CN101493291B - 废水热能回收系统 - Google Patents

Abstract

废水热能回收系统，属于工业废水热能回收领域。国内普遍采用的热能回收系统换热效率低，过滤器不能自动反冲洗且需要使用大量清水，热交换机堵塞和污染严重，而且不能在线显示和累计计算热量。本发明包括离心过滤装置，自动切换运行和反冲洗的颗粒型过滤装置，冷热水换热的热交换机，还包括过滤器的自动切换运行和反冲洗系统以及整个回收系统的热量累计装置等。本发明提供的热能回收系统，既能实现过滤器的自动运行和反冲洗过程控制，又能提高废水杂质过滤和热交换效率，还能提供累计计算和在线显示热量的功能，实现对系统性能的实时监测。

Description

废水热能回收系统

【技术领域】

本发明涉及一种热废水热能回收系统，属于工业废水热能回收领域。

【背景技术】

目前，国内外已经普遍将工厂的热废水进行热能的回收再利用，比如通过采用热交换机在内的换热设备再利用热能。国内针对废热回收普遍采用的热交换机，虽然理论上能产生明显的经济效益和环境效益，但是实际换热效率低，且需要使用大量清水。例如，有的系统不能对过滤器进行反冲洗，工作一段时间后只有停止整个系统后才能进行清洗。有人也采用了具有反冲洗的热能回收装置，但此装置需要将整个系统停止才能实现反冲洗功能，不能自动实时进行反冲洗，因此，过滤效率低。又因为此装置在实施反冲洗时，使用的是清洁水，存在浪费水资源的问题。现有技术的另一个问题是，很多热能回收系统在热废水进入热交换机之前没有使用过滤装置，或者采用以砂子、滤芯为过滤材料的简单过滤器，这些滤料需要定期更换，增加设备的维修和人工操作费用，而且过滤效率低，因此，从工厂出来的废水中大颗粒和悬浮杂质直接进入了热交换机，使得热交换机堵塞、污染和磨损，影响热交换机的运行。此外，没有一套热能回收系统安装了热量累计装置，因此，不能在线显示和累计计算热量，从而没法实时确认设备运行状态和性能。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术的缺陷，提供一种能广泛应用于工业废水热能的回收系统，它能提高热能回收率和热交换机正常运转的时间及效率，实现过滤器自动切换和反冲洗。本发明进一步的目的在于实现实时确认设备运行状态和性能的功能。为此，本发明采用如下技术方案：

废水热能回收系统，包括过滤装置、通过管道与过滤装置连接的热交换装置、电气控制装置，其特征在于所述的过滤装置为两台并列的颗粒型过滤器，过滤器上方设有废水入口，下方设有废水出口；所述过滤装置的上方设有一入口桥式阀、下方设有一出口桥式阀；所述的入口桥式阀和出口桥式阀分别包括两组并列的组阀，每列组阀包括两个串联的单阀，所述的废水入口和废水出口分别连接在入口桥式阀和出口桥式阀的串联单阀的中端，入口桥式阀两组并列组阀的上端连接有废水管，下端有排水管，出口桥式阀两组并列组阀的上下两端分别与热交换装置的废水单向入口和废水单向出口连接；所述的热交换装置还设有冷水进口和温水出口。

废水热能回收系统，其特征在于在所述的废水管上设置压力传感器；所述的单阀为气动阀。在电气控制装置中设置一个预设的值，压力传感器将采集到的压力信号传输至电气控制装置，电气控制装置比较接收的信号值和预设值后，自动发出控制相应组阀的信号，分别执行过滤和反冲洗，并实现过滤过程和反冲洗过程的自动切换。提高了工作效率，节省了人力。这里的电控装置采用常规电气控制技术，故不多描述。也可以用压差控制器、流量计等取代压力传感器，其效果是类似的。由于本方案涉及较重的负载且安全性能要求较高，故选用气动阀为佳。

废水热能回收系统，其特征在于所述的废水管入口端连接一离心过滤器，在所述离心过滤器上部设有初级废水进口和初级滤水出口，底部设有过滤物质排出口，初级滤水出口连接于废水管。颗粒型过滤装置，属于上下压力式截留分离过滤，用来截留废水中的悬浮颗粒物质。由于工业废水中杂质和异物比较大，悬浮物比较多，油污比较重，通过废水罐沉淀没法分离杂质和异物，在这种情况下只设置一级颗粒型过滤装置，不能将杂质和异物完全过滤掉，所以，本发明进一步增加一级离心过滤器。离心式过滤装置为固液分离装置，用来过滤废水中比重比水大的异物。经过两级过滤后，热废水中的绝大部分杂质和异物被过滤掉了，热废水进入热交换机后不会使热交换机堵塞、污染和磨损，从而能够保持热交换机性能稳定，实现正常运行。

