CN108826744A - 用超临界水氧化系统余能进行冷热电多联供的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，属于余热利用技术领域。利用超临界污泥处理过程中不同温度品质的反应出水，通过本系统中的高压高温水利用单元和低温水利用单元所述高压高温水利用单元和低温水利用单元分别利用高温高压水和低温水进行换热或者制冷后，将冷热负荷传到分水器，由供热制冷终端进行输出冷热负荷到环境中；补冷单元提供部分冷负荷以达到制冷效果；高压高温水利用单元还连接液力透平和发电机用于电力输出。本发明的技术方案提高了超临界水氧化系统的经济性，降低了污泥处理成本，有利于超临界水氧化系统的推广和应用。

Description

用超临界水氧化系统余能进行冷热电多联供的系统

技术领域

本发明属于余热利用领域，具体涉及用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展和城市化水平的提高，每年产生大量城市生活反应出水。生物处理技术作为目前国内应用最广泛的反应出水处理技术，其过程中会产生大量剩余污泥(称为城市污泥)。此外，各种工业废水的生物处理以及石油化工等工业生产中也不可避免地产生各种污泥(称为工业污泥)。由于污泥中含有多种污染物质，成分复杂且处理成本高，污泥的处理处置一直是困扰反应出水处理技术和城市发展的难题。目前现有的污泥生物处理、填埋、焚烧等方法均在一定程度上存在不足，如生物方法周期长、降解不彻底；填埋法占用大量土地资源，处置不当易造成二次污染；焚烧法耗资大，处理不当会产生二英等剧毒物质。因此，亟需找到一种绿色、高效的处理技术来解决污泥问题。

通常情况下，水以蒸汽、液态水和冰三种常见的状态存在，液态水是极性溶剂，其密度几乎不随压力的升高而改变，可以溶解包括盐在内的大多数电解质，对气体和大多数有机物则微溶或不溶。超临界水是指温度、压力均高于其临界点(374.15℃，22.1MPa)的特殊状态下的水。超临界水的性质会发生极大的变化，其密度、介电常数、扩散系数以及热导率都不同于普通水。而且，有机物以及气体在超临界水中的溶解度显著提高。

超临界水氧化污泥处理技术在国内外已经有所应用，但是在整个系统流程中，经过超临界水氧化反应器后的热量除了给冷态物料进行预热外，剩余热量都是经过热交换器直接通过冷却塔排掉，而没有得到有效利用，造成了巨大的能源浪费，也不符合国家绿色节能的要求。同时厂区及办公楼有着一定的冷热电需求，需要引入外来能源，提高了系统投资和运营的成本，不利于超临界污泥处理技术的应用和推广。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明公开用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统。其中，热源为超临界氧化过程中形成的不同品质的反应出水，目的是取代厂区常规的传统分体空调供热制冷，实现厂区冷热电多联供，以减小污泥处理成本。本发明是通过以下技术方案来实现：

用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，包括高压高温水利用单元和低温水利用单元；

高压高温水利用单元包括高压进水泵、高压换热器、溴化锂制冷机组、板式换热器、分水器和集水器；

超临界水氧化系统中的高温高压水经进水泵进入高压换热器热侧，换热后的热侧水由热侧出口流出，换热后的冷侧水由冷侧出口进入板式换热器热侧；

在板式换热器内换热后的热侧水由热侧出口进入高压换热器冷侧，板式换热器内换热后的冷侧水由冷侧出口进入分水器，由分水器连接的供热制冷终端将能量输出，板式换热器冷侧入口与集水器连接；

低温水利用单元包括进水泵、板式换热器、分水器和集水器；超临界水氧化系统中的低温水在进水泵的作用下进入板式换热器的热侧，换热后的热侧水由热侧出口流出，换热后的冷侧水经冷侧出口进入分水器，由分水器连接的供热制冷终端将能量输出，冷侧入口与集水器连接。

进一步的，高压高温水利用单元还包括吸收式溴化锂制冷机组；高压换热器内换热后的冷侧水由冷侧出口进入吸收式溴化锂制冷机组热侧，吸收制冷后热侧水由热侧出口流入高压换热器冷侧，吸收制冷后冷侧水进入分水器，由分水器连接的供热制冷终端将能量输出，溴化锂制冷机组冷侧入口与集水器连接。

