CN103244986A

CN103244986A - 污水能和沼气能联合热泵供热系统

Info

Publication number: CN103244986A
Application number: CN2013101158272A
Authority: CN
Inventors: 姜洋; 李晓明; 吴浩宇; 裴颖楠
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明的目的在于提供污水能和沼气能联合热泵供热系统，沼气经预热器进入沼气发动机燃烧，再经水/废气换热器，然后通过预热器后排出；污水通过污水泵进入污水蒸发器，经换热后排出；压缩机的曲轴连接沼气发动机的动力轴，污水蒸发器中添加制冷剂，制冷剂吸收污水的热量蒸发后，经气液分离器后被压缩机吸入，再经冷凝器后返回污水蒸发器；加热循环泵与循环水补给泵相连通，在加热循环泵和循环水补给泵之间安装第一电磁阀，水经加热循环泵依次进入冷凝器、水/废气换热器换热，然后储存到储热水箱，储热水箱连通用户。本发明节省了电能，对环境污染小，同时回收利用沼气发动机的废气余热和带有大量热能的生活污水源，实现了能量品质的提升。

Description

污水能和沼气能联合热泵供热系统

技术领域

本发明涉及的是一种供热系统。

背景技术

目前，国内生活热水的制取和供暖均采用燃油、燃煤等方式获得，对环境污染大，成本高；同时污水带有的大量热能随着排放被白白浪费掉，对环境也造成污染；有效回收利用污水的低温热能，可以实现能源的重复利用。沼气作为一种优质的可再生生物质能源，具有资源广泛、价格低廉、废物利用、排放清洁、热值较高及抗爆性好等特点。沼气能驱动沼气发动机做功是一种清洁、高效的能源利用方式，不仅可以实现变废为宝，而且减少了温室气体的排放，对环境更友好。另外，沼气发动机的排烟温度较高，回收利用这部分废气余热，符合国家节能减排的要求。

传统的热泵在正常运行的过程中，必须消耗电能等高品位的能量来驱动压缩机，节能效果不显著。而水源热泵在冬天进行供暖时，由于水温较低而使制热量不足达不到用户要求，使得热泵的普及推广受到限制。同时，沼气发动机的排烟温度可以达到600℃左右，如果不回收利用这部分废气余热，不仅加剧了环境污染，而且浪费了能源。

如果能将污水能、沼气能和热泵技术有机的结合起来，不仅能实现污水能的回收利用，减小污染，同时利用沼气能取代电能驱动热泵机组，实现低品位能向高品位能的转变，并且采用余热回收技术，进一步加热循环水，达到给用户供热的目的，提高了能量的综合利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供有效的综合回收利用污水热能和沼气发动机排放的废气余热，以制取高温供热循环水，达到节能减排，提高环保性和经济性的目的污水能和沼气能联合热泵供热系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：包括沼气能利用部分、污水能利用部分、热泵机组工作部分、用户供热系统；沼气能利用部分包括预热器、沼气发动机、水/废气换热器，沼气经预热器进入沼气发动机燃烧，再经水/废气换热器，然后通过预热器后排出；污水能利用部分包括污水泵、污水蒸发器，污水通过污水泵进入污水蒸发器，经换热后排出；热泵机组工作部分包括压缩机、冷凝器、污水蒸发器、气液分离器，压缩机的曲轴连接沼气发动机的动力轴，污水蒸发器中添加制冷剂，制冷剂吸收污水的热量蒸发后，经气液分离器后被压缩机吸入，再经冷凝器后返回污水蒸发器；用户供热系统包括冷凝器、水/废气换热器、储热水箱、加热循环泵、循环水补给泵，加热循环泵与循环水补给泵相连通，在加热循环泵和循环水补给泵之间安装第一电磁阀，水经加热循环泵依次进入冷凝器、水/废气换热器换热，然后储存到储热水箱，储热水箱连通用户。

本发明还可以包括：

1、在预热器前设置脱硫装置，沼气在进入预热器前先流经脱硫装置，通过水/废气换热器排出的气体经预热器后，再经脱硫装置排出。

2、在冷凝器和水/废气换热器之间的管路上设置第一温度传感器，并在该管路上与用户之间设置第一旁通管路，第一旁通管路上设置第二电磁阀；加热循环泵与储热水箱通过第二旁通管路相连通，在第二旁通管路上设置第三电磁阀，储热水箱上安装第二温度传感器和液位计。

