CN108317591A - 一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，包括压缩式热泵、吸收式热泵、蓄热水箱、污水收集器、污水池、自来水预热器、污水换热器、烟气换热器。本发明采用吸收式热泵与压缩式热泵相结合的方式制备热水，根据废水温度的变化，调整天然气和电能的使用比重，实现废水余热的充分回收利用，自来水先经过污水、烟气预热，再经过压缩式热泵、吸收式热泵梯级加热，这种加热方式可以显著提高系统能源利用效率，减少热泵机组容量，降低系统投资及运行费用。

Description

一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统
技术领域
本发明涉及废水余热回收领域，尤其涉及一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统。
背景技术
目前，随着小型燃煤锅炉逐渐被取缔，浴池、游泳馆等热水集中使用场所多以空气源热泵、天然气锅炉作为热源形式，或从电厂运输热水。空气源热泵在夏季性能较佳，但冬季受室外环境温度的影响，制热性能系数仅能达到2.0左右，能源利用效率低；天然气锅炉受燃料价格影响，运行成本高；从电厂运输热水只适用于距电厂较近的场所，且热水供应不稳定。洗浴热水温度通常在37～52℃，废水温度一般在32℃左右。如果能将废水余热回收用于制备热水，可以显著减少燃料使用量，降低系统运行费用。
目前，浴池通过设置污水源热泵机组，以高品位能源为驱动，回收废水余热制备热水。国家专利号为200610112860.X，专利名称为一种公共浴池余热回收热泵洗澡机，以及国家专利号为201310473242.8，专利名称为一种带有余热回收双热源热泵热水系统，两个专利中提到利用压缩式热泵回收废水余热的方法，该方式虽然能够回收一定余热，但需要辅助设备补充加热，造成高品位能源的浪费。国家专利号为200910131279.6，专利名称为一种余热回收型浴室热水锅炉装置，以及国家专利号为201010120156.5，专利名称为一种利用吸收式热泵回收废水余热的方法，两个专利中提到利用吸收式热泵回收废水余热的方法，该方式以天然气、锅炉蒸汽等为驱动热源，具有较高的系统能效，但夏季废水温度高、余热量大，吸收式热泵制热性能系数仅为1.6～2.3，废水余热无法得到充分回收。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，结合吸收式热泵和压缩式热泵的特点，解决现有技术废水余热回收不充分，系统能源利用率较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，包括污水池、自来水预热器、烟气换热器、压缩式热泵、吸收式热泵、蓄热水箱、污水收集器、污水换热器；
所述压缩式热泵包括膨胀阀、第一蒸发器、压缩机和第一冷凝器；所述吸收式热泵包括发生器、第二冷凝器、第二蒸发器和吸收器；
自来水管道经过三通分流，其中一路连接至所述蓄热水箱的出水口管道，另一路与所述污水池内设置的所述自来水预热器的入口相连，所述自来水预热器的出口通过自来水管道与所述烟气换热器的低温侧入口相连，所述烟气换热器的低温侧出口通过自来水管道与所述第一冷凝器的入口相连，所述第一冷凝器的出口通过自来水管道与所述吸收器的入口相连，所述吸收器的出口通过自来水管道与所述第二冷凝器的入口相连，所述第二冷凝器的出口通过自来水管道与所述蓄热水箱的入口相连，所述蓄热水箱的出口通过自来水管道连接在浴池的供水端；所述浴池的底部安装有所述污水收集器，所述污水收集器的出口通过污水管道与所述污水池的入口相连，所述污水池的出口通过污水管道与所述污水换热器的高温侧入口相连，所述污水换热器的高温侧出口通过污水管道与排污口相连；
