CN109059566A - 工业循环水余热回用系统及基于该系统的热能调配系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业循环水余热回用系统及基于该系统的热能调配系统，工业循环水余热回用系统包括用于连接工业冷却水回水管路的热交换装置、提取热交换装置的热量并储存的蓄热模块、分别连接热交换装置和蓄热模块用于热量转移的循环水源热泵机组，以及用于将蓄热模块所储存热量运送至企业外部需热场所的移动送热设备，蓄热模块分别通过企业内部用热管路和移动送热设备向企业内外输送热能。通过工业循环水余热回用系统可进行余热有效提取并储存，所储存的热量可企业自用也可外输送至外部其他用热企业，真正实现能源回收再利用，大大降低对环境的污染，为企业节能减排，降低企业运行成本的同时增加企业收入，也大大缩短投资运行成本的回收周期。

Description

工业循环水余热回用系统及基于该系统的热能调配系统
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种工业循环水余热回用系统及基于该系统的热能调配系统。
背景技术
在钢铁制造、电厂、化工厂等企业，会产生大量工艺冷却水，水温大约30-40度，目前工业企业循环水大部分采用敞开式循环冷却塔，冷却过程中，存在很多弊端：1）大量热能排入大气中，浪费热能，污染环境；2）热能散失过程中水分蒸发，增加循环水排污，污染环境；3）循环水含盐量增加，导致管道腐蚀结垢，增加企业运行成本。虽然市面上已出现利用热泵提取循环水热量技术，但目前通过热泵提取热量一般直接供给企业使用，但企业用热通常存在季节性变化，用热需求不大时企业内部无法完全消耗提取出的热能，导致仍有大量热源白白浪费。这样导致能源回收利用效率低，也使得投资及运行成本高，回收周期长。
因此，现有技术有待于进一步发展。
发明内容
本发明申请的目的在于解决现有技术的缺陷和不足，提供工业循环水余热回用系统及基于该系统的热能调配系统。
为实现上述发明目的，本发明提供一种工业循环水余热回用系统，其中，所述系统包括用于连接工业冷却水回水管路并通过热交换提取工业冷却水中热量的热交换装置、对热交换装置提取的热量进行储存的蓄热模块、分别连接热交换装置和蓄热模块用于将从热交换装置中提取的热量转移至蓄热模块的循环水源热泵机组，以及用于将蓄热模块所储存热量运送至企业外部需热场所的移动送热设备，其中，所述蓄热模块还通过企业内部用热管路连接企业内部用热点，蓄热模块分别通过企业内部用热管路和移动送热设备向企业内外输送热能。
所述的工业循环水余热回用系统，其中，所述热交换装置包括密闭换热水箱、设置与密闭换热水箱中的换热器，其中，所述换热器的进水口与工业冷却水回水管路连接，换热器的出水口与冷却机组的供水管路连接。
所述的工业循环水余热回用系统，其中，所述循环水源热泵机组吸热侧通过第一热水泵提供循环动力，循环水源热泵机组吸热侧设置两个接口分别连接密闭换热水箱进水口和第一热水泵出水口，第一热水泵进水口与密闭换热水箱出水口连接，密闭换热水箱中热水经第一热水泵和循环水源热泵机组吸热侧形成循环通路，
所述循环水源热泵机组放热侧通过第二热水泵提供循环动力，循环水源热泵机组放热侧设置两个接口分别连接第二热水泵出水口和蓄热模块进水口，第二热水泵进水口与蓄热模块出水口连接，蓄热模块中的水经第二热水泵和循环水源热泵机组放热侧形成循环通路。
所述的工业循环水余热回用系统，其中，所述蓄热模块设置有分别用于连接第二热水泵、循环水源热泵机组、企业内部用热管路、补水管路、移动送热设备的接口。
所述的工业循环水余热回用系统，其中，所述蓄热模块由保温箱体、设置于保温箱体内的若干蓄热棒和冷热布水器组成，所述蓄热棒内部具有固-液相变储能材料。
