CN109539375A - 一种含生活热水废热回收的冷热电联供系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含生活热水废热回收的冷热电联供系统及方法，回收了用户侧生活污水废热，实现了能量的梯级利用，减少能源的浪费。该系统包括内燃发电机组、吸收式制冷机组、电制冷机、缸套水换热器和生活热水废热回收装置；所述内燃发电机组的电能输出端通过并网控制柜接入配电网，所述内燃发电机组的烟气输出端与吸收式制冷机组连接；所述内燃发电机组的缸套水输出端分别连接吸收式制冷机组和缸套水换热器的一次侧；所述电制冷机和吸收式制冷机组分别产生空调水，并输入用户侧的空调水管道；所述缸套水换热器利用缸套水余热制取生活热水，所述生活热水废热回收装置回收生活废水中的能量制取生活热水，分别将生活热水输入生活热水管道。

Description

一种含生活热水废热回收的冷热电联供系统及方法

技术领域

本公开属于分布式能源领域，具体涉及一种含生活热水废热回收的冷热电联供系统及方法。

背景技术

冷热电联供系统是一种建立在能量梯级利用概念基础上的供能系统，其最大特点是可对不同品位的热能实现综合梯级利用，同时完成发电、制冷及供热(包括供暖和热水)三过程，就地满足用户的冷、热、电需求，从而降低远距离供能的传输损失，极大的提高社会经济效益及能源利用效率，在降低化石能源消耗、减少碳排放方面具有重要作用。

能量的梯级利用是冷热电联供系统的核心理念，在现有系统中，一次能源燃烧的高温热能首先用于发电，发电余热用于供暖、制取生活热水或驱动吸收式制冷机供冷，可实现对不同品位能量的高效利用，燃料综合利用率在70％-90％。然而，用户侧的生活热水通常在使用过后变为污水，处理污水最常见的方式是排放到下水道，极少数污水流量较大时用来加热游泳池的水。这不仅造成了大量的能源浪费，而且加剧了环境热污染。受限于时间和空间的约束，生活污水很难回收或者回收效率极低。

中国专利201721344693.1公开了一种光伏发电并网系统和污水源热泵系统结合的冷热电联供系统，利用自然能源实现供电、制冷、采暖、生活热水，具有环保高效节能的特点；中国专利201620670273.1公开了一种污水源热泵、太阳能光热与燃气三联供耦合系统，通过三种技术耦合，既回收污水中大量的低品位能源，又利用廉价的太阳能资源供应生活热水，整个系统节能减排效果显著。但以上专利的用户侧生活污水仍是直接排放，所用污水均来自污水干渠(生活废水、工业废水)，而非系统自身制取的供用户侧使用的生活热水的污水，这不仅造成了大量能源浪费，而且所用污水温度较低，导致污水源热泵效率低，热量回收效率不佳。

综上所述，目前对于如何回收用户侧生活热水使用过后污水水中的热量，提高热量回收效率的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

针对上述的问题，本公开提供了一种含生活热水废热回收的冷热电联供系统及方法，回收了用户侧生活污水废热，实现了能量的梯级利用，减少能源的浪费。

本公开所采用的技术方案是：

一种含生活热水废热回收的冷热电联供系统，该系统包括内燃发电机组、吸收式制冷机组、电制冷机、缸套水换热器和生活热水废热回收装置；

所述内燃发电机组的电能输出端通过并网控制柜接入配电网，所述内燃发电机组的烟气输出端与吸收式制冷机组连接；所述内燃发电机组的缸套水输出端分别连接吸收式制冷机组和缸套水换热器的一次侧；所述电制冷机和吸收式制冷机组分别产生空调水，并输入用户侧的空调水管道；所述缸套水换热器利用缸套水余热制取生活热水，所述生活热水废热回收装置回收生活废水中的能量制取生活热水，分别将生活热水输入生活热水管道。