进一步的，还包括补冷单元，所述补冷单元包括蓄冷水箱和螺杆式制冷机组，蓄冷水箱里的水进入螺杆式制冷机组制冷后的成为冷却水，冷却水回流到蓄冷水箱内储存；蓄冷水箱内储存的冷却水进入分水器，由分水器连接的供热制冷终端将能量输出，蓄冷水箱由集水器供水。

进一步的，补冷单元还包括板式换热器，液氧进入板式换热器的热侧，换热后的液氧由热侧出口流出，换热后的冷侧水进入分水器，由分水器连接的供热制冷终端将能量输出，板式换热器的冷侧入口连有集水器。

进一步的，供热制冷终端为空气处理单元，空气处理单元包括给水泵、散流器、进风风机和出风风机，所述散流器的进水口和出水口分别与分水器和集水器相连，所述给水泵连接在散流器的出水管道上，所述散流器的进风通道和出风管道上分别连有进风风机和出风风机。

进一步的，所述空气处理单元还包括连接在散流器和进风风机之间的过滤器、全热换热器和负离子加湿器，全热换热器另一侧连接在出风风机之后形成气流回路。

进一步的，高压高温水利用单元还包括连接在高压换热器热侧出口的的液力透平，所述液力透平输出终端连接有发电机发电机。

进一步的，高压换热器和板式换热器的热侧入口各设有1个悬挂式冷却塔。

进一步的，所述液力透平、板式换热器和板式换热器表面涂抹有防腐耐磨涂料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的技术方案，基于超临界水氧化系统过程中的超临界反应出水压力高，温度区间大的特点，通过板式换热器、溴化锂吸收制冷机等实现供暖制冷；另一方面，采用液力透平，将超临界反应出水的巨大的压能转换成动能，进而通过发发电机，进行发电并网；超临界反应出水热量品质不一致，可能导致供冷制热热量的不匹配，螺杆式制冷机组，利用谷价电，实现补冷蓄冷，实现供冷制热的匹配；并利用空气处理系统，将热量或者冷量传到环境的空气中；通过本系统能够利用超临界水氧化系统的余热和压力，实现冷热电联供及热量匹配，提高超临界水氧化系统整体的经济效益。

附图说明

图1为本发明提供的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统结构示意图。其中，1悬挂式冷却塔，2进水泵，3液力透平，4发电机，5高压换热器，6吸收式溴化锂制冷机，7板式换热器，8板式换热器，9螺杆式制冷机组，10分水器，11集水器，12蓄冷水箱，13板式换热器，14给水泵，15散流器，16进风风机，17过滤器，18全热换热器，19负离子加湿器，20出风风机。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1，本发明公开了一种用超临界水氧化系统余能进行冷热电多联供的系统。本系统根据不同的需求，实现不同的运行方式。

若地区无供冷需求，冬季系统正常运行，夏季则关闭反应出水入口阀门，反应出水不进入余热利用系统，热量直接通过常规冷却塔系统。

若地区无供热需求，夏季系统正常运行，则关闭反应出水入口阀门，反应出水不进入余热利用系统，热量直接通过常规冷却塔系统带走。

过渡季节，关闭反应出水入口阀门，反应出水不进入余热利用系统，热量直接通过常规冷却塔系统带走。

具体包括以下步骤：

需要供热时，关闭吸收式溴化锂制冷机组6阀门，打开板式换热器7入口阀门，打开高压高温水利用单元入口阀门和低温水利用单元入口阀门，低温水经过板换换热器8将热负荷传送到分水器10，高压高温热水经过高压换热器5和板式换热器7将热负荷传送到分水器，在分水器中进行能量汇合，由连接的供热制冷终端将热量输出；供热制冷终端包括但不限于地暖和空气处理系统。

需要制冷时，打开吸收式溴化锂制冷机6阀门关闭开板式换热器7入口阀门，关闭低压水入口阀门，利用高压水余热提供部分冷负荷。当高温高压热水提供的冷负荷不足以满足需求时，开启补冷单元。

补冷单元的工作机制如下，当处低价电时，打开螺杆式制冷机组9与蓄冷水箱12间阀门，水进入螺杆式制冷机组9进行制冷，制冷后的冷却水回流到蓄冷水箱12；当需要补冷时，打开蓄冷水箱12与分水器10之间的阀门，冷却水流入到分水器10内补充部分冷负荷。