所述的工业循环水余热回用系统，其中，若干蓄热棒采用块装式布置，形成若干组装块，组装块上下四周均设有固定架，组装块装填于固定架空格内， 冷热布水器为对应每一组装块底部设置的孔状布水板，水通过孔状布水板均匀分布到蓄热棒周围完成热交换。
所述的工业循环水余热回用系统，其中，所述移动送热设备为外供送热车，外供送热车上设置集热车厢转移蓄热模块中的热量，所述集热车厢中设置有蓄热棒及换热装置，外供送热车的集热车厢与蓄热模块对应接口对接后，通过热交换将蓄热模块中储存的热量转移至外供送热车中的蓄热棒中，由外供送热车送至企业外部需热场所。
一种基于如上所述的工业循环水余热回用系统的热能调配系统，其中，包括：
热能信息处理终端，设置于区域内每一热能相关单位中，用于通过用户反馈或自动收集本单位的热能供需数据；
热能调配中心，与区域内各热能信息处理终端通信连接，用于接收各热能信息处理终端反馈的热能供需数据，并基于热能供需数据和各热能相关单位的物理距离制定热能调配方案，按照热能调配方案通过管道供热和外供送热车进行各单位间的热能转移输送，并基于热能转移输送结果进行费用结算。
所述的热能调配系统，其中，对应循环水余热回用系统中的蓄热模块设置用于反馈热量储存多少的反馈单元，该反馈单元与相应的热能信息处理终端通信连接。
所述的热能调配系统，其中，所述热能调配中心制定的热能调配方案中，针对热能需求单位反馈的热能供应请求，查找与该热能需求单位预定距离内的所有热能供应单位，根据请求中的热能需求总量、热能输送方式以及距离远近匹配热能供应单位，其中，管道供热方式优先于外供送热车方式，距离近的供热单位优先于距离远的供热单位，热能储存量大的单位优先于热能储存量小的单位。
有益效果：
本发明提供一种工业循环水余热回用系统及基于该系统的热能调配系统，通过工业循环水余热回用系统可进行余热有效提取并储存，所储存的热量可企业自用也可外输送至外部其他用热企业，真正实现能源回收再利用，大大降低对环境的污染，为企业节能减排，降低企业运行成本的同时增加企业收入，也大大缩短投资运行成本的回收周期。
附图说明
图1为本发明具体实施例中工业循环水余热回用系统流程图。
图2为本发明具体实施例中基于工业循环水余热回用系统的热能调配系统原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明提供一种工业循环水余热回用系统，如图1所示，所述系统包括用于连接工业冷却水回水管路并通过热交换提取工业冷却水中热量的热交换装置、对热交换装置提取的热量进行储存的蓄热模块600、分别连接热交换装置和蓄热模块用于将从热交换装置中提取的热量转移至蓄热模块的循环水源热泵机组400，以及用于将蓄热模块所储存热量运送至企业外部需热场所的移动送热设备，其中，所述蓄热模块还通过企业内部用热管路连接企业内部用热点，蓄热模块分别通过企业内部用热管路和移动送热设备向企业内外输送热能。
进一步地，所述热交换装置包括密闭换热水箱100、设置与密闭换热水箱100中的换热器200，其中，所述换热器的进水口与企业的工业冷却水回水管路连接，换热器的出水口与冷却机组的供水管路连接。企业的工业冷却水经冷却工艺后温度上升，此时工艺冷却水中含有大量的需要回收利用的热能，工艺冷却水进入换热器中，通过换热器与密闭换热水箱中的水进行换热，换热后工艺冷却水温度从35度降低至20-25度，通过冷却机组的供水管路重新循环回用冷却机组，密闭换热水箱中水温升高，之后需要通过循环水源热泵机组400提供驱动力，将密闭换热水箱中热水包含的热量进行提取，密闭换热水箱中水通过循环水源热泵机组提取热能后降低温度回流至密闭换热水箱继续换热。