所述压缩式热泵的第一蒸发器的出口通过循环水管道与所述污水换热器的低温侧入口相连，所述污水换热器的低温侧出口通过循环水管道与所述第二蒸发器的入口相连，所述第二蒸发器的出口通过循环水管道与所述第一蒸发器的入口相连；所述吸收式热泵的发生器的烟气出口通过烟气管道与所述烟气换热器的高温侧入口相连。
进一步的，所述污水收集器出口上的污水管道上设置有过滤器和第一污水泵；所述污水池的出口与所述污水换热器之间的污水管道上设置有第二污水泵。
再进一步的，所述污水换热器的高温侧出口与所述排污口相连的污水管道上设置第一阀门；所述自来水预热器入口处的自来水管道上设置液位控制阀，所述液位控制阀上配置有浮球液位控制器，根据所述蓄热水箱中水面的液位变化控制所述液位控制阀的开闭程度；所述蓄热水箱的出水口管道连接的自来水管道上设置有第二阀门；所述液位控制阀的前端自来水入口处设置有第二循环水泵；所述污水收集器的底部设置有第一泄水阀，所述污水池的底部设置第二泄水阀。
再进一步的，所述第一蒸发器、第二蒸发器、污水换热器的低温侧之间通过循环水管道相连通构成闭合循环回路；所述污水换热器的低温侧出口与所述第二蒸发器的入口之间的循环水管道上设置有循环水泵。
再进一步的，所述吸收式热泵采用直燃型吸收式热泵，所述吸收式热泵发生器连接所述天然气管道；
所述压缩式热泵采用电动压缩式热泵，所述压缩式热泵压缩机连接所述电力输配网。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，采用吸收式热泵与压缩式热泵相结合的方式制备热水，根据废水温度的变化，调整天然气和电能的使用比重，实现废水余热的充分回收利用；自来水先通过自来水预热器、烟气换热器预热，再由压缩式热泵第一冷凝器、吸收式热泵吸收器和第二冷凝器逐级升温，这种梯级加热方式显著提高系统能源利用效率；充分利用废水、烟气与自来水之间的温差对自来水进行预热，可减少热泵机组容量，降低系统投资及运行费用。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统示意图；
附图标记说明：1-污水池；2-自来水预热器；3-烟气换热器；4-压缩式热泵；4a-膨胀阀；4b-第一蒸发器；4c-压缩机；4d-第一冷凝器；5-吸收式热泵；5a-发生器；5b-第二冷凝器；5c-第二蒸发器；5d-吸收器；6-蓄热水箱；7-浴池；8-污水收集器；9-过滤器；10-第一污水泵；11-第二污水泵；12-第一循环水泵；13-污水换热器；14、第一阀门；15-第二循环水泵；16-液位控制阀；17-第二阀门；18-第一泄水阀；19-第二泄水阀；P1-自来水管道；P2-污水管道；P3-烟气管道；P4-循环水管道；P5-天然气管道；P6-电力输配网。
具体实施方式
如图1所示，一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，包括污水池1、自来水预热器2、烟气换热器3、压缩式热泵4、吸收式热泵5、蓄热水箱6、污水收集器8、污水换热器13；
所述压缩式热泵4包括膨胀阀4a、第一蒸发器4b、压缩机4c和第一冷凝器4d；所述吸收式热泵5包括发生器5a、第二冷凝器5b、第二蒸发器5c和吸收器5d；
自来水管道P1经过三通分流，其中一路连接至所述蓄热水箱6的出水口管道，另一路与所述污水池1内设置的所述自来水预热器2的入口相连，所述自来水预热器2的出口通过自来水管道P1与所述烟气换热器3的低温侧入口相连，所述烟气换热器3的低温侧出口通过自来水管道P1与所述第一冷凝器4d的入口相连，所述第一冷凝器4d的出口通过自来水管道P1与所述吸收器5d的入口相连，所述吸收器5d的出口通过自来水管道P1与所述第二冷凝器5b的入口相连，所述第二冷凝器5b的出口通过自来水管道P1与所述蓄热水箱6的入口相连，所述蓄热水箱6的出口通过自来水管道P1连接在浴池7的供水端；所述浴池7的底部安装有所述污水收集器8，所述污水收集器8的出口通过污水管道P2与所述污水池1的入口相连，所述污水池1的出口通过污水管道P2与所述污水换热器13的高温侧入口相连，所述污水换热器13的高温侧出口通过污水管道P2与排污口相连；
