CN109114829A - 污水处理厂低温余热回收再利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种污水处理厂低温余热回收再利用系统及方法,包括低温余热回收装置、气液分离器、压缩机、换热器、补焓换热器、储液罐、储热水箱和用户端,所述低温余热回收装置包括壳体、余热回收入口、余热回收出口、螺旋冷媒蒸发管、过滤器、高压喷管,壳体内部均匀设置有螺旋冷媒蒸发管,螺旋冷媒蒸发管管内或表面上设置有石墨烯薄膜制成的基片,该基片显著提升螺旋冷媒蒸发管的导热效率,螺旋冷媒蒸发管管内填充有冷媒介质,显著提升冷媒介质单位面积的吸热效率,本发明能够有效从污水处理厂处理后的污水中吸收低温余热热量,并将热量在换热器中进行热交换,以对外界冷水水源进行加热,显著提升低温余热回收效率,具有广阔的综合利用价值和商业价值。

Description

污水处理厂低温余热回收再利用系统及方法
技术领域
本发明涉污水处理厂低温余热再利用领域,尤其涉及一种污水处理厂低温余热回收再利用系统及方法。
背景技术
进入21世纪,环境污染等问题已经成为人们迫切需要解决的问题,工业生产和日常生活中,产生了大量的污水,污水中含有大量对环境有害的物质,需要污水处理厂将污水处理后才能重新排放到大自然中或再利用,但是污水处理厂处理后的污水中仍然含有大量的余热,由于余热温度温差范围大(10℃~30℃)、温度较低、品质低、容量大、转换效率低,难以进行回收利用,造成能源的极大浪费。
虽然市场上存在余热回收再利用的装置,但主要集中于高温余热的回收再利用,还未实现低温余热回收的大规模利用,低温余热的浪费依然十分严重。
发明内容
有鉴于此,针对上述不足,有必要提出一种污水处理厂低温余热回收再利用系统,还提出了一种污水处理厂低温余热回收再利用方法。
一种污水处理厂低温余热回收再利用系统,包括低温余热回收装置、气液分离器、压缩机、换热器、补焓换热器、储液罐、储热水箱和用户端,所述低温余热回收装置的出口端与气液分离器的入口连接,所述气液分离器的出口与压缩机的第一进气口连接,所述压缩机的第一出气口与换热器的第一进气口连接,所述换热器的第一出气口依次通过第一单向阀、第一电子膨胀阀与补焓换热器的第一进气口连接,所述补焓换热器的第一出气口与压缩机的第二进气口连接,所述换热器的第二出气口与补焓换热器的第二进气口连接,所述补焓换热器的第二出气口通过第二单向阀与储液罐的入口连接,所述储液罐的出口依次通过干燥过滤器、第二电子膨胀阀与低温余热回收装置的入口端连接,形成第一闭合回路,低温余热回收装置中设置有冷媒介质,冷媒介质在吸收污水中的低温余热后形成吸收热量的低压气液混合冷媒介质,吸收热量的低压气液混合冷媒介质通过低温余热回收装置的出口端进入第一闭合回路,并在换热器中进行热交换,实现低温余热的回收利用,热交换后形成低温高压气液混合冷媒介质,第一电子膨胀阀对低温高压气液混合冷媒介质进行节流,形成低温低压的冷媒介质,用以补充压缩机的蒸汽压,第二电子膨胀阀对低温高压气液混合冷媒介质进行节流,形成低温低压的雾化冷媒介质,将低温低压的雾化冷媒介质通过低温余热回收装置的入口端输送到其内部,实现冷媒介质在第一闭合回路中的回收及循环利用,所述换热器与外界冷水水源通过管道连接,以将外界冷水水源引入与换热器内的高温高压气体进行热交换,以使外界冷水水源吸收热量后成为高温热水,所述换热器的出液口与储热水箱的第一入口连接,用于储存高温热水,所述储热水箱的第一出口与用户端的入口连接,以供用户端随时使用热水,热水经用户端使用后成为冷却水,所述用户端的出口通过第一循环泵与储热水箱的第二入口连接,以将冷却水导入到储热水箱进行热交换,保持用户端热水温度稳定,所述储热水箱的第二出口通过第二循环泵与换热器的入液口连接,以将储热水箱中温度下降的热水导入到换热器中进行加热,保持储热水箱中高温热水温度稳定,形成第二闭合回路,使外界冷水水源在第二闭合回路中实现热交换成为高温热水,以供用户端循环使用。