进一步的，所述生活热水废热回收装置包括水泵、废热换热器、三通调节阀和污水源热泵；

所述三通调节阀的一端通过水泵与污水源热泵连接，将生活冷水输送至污水源热泵；所述废热换热器的一次侧与污水池连接，所述废热换热器的二次侧与污水源热泵连接，所述污水源热泵通过废热换热器从污水池中回收生活污水中的热量加热生活冷水，将产生的生活热水送入生活热水管道。

进一步的，所述三通调节阀的另一端还与缸套水换热器的二次侧连接，将生活冷水输送至缸套水换热器；所述缸套水换热器的一次侧还通过水泵与燃气内燃发电机组连接。

进一步的，所述污水源热泵和缸套水换热器的二次侧还分别与生活热水缓冲罐连接，将制取的生活热水汇入生活热水缓冲罐；所述生活热水缓冲罐与生活热水管道连接。

进一步的，所述污水源热泵的电能端与燃气内燃发电机组连接。

进一步的，废热换热器和缸套水换热器分别采用板式换热器。

一种制取生活热水方法，该方法基于如上所述的冷热电联供系统实现的，该方法包括以下步骤：

生活冷水经三通调节阀分为两路，一部分进入生活热水废热回收装置，另一部分进入缸套水换热器；

通过水泵驱动生活冷水进入污水源热泵，污水源热泵通过废热换热器从污水池中回收生活污水中的热量加热生活冷水，将产生的生活热水输送至生活热水缓冲罐；

生活热水缓冲罐通过生活热水管道给用户提供热水，用户使用后的污水排放到污水池。

进一步的，还包括：

当污水池中污水量不足时，增大连接在缸套水换热器和燃气内燃发电机组之间的水泵的频率，加大燃气内燃发电机组余热的排放量，缸套水换热器利用燃气内燃发电机组产生的缸套水余热加热生活冷水，将产生的生活热水输送至生活热水缓冲罐；

生活热水缓冲罐通过生活热水管道给用户提供热水，用户使用后的污水排放到污水池。

通过上述的技术方案，本公开的有益效果是：

(1)本公开回收了用户侧生活污水废热，与传统冷热电联供系统相比多一级能源利用，进一步实现了能量的梯级利用，减少能源的浪费；对高校学生宿舍、职工宿舍和酒店等污水温度较高和污水量稳定的场所，效果更为显著；

(2)本公开将仅回收发电机组余热制取生活热水改进为利用生活污水废热与机组余热联合制取生活热水；主要使用废弃的生活污水制取生活热水，具有更高的能源利用率和节能减排效益，并且降低了系统运行成本。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是冷热电联供系统的结构图；

图2是生活热水废热回收装置的结构图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种或多种实施例提出了一种含生活热水废热回收的冷热电联供系统。如图1所示，该系统包括用于将燃气转化为电能的内燃发电机组1、用于供冷的吸收式制冷机组2、用于供冷的电制冷机4、用于供热的缸套水换热器3以及用于将用户侧输出的生活废水转化为生活热水的生活热水废热回收装置5。

具体地，所述内燃发电机组1的进气端连接燃气气源，所述内燃发电机组1的电能输出端通过并网控制柜6接入配电网，所述内燃发电机组1的烟气输出端与吸收式制冷机组2的高发回路连接，所述内燃发电机组1的缸套水输出端分别连接吸收式制冷机组2的低发回路和缸套水换热器3的一次侧；所述电制冷机4的输入端连接配电网，所述电制冷机4和吸收式制冷机组2的输出端分别连接到用户侧的空调水管道，用于将空调水输送至用户侧，进行制冷；所述缸套水换热器3的二次侧与热水缓冲罐7连接；所述生活热水废热回收装置5的输入端连接用于存放用户侧生活污水的污水池，输出端连接热水缓冲罐7连接，缸套水换热器3和生活热水废热回收装置5共同将产生的生活热水汇入到热水缓冲罐7；所述热水缓冲罐7与用户侧的生活热水管道连接，用于将生活热水输送至用户侧，进行制热。

