CN101520257A - 高低温废水双路热回收热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高低温废水双路热回收热泵系统。该系统的高温废水热回收设计为废热水单路输入、热能双路输出。通过运行调节，其中，热能双路输出路径的一路为，自来水从热交换器与废热水进行热交换，升温后自来水，将回收的热能输出至储热水箱；同时，另一路通过系统自动控制，加入部分自来水进入热水源热泵的冷凝器，与制冷剂气体进行热交换，将回收的热能输出至储热水箱。本发明从根本上解决了高温废热水热不能充分回收利用的难题，仅一套系统装备对排放的高、低温废水均可进行热能回收，热泵不会发生过热保护，保持系统正常运行，适用范围广；且热回收后的废水温度大幅降低，本发明其热能回收量、回收率比其它热回收方式高出40％以上；具有高效节能，投入产出比高，运行费用低，经济效益明显等优点。

Description

高低温废水双路热回收热泵系统

技术领域

本发明涉及废水热回收技术，特别涉及废水热回收的热泵运行系统，具体地说是一种高低温废水双路热回收热泵系统。

背景技术

我国人口众多，工业发展速度迅猛，民用洗浴废热水和工业生产废热水的排放量相当可观。据不完全统计，仅大专院校每年在校大学生洗浴排放的废热水就高达9443万吨；工厂排放的废热水量就更大，一些大型工厂，例如：印染、化工、塑料、食品等行业排放的废水温度一般都在70℃以上，高温废热水的排放量日均可超过万吨，可见我国的废热水资源是极其丰富的。面临国内外高度强调节能、充分利用资源的能源政策的大环境下，近些年来，废热水回收技术也备受人们的关注。目前，废热水的回收设施主要有热交换器、热水源热泵等。实践证明，热交换器的热回收率较低、热能回收不完全，而且回收的热能是随着自来水温的变化时高时低地不稳定。而热水源热泵也只适用于低温废热水的热能回收，适用范围较窄。现在还有一种尚处于实验阶段的、带有热交换器的热水源热泵设施，从实验情况来看，这种热能单路输入，单路输出的设施具有低温废热水的热回收率高、运行费用低、投入产出比高、对低温废热水回收运行系统稳定等优点。但存在的明显缺陷是不能对高温废热水(70℃以上)进行热能回收。原因是进入这种设施的高温废热水在流量正常状态下，经热交换器换热后，自来水的温度可升至60℃，而60℃热水再进入热水源热泵冷凝器后，热泵将因过热保护而停机；而若要避免过热保护，只有人为调节，减少废热水进入热交换器的流量。如要交换等量高温70℃废热水，则势必需要将热交换器的交换面积增加一倍左右，换热后的水温才能降至可以进入热泵冷凝器最大允许温度45℃上下，而热泵的功率也要相应增加，设备投入和运行费用都将大幅度增加，故上述技术至今未能推向市场。导致目前高温废热水仅作粗放式回收，回收未尽的热能大量被排放，造成热资源的浪费。另外，企业生产过程中，间断性地排放高温或低温废热水是常有的事，如印染染色排放热废水温度可高达70℃以上、而漂洗排放废水温度却不足40℃。现有技术不能采用一套热泵系统兼顾回收高温低温废热水的热能。

发明内容

本发明提出了一种高低温废水双路热回收热泵系统，该系统设置高低温废水单路输入，热能双路输出的热回收路径，目的在于解决当前热能的单路输入系统不能对高温废水进行热能回收的问题，以实现一套系统对所排放的高、低温废水均可进行有效的热回收。

本发明的技术解决方案：

本发明所述的高低温废水双路热回收热泵系统，包括由热交换器、热水源热泵组成的、温度低于55℃的低温废水热回收热泵系统和系统的自动控制装置，它还包括温度高于70℃的高温废水热回收热泵系统。所述的高温废热水的热能回收设置为废热水单路输入、热能双路输出。废热水单路输入的路径为高温废水进入热交换器的换热管的内壁，与进入热交换器外壁的常温下的自来水进行热交换，降温后的废热水再至热水源热泵的蒸发器，在蒸发器换热铜管内与低温制冷剂进行热交换，废热水释放热量，再次降温后被排放。其热能双路输出路径，一路为从热交换器换热铜管内所回收的、以自来水为载体的热能输出至储热水箱；另一路为从自热水源热泵的冷凝器的换热铜内管所回收的、以自来水为载体的热能输出至储热水箱。