所述低温余热回收装置还包括壳体、余热回收入口、余热回收出口、螺旋冷媒蒸发管、过滤器、高压喷管,所述壳体为内部中空的封闭正方体或长方体或筒体,所述壳体顶端设置有余热回收出口,所述壳体底端设置有余热回收入口,所述壳体一侧开设有上通孔、下通孔,所述壳体的内部均匀设置有螺旋冷媒蒸发管,所述螺旋冷媒蒸发管为正螺旋或反螺旋结构并沿壳体内部纵向环绕、上下设置,每层螺旋冷媒蒸发管的内径相等或等距离增大或等距离缩小,环绕内径小于或等于壳体的内径,环绕间距较为致密,用以提高螺旋冷媒蒸发管的紧凑度,所述螺旋冷媒蒸发管包括母管、基片,所述母管为圆形管或方形管或扁形管或异型管,母管表面开设有若干通孔,通孔形状为圆形或六边形,所述基片形状为圆形或六边形,将若干个基片固定设置于母管的通孔中或通孔的表面上,以使螺旋冷媒蒸发管表面封闭、抗压、稳定,所述螺旋冷媒蒸发管管内填充有冷媒介质,所述螺旋冷媒蒸发管位于下层的始端通过下通孔与低温余热回收装置的出口端连接,用于输出吸收热量的低压气液混合冷媒介质,所述螺旋冷媒蒸发管位于上层的末端通过上通孔与低温余热回收装置的入口端连接,用于接收低温低压的雾化冷媒介质,所述螺旋冷媒蒸发管外壁与壳体内壁之间形成空腔,空腔一端与余热回收入口相连接,空腔另一端与余热回收出口相连接,以使从余热回收入口流入的污水在空腔中与螺旋冷媒蒸发管充分接触,将低温余热热量通过螺旋冷媒蒸发管导入到冷媒介质中,冷媒介质充分吸收螺旋冷媒蒸发管导入的低温余热热量后,污水再从余热回收出口流出,实现污水低温余热的有效回收,所述过滤器的出口与余热回收入口连接,入口与污水的管道连接,以对流入到过滤器中的污水进行除杂处理,形成备用污水,所述壳体内部的顶端和底端设置有若干个高压喷管,向高压喷管中通入高压水用以冲洗、去除螺旋冷媒蒸发管表面的附着物。
优选的,所述基片为石墨烯薄膜制成的圆形或六边形基片,石墨烯薄膜具有极高的导热系数,将石墨烯薄膜制成的圆形或六边形基片集成到母管中或其表面上,进而显著提升螺旋冷媒蒸发管的导热效率。
优选的,所述母管为铜管,还能为铜管和碳纤维管制成的复合管,所述复合管两端部分为铜管,两端之间部分为碳纤维管。
优选的,所述螺旋冷媒蒸发管管内还设置有若干个漩涡发生器,用以产生旋转流动和二次流动,以增加管内冷媒介质的流道长度,从而增强管内冷媒介质的径向混合,促进冷媒介质速度分布和温度分布的均匀性,进而增强螺旋冷媒蒸发管的传热性。
优选的,所述气液分离器与压缩机之间设置有压力表,用以监测经气液分离器流出的吸收热量的低压气态冷媒介质的蒸汽压值。
优选的,所述压缩机与换热器之间设置有压力传感器,用以监测压缩机的实时蒸汽压值。
优选的,所述压缩机与补焓换热器之间设置有控制器,用以监测气液分离器和压缩机的实时蒸汽压,并将监测的压缩机实时蒸汽压与设定压力值进行比对,压力不足立即打开第一电子膨胀阀,使换热器、第一单向阀、第一电子膨胀阀、补焓换热器之间连接的管道成为通路,以使从换热器流出的低温高压气液混合冷媒介质通过该通路并被转换为低温低压的冷媒介质,以为压缩机补充充足的冷媒介质,压缩机蒸汽压充足后向控制器反馈信息,由控制器关闭第一电子膨胀阀。
优选的,所述补焓换热器内部设置有第一铜制管道、第二铜制管道,所述第一铜制管道始端与补焓换热器的第一进气口相连接,末端与补焓换热器的第一出气口相连接,所述第二铜制管道始端与补焓换热器的第二进气口相连接,末端与补焓换热器的第二出气口连接,所述补焓换热器外壳与空气接触,能够吸收空气中热量并将热量传递给内部的铜制管道,使铜制管道内冷媒介质吸收热量,增气补焓。
优选的,所述换热器、储热水箱的外壳外设置有保温层,用以阻止换热器、储热水箱中的热量流向外界。
一种污水处理厂低温余热回收再利用方法,采用上述的的污水处理厂低温余热回收再利用系统按如下步骤实施:
1)向过滤器中通入具有低温余热的污水处理厂处理后的污水,余热的温度范围在10℃~30℃之间,过滤器对污水进行除杂处理,形成备用污水,将备用污水从余热回收入口导入到低温余热回收装置中的空腔中,以使低温余热回收装装置中的螺旋冷媒蒸发管吸收低温余热热量,再将释放热量后的备用污水从余热回收出口流出;
2)螺旋冷媒蒸发管表面设置有若干石墨烯薄膜制成的基片,该基片具有极高的导热性,显著提升螺旋冷媒蒸发管的导热效率,螺旋冷媒蒸发管内填充有冷媒介质,充分吸收从螺旋冷媒蒸发管表面导入的低温余热热量,显著提升冷媒介质单位面积的吸热效率,吸收热量后的冷媒介质从上层螺旋管流入到下层螺旋管,增加吸热流道长度,提升冷媒介质的整体吸热水平,使冷媒介质进一步吸收低温余热热量形成吸收热量的低压气液混合冷媒介质,并从低温余热回收装置的出口端流出;
3)气液分离器对低温余热回收装置的出口端流出的吸收热量的低压气液混合冷媒介质进行气液分离,将液态冷媒介质储存在气液分离器中,将分离后的吸收热量的低压气态冷媒介质输送到压缩机;
4)压缩机将吸收热量的低压气态冷媒介质压缩成高温高压气态冷媒介质,并将其输送到换热器;
5)控制器对压缩机的输出蒸汽压进行检测,压力不足时,开启第一电子膨胀阀,使换热器、第一单向阀、第一电子膨胀阀、补焓换热器、压缩机之间形成通路,将换热器流出的低温高压气液混合冷媒介质转化为低温低压的冷媒介质,用以补充压缩机的蒸汽压;监测压缩机压力充足后,关闭第一电子膨胀阀;