具体的，所述循环水源热泵机组吸热侧通过第一热水泵300提供循环动力，循环水源热泵机组吸热侧设置两个接口分别连接密闭换热水箱进水口和第一热水泵出水口，第一热水泵进水口与密闭换热水箱出水口连接，密闭换热水箱中热水经第一热水泵和循环水源热泵机组吸热侧形成循环通路。较佳的是，所述密闭换热水箱中设置用于感测水温的温度传感器，当通过温度传感器反馈密闭换热水箱中水温达到预设温度后，第一热水泵启动，将密闭换热水箱中的热水泵入到循环水源热泵机组吸热侧，通过循环水源热泵机组完成热量交换，完成热量提取的水回流至密闭换热水箱中继续参与水箱中换热。
所述循环水源热泵机组放热侧通过第二热水泵500提供循环动力，循环水源热泵机组放热侧设置两个接口分别连接第二热水泵出水口和蓄热模块进水口，第二热水泵进水口与蓄热模块出水口连接，蓄热模块中的水经第二热水泵和循环水源热泵机组放热侧形成循环通路。第一热水泵与第二热水泵同步启动，第二热水泵使蓄热模块中的水进入到循环水源热泵机组中完成热量交换，完成热量提取的水温度升高，之后回流至蓄热模块中并通过蓄热模块吸热完成热量交换和储存。蓄热模块中冷水通过第二热水泵驱动并利用循环水源热泵机组提取出的热能，经过循环水源热泵机组压缩升温至65度，回到蓄热模块，通过蓄热模块的中温蓄热料把热能吸收，放热后的水重新回至循环水源热泵机组加热，循环蓄热。
优选实施例中，所述蓄热模块设置有分别用于连接第二热水泵、循环水源热泵机组、企业内部用热管路、补水管路、移动送热设备的接口。所述蓄热模块中设置用于反馈热量储存状况的热量传感器、液位传感器和用于反馈蓄热模块中循环水量传感器，当循环水量传感器反馈循环回水量低于供水量时，补水管路向蓄热模块补充冷水；当液位传感器反馈蓄热模块中液位低于设定阈值时，自动向蓄热模块中补充部分清洁冷水或热水。
具体的，所述蓄热模块由保温箱体、设置于保温箱体内的若干蓄热棒和冷热布水器组成，保温箱体由聚氨酯保温层组成，聚氨酯保温层厚度为10mm，该保温材料闭孔率大于97%，保温性能大大优于普通泡沫板，能够减少热量损失。所述蓄热棒内部具有固-液相变储能材料。固-液相变储能材料在温度高于材料的相变温度时，吸收热量，物相由固态变为液态；当温度下降至低于相变温度时，物相由液态变成固态，放出热量。该过程为可逆过程，因此材料可重复使用。且它具有成本低、相变潜热大、相变温度范围较宽等优点。本发明优选无机类固-液相变储能材料。
进一步地，若干蓄热棒采用块装式布置，形成若干组装块，组装块上下四周均设有固定架，组装块装填于固定架空格内， 固定架的设置使得蓄热棒的运输及装填更方便，而且也不会出现倾倒等问题。优选地，蓄热棒采用6*6布局方式组成组装块，这样既能方便蓄热棒装填，又能避免蓄热棒对水的阻挡压力过大，并且能够使水充分流经每一蓄热棒。
优选的是，单蓄热棒采用圆柱形式，相比方形强度更高，不需要外加固定筋，棒体强度高的情况下厚度可以做的更薄，厚度可降低至0.5mm，内部储热材料与外界介质传热速度更快，相变时间短，热交换效率更高。
冷热布水器为对应每一组装块底部设置的孔状布水板，水通过孔状布水板均匀分布到蓄热棒周围完成热交换。热能交换更均匀，可充分利用蓄热棒的蓄热能力。
具体地，所述移动送热设备为外供送热车700，外供送热车上设置集热车厢转移蓄热模块中的热量，所述集热车厢中同样设置保温箱，保温箱内设有蓄热棒，外供送热车的集热车厢与蓄热模块对应接口对接后，通过热交换将蓄热模块中储存的热量转移至外供送热车中的蓄热棒中，由外供送热车送至企业外部需热场所。即外供送热车与蓄热模块对接后形成热循环通路，外供送热车上设置水泵提供驱动力，热循环通路中的水循环起来，循环过程中，流经蓄热模块中的冷水吸收蓄热模块中蓄热棒中的热量后升高温度，之后进入到外供送热车中接触集热车厢内的蓄热棒，将热量转移至蓄热棒中继续参与循环，这样，就将热量从蓄热模块转移至外供送热车中，最后由外供送热车将热量转移至企业外部需要热量供应的单位。