基于本发明提供的一种用超临界水氧化系统余能进行冷热电多联供的系统的控制方法，包括以下

当有供热需求时，打开位于高压高温水利用单元的高压高温水入口处的截止阀，打开位于高压换热器5的热侧出口处的截止阀，打开位于板式换热器7的热侧入口处、热侧出口处、冷侧出口处和冷侧入口处的截止阀，高压高温水携带的能量经高压换热器5和板式换热器7的换热之后，将能量传送到分水器10，由与分水器10连接的供热制冷终端将能量输出；打开位于低温水利用单元的低温水入口处的截止阀，打开位于板式换热器8的冷侧出口处和冷侧入口处的截止阀，低温水携带的能量经板式换热器8换热之后，将能量传送到分水器10，由分水器10连接的供热制冷终端将能量输出；

当有制冷需求时，打开位于高压高温水利用单元的高压高温水入口处的截止阀，打开位于高压换热器5的热侧出口处的截止阀，打开位于吸收式溴化锂制冷机组6的热侧入口处、热侧出口处、冷侧入口处和冷侧出口处的截止阀，高温高压水所携带的能量经高压换热器5和吸收式溴化锂制冷机组6换热后，将能量传送到分水器10，由分水器10连接的供热制冷终端将能量输出；

当冷度不够时，打开位于板式换热器13的冷侧出口处和冷侧入口处的截止阀，液氧所携带能量经板式换热器13换热之后，达到分水器10，参与制冷；打开位于蓄冷水箱12与螺杆式制冷机9之间的截止阀，打开位于螺杆式制冷机9与分水器10之间的截止阀，蓄冷水箱12中的冷水由处于谷价电时螺杆式制冷机9制冷回流所得，蓄冷水箱12中的冷水流经螺杆式制冷机9后到达分水器10，参与制冷。具体实施方式为：晚间12:00-8:00，打开螺杆式制冷机组9与蓄冷水箱12间阀门，进行蓄冷；白天8:00-20:00，打开螺杆式制冷机组9与分水器10、集水器11与蓄冷水箱12间阀门，关闭螺杆式制冷机组9与蓄冷箱12之间的阀门。白天流程：打开螺杆式制冷机组9与分水器10的阀门，蓄冷水箱12中冷水流经螺杆式制冷机9(螺杆式制冷机组不运行)后进入分水器，由连接的供热制冷终端将热量输出，回水通过集水器11进入蓄冷水箱；蓄冷水箱12的水晚间进入螺杆式制冷机组9制冷，白天流经螺杆式制冷机组9后进入分水器10；晚间螺杆式制冷机组9制冷冷水进入蓄冷水箱12，白天螺杆式制冷机组9与蓄冷水箱12阀门关闭；白天集水器11房间回水进入蓄冷水箱12，晚间集水器11与蓄冷水箱12之间阀门关闭。

另超临界氧化系统液氧冷通过板式换热器13承担部分冷负荷，达到补冷的效果。

不需要本系统提供供热和制冷时，关闭高压水和低压水入口阀门，超临界反应出水不进入系统，热量直接通过常规冷却塔系统带走。

本发明提供的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，具体工作原理如下：

超临界氧化过程中的余热温度不同，高温水余热约在109℃左右，低温水余热约在50℃左右，而吸收式溴化锂热源条件一般在70℃以上，低温水达不到吸收式溴化锂热源要求，故而通过板式换热器8换热进行地暖供应。后续反应出水需要进行相应的化学反应，需要对出水温度进行严格控制，出口处监测到温度超出正常反应温度区间时，悬挂式冷却塔1开始工作进行降温。

超临界水氧化系统部分水具有高压的特性，而液力透平是用液体压降进行做功继而发电的装置。根据实际情况，若有降压需求，则高压流体通过阀门进入液力透平3实现降压发电，通过发电机转换为电能。若无降压需求，则高压流体直接流出进入后续单元。同样管道出口有温控装置悬挂式冷却塔，保证出口温度在正常反应温度区间。

若有制冷需求，则打开高压换热器5与溴化锂制冷机组6之间阀门，高压换热器5冷侧常压水进入吸收式溴化锂机组6进行制冷。低温热源的存在使得冷热负荷不平衡，热负荷要大于冷荷，需要补冷单元。补冷单元的冷却水产生过程为，蓄冷水箱水12进入螺杆式制冷机6进行降温，回流到蓄冷水箱12进行蓄冷；补冷单元提供冷负荷的过程为蓄冷水箱里的冷水进入分水器与溴化锂制冷机组9供水进行汇合制冷。另外超临界氧化系统液氧冷能通过板式换热器13承担部分冷负荷，达到补冷的效果。