本发明的进一步技术解决方案是：

所述的高温废水热回收热泵系统，在进入热交换器前的废水热管道上设置第一温度传感器；在与热交换器热能输出口连接的第一热水管道上，设置有第一调节阀、第二温度传感器；在与储热水箱连接的第二热水管道上设置有第二调节阀；在与热泵冷凝器连接的低温热水管道上设置有第三调节阀。在废热水池内设有水位传感器，在废热水池至热交换器的废热水管道上，设置有过滤装置、副压罐、自吸泵。在储热水箱内设有水位及温度传感装置。系统的自动控制装置由上述水位传感器、温度传感器发出的信号对各调节阀进行调节控制。

本发明的有益效果：

(一)本发明系统的废热水单路输入、热能双路输出的高温废热水的热能回收从根本上解决了现有技术所没有解决的高温废热水热能充分回收利用的难题，且仅用一套装备系统，便可对排放温度低于100度以下的高、低温废水进行热能回收，系统均可正常运行；

(二)本发明的废热水单路输入、热能双路输出的热回收系统，在进行高温废热水回收时、比现有废热水单路输入、热能单路输出的其它热回收技术的回收率、热回收效率均高出40％以上。

(三)本发明新建废热水单路输入，热能双路输出的热回收系统，在回收等量高温废热水，获得等量热能时，其设备投入仅是热能单路输出设备的60％左右；系统运行费用却下降40％左右，具有结构合理，高效节能，投入产出比高，运行费用低，经济效益明显的优点。

(四)本发明对现有的单路输入、单路输出的热回收设施，几乎不需要另增加多少投入，稍加简单改造即可用于高温废热水热能回收，达到单路输入、双路输出，有益于推广应用，可获得良好环境效益。

附图说明

附图为本发明系统的结构示意图。

具体实施方式

如图所示：

本发明的废热水单路输入路径是，

废热水从废水收集池1中经过滤装置11、负压罐12，通过自吸水泵13送至热交换器2，废热水从热交换器废水进口21进入，因废热水在热交换器内壁与冷态自来水所在的换热铜管外壁存在温差，废热水放出热量，从而实现了热能的第一次输入，降温后的废热水从热交换器出口22出来，通过废水管道13进入到热水源热泵3的蒸发器31废水进口，在蒸发器换热铜管内与管壁外的低温制冷剂进行热交换，从而实现了热能第二次输入，两次降温后的废水从蒸发器31废水出水口排出。由此废热水在热能回收系统中完成了热能单路输入全过程。

又如图所示：

当本发明所收集的废热水温度由第一测温传感器61测得高于55℃时，热能回收双路输出路径是，

所述热能回收双路输出路径，

一路是：常温自来水通过总冷水管道4及三通接头41从第一冷水管42进入热交换器2，通过热交换器内废热水与冷态自来水所在的换热铜管外壁的温差进行热交换，升温后的自来水经过流量第一调节阀51和电磁阀52进入第一热水管道71，当第二温度传感器62测得升温后的自来水温度达到或者超过设定温度时(通常设定45℃)，升温后的自来水从第二调节阀53开启的左位阀芯通道，进入第二热水管道72，同时第二调节阀53关闭通往第三调节阀54的阀门，使升温后的自来水由第二热水管道72输出至储热水箱8备用。

与此同时，第二路热能输出与第一路的同步进行，第二路的热能输出路径是：常温自来水通过总冷水管道4及三通接头41进入第二冷水管道43，从第三调节阀右位阀芯片通道，进入低温热水管道74，从冷凝器32进水口进入，在冷凝器内，常温自来水进入冷凝器的换热铜管内壁，与换热铜管外壁的高温高压制冷剂气体进行热交换，吸热升温后的自来水，从冷凝器32的出水口，进入热水管道73输入储热水箱8备用。