6)换热器内部接入外界冷水水源,并与通有高温高压的气态冷媒介质的管道相接触,高温高压气态冷媒介质与外界冷水水源进行热交换,使外界冷水水源吸收高温热量后温度上升成为高温热水,实现低温余热热量的回收利用,高温高压气态冷媒介质放热后成为低温高压气液混合冷媒介质;
7)换热器与补焓换热器、第二单向阀、储液罐连接,将换热器流出的低温高压气液混合冷媒介质输送到储液罐中,储液罐对低温高压气液混合冷媒介质进行储存;
8)污水处理厂低温余热回收再利用系统开机工作后,控制器打开第二电子膨胀阀,使储液罐、第二电子膨胀阀、低温余热回收装置的入口端之间形成通路,使换热器流出的低温高压气液混合冷媒介质被节流形成低温低压的雾化冷媒介质,进而通过低温余热回收装置的入口端导入到螺旋冷媒蒸发管中,以使低温余热回收再利用系统中的冷媒介质保持平衡,实现冷媒介质的回收及循环利用;
9)换热器将高温热水输送到储热水箱中,储热水箱对高温热水进行储存,由于高温热水管路输送能量损耗及储热水箱能量损失,储热水箱中的高温热水转换为热水,储热水箱与用户端连接,以供用户端随时使用热水;
10)用户端使用热水后,水温下降成为冷却水,通过第一循环泵将冷却水输送到储热水箱中进行热交换,使冷却水吸收热量后与储热水箱水温保持一致;用户端与储热水箱的连接管道具有较长距离,也会使管内水温下降,第一循环泵将管道内温度下降的热水输送到储热水箱进行热交换,以使管道内的水温与储热水箱水温保持一致;
11)储热水箱对用户端的冷却水进行热交换使其温度上升,为保持储热水箱水温稳定,将储热水箱中温度下降的热水通过第二循环泵输送到换热器中进行热交换,以使储热水箱水温保持稳定;储热水箱与换热器的连接管道具有较长距离,也会使管内水温下降,第二循环泵将管道内温度下降的热水输送到换热器中进行热交换,以使管道内的水温与换热器输出的高温热水水温保持一致。
本发明通过过滤器将具有低温余热的污水处理厂处理后的污水导入到低温余热回收装置中的空腔内部,使污水与螺旋冷媒蒸发管表面充分接触,以将其饱含的热量传递给螺旋冷媒蒸发管,使螺旋冷媒蒸发管内的冷媒介质不断吸收热量并从低温余热回收装置的出口端流出,气液分离器对吸收热量的低压气液混合冷媒介质进行气液分离并将分离后的气态冷媒介质输入到压缩机,压缩机对气态冷媒介质进行压缩,形成高温高压的气态冷媒介质并将其输送至换热器,换热器内部接入外界冷水水源并与通有高温高压的气态冷媒介质的管道相接触以进行热交换,使外界冷水水源吸收热量后温度上升,进而被输送到用户端进行使用,实现低温余热的回收利用,高温高压的气态冷媒介质放热后从换热器流出,成为低温高压气液混合冷媒介质,换热器的第二出气口依次通过补焓换热器、第二单向阀,使低温高压气液混合冷媒介质经增热补焓后流入到储液罐中,设置在压缩机与补焓换热器之间的控制器监测压力表、压力传感器上的实时蒸汽压值,并与设定蒸汽压值进行比对,压缩机产生的蒸汽压值不足时立即打开第一电子膨胀阀,使换热器第一出气口流出的低温高压气液混合冷媒介质依次通过第一单向阀、第一电子膨胀阀、补焓换热器的第一铜制管道,经增热补焓后流入到压缩机中,以补充压缩机的蒸汽压,压缩机蒸汽压压力充足后关闭第一电子膨胀阀,储液罐依次与干燥过滤器、第二电子膨胀阀连接,干燥过滤器去除其内部低温高压气液混合冷媒介质的湿度,第二电子膨胀阀对低温高压气液混合冷媒介质进行节流使其形成低温低压的雾化冷媒介质,雾化冷媒介质经低温余热回收装置的入口端流入到螺旋冷媒蒸发管中,实现冷媒介质的循环利用。
本发明提供了一种污水处理厂低温余热回收再利用系统及方法,其中螺旋冷媒蒸发管管内或表面上设置有石墨烯薄膜制成的基片,显著提升螺旋冷媒蒸发管的导热效率,螺旋冷媒蒸发管管内填充有冷媒介质,显著提升冷媒介质单位面积的吸热效率,能够有效地从备用污水的低温余热中吸收热量,并将热量在换热器中进行热交换,以对外界冷水水源进行加热,低温余热回收效率高,可广泛用于商业及民用供暖、提供工业及生活热水。
本发明显著提高低温余热的综合利用价值,具有很高的商业价值,实现节能降耗,减少化石燃料制热对环境的污染。
附图说明
图1为污水处理厂低温余热回收再利用系统的示意图。
图2为污水处理厂低温余热回收再利用系统的螺旋冷媒蒸发管示意图。
图中:低温余热回收装置10、壳体11、余热回收入口12、余热回收出口13、螺旋冷媒蒸发管14、母管141、基片142、过滤器15、高压喷管16、低温余热回收装置的出口端17、低温余热回收装置的入口端18、气液分离器20、压缩机30、换热器40、第一单向阀41、第一电子膨胀阀42、补焓换热器50、第二单向阀51、储液罐60、干燥过滤器61、第二电子膨胀阀62、储热水箱70、第一循环泵71、第二循环泵72、用户端80。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