3、冷凝器和污水蒸发器之间安装节流装置，污水泵和污水蒸发器之间安装污水过滤器。

4、所述的污水蒸发器为离心式污水换热器，内部设有双层螺旋流道，污水蒸发器的进口设置在顶端，污水蒸发器的出口设置在底端；所述的冷凝器为螺旋扁管换热器。

本发明的优势在于：

一、回收利用污水的热能，实现了能量品质的提升。

二、采用沼气发动机作为动力来源，节省了高品位的电能，降低成本，对环境友好。

三、实现了废气余热的回收利用，不仅提高了循环水温度，满足用户高温供热的需求，而且能预热沼气，有助于沼气的充分燃烧。

四、通过温度传感器和液位计实现了系统的自动报警功能，同时液位计控制循环水补给泵的开启和第一电磁阀的开启，保证了系统稳定安全的运行。

五、第三电磁阀所在旁通管路实现了热水的再加热，第二电磁阀所在的旁通管路实现了适宜温度循环水的供给，满足用户不同用水需求，提高用户使用的舒适性，同时减少了能源的消耗。

六、沼气能和污水能的综合利用，使得热泵供热不再受到温度和环境的局限，回收的热量更多，同时保证了系统全天候的运行，提高了能量的综合利用率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括：压缩机1、气液分离器2、污水蒸发器3、冷凝器4、沼气罐5、沼气发动机6、节流装置7、水/废气换热器8、污水泵9、污水过滤器10、脱硫装置11、加热循环泵12、循环水补给泵13、第一电磁阀14、第二电磁阀15、第三电磁阀16、第一温度传感器17、第二温度传感器18、液位计19、用户20、储热水箱21、预热器22；污水蒸发器3和冷凝器4均为水换热器；压缩机1、污水蒸发器3、冷凝器4、气液分离器2、节流装置7通过制冷剂管路连接组成一个蒸气压缩式制热回路；污水泵9和污水过滤器10相连，污水过滤器10和污水蒸发器3的进水口相连，污水蒸发器3的出水口与污水源相连；冷凝器4出水口与水/废气换热器8进水口相连，水/废气换热器8出水口与储热水箱21进水口相连，储热水箱21出水口和用户20相连，用户20与加热循环泵12入口相连，加热循环泵12出水口与冷凝器4进水口相连，加热循环泵12出水口与冷凝器4进水口之间的连接管路上通过第一电磁阀14连接循环水补给泵13；沼气罐5通过脱硫装置11、预热器22与沼气发动机6的进气口相连，沼气发动机6的出气口与水/废气换热器8的进气口相连；沼气发动机6的动力轴通过皮带与压缩机1的曲轴连接。

本发明可以分为四个部分：一、沼气能利用部分，二、污水能利用部分，三、热泵机组工作部分，四、用户供热系统工作部分。沼气能利用部分包括预热器、沼气发动机、水/废气换热器，污水能利用部分包括污水泵、污水蒸发器，热泵机组工作部分包括压缩机、冷凝器、污水蒸发器、气液分离器，用户供热系统工作部分包括冷凝器、水/废气换热器、储热水箱、加热循环泵、循环水补给泵，其中污水能利用部分和热泵机组工作部分共用一个污水蒸发器，热泵机组工作部分和用户供热系统工作部分共用一个冷凝器，用户供热系统工作部分和沼气能利用部分共用一个水/废气换热。

本发明的工作过程是：一、沼气罐5中的沼气由脱硫装置11脱硫处理后进入预热器预热，然后进入沼气发动机6驱动其运行，沼气发动机的动力轴通过皮带与压缩机1的曲轴连接，作为热泵的驱动力来源，沼气燃烧产生的废气余热由水/废气换热器8回收，然后回到预热器22给沼气预热，使沼气在发动机内燃烧更充分，最后废气经脱硫装置11处理后达到国家排放水平。二、污水由污水泵9从污水源提取，经过带有自过滤格栅的污水过滤器10处理后，进入污水蒸发器3和制冷剂换热后由污水蒸发器3的出水口排出；污水蒸发器3采用离心式污水换热器，内部设有双层螺旋流道，污水由换热器顶端进入，沿污水流道螺旋下行，在离心力的作用下旋转至换热器底端污水出口，不仅达到更好的换热效果，同时具备抗腐蚀能力。三、污水蒸发器3中的制冷剂吸收污水的热能蒸发，蒸发的气体经由气液分离器2被由沼气发动机6驱动的压缩机1吸入，蒸气制冷剂被进一步压缩成高温高压过热蒸气状态，高温制冷剂进入螺旋扁管冷凝器4冷凝放热成低温液态制冷剂，并流过节流装置7成低压液态制冷剂，再进入污水蒸发器吸热成饱和状态。四、循环水经加热循环泵12加压后进入冷凝器4吸收制冷剂放出的热量水温升高，再进入水/废气换热器8吸收烟气余热进一步升温，然后进入储热水箱21供给用户20使用；储热水箱21中所储热水为高温用水，可供给用户供暖、洗浴所用；由于用户采暖、生活所需用水温度不同，用户20与水/废气换热器8的循环水进口之间设有一旁通管路，当用户需要适宜低温热水时，旁通管路上由第一温度传感器17控制的第二电磁阀15开启，供给用户所需热水。在储热水箱21与加热循环泵12的进水口之间设置有一旁通管路，当储热水箱21上的第二温度传感器18显示温度低于40℃，第三电磁阀16开启，热水实现循环再加热。随着热水的使用，储热水箱21内的水位会降低，当储热水箱内水位达到液位计设定的低水位时，第一电磁阀14和循环水补给泵13开启，加热循环泵12关闭，开始补充循环水；当第二温度传感器18和液位计19任一达到各自设定的报警值，即热水温度超过70℃，液位超过储热水箱高度的90%，沼气发动机6和热泵机组停止。