如图2所述一种基于如上所述的工业循环水余热回用系统的热能调配系统，其中，包括：
热能信息处理终端，设置于区域内每一热能相关单位中，用于通过用户反馈或自动收集本单位的热能供需数据。热能相关单位包括单纯供热单位，例如热电厂等，包括单纯需热单位，例如居民小区等，还包括既有热量需求又能通过工业循环水余热回用系统实现热能储存和外供的企业单位。热能信息处理终端为设置于每一热能相关单位中客户端，其实质为设置于每一单位中的热能信息管理系统，其通过连接单位内部用热设备、供热设备形成自动收集热能供需信息的智能平台，用户可通过热能信息管理系统上传自己单位内热能供需情况，也可由热能信息管理系统通过分布于相关设备上的信息反馈装置自动获取热能供需情况。例如，对应循环水余热回用系统中的蓄热模块设置用于反馈热量储存多少的反馈单元，该反馈单元与相应的热能信息处理终端通信连接。热能信息处理终端在收集到本单位的热能供需情况后会进行上传。
热能调配中心，与区域内各热能信息处理终端通信连接，用于接收各热能信息处理终端反馈的热能供需数据，并基于热能供需数据和各热能相关单位的物理距离制定热能调配方案，按照热能调配方案通过管道供热和外供送热车进行各单位间的热能转移输送，并基于热能转移输送结果进行费用结算。
热能调配中心实质为区域内设置的热能调配总控制台，其通过与区域内各热能信息处理终端通信连接形成热能供需通信网络，热能信息处理终端上传的热能供需数据通过热能调配中心进行数据收集、整理、保存。之后热能调配中心通过人工制定或通过预设的热能调配规则自动生成热能调配方案。热能调配方案中包括热能供需单位信息、热能需求量、距离、输送方式、费用等信息，之后会将热能调配方案分别发送至热能供需双方的处理终端上，由热能供需双方进行确认和反馈，热能调配中心收到热能供需双方的确认后启动热能调配操作。
具体的，所述热能调配中心制定的热能调配方案中，针对热能需求单位反馈的热能供应请求，查找与该热能需求单位预定距离内的所有热能供应单位，根据请求中的热能需求总量、热能输送方式以及距离远近匹配热能供应单位，其中，管道供热方式优先于外供送热车方式，距离近的供热单位优先于距离远的供热单位，热能储存量大的单位优先于热能储存量小的单位。即热能调配方案制定时，根据热能需求单位的位置首先在该单位一定范围内查找是否存在热能供应单位，若存在，则首先选择能够利用管道供热向热能需求单位提供热量的热能供应单位，如果不存在管道供热单位或者管道供热量不足，则根据热能需求量信息计算范围内各热能供应单位的供热量，供热量的确认首先根据距离由近及远原则，然后再按照供热单位的热能供应量进行计算，核算出调配成本最低的方案。最后热能调配中心根据最终执行结果进行费用核算，热能需求单位根据核算结果向热能供应单位支付费用。
工业循环水余热回用系统使得热能调配系统的建立成为可能，工业循环水余热回用系统能够有效回收企业多余热能，实现节能环保，同时利用热能调配系统对企业回收的多余热能进行快速、有效地调配，解决热能供需不平衡问题，也为企业实现社会效益和经济效益的双提升。
本发明提供一种工业循环水余热回用系统及基于该系统的热能调配系统，通过工业循环水余热回用系统可进行余热有效提取并储存，所储存的热量可企业自用也可外输送至外部其他用热企业，真正实现能源回收再利用，大大降低对环境的污染，为企业节能减排，降低企业运行成本的同时增加企业收入，也大大缩短投资运行成本的回收周期。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种工业循环水余热回用系统，其特征在于，所述系统包括用于连接工业冷却水回水管路并通过热交换提取工业冷却水中热量的热交换装置、对热交换装置提取的热量进行储存的蓄热模块、分别连接热交换装置和蓄热模块用于将从热交换装置中提取的热量转移至蓄热模块的循环水源热泵机组，以及用于将蓄热模块所储存热量运送至企业外部需热场所的移动送热设备，其中，所述蓄热模块还通过企业内部用热管路连接企业内部用热点，蓄热模块分别通过企业内部用热管路和移动送热设备向企业内外输送热能。