参见图1、图2,本发明提供了一种污水处理厂低温余热回收再利用系统,包括低温余热回收装置10、气液分离器20、压缩机30、换热器40、补焓换热器50、储液罐60、储热水箱70和用户端80,所述低温余热回收装置的出口端17与气液分离器20的入口连接,所述气液分离器20的出口与压缩机30的第一进气口连接,所述压缩机30的第一出气口与换热器40的第一进气口连接,所述换热器40的第一出气口依次通过第一单向阀41、第一电子膨胀阀42与补焓换热器50的第一进气口连接,所述补焓换热器50的第一出气口与压缩机30的第二进气口连接,所述换热器40的第二出气口与补焓换热器50的第二进气口连接,所述补焓换热器50的第二出气口通过第二单向阀51与储液罐60的入口连接,所述储液罐60的出口依次通过干燥过滤器61、第二电子膨胀阀62与低温余热回收装置的入口端18连接,形成第一闭合回路,低温余热回收装置10中设置有冷媒介质,冷媒介质在吸收污水中的低温余热后形成吸收热量的低压气液混合冷媒介质,吸收热量的低压气液混合冷媒介质通过低温余热回收装置的出口端17进入第一闭合回路,并在换热器40中进行热交换,实现低温余热的回收利用,热交换后形成低温高压气液混合冷媒介质,第一电子膨胀阀42对低温高压气液混合冷媒介质进行节流,形成低温低压的冷媒介质,用以补充压缩机30的蒸汽压,第二电子膨胀阀62对低温高压气液混合冷媒介质进行节流,形成低温低压的雾化冷媒介质,将低温低压的雾化冷媒介质通过低温余热回收装置的入口端18输送到其内部,实现冷媒介质在第一闭合回路中的回收及循环利用,所述换热器40与外界冷水水源通过管道连接,以将外界冷水水源引入与换热器40内的高温高压气体进行热交换,以使外界冷水水源吸收热量后成为高温热水,所述换热器40的出液口与储热水箱70的第一入口连接,用于储存高温热水,所述储热水箱70的第一出口与用户端80的入口连接,以供用户端80随时使用热水,热水经用户端80使用后成为冷却水,所述用户端80的出口通过第一循环泵71与储热水箱70的第二入口连接,以将冷却水导入到储热水箱70进行热交换,保持用户端80热水温度稳定,所述储热水箱70的第二出口通过第二循环泵72与换热器40的入液口连接,以将储热水箱70中温度下降的热水导入到换热器40中进行热交换,保持储热水箱70中高温热水温度稳定,形成第二闭合回路,使外界冷水水源在第二闭合回路中实现热交换成为高温热水,以供用户端80循环使用。
所述高温热水为水温80-100℃的水,热水为水温70-80℃的水,冷却水为水温25-40℃的水。
所述低温余热回收装置10还包括壳体11、余热回收入口12、余热回收出口13、螺旋冷媒蒸发管14、过滤器15、高压喷管16,所述壳体11为内部中空的封闭正方体或长方体或筒体,所述壳体11顶端设置有余热回收出口13,所述壳体11底端设置有余热回收入口12,所述壳体11一侧开设有上通孔、下通孔,所述壳体11的内部均匀设置有螺旋冷媒蒸发管14,所述螺旋冷媒蒸发管14为正螺旋或反螺旋结构并沿壳体11内部纵向环绕、上下设置,每层螺旋冷媒蒸发管14的内径相等或等距离增大或等距离缩小,环绕内径小于或等于壳体11的内径,环绕间距较为致密,用以提高螺旋冷媒蒸发管14的紧凑度,所述螺旋冷媒蒸发管14包括母管141、基片142,所述母管141为圆形管或方形管或扁形管或异型管,母管141表面开设有若干通孔,通孔形状为圆形或六边形,所述基片142由石墨烯制成,为圆形或六边形,将若干个基片142固定设置于母管141的通孔中或通孔的表面上,以使螺旋冷媒蒸发管14表面封闭、抗压、稳定,所述螺旋冷媒蒸发管14管内填充有冷媒介质,所述螺旋冷媒蒸发管14位于下层的始端通过下通孔与低温余热回收装置的出口端17连接,用于输出吸收热量的低压气液混合冷媒介质,所述螺旋冷媒蒸发管14位于上层的末端通过上通孔与低温余热回收装置的入口端18连接,用于接收低温低压的雾化冷媒介质,所述螺旋冷媒蒸发管14外壁与壳体11内壁之间形成空腔,空腔一端与余热回收入口12相连接,空腔另一端与余热回收出口13相连接,以使从余热回收入口12流入的污水在空腔中与螺旋冷媒蒸发管14充分接触,将低温余热热量通过螺旋冷媒蒸发管14导入到冷媒介质中,冷媒介质充分吸收螺旋冷媒蒸发管14导入的低温余热热量后,污水再从余热回收出口13流出,实现污水低温余热的有效回收,所述过滤器15的出口与余热回收入口12连接,入口与污水的管道连接,以对流入到过滤器15中的污水进行除杂处理,形成备用污水,所述壳体11内部的顶端和底端设置有若干个高压喷管16,向高压喷管16中通入高压水用以冲洗、去除螺旋冷媒蒸发管14表面的附着物。