本发明使用沼气能作为动力来源，节省了电能，降低能耗，对环境污染小；同时回收利用沼气发动机的废气余热和带有大量热能的生活污水源，实现了能量品质的提升；通过满足用户对不同温度热水的需求，保证用户使用的舒适性；沼气能和污水能的有机结合，不仅保证了系统全天候的运行，而且提高了能量的综合利用率，相比传统的热泵系统，更节能环保，更经济稳定。

Claims

1.污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：包括沼气能利用部分、污水能利用部分、热泵机组工作部分、用户供热系统；沼气能利用部分包括预热器、沼气发动机、水/废气换热器，沼气经预热器进入沼气发动机燃烧，再经水/废气换热器，然后通过预热器后排出；污水能利用部分包括污水泵、污水蒸发器，污水通过污水泵进入污水蒸发器，经换热后排出；热泵机组工作部分包括压缩机、冷凝器、污水蒸发器、气液分离器，压缩机的曲轴连接沼气发动机的动力轴，污水蒸发器中添加制冷剂，制冷剂吸收污水的热量蒸发后，经气液分离器后被压缩机吸入，再经冷凝器后返回污水蒸发器；用户供热系统包括冷凝器、水/废气换热器、储热水箱、加热循环泵、循环水补给泵，加热循环泵与循环水补给泵相连通，在加热循环泵和循环水补给泵之间安装第一电磁阀，水经加热循环泵依次进入冷凝器、水/废气换热器换热，然后储存到储热水箱，储热水箱连通用户。

2.根据权利要求1所述的污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：在预热器前设置脱硫装置，沼气在进入预热器前先流经脱硫装置，通过水/废气换热器排出的气体经预热器后，再经脱硫装置排出。

3.根据权利要求1或2所述的污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：在冷凝器和水/废气换热器之间的管路上设置第一温度传感器，并在该管路上与用户之间设置第一旁通管路，第一旁通管路上设置第二电磁阀；加热循环泵与储热水箱通过第二旁通管路相连通，在第二旁通管路上设置第三电磁阀，储热水箱上安装第二温度传感器和液位计。

4.根据权利要求1或2所述的污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：冷凝器和污水蒸发器之间安装节流装置，污水泵和污水蒸发器之间安装污水过滤器。

5.根据权利要求3所述的污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：冷凝器和污水蒸发器之间安装节流装置，污水泵和污水蒸发器之间安装污水过滤器。

6.根据权利要求1或2所述的污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：所述的污水蒸发器为离心式污水换热器，内部设有双层螺旋流道，污水蒸发器的进口设置在顶端，污水蒸发器的出口设置在底端；所述的冷凝器为螺旋扁管换热器。

7.根据权利要求3所述的污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：所述的污水蒸发器为离心式污水换热器，内部设有双层螺旋流道，污水蒸发器的进口设置在顶端，污水蒸发器的出口设置在底端；所述的冷凝器为螺旋扁管换热器。

8.根据权利要求4所述的污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：所述的污水蒸发器为离心式污水换热器，内部设有双层螺旋流道，污水蒸发器的进口设置在顶端，污水蒸发器的出口设置在底端；所述的冷凝器为螺旋扁管换热器。

9.根据权利要求5所述的污水能和沼气能联合热泵供热系统，其特征是：所述的污水蒸发器为离心式污水换热器，内部设有双层螺旋流道，污水蒸发器的进口设置在顶端，污水蒸发器的出口设置在底端；所述的冷凝器为螺旋扁管换热器。