若有供热需求，则打开高压换热器5与板式换热器7之间阀门，高压换热器5冷侧常压水进入板式换热器7进行制热。供热时，板式换热器7和板式换热器8出口通过分水器10进行连接汇合，共同提供用户所需热负荷。冷水或者热水由供热制冷终端将能量输出进行制冷或者供热。

室内原有空气带有部分冷热负荷，室外空气通过全热换热器18与室内空气进行换热。而室外空气同时经过过滤器17，负离子加湿器19，为用户提供带有一定温度湿度的新风。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，包括高压高温水利用单元和低温水利用单元；高压高温水利用单元包括高压进水泵、高压换热器(5)、溴化锂制冷机组(6)、板式换热器(7)、分水器(10)和集水器(11)；超临界水氧化系统中的高温高压水经进水泵进入高压换热器(5)热侧，换热后的热侧水由热侧出口流出，换热后的冷侧水由冷侧出口进入板式换热器(7)热侧；在板式换热器(7)内换热后的热侧水由热侧出口进入高压换热器(5)冷侧，板式换热器(7)内换热后的冷侧水由冷侧出口进入分水器(10)，由分水器(10)连接的供热制冷终端将能量输出，板式换热器(7)冷侧入口与集水器(11)连接；低温水利用单元包括进水泵(2)、板式换热器(8)、分水器(10)和集水器(11)；超临界水氧化系统中的低温水在进水泵的作用下进入板式换热器(8)的热侧，换热后的热侧水由热侧出口流出，换热后的冷侧水经冷侧出口进入分水器(10)，由分水器(10)连接的供热制冷终端将能量输出，冷侧入口与集水器(11)连接。

2.根据权利要求1所述的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，高压高温水利用单元还包括吸收式溴化锂制冷机组(6)；高压换热器(5)内换热后的冷侧水由冷侧出口进入吸收式溴化锂制冷机组(6)热侧，吸收制冷后热侧水由热侧出口流入高压换热器(5)冷侧，吸收制冷后冷侧水进入分水器(10)，由分水器(10)连接的供热制冷终端将能量输出，溴化锂制冷机组(6)冷侧入口与集水器(11)连接。

3.根据权利要求2所述的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，还包括补冷单元，所述补冷单元包括蓄冷水箱(12)和螺杆式制冷机组(9)，蓄冷水箱(12)里的水进入螺杆式制冷机组(9)制冷后的成为冷却水，冷却水回流到蓄冷水箱(12)内储存；蓄冷水箱(12)内储存的冷却水进入分水器(10)，由分水器(10)连接的供热制冷终端将能量输出，蓄冷水箱(12)由集水器(11)供水。

4.根据权利要求3所述的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，补冷单元还包括板式换热器(13)，液氧进入板式换热器(13)的热侧，换热后的液氧由热侧出口流出，换热后的冷侧水进入分水器(10)，由分水器(10)连接的供热制冷终端将能量输出，板式换热器(13)的冷侧入口连有集水器(11)。

5.根据权利要求1所述的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，供热制冷终端为空气处理单元，空气处理单元包括给水泵(14)、散流器(15)、进风风机(16)和出风风机(20)，所述散流器(15)的进水口和出水口分别与分水器(10)和集水器(11)相连，所述给水泵(14)连接在散流器(15)的出水管道上，所述散流器(15)的进风通道和出风管道上分别连有进风风机(16)和出风风机(20)。

6.根据权利要求5所述的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，所述空气处理单元还包括连接在散流器(15)和进风风机(16)之间的过滤器(17)、全热换热器(18)和负离子加湿器(19)，全热换热器(18)另一侧连接在出风风机(20)之后形成气流回路。

7.根据权利要求1所述的利用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，所述高压高温水利用单元还包括连接在高压换热器(5)热侧出口的的液力透平(3)，所述液力透平(3)输出终端连接有发电机发电机(4)。

8.根据权利要求1所述的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，高压换热器(7)和板式换热器(8)的热侧入口各设有1个悬挂式冷却塔。

9.根据权利要求7所述的用超临界水氧化系统余热余能进行冷热电多联供的系统，其特征在于，所述液力透平(3)、板式换热器(7)和板式换热器(8)表面涂抹有防腐耐磨涂料。