所述螺旋冷媒蒸发管14为双层螺旋结构,还能全部由铜管或铝管制成。
所述冷媒介质为二氟一氯甲烷或四氟乙烷,用以吸收低温余热回收装置10空腔内的低温余热热量。
所述气液分离器20,用于分离从低温余热回收装置的出口端17流出的吸收热量的低压气液混合冷媒介质,使液态冷媒介质流入到气液分离器20中,用于储存或回收再利用,将分离后的吸收热量的低压气态冷媒介质输送至压缩机30。
所述压缩机30将吸收热量的低压气态冷媒介压缩成高温高压气态冷媒介质,以提高其流动速率和吸收热量,进而提升高温高压气态冷媒介质在换热器40中的换热效率。
所述第一单向阀41、第二单向阀51,用于控制冷媒介质的流动方向。
所述第一电子膨胀阀42对换热器40流出的低温高压气液混合冷媒介质进行节流,使其形成低温低压的冷媒介质,再将低温低压的冷媒介质输送到压缩机30中,用以补充压缩机30的蒸汽压。
所述第二电子膨胀阀62对储液罐60流出的低温高压气液混合冷媒介质进行节流,使其形成低温低压的雾化冷媒介质,再将低温低压的雾化冷媒介质通过低温余热回收装置的入口端18输送到螺旋冷媒蒸发管14中,实现冷媒介质的循环利用,低温低压的雾化冷媒介质有利于在螺旋冷媒蒸发管14吸收更多的热量。
所述第一循环泵71用于将用户端80输出的冷却水吸入到储热水箱70中进行热交换,使用户端80的热水温保持在一定范围,用户端80使用时即可流出热水;所述第二循环泵72用于将储热水箱70中温度下降的热水吸入到换热器40中进行热交换,使储热水箱70的水温保持在一定范围。
低温余热回收装置的出口端17,源源不断的向气液分离器20输送吸收热量的低压气液混合冷媒介质,该冷媒介质经气液分离器20进行气液分离,压缩机30将分离后具有吸收热量的低压气态冷媒介质压缩成高温高压气态冷媒介质,将高温高压气态冷媒介质通入到换热器40中,高温高压气态冷媒介质在换热器40中与外界冷水水源进行热交换,使外界冷水水源吸收热量后成为高温热水,高温热水从换热器40的出液口流出,流入储热水箱70中,供用户端80使用,实现低温余热的回收及再利用,换热器40的第一出气口与第一单向阀41、第一电子膨胀阀42、补焓换热器50的第一进气口、压缩机30连接,控制器监测压缩机30实时蒸汽压,压力不足时开启第一电子膨胀阀42,使换热器40的第一出气口流出的低温高压气液混合冷媒介质经第一电子膨胀阀42节流后流入到压缩机30中,增热补焓,增加压缩机30的蒸汽压,控制器监测压缩机30实时蒸汽压充足后关闭第一电子膨胀阀42,控制器在污水处理厂低温余热回收再利用系统开机工作后打开第二电子膨胀阀62,使储液罐60、干燥过滤器61、第二电子膨胀阀62、低温余热回收装置的入口端18之间形成通路,储液罐60中的低温高压气液混合冷媒介质经干燥过滤器61除湿、第二电子膨胀阀62节流后成为低温低压的雾化冷媒介质,进而通过低温余热回收装置的入口端18输送到螺旋冷媒蒸发管14中,实现冷媒介质的回收及循环使用。
冷媒介质的流动路径方向为逆时针,其平均温差较大,有利于提高余热回收效率。
参见图2,进一步,所述基片142为石墨烯薄膜制成的圆形或六边形基片,石墨烯薄膜具有极高的导热系数,将石墨烯薄膜制成的圆形或六边形基片142集成到母管141中或其表面上,进而显著提升螺旋冷媒蒸发管14的导热效率。
参见图2,进一步,所述母管141为铜管,还能为铜管和碳纤维管制成的复合管,所述复合管两端部分为铜管,两端之间部分为碳纤维管。
进一步,所述螺旋冷媒蒸发管14管内还设置有若干个漩涡发生器,用以产生旋转流动和二次流动,以增加管内冷媒介质的流道长度,从而增强管内冷媒介质的径向混合,促进冷媒介质速度分布和温度分布的均匀性,进而增强螺旋冷媒蒸发管14的传热性。
进一步,所述气液分离器20与压缩机30之间设置有压力表,用以监测经气液分离器20流出的吸收热量的低压气态冷媒介质的蒸汽压值。
进一步,所述压缩机30与换热器40之间设置有压力传感器,用以监测压缩机30的实时蒸汽压值。
进一步,所述压缩机30与补焓换热器50之间设置有控制器,用以监测气液分离器20和压缩机30的实时蒸汽压,并将监测的压缩机30实时蒸汽压与设定压力值进行比对,压力不足立即打开第一电子膨胀阀42,使换热器40、第一单向阀41、第一电子膨胀阀42、补焓换热器50之间连接的管道成为通路,以使从换热器40流出的低温高压气液混合冷媒介质通过该通路并被转换为低温低压的冷媒介质,以为压缩机30补充充足的冷媒介质,压缩机30蒸汽压充足后向控制器反馈信息,由控制器关闭第一电子膨胀阀42。