本实施例提出的冷热电三联供能源系统使用时，内燃发电机组1发出的电能通过并网控制柜6接入配电网，内燃发电机组1发电产生的余热包括高温烟气和缸套水，高温烟气温度高达570℃左右，其能量品位较高且数量大，将高温烟气输送到吸收式制冷机组2后，可直接驱动吸收式制冷机组2的高温发生器制冷，吸收式制冷机组2输出的的空调水直接接入用户空调水管道；缸套水的出口温度在90℃左右，其能量品位较低但数量较大，将缸套水分别输送到吸收式制冷机组2和缸套水换热器3，可直接驱动缸套水换热器制取生活热水或驱动吸收式制冷机组的低温发生器制冷，缸套水换热器制取生活热水接入用户生活热水管道；吸收式制冷机组2输出的的空调水直接接入用户空调水管道；生活热水废热回收装置5回收用户侧生活热水使用过后污水水中的热量并制取生活热水，生活污水的能量品味最低，但污水量巨大，可通过提取生活污水热量制取生活热水。

在本实施例中，所述吸收式制冷机组2采用现有的溴化锂双效吸收式制冷机组，其具体结构在本申请中不再赘述。

所述生活热水废热回收装置，用于回收用户侧生活热水使用过后废水中的热量并制取生活热水，用于供热。如图2所示，所述生活热水废热回收装置包括第一水泵13、废热换热器11、三通调节阀14和污水源热泵12；所述三通调节阀14的输入端连接冷却水源，所述三通调节阀14的一输出端通过第一水泵1与污水源热泵12连接，所述废热换热器11的一次侧与污水池连接，所述废热换热器11的二次侧与污水源热泵12连接，所述污水源热泵12的输出端与热水缓冲罐连接；所述三通调节阀14的另一输出端与缸套水换热器的二次侧连接，利用缸套水换热器加热生活冷水，得到生活热水，并汇入到生活热水缓冲罐；所述缸套水换热器的一次侧还通过第二水泵与燃气内燃发电机组1连接，给燃气内燃发电机组1提供所需热水。

本实施例提出的生活热水废热回收装置使用时，生活冷水经三通调节阀14分为两路，一部分进入生活热水废热回收装置5，另一部分进入缸套水换热器3；第一水泵1驱动生活冷水进入污水源热泵12，污水源热泵12通过废热换热器11从污水池中回收生活污水中的热量加热生活冷水，将产生的生活热水输送至生活热水缓冲罐；第二水泵10驱动缸套水循环回路，利用缸套水换热器加热生活冷水，两路出水共同汇入生活热水缓冲罐，然后进入生活热水管道，供用户使用，用户使用后的污水排放到污水池，依次循环，实现生活热水废热回收。

在本实施例中，所述第一水泵13和第二水泵10分别采用由变频器驱动的转速可连续调节的水泵。

在本实施例中，所述废热换热器11和缸套水换热器3分别采用高效板式换热器。

在本实施例中，所述污水源热泵12的电能由燃气内燃发电机组1提供。

在本实施例中，所述三通调节阀14采用开度连续可调的总-分式三通阀。

在本实施例中，所述生活热水的制取优先使用生活污水的热量，当污水热量过多时，回收的多余废热用来满足采暖等其他热负荷；当污水热量不足时，适当增大第二水泵频率，从而利用更多的发电机组余热满足生活热水负荷。

本实施例提出的冷热电联供系统，由于回收了用户侧生活污水废热，与传统冷热电联供系统相比多一级能源利用，进一步实现了能量的梯级利用，减少能源的浪费。针对某些特定的场所，例如高校学生宿舍、职工宿舍和酒店等，这些场所的生活热水以洗浴为主，并且浴室定时开放，洗浴人数稳定，有一个相对稳定且较大的洗浴污水流量，因此，采用本实施例提出的冷热电联供系统，对高校学生宿舍、职工宿舍和酒店等污水温度较高和污水量稳定的场所，效果更为显著。