所述压缩式热泵4的第一蒸发器4b的出口通过循环水管道P4与所述污水换热器13的低温侧入口相连，所述污水换热器13的低温侧出口通过循环水管道P4与所述第二蒸发器5c的入口相连，所述第二蒸发器5c的出口通过循环水管道P4与所述第一蒸发器4b的入口相连；
所述吸收式热泵5的发生器5a的烟气出口通过烟气管道P3与烟气换热器3的高温侧入口相连。
所述污水收集器8出口上的污水管道P2上设置有过滤器9和第一污水泵10；所述污水池1的出口与所述污水换热器13之间的污水管道P2上设置有第二污水泵11。
所述污水换热器13的高温侧出口与所述排污口相连的污水管道P2上设置第一阀门14；
所述自来水预热器2入口处的自来水管道P1上设置液位控制阀16，所述液位控制阀16上配置有浮球液位控制器，根据所述蓄热水箱6中水面的液位变化控制所述液位控制阀16的开闭程度；
所述蓄热水箱6的出水口管道连接的自来水管道P1上设置有第二阀门17；所述液位控制阀16的前端自来水入口处设置有第二循环水泵15；
所述污水收集器8的底部设置有第一泄水阀18，所述污水池1的底部设置第二泄水阀19。
所述第一蒸发器4b、第二蒸发器5c、污水换热器13的低温侧之间通过循环水管道P4相连通构成闭合循环回路；
所述污水换热器13的低温侧出口与所述第二蒸发器5c的入口之间的循环水管道P4上设置有循环水泵12。
所述吸收式热泵5采用直燃型吸收式热泵，所述吸收式热泵发生器5a连接所述天然气管道P5；所述压缩式热泵4采用电动压缩式热泵，所述压缩式热泵压缩机4c连接所述电力输配网P6。
本发明的工作过程如下：
自来水循环过程：自来水通过自来水管道P1进入第二循环水泵15加压后分流，其中一路与蓄热水箱6流出的热水混合供应至浴池；另一路进入自来水预热器2与所述污水池1内的污水换热，再进入到烟气换热器3与高温烟气换热，升温后的自来水再依次进入压缩式热泵4的第一冷凝器4d、吸收式热泵5的吸收器5d和第二冷凝器5b串联加热至需要的热水温度，储存至蓄热水箱6，最后与自来水冷水混合供应至浴池。
污水循环过程：浴池7底部的污水收集器8收集洗澡污水，污水经过滤器9过滤，再通过第一污水泵10加压进入污水池1中存储用来预热低温自来水，换热后的污水经第二污水泵11加压输送至污水换热器13的高温侧加热循环水，最后通过第一阀门14排出。污水换热器13中的循环水被污水加热后作为低温热源，先通过压缩式热泵4的第一蒸发器4b、吸收式热泵5的第二蒸发器5c降温，再返回至污水换热器13中进行升温，构成循环水闭合回路，有效避免设备与污水直接接触。
电通过电力输配网P6输送至压缩式热泵4的压缩机4c，驱动压缩式热泵循环。
烟气循环过程：天然气通过天然气管道P5进入到吸收式热泵5的发生器5a直接燃烧，驱动吸收式热泵循环，燃烧产生的高温烟气通过烟气管道P3进入烟气换热器3的高温侧用于预热自来水，降温后的烟气从低温侧烟气管道排出，从而实现烟气余热的回收利用。
此外，在第二循环水泵15与自来水预热器2之间的自来水管道P1上设置液位控制阀16，该液位控制阀16开闭受蓄热水箱6中热水液位高度控制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，其特征在于：包括污水池(1)、自来水预热器(2)、烟气换热器(3)、压缩式热泵(4)、吸收式热泵(5)、蓄热水箱(6)、污水收集器(8)、污水换热器(13)；