当本发明所收集的废热水温度由第一测温传感器61测得低于55℃时，系统此时运行状态表现为热能单路输入，单路输出。其热能单路输出路径是：

常温自来水通过总冷水管道4及三通接头41从第一冷水管42进入热交换器2内，通过换热铜管内壁废热水与换热铜管外壁的自来水的温差进行热交换，升温后的自来水经过流量第一调节阀51和电磁阀52进入第一热水管道71，当第二温度传感器62测得升温后的自来水温度低于45℃时，升温后的自来水则经第二调节阀53开启的右位阀芯通道和第三调节阀54开启的左位阀芯通道进入通向冷凝器的低温热水管道74，从冷凝器32进水口进入冷凝器进行二次加温，温度升高的热水从热水源热泵冷凝器出口输出至储热水箱8备用。所述的储热水箱，除有两个热水进水口外，还有一个以上热水出口通至供热水管道82。

由上可见：

当废热水温度高于55℃，自来水经过热交换器后温升至45℃以上，热能为双路输出；当废热水温度低于55℃，自来水经过热交换器后温至45℃以下，热能为单路输出；当废热水有时高于55℃或有时低于55℃，经过热交换器后的自来水由第二温度传感器62测得温度至45℃或45℃以上，热能作双路输出；测得温度至低于45℃时，则系统自动切换为热能单路输出。本系统可以根据温度传感器的测温情况，实现双路输出与单路输出相互自动切换。

本发明的系统设置有信号采集与自动控制装置。该装置可采集包括设置在废水收集池1的水位计14、设置在储水箱中的水位计81，和设置在输入或输出路径管道上的多个测温传感器和多个调节阀的信号。所采集信号与自动控制装置实现对系统下达工作与待机命令，以及对热能输出的载体——自来水的流量、温度和单路和双路热能输出系统之间的相互切换进行控制。

(1)、系统工作与待机命令

当废水收集池1中的水位处于高水位、储热水箱中的水位在非高水位时，控制系统通过水位计采集的信号而下达机组系统启动的指令，机组开始工作。当废水收集池1中的水处于低水位或者储热水箱中的水位处于高水位时，只要满足其中一个条件，自动控制系统通过采集的水位信号即下达机组停机的命令，机组系统处于待机状态。

(2)、对于热能输出系统的自动控制

(1)机组压缩机100启动2分钟后自动控制系统通过第一温度传感器61测得的废热水温度或根据使用者的实际需求，下达调节阀开、关和调节流量大小的指令，温度传感器61测得的温度愈高，流量第一调节阀51开启的程度就愈大。

(2)机组压缩机33启动前十秒左右，自吸水泵12与第一调节阀51和电磁阀52开启，制冷压缩机的启动1分钟后，当第二温度传感器62测得从热交换器流出的升温后的自来水温度高于或等于45℃时，自动控制系统下达打开第二调节阀53左位阀芯通道的指令，热水从第二调节阀53左位阀芯通道输出至储热水箱8备用。与此同时，自动控制系统还同步下达打开第三调节阀54右位阀芯通道，常温自来水从第三调节阀54右位阀芯通道进入热水源热泵冷凝器32，在冷凝器8内，通过换热铜管外壁的高温高压制冷剂气体对已进入管内自来水加热。加热后的热水输出至储热水箱8备用。当压缩机启动1分钟后，温度传感器62测得的升温后的自来水温度小于45℃时，自动控制系统下达打开第二调节阀53右位阀芯通道和第三调节阀54左位阀芯通道的指令，温度不足45℃的热水进入热水源热泵的冷凝器32进水口，在冷凝器内通过换热铜管外壁的高温高压制冷剂气体对内管已升温的自来水进行再加热，加热后，升温后自来水从第四热水管道73再输入储热水箱8备用。另外：机组系统有高温、高压保护，压缩机停机后有3分钟的延时保护等。

此外，在准备实施期间，申请人于冬夏两季各取一日，在不公开本发明内容的特定场所，将螺旋套管式热交换器，带热交换器热泵热能单输入、单输出回收系统，与本发明双路热回收热泵系统，在相同检测条件下，进行运行实例检测。