2.根据权利要求1所述的工业循环水余热回用系统，其特征在于，所述热交换装置包括密闭换热水箱、设置与密闭换热水箱中的换热器，其中，所述换热器的进水口与工业冷却水回水管路连接，换热器的出水口与冷却机组的供水管路连接。
3.根据权利要求1所述的工业循环水余热回用系统，其特征在于，所述循环水源热泵机组吸热侧通过第一热水泵提供循环动力，循环水源热泵机组吸热侧设置两个接口分别连接密闭换热水箱进水口和第一热水泵出水口，第一热水泵进水口与密闭换热水箱出水口连接，密闭换热水箱中热水经第一热水泵和循环水源热泵机组吸热侧形成循环通路；
所述循环水源热泵机组放热侧通过第二热水泵提供循环动力，循环水源热泵机组放热侧设置两个接口分别连接第二热水泵出水口和蓄热模块进水口，第二热水泵进水口与蓄热模块出水口连接，蓄热模块中的水经第二热水泵和循环水源热泵机组放热侧形成循环通路。
4.根据权利要求3所述的工业循环水余热回用系统，其特征在于，所述蓄热模块设置有分别用于连接第二热水泵、循环水源热泵机组、企业内部用热管路、补水管路、移动送热设备的接口。
5.根据权利要求4所述的工业循环水余热回用系统，其特征在于，所述蓄热模块由保温箱体、设置于保温箱体内的若干蓄热棒和冷热布水器组成，所述蓄热棒内部具有固-液相变储能材料。
6.根据权利要求5所述的工业循环水余热回用系统，其特征在于，若干蓄热棒采用块装式布置，形成若干组装块，组装块上下四周均设有固定架，组装块装填于固定架空格内， 冷热布水器为对应每一组装块底部设置的孔状布水板，水通过孔状布水板均匀分布到蓄热棒周围完成热交换。
7.根据权利要求5所述的工业循环水余热回用系统，其特征在于，所述移动送热设备为外供送热车，外供送热车上设置集热车厢转移蓄热模块中的热量，所述集热车厢中设置有蓄热棒，外供送热车的集热车厢与蓄热模块对应接口对接后，通过热交换将蓄热模块中储存的热量转移至外供送热车中的蓄热棒中，由外供送热车送至企业外部需热场所。
8.一种基于如权利要求1-7任一项所述的工业循环水余热回用系统的热能调配系统，其特征在于，包括：
热能信息处理终端，设置于区域内每一热能相关单位中，用于通过用户反馈或自动收集本单位的热能供需数据；
热能调配中心，与区域内各热能信息处理终端通信连接，用于接收各热能信息处理终端反馈的热能供需数据，并基于热能供需数据和各热能相关单位的物理距离制定热能调配方案，按照热能调配方案通过管道供热和外供送热车进行各单位间的热能转移输送，并基于热能转移输送结果进行费用结算。
9.根据权利要求8所述的热能调配系统，其特征在于，对应循环水余热回用系统中的蓄热模块设置用于反馈热量储存多少的反馈单元，该反馈单元与相应的热能信息处理终端通信连接。
10.根据权利要求9所述的热能调配系统，其特征在于，所述热能调配中心制定的热能调配方案中，针对热能需求单位反馈的热能供应请求，查找与该热能需求单位预定距离内的所有热能供应单位，根据请求中的热能需求总量、热能输送方式以及距离远近匹配热能供应单位，其中，管道供热方式优先于外供送热车方式，距离近的供热单位优先于距离远的供热单位，热能储存量大的单位优先于热能储存量小的单位。
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