对于上述技术方案的完善和补充，可以增加如下技术特征：

废水热能回收系统，其特征在于所述热交换装置为管型热交换机，在所述的管型热交换机内部的两端设有支承板，支承板中装有复数根水管；在所述的热交换机外部右端上方设有废水单向进口和温水出口，左端下方设有废水单向出口和冷水进口。由于工业废水中杂质和异物较多，浓度较高，粘性较强，所以选用管型热交换机。废热水在热交换机内部的水管内腔自上而下行进，冷水在水管外壁自下而上逆向行进，有效提高了热交换率。在此种热交换机中，热废水通过水管流过热交换机，因此交换机较板型交换机不易堵塞。

废水热能回收系统，其特征在于在所述管型热交换机内部设有阻流板，阻流板为半圆形且上、下间隔错位设置，阻流板开有供水管通过的通孔，通孔的排布与所述管型热交换机内壁的水管的设置相适应。由于增加了阻流板，使流经热交换机的冷水水流形成正弦波形的湍流，阻碍了冷水的流速，所以延长了冷热水热交换的途径和时间，大大增加了换热效率。

废水热能回收系统，其特征在于在所述的冷水进口处分别安装冷水温度传感器和流量计，在所述的温水出口处设有温水温度传感器；冷水温度传感器、温水温度传感器以及流量计还分别通过导线与一累积热量计连接。由于增加了累积热量装置，从而能够累计和显示换热量，所以能实现实时确认设备运行状态和性能的功能。

废水热能回收系统，其特征在于所述颗粒型过滤器中设有带滤孔的滤板，滤板上填有圆球型不锈钢钢珠，钢珠的直径大于滤孔的孔径。此材料能将废水中的悬浮颗粒杂质截留在其表面。由于圆形材料在交错排列时，留有空隙，能让废水通过，较方形的滤料过滤效果好。将圆球滤料的直径设置大于底部支撑的过滤板的滤孔的单一孔径，则不会出现过滤中遇到的“漏料”和“跑料”等现象。由于钢珠为不锈钢材料，所以其不易被腐蚀，其使用寿命与过滤器相当，而常规的石英砂或滤芯等过滤材料不足半年就需要更换一次。另外，钢珠比较重，相互间压得更紧，从而使得相互间的缝隙小，所以过滤效果更好。

废水热能回收系统，其特征在于所述的入口桥式阀的下端和离心过滤器的过滤物质排出口分别通过排水管连接一废水收集池。设立一个废水收集池，能集中收集排出的废水，便于清理。

本废水热能回收系统优化了热交换机和过滤装置的结合安装关系，其优点表

现在：1.并列的颗粒型过滤器与电控装置结合，能实现该过滤器自动切换和反冲洗过程控制，大大提高了热交换效率(最高有望达到80％-95％)；2.本发明采用热交换后的废水对过滤器进行自动反冲洗，既适当减少了废水排放量，又节约了宝贵的水资源；3.本发明依靠先进的两级过滤装置，有效去除废水中的大颗粒和悬浮物质，防止废水中的异物阻塞和磨损热交换机；4.合理结构的热交换机能使热废水和冷水充分的热交换，最大程度地提取废水中的热能，以期达到能源二次利用的效果，降低企业实际生产过程中的生产成本；5.可以在线显示计算热量和实时确认设备运行状态；6.其余的辅助设计，可以更好地实现本发明的运用效果。

【附图说明】

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的设备工艺原理图。

图2是废水热能回收系统的热交换机及燃料节约量显示确认图。

图中：A.入口桥式阀，B.出口桥式阀，C.废水管，D.排水管，10.离心过滤器，11.初级废水进口，12.初级滤水出口，13.过滤物质排出口，14.废水收集池，20.左颗粒型过滤器，20a.右颗粒型过滤器，21.左废水入口，21a.右废水入口，22.左滤水出口，22a右滤水出口，23.压力传感器，24、24a、25、25a.分别为左上A阀、左下A阀、右上A阀、右下A阀，24b、25b、26b、27b.分别为入口桥式阀A和出口桥式阀B的串联单阀的中端，24c、24d.分别为桥式阀A的并联端的上端和下端，26、26a、27、27a.分别为左上B阀、左下B阀、右上B阀、右下B阀，30.热交换机，31.废水单向入口，32.废水单向出口，33.冷水进口，34.温水出口，40.累积热量计，41.冷水温度传感器，42.温水温度传器，43.流量计。