进一步,所述补焓换热器50内部设置有第一铜制管道、第二铜制管道,所述第一铜制管道始端与补焓换热器50的第一进气口相连接,末端与补焓换热器50的第一出气口相连接,所述第二铜制管道始端与补焓换热器50的第二进气口相连接,末端与补焓换热器50的第二出气口连接,所述补焓换热器50外壳与空气接触,能够吸收空气中热量并将热量传递给内部的铜制管道,使铜制管道内冷媒介质吸收热量,增气补焓。
进一步,所述换热器40、储热水箱70的外壳外设置有保温层,用以阻止换热器40、储热水箱70中的热量流向外界。
一种污水处理厂低温余热回收再利用方法,采用上述的的污水处理厂低温余热回收再利用系统按如下步骤实施:
1)向过滤器15中通入具有低温余热的污水处理厂处理后的污水,余热的温度范围在10℃~30℃之间,过滤器15中对污水进行除杂处理,形成备用污水,将备用污水从余热回收入口12导入到低温余热回收装置10中的空腔中,以使低温余热回收装装置中的螺旋冷媒蒸发管14吸收低温余热热量,再将释放热量后的备用污水从余热回收出口13流出;
2)螺旋冷媒蒸发管14表面设置有若干石墨烯薄膜制成的基片142,该基片142具有极高的导热性,显著提升螺旋冷媒蒸发管14的导热效率,螺旋冷媒蒸发管14内填充有冷媒介质,充分吸收从螺旋冷媒蒸发管14表面导入的低温余热热量,显著提升冷媒介质单位面积的吸热效率,吸收热量后的冷媒介质从上层螺旋管流入到下层螺旋管,增加吸热流道长度,提升冷媒介质的整体吸热水平,使冷媒介质进一步吸收低温余热热量形成吸收热量的低压气液混合冷媒介质,并从低温余热回收装置的出口端17流出;
3)气液分离器20对低温余热回收装置的出口端17流出的吸收热量的低压气液混合冷媒介质进行气液分离,将液态冷媒介质储存在气液分离器20中,将分离后的吸收热量的低压气态冷媒介质输送到压缩机30;
4)压缩机30将吸收热量的低压气态冷媒介质压缩成高温高压气态冷媒介质,并将其输送到换热器40;
5)控制器对压缩机30的输出蒸汽压进行检测,压力不足时,开启第一电子膨胀阀42,使换热器40、第一单向阀41、第一电子膨胀阀42、补焓换热器50、压缩机30之间形成通路,将换热器40流出的低温高压气液混合冷媒介质转化为低温低压的冷媒介质,用以补充压缩机30的蒸汽压;监测压缩机30压力充足后,关闭第一电子膨胀阀42;
6)换热器40内部接入外界冷水水源,并与通有高温高压的气态冷媒介质的管道相接触,高温高压气态冷媒介质与外界冷水水源进行热交换,使外界冷水水源吸收高温热量后温度上升成为高温热水,实现低温余热热量的回收利用,高温高压气态冷媒介质放热后成为低温高压气液混合冷媒介质;
7)换热器40与补焓换热器50、第二单向阀51、储液罐60连接,将换热器40流出的低温高压气液混合冷媒介质输送到储液罐60中,储液罐60对低温高压气液混合冷媒介质进行储存;
8)污水处理厂低温余热回收再利用系统开机工作后,控制器打开第二电子膨胀阀62,使储液罐60、第二电子膨胀阀62、低温余热回收装置的入口端18之间形成通路,使换热器40流出的低温高压气液混合冷媒介质被节流形成低温低压的雾化冷媒介质,进而通过低温余热回收装置的入口端18导入到螺旋冷媒蒸发管14中,以使低温余热回收再利用系统中的冷媒介质保持平衡,实现冷媒介质的回收及循环利用;
9)换热器40将高温热水输送到储热水箱70中,储热水箱70对高温热水进行储存,由于高温热水管路输送能量损耗及储热水箱70能量损失,储热水箱70中的高温热水转换为热水,储热水箱70与用户端80连接,以供用户端80随时使用热水;
10)用户端80使用热水后,水温下降成为冷却水,通过第一循环泵71将冷却水输送到储热水箱70中进行热交换,使冷却水吸收热量后与储热水箱70水温保持一致;用户端80与储热水箱70的连接管道具有较长距离,也会使管内水温下降,第一循环泵71将管道内温度下降的热水输送到储热水箱70进行热交换,以使管道内的水温与储热水箱70水温保持一致;
11)用户端80的冷却水与储热水箱70进行热交换,为保持储热水箱70水温稳定,将储热水箱70中温度下降的热水通过第二循环泵72输送到换热器40中进行热交换,以使储热水箱70水温保持稳定;储热水箱70与换热器40的连接管道具有较长距离,也会使管内水温下降,第二循环泵72将管道内温度下降的热水输送到换热器40中进行热交换,以使管道内的水温与换热器40输出的高温热水水温保持一致。