以下给出上述三者所得检测结果的相关指标一览表：

由表可见：

两组实例检测、三种热回收设施的废热水排放温度、废水进设备的压力、初始自来水温度、设备输入功率、自吸泵输入功率等检测条件基本相同的情况下，本发明热回收后的废水温度却大幅降低，夏季为28.8℃、冬季为25.6℃；比另外两种热回收设备，回收后废水温度低31％以上(以均值计)热能回收量高出53％以上、热能回收率远远高出35个百分点。尽管设备系统造价螺旋套管式比热交换器高出30％，也略高出带热交换器热泵热能单输入、单输出回收系统，但投资回收期仅156-165天，又低于其它两种热回收设施。尤其本发明运行稳定，不管是冬季还是夏季都具有很高的热回收效率。

综上，本发明达到了预期的发明目的。

Claims (8)

1、高低温废水双路热回收热泵系统，包括由热交换器、热水源热泵组成的低温废水热回收热泵系统和系统的自动控制装置，其特征在于；它还包括高温废水热回收热泵系统，所述高温废热水的热能回收设置为单路输入、双路输出，单路输入的路径为高温废水进入热交换器与常温下的自来水进行热交换，降温后的废热水再至热水源热泵的蒸发器与低温制冷剂进行热交换，再降温后排出；其双路输出路径的一路为，常温自来水与废热水进行热交换，升温后的自来水将热能输出至储热水箱或送至供热水管道；双路输出路径另一路为进入热水源热泵冷凝器的常温自来水，与制冷剂气体进行热交换，升温的自来水将热能输出至储热水箱或送至供热水管道。

2、根据权利要求1所述的高低温废水双路热回收热泵系统，其特征在于：所述的高温废水热回收热泵系统是在与热交换器热能输出口连接的第一热水管道上设置有第一调节阀和第二温度传感器；在与储热水箱连接的第二热水管道上设置有第二调节阀；在与热泵冷凝器连接的第三低温热水管道上设置有第三调节阀；调节阀之间由自动控制装置调节控制相通流量。

3、根据权利要求1或2所述的高低温废水双路热回收热泵系统，其特征在于：所述热能回收双路输出路径的一路是：常温自来水通过总冷水管道及三通接头从第一冷水管进入热交换器，升温后的自来水经过流量第一调节阀和电磁阀进入自来水第一热水管道，当自来水温度达到或者超过某设定温度时，第二调节阀开启左位阀芯通道，进入第二热水管道，同时第二调节阀关闭通往第三调节阀的阀门，升温后的自来水由第二热水管道输出至储热水箱；另一路是常温自来水通过管道及三通接头进入换热器1，吸热升温后的自来水经过流量第一调节阀和电磁阀52进入自来水第一热水管道，其中当第一热水管道的水温度低于某设定温度时，则经第二调节阀开启右位阀芯通道和第三调节阀开启的左位阀芯通道进入通向冷凝器的管道，进入冷凝器进行二次加温，温度升高的热水从热水源热泵冷凝器出口输出至储热水箱；当第一热水管道的水温度到达或者大于设定温度时，则第一热水管道的水经过第二调节阀至第二热水管道直接输出至储水箱；而与此同步，冷态自来水从总冷水管道及三通接头，通过开启第三调节阀的左位阀芯通道，自来水由第二冷水管道经第三低温热水管道，进入热水源热泵冷凝器进水加热，温度升高的热水从冷凝器出口由第四热水管道输出至储水箱。

4、根据权利要求2所述的高低温废水双路热回收热泵系统，其特征在于：所述的第一热水管道上还设置有第二温度传感器。

5、根据权利要求1所述的高低温废水双路热回收热泵系统，其特征在于：所述高温废水进入热交换器的管道上设置有第一温度传感器。

6、根据权利要求5所述的高低温废水双路热回收热泵系统，其特征在于：所述高温废水流出热交换器的管道上设置有第三温度传感器。

7、根据权利要求1、所述的高低温废热水双路热回收热泵系统，其特征在于：所述的储热水箱，除有两个热水进水口外，还有一个以上热水出水口。

8、根据权利要求7所述的高低温废热水双路热回收热泵系统，其特征在于：所述的储热水箱内，还设有水位传感器和水温传感器。

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