【具体实施方式】

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明的实质性特点作进一步的说明。

图1中箭头所指流向即是整个设备的工艺流程方向，实心箭头为热废水流向，空心箭头冷水流向。从工厂排放出来的中高温废水，首先经过集中收集后，由废水提升泵输送至离心过滤器10的初级废水进口11，通过机械离心力分离技术，废水中的比重比水大的颗粒物质与废水分离，比水重的异物沉降在离心过滤器的底部位置，随着沉积的异物不断增多，异物排出口13的阀门打开，分离出来的异物通过管道排至废水收集池14。离心过滤器简体顶上部设有初级滤水出口12，去除大颗粒异物后的废水从初级滤水出口12流出，进入下一级过滤装置。

两台颗粒型过滤器20、20a的上方设有废水入口21、21a，下方设有废水出口22、22a，所述过滤装置的上方设有一入口桥式阀A、下方设有一出口桥式阀B；入口桥式阀和出口桥式阀分别包括两组并列的组阀，每列组阀包括两个串联的单阀，他们分别是左上A阀24、左下A阀24a、右上A阀25、右下A阀25a、左上B阀26、左下B阀26a、右上B阀27、右下B阀27a，所用的单阀为气动阀。所述的废水入口21、21a和废水出口22、22a分别连接在入口桥式阀A和出口桥式阀B的串联单阀中端24b、25b、26b、27b，入口桥式阀A两组并组阀的上端24c连接有废水管C，下端24d有排水管D，出口桥式阀两组并组阀的上下两端分别与热交换装置的废水单向入口31和废水单向出口32连接。

由初级滤水出口12流出的废水先经过其中一台颗粒型过滤器的废水入口进入过滤器，废水中的悬浮颗粒杂质被不锈钢钢珠截留在其表面，热废水通过不锈钢钢珠间的空隙流入过滤器的下部分，由颗粒型过滤器的滤水出口进入热交换机30。当左颗粒型过滤装置20运行时，右颗粒型过滤装置20a，进行反冲洗，此时左上A阀24和右下A阀25a，以及左上B阀26和右下B阀27a呈打开状态，左下A阀24a和右上A阀25，以及左下B阀26a和右上B阀27呈关闭状态。从左上B阀26流出的热废水进入热交换机30的废水单向入口31，由热交换机30的废水单向出口32流出的废水通过右下B阀27a对颗粒型过滤装置20a进行反冲洗。当颗粒型过滤装置20a运行时，颗粒型过滤装置20进行反冲洗，此时左下A阀24a和右上A阀25，以及左下B阀26a和右上B阀27呈打开状态，左上A阀24和右下A阀25a，以及左上B阀26和右下B阀27a呈关闭状态。从右上B阀27流出的热废水进入热交换机30的废水单向人口31，由热交换机30的废水单向出口32流出的废水通过左下B阀26a对左颗粒型过滤装置20进行反冲洗。反冲洗后的杂物和废水与离心过滤器10底部排出的杂物分别通过水管排入废水收集池。

在所述的废水管C上设置压力传感器，此压力传感器与电控装置结合能控制两颗粒型过滤器的自动切换运行和反冲洗。在实际操作时，需要在电气控制装置中设置一个预设的值，压力传感器将采集到的压力信号传输至电气控制装置，电气控制装置比较接收的信号值和预设值后，自动发出控制相应组阀的信号分别执行过滤和反冲洗，并实现过滤过程和反冲洗过程的自动切换。也可以用压差控制器、流量计等取代压力传感器，其效果是类似的。

颗粒型过滤器的过滤材料为圆球形不锈钢钢珠，由于钢珠在交错排列时，留有空隙，污水从空隙中通过，另外，将钢珠的直径设置大于底部支撑的过滤板的滤孔的单一孔径，则不会出现过滤中遇到的“漏料”和“跑料”等现象。过滤效果更好，反冲洗时也不易被冲走。

如图2所示，管型热交换机30内部的两端设有支承板，支承板中装有复数根水管，在热交换机30外部右端上方设有废水单向进口31和温水出口34，左端下方设有废水单向出口32和冷水进口33。经过过滤后的废水引入热交换机30的废水单向进口31，同时需要升温的冷水由水箱通过提升泵输送至热交换机30的冷水进口33，废水和干净的冷水在热交换机30中，遵循热力学循环原理，进行充分热交换，废水中的热能通过表面热传递高效率地转移给冷水，达到工厂使用的温水温度。并且因为热交换前设置了两次过滤装置，所以废水中的颗粒物质被有效去除，不会再随着水流进入到热交换机30的内部，阻塞其内部的细小管道，影响热交换机的运行，磨损热交换机而使热交换性能降低。而且，因在热交换机30内部设有阻流板，阻流板为半圆形且上、下间隔错位设置，阻流板开有供水管通过的通孔，通孔的排布与所述管型热交换机内壁的水管的设置相适应。需要升温的冷水流动方向会按照图2中箭头指向，这样的流动方式也增大了冷水与热水的接触时间，增加换热效率，最高可达到80％-95％。