本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程,并依本发明权利要求所作的等同变化,仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:包括低温余热回收装置、气液分离器、压缩机、换热器、补焓换热器、储液罐、储热水箱和用户端,所述低温余热回收装置的出口端与气液分离器的入口连接,所述气液分离器的出口与压缩机的第一进气口连接,所述压缩机的第一出气口与换热器的第一进气口连接,所述换热器的第一出气口依次通过第一单向阀、第一电子膨胀阀与补焓换热器的第一进气口连接,所述补焓换热器的第一出气口与压缩机的第二进气口连接,所述换热器的第二出气口与补焓换热器的第二进气口连接,所述补焓换热器的第二出气口通过第二单向阀与储液罐的入口连接,所述储液罐的出口依次通过干燥过滤器、第二电子膨胀阀与低温余热回收装置的入口端连接,形成第一闭合回路,所述低温余热回收装置中设置有冷媒介质,所述换热器与外界冷水水源通过管道连接,所述换热器的出液口与储热水箱的第一入口连接,所述储热水箱的第一出口与用户端的入口连接,所述用户端的出口通过第一循环泵与储热水箱的第二入口连接,所述储热水箱的第二出口通过第二循环泵与换热器的入液口连接,形成第二闭合回路;
所述低温余热回收装置还包括壳体、余热回收入口、余热回收出口、螺旋冷媒蒸发管、过滤器、高压喷管,所述壳体为内部中空的封闭正方体或长方体或筒体,所述壳体顶端设置有余热回收出口,所述壳体底端设置有余热回收入口,所述壳体一侧开设有上通孔、下通孔,所述壳体的内部均匀设置有螺旋冷媒蒸发管,所述螺旋冷媒蒸发管为正螺旋或反螺旋结构并沿壳体内部纵向环绕、上下设置,每层螺旋冷媒蒸发管的内径相等或等距离增大或等距离缩小,环绕内径小于或等于壳体的内径,环绕间距较为致密,所述螺旋冷媒蒸发管包括母管、基片,所述母管为圆形管或方形管或扁形管或异型管,母管表面开设有若干通孔,通孔形状为圆形或六边形,所述基片形状为圆形或六边形,将若干个基片固定设置于母管的通孔中或通孔的表面上,以使螺旋冷媒蒸发管表面封闭、抗压、稳定,所述螺旋冷媒蒸发管管内填充有冷媒介质,所述螺旋冷媒蒸发管位于下层的始端通过下通孔与低温余热回收装置的出口端连接,所述螺旋冷媒蒸发管位于上层的末端通过上通孔与低温余热回收装置的入口端连接,所述螺旋冷媒蒸发管外壁与壳体内壁之间形成空腔,空腔一端与余热回收入口相连接,空腔另一端与余热回收出口相连接,所述过滤器的出口与余热回收入口连接,入口与废水或废气的管道连接,所述壳体内部的顶端和底端设置有若干个高压喷管。
2.如权利要求1所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:所述基片为石墨烯薄膜制成的圆形或六边形基片,石墨烯薄膜具有极高的导热系数,将石墨烯薄膜制成的圆形或六边形基片集成到母管中或其表面上,进而显著提升螺旋冷媒蒸发管的导热效率。
3.如权利要求1所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:所述母管为铜管,还能为铜管和碳纤维管制成的复合管,所述复合管两端部分为铜管,两端之间部分为碳纤维管。
4.如权利要求1所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:所述螺旋冷媒蒸发管管内还设置有若干个漩涡发生器,用以产生旋转流动和二次流动,以增加管内冷媒介质的流道长度,从而增强管内冷媒介质的径向混合,促进冷媒介质速度分布和温度分布的均匀性,进而增强螺旋冷媒蒸发管的传热性。
5.如权利要求1所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:所述气液分离器与压缩机之间设置有压力表,用以监测经气液分离器流出的吸收热量的低压气态冷媒介质的蒸汽压值。
6.如权利要求1或5所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:所述压缩机与换热器之间设置有压力传感器,用以监测压缩机的实时蒸汽压值。
7.如权利要求1或5所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:所述压缩机与补焓换热器之间设置有控制器,用以监测气液分离器和压缩机的实时蒸汽压,并将监测的压缩机实时蒸汽压与设定压力值进行比对,压力不足立即打开第一电子膨胀阀,使换热器、第一单向阀、第一电子膨胀阀、补焓换热器之间连接的管道成为通路,以使从换热器流出的低温高压气液混合冷媒介质通过该通路并被转换为低温低压的冷媒介质,以为压缩机补充充足的冷媒介质,压缩机蒸汽压充足后向控制器反馈信息,由控制器关闭第一电子膨胀阀。