一种或多种实施例还提供一种制取生活热水方法，该方法基于如上所述的冷热电联供系统实现的，该方法包括以下步骤：

生活冷水经三通调节阀分为两路，一部分进入生活热水废热回收装置，另一部分进入缸套水换热器；

当污水池中污水量过多时，通过第一水泵驱动生活冷水进入污水源热泵，污水源热泵通过废热换热器从污水池中回收生活污水中的热量加热生活冷水，将产生的生活热水输送至生活热水缓冲罐；

当污水池中污水量不足时，通过第二水泵驱动缸套水循环回路，利用缸套水换热器加热生活冷水，将产生的生活热水输送至生活热水缓冲罐；

生活热水缓冲罐通过生活热水管道给用户提供热水，用户使用后的污水排放到污水池。

本实施例提出的制取生活热水方法，由仅回收发电机组余热制取生活热水改进为利用生活污水废热与机组余热联合制取生活热水；由于主要使用废弃的生活污水制取生活热水，具有更高的能源利用率和节能减排效益，并且降低了系统运行成本。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种含生活热水废热回收的冷热电联供系统，其特征是，包括内燃发电机组、吸收式制冷机组、电制冷机、缸套水换热器和生活热水废热回收装置；

所述内燃发电机组的电能输出端通过并网控制柜接入配电网，所述内燃发电机组的烟气输出端与吸收式制冷机组连接；所述内燃发电机组的缸套水输出端分别连接吸收式制冷机组和缸套水换热器的一次侧；所述电制冷机和吸收式制冷机组分别产生空调水，并输入用户侧的空调水管道；所述缸套水换热器利用缸套水余热制取生活热水，所述生活热水废热回收装置回收生活废水中的能量制取生活热水，分别将生活热水输入生活热水管道。

2.根据权利要求1所述的含生活热水废热回收的冷热电联供系统，其特征是，所述生活热水废热回收装置包括水泵、废热换热器、三通调节阀和污水源热泵；

所述三通调节阀的一端通过水泵与污水源热泵连接，将生活冷水输送至污水源热泵；所述废热换热器的一次侧与污水池连接，所述废热换热器的二次侧与污水源热泵连接，所述污水源热泵通过废热换热器从污水池中回收生活污水中的热量加热生活冷水，将产生的生活热水送入生活热水管道。

3.根据权利要求2所述的含生活热水废热回收的冷热电联供系统，其特征是，所述三通调节阀的另一端还与缸套水换热器的二次侧连接，将生活冷水输送至缸套水换热器；所述缸套水换热器的一次侧还通过水泵与燃气内燃发电机组连接。

4.根据权利要求2所述的含生活热水废热回收的冷热电联供系统，其特征是，所述污水源热泵和缸套水换热器的二次侧还分别与生活热水缓冲罐连接，将制取的生活热水汇入生活热水缓冲罐；所述生活热水缓冲罐与生活热水管道连接。

5.根据权利要求1所述的含生活热水废热回收的冷热电联供系统，其特征是，所述污水源热泵的电能端与燃气内燃发电机组连接。

6.根据权利要求1所述的含生活热水废热回收的冷热电联供系统，其特征是，废热换热器和缸套水换热器分别采用板式换热器。

7.一种制取生活热水方法，该方法基于权利要求1至6中任一项所述的冷热电联供系统实现的，其特征是，该方法包括以下步骤：

生活冷水经三通调节阀分为两路，一部分进入生活热水废热回收装置，另一部分进入缸套水换热器；

通过水泵驱动生活冷水进入污水源热泵，污水源热泵通过废热换热器从污水池中回收生活污水中的热量加热生活冷水，将产生的生活热水输送至生活热水缓冲罐；

生活热水缓冲罐通过生活热水管道给用户提供热水，用户使用后的污水排放到污水池。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，还包括：

当污水池中污水量不足时，增大连接在缸套水换热器和燃气内燃发电机组之间的水泵的频率，加大燃气内燃发电机组余热的排放量，缸套水换热器利用燃气内燃发电机组产生的缸套水余热加热生活冷水，将产生的生活热水输送至生活热水缓冲罐；

生活热水缓冲罐通过生活热水管道给用户提供热水，用户使用后的污水排放到污水池。