在图2中，热交换机30的冷水进口33处分别安装冷水温度传感器41和流量计43，在所述的温水出口处34设有温水温度传感器42。冷水温度传感器41、温水温度传感器42以及流量计43还分别通过导线与一累积热量计40连接。冷水的流量和温度以及升温后的温水温度数值，都会传输给一侧的累积热量计40，它是一种自动节约量的累积热量计，带有在线累计显示等功能，完全可以实时确认设备运行状态和性能。温水温度传感器42与冷水温度传感器41的温度差值乘以流量计43的水量值就是计算出的供应温水热量值，热量值会累计起来。通过燃料节约量科学计算和在线显示，解决了目前有关废水热回收装置不能在线显示和累计计算热量的缺陷，更突出体现本发明的科学性和先进性，排除了工厂废水热能节约量确认的疑虑。同时，本发明还可配备远程监视功能，整个设备的运行状态、废水和冷水的进出口温度曲线图、换热后的温水供应量确认以及热量确认，都能通过电脑监视和报告自动打印。设备发生异常现象时自动停止并报警，同时在监视器上显示发生异常的部位，提升了污水热回收设备的技术含量，使之更加智能化。

Claims (8)

1.废水热能回收系统，包括过滤装置、通过管道与过滤装置连接的热交换装置（30）、电气控制装置，其特征在于所述的过滤装置为两台并列的颗粒型过滤器（20，20a），过滤器上方设有废水入口（2l，21a），下方设有废水出口（22，22a）；所述过滤装置的上方设有一入口桥式阀（A）、下方设有一出口桥式阀（B）；所述的入口桥式阀和出口桥式阀分别包括两组并列的组阀，每列组阀包括两个串联的单阀（24、24a、25、25a、26、26a、27、27a），所述的废水入口（21，21a）和废水出口（22，22a）分别连接在入口桥式阀（A）和出口桥式阀（B）的串联单阀的中端（24b，25b：26b，27b），入口桥式阀（A）两组并列组阀的上端（24c）连接有废水管（C），下端（24d）有排水管（D），出口桥式阀两组并列组阀的上下两端分别与热交换装置的废水单向入口（31）和废水单向出口（32）连接；所述的热交换装置还设有冷水进口（33）和温水出口（34）。

2.按照权利要求1所述的废水热能回收系统，其特征在于在所述的废水管 （C）上设置压力传感器（23）；所述的单阀为气动阀。

3.按照权利要求2所述的废水热能回收系统，其特征在于所述的废水管（C）入口端连接一离心过滤器（10），在所述离心过滤器（10）上部设有初级废水进口（11）和初级滤水出口（12），底部设有过滤物质排出口（13），初级滤水出口（12）连接于废水管（C）。

4.按照权利要求3所述的废水热能回收系统，其特征在于所述热交换装置为管型热交换机（30），在所述的管型热交换机（30）内部的两端设有支承板，支承板中装有复数根水管；在所述的热交换机（30）外部右端上方设有废水单向入口（31）和温水出口（34），左端下方设有废水单向出口（32）和冷水进口（33）。

5.按照权利要求4所述的废水热能回收系统，其特征在于在所述管型热交换机（30）内部设有阻流板，阻流板为半圆形且上、下间隔错位设置，阻流板开有供水管通过的通孔，通孔的排布与所述管型热交换机内部的水管的设置相适应。

6.按照权利要求1-5中任一项所述的废水热能回收系统，其特征在于在所述的冷水进口（33）处分别安装冷水温度传感器（41）和流量计（43），在所述的温水出口处（34）设有温水温度传感器（42）；冷水温度传感器（41）、温水温度传感器（42）以及流量计（43）还分别通过导线与一累积热量计（40）连接。

7.按照权利要求1所述的废水热能回收系统，其特征在于所述颗粒型过滤器中设有带滤孔的滤板，滤板上填有圆球型不锈钢钢珠，钢珠的直径大于滤孔的孔径。

8.按照权利要求3所述的废水热能回收系统，其特征在于所述的入口桥式阀（A）的下端（24d）和离心过滤器（10）的过滤物质排出口（13）分别通过排水管连接一废水收集池（14）。 

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