)连通热泵机组(1)的冷凝器(1-2)的输入端，未处理污水排管(7)连通热泵机组(1)的冷凝器(1-2)的输出端；其特征在于热泵机组(1)的冷凝器(1-2)由壳体(1-2-1)、电动机(1-2-2)、丝杠(1-2-3)、若干块折流板(1-2-4)、若干个丝杠螺母(1-2-5)和冷凝管(1-2-6)组成，若干块折流板(1-2-4)沿壳体(1-2-1)的长度方向均匀设置在其内部，丝杠(1-2-3)贯穿于每个折流板(1-2-4)并分别与固定在每个折流板(1-2-4)上的丝杠螺母(1-2-5)旋合，丝杠(1-2-3)穿出壳体(1-2-1)的端部与电动机(1-2-2)的电机轴相固定，冷凝管(1-2-6)贯穿于所有的折流板(1-2-4)，未处理污水入管(6)连通在壳体(1-2-1)一端的内腔中，未处理污水排管(7)连通在壳体(1-2-1)另一端的内腔中。
2、寒区污水冷热源污水伴热处理装置，它包括热泵机组(1)、已处理污水入管(4)、已处理污水排管(5)、未处理污水入管(6)和未处理污水排管(7)，已处理污水入管(4)连通热泵机组(1)的蒸发器(1-1)的输入端，已处理污水排管(5)连通蒸发器(1-1)的输出端，未处理污水入管(6)连通热泵机组(1)的冷凝器(1-2)的输入端，未处理污水排管(7)连通热泵机组(1)的冷凝器(1-2)的输出端；其特征在于热泵机组(1)的冷凝器(1-2)由壳体(1-2-1)、电动机(1-2-2)、丝杠(1-2-3)、刮板(1-2-8)、丝杠螺母(1-2-5)、冷凝管(1-2-6)和喷淋装置(1-2-9)组成，丝杠螺母(1-2-5)固定在刮板(1-2-8)的中心处，丝杠(1-2-3)穿过刮板(1-2-8)并与丝杠螺母(1-2-5)相旋合，冷凝管(1-2-6)穿过刮板(1-2-8)并平行于丝杠(1-2-3)，丝杠(1-2-3)的穿出壳体(1-2-1)的端部与电动机(1-2-2)的电机轴相固定，喷淋装置(1-2-9)固定在壳体(1-2-1)内的上顶部处，喷淋装置(1-2-9)的内腔与未处理污水入管(6)相连通，未处理污水排管(7)连通于壳体(1-2-1)内腔的下部处。
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