所述压缩式热泵(4)包括膨胀阀(4a)、第一蒸发器(4b)、压缩机(4c)和第一冷凝器(4d)，所述吸收式热泵(5)包括发生器(5a)、第二冷凝器(5b)、第二蒸发器(5c)和吸收器(5d)；
自来水管道(P1)经过三通分流，其中一路连接至所述蓄热水箱(6)的出水口管道，另一路与所述污水池(1)内设置的所述自来水预热器(2)的入口相连，所述自来水预热器(2)的出口通过自来水管道(P1)与所述烟气换热器(3)的低温侧入口相连，所述烟气换热器(3)的低温侧出口通过自来水管道(P1)与所述第一冷凝器(4d)的入口相连，所述第一冷凝器(4d)的出口通过自来水管道(P1)与所述吸收器(5d)的入口相连，所述吸收器(5d)的出口通过自来水管道(P1)与所述第二冷凝器(5b)的入口相连，所述第二冷凝器(5b)的出口通过自来水管道(P1)与所述蓄热水箱(6)的入口相连，所述蓄热水箱(6)的出口通过自来水管道(P1)连接在浴池(7)的供水端；所述浴池(7)的底部安装有所述污水收集器(8)，所述污水收集器(8)的出口通过污水管道(P2)与所述污水池(1)的入口相连，所述污水池(1)的出口通过污水管道(P2)与所述污水换热器(13)的高温侧入口相连，所述污水换热器(13)的高温侧出口通过污水管道(P2)与排污口相连；
所述压缩式热泵(4)的第一蒸发器(4b)的出口通过循环水管道(P4)与所述污水换热器(13)的低温侧入口相连，所述污水换热器(13)的低温侧出口通过循环水管道(P4)与所述第二蒸发器(5c)的入口相连，所述第二蒸发器(5c)的出口通过循环水管道(P4)与所述第一蒸发器(4b)的入口相连；
所述吸收式热泵(5)的发生器(5a)的烟气出口通过烟气管道(P3)与所述烟气换热器(3)的高温侧入口相连。
2.根据权利要求1所述的利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，其特征在于：所述污水收集器(8)出口上的污水管道(P2)上设置有过滤器(9)和第一污水泵(10)；所述污水池(1)的出口与所述污水换热器(13)之间的污水管道(P2)上设置有第二污水泵(11)。
3.根据权利要求1所述的利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，其特征在于：所述污水换热器(13)的高温侧出口与所述排污口相连的污水管道(P2)上设置第一阀门(14)；
所述自来水预热器(2)入口处的自来水管道(P1)上设置液位控制阀(16)，所述液位控制阀(16)上配置有浮球液位控制器，根据所述蓄热水箱(6)中水面的液位变化控制所述液位控制阀(16)的开闭程度；
所述蓄热水箱(6)的出水口管道连接的自来水管道(P1)上设置有第二阀门(17)；所述液位控制阀(16)的前端自来水入口处设置有第二循环水泵(15)；
所述污水收集器(8)的底部设置有第一泄水阀(18)，所述污水池(1)的底部设置第二泄水阀(19)。
4.根据权利要求1所述的利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，其特征在于：所述第一蒸发器(4b)、第二蒸发器(5c)、污水换热器(13)的低温侧之间通过循环水管道(P4)相连通构成闭合循环回路；
所述污水换热器(13)的低温侧出口与所述第二蒸发器(5c)的入口之间的循环水管道(P4)上设置有循环水泵(12)。
5.根据权利要求1所述的利用组合式热泵回收废水余热制备热水的系统，其特征在于：所述吸收式热泵(5)采用直燃型吸收式热泵，所述吸收式热泵发生器(5a)连接所述天然气管道(P5)；
所述压缩式热泵(4)采用电动压缩式热泵，所述压缩式热泵压缩机(4c)连接所述电力输配网(P6)。
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