8.如权利要求1所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:所述补焓换热器内部设置有第一铜制管道、第二铜制管道,所述第一铜制管道始端与补焓换热器的第一进气口相连接,末端与补焓换热器的第一出气口相连接,所述第二铜制管道始端与补焓换热器的第二进气口相连接,末端与补焓换热器的第二出气口连接,所述补焓换热器外壳与空气接触,能够吸收空气中热量并将热量传递给内部的铜制管道,使铜制管道内冷媒介质吸收热量,增气补焓。
9.如权利要求1所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统,其特征在于:所述换热器、储热水箱的外壳外设置有保温层,用以阻止换热器、储热水箱中的热量流向外界。
10.一种权利要求1-9之一所述的污水处理厂低温余热回收再利用系统方法,其特征在于,采用上述的的污水处理厂低温余热回收再利用系统按如下步骤实施:
向过滤器中通入具有低温余热的污水处理厂处理后的污水,余热的温度范围在10℃~30℃之间,过滤器对污水进行除杂处理,形成备用污水,将备用污水从余热回收入口导入到低温余热回收装置中的空腔中,以使低温余热回收装装置中的螺旋冷媒蒸发管吸收低温余热热量,再将释放热量后的备用污水从余热回收出口流出;
螺旋冷媒蒸发管表面设置有若干石墨烯薄膜制成的基片,该基片具有极高的导热性,显著提升螺旋冷媒蒸发管的导热效率,螺旋冷媒蒸发管内填充有冷媒介质,充分吸收从螺旋冷媒蒸发管表面导入的低温余热热量,显著提升冷媒介质单位面积的吸热效率,吸收热量后的冷媒介质从上层螺旋管流入到下层螺旋管,增加吸热流道长度,提升冷媒介质的整体吸热水平,使冷媒介质进一步吸收低温余热热量形成吸收热量的低压气液混合冷媒介质,并从低温余热回收装置的出口端流出;
气液分离器对低温余热回收装置的出口端流出的吸收热量的低压气液混合冷媒介质进行气液分离,将液态冷媒介质储存在气液分离器中,将分离后的吸收热量的低压气态冷媒介质输送到压缩机;
压缩机将吸收热量的低压气态冷媒介质压缩成高温高压气态冷媒介质,并将其输送到换热器;
控制器对压缩机的输出蒸汽压进行检测,压力不足时,开启第一电子膨胀阀,使换热器、第一单向阀、第一电子膨胀阀、补焓换热器、压缩机之间形成通路,将换热器流出的低温高压气液混合冷媒介质转化为低温低压的冷媒介质,用以补充压缩机的蒸汽压;监测压缩机压力充足后,关闭第一电子膨胀阀;
换热器内部接入外界冷水水源,将高温高压气态冷媒介质通过管路导入到外界冷水水源中,高温高压气态冷媒介质与外界冷水水源进行热交换,使外界冷水水源吸收高温热量后温度上升成为高温热水,实现低温余热热量的回收利用,高温高压气态冷媒介质放热后成为低温高压气液混合冷媒介质;
换热器与补焓换热器、第二单向阀、储液罐连接,将换热器流出的低温高压气液混合冷媒介质输送到储液罐中,储液罐对低温高压气液混合冷媒介质进行储存;
污水处理厂低温余热回收再利用系统开机工作后,控制器打开第二电子膨胀阀,使储液罐、第二电子膨胀阀、低温余热回收装置的入口端之间形成通路,使换热器流出的低温高压气液混合冷媒介质被节流形成低温低压的雾化冷媒介质,进而通过低温余热回收装置的入口端导入到螺旋冷媒蒸发管中,以使低温余热回收再利用系统中的冷媒介质保持平衡,实现冷媒介质的回收及循环利用;
换热器将高温热水输送到储热水箱中,储热水箱对高温热水进行储存,由于高温热水管路输送能量损耗及储热水箱能量损失,储热水箱中的高温热水转换为热水,储热水箱与用户端连接,以供用户端随时使用热水;
用户端使用热水后,水温下降成为冷却水,通过第一循环泵将冷却水输送到储热水箱中进行热交换,使冷却水吸收热量后与储热水箱水温保持一致;用户端与储热水箱的连接管道具有较长距离,也会使管内水温下降,第一循环泵将管道内温度下降的热水输送到储热水箱进行热交换,以使管道内的水温与储热水箱水温保持一致;
用户端的冷却水与储热水箱进行热交换,为保持储热水箱水温稳定,将储热水箱中温度下降的热水通过第二循环泵输送到换热器中进行加热,以使储热水箱水温保持稳定;储热水箱与换热器的连接管道具有较长距离,也会使管内水温下降,第二循环泵将管道内温度下降的热水输送到换热器中进行加热,以使管道内的水温与换热器输出的高温热水水温保持一致。
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