CN110470051B - 一种多层热水储罐、热能回收再利用系统及其再利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层热水储罐，其包括：由内向外依次嵌套的内罐、至少一个中间罐、以及外罐；内罐、中间罐和外罐底部均设置有出水口；内罐、中间罐和外罐通过隔热层分隔；内罐、中间罐和外罐均设置有温度传感器；内罐、中间罐的罐壁上设有的通孔使罐内的水连通；内罐设有加热管；外罐设有进水口。本发明还公开了热能回收再利用系统及其再利用方法，用于回收再利用吸热过程和/或放热过程的热能，采用所述多层热水储罐作为热源，加热后的余热回到收集水罐；多层热水储罐则从收集水罐补充进水；还可以用放热过程所产生的热量加热生产用的净水，收集起来注入预热净水储罐，供生产使用，降低能量消耗；通过这些途径把能量管起来，综合利用，总能耗就可以大大降低，适于广泛应用。

Description

一种多层热水储罐、热能回收再利用系统及其再利用方法

技术领域

本发明属于能源回收再利用技术领域，具体涉及一种多层热水储罐、热能回收再利用系统及其再利用方法。

背景技术

一个有多个产品的化学合成药厂或中药制药厂在生产中消耗大量的能量，其中大量的是热能。如化学反应需要加热、还有液体的蒸馏、中药成分的提取、水溶液的浓缩和溶剂的蒸发等都需要加热；而同时，一些放热反应需要冷却以控制温度，还有馏分的回收、一些挥发性化学物质的喷淋回收等过程也都需要冷却。还有如一些产品干燥工序(如沸腾床干燥器，喷雾干燥器等)产生大量高温废气，有些工序放出许多高温废水(如蒸馏塔的槽液)，其中都带有大量的热量。

一般情况下，各个反应或过程是单独处理的，例如一个120℃的反应，通蒸汽加热，蒸汽冷凝成的热水一般都放入下水道，它所带的热量就释放在环境中。再如一个酸碱中和工序用水冷却，冷却后的热水也放入下水道，放出的热没有利用，还用掉了与之相同量的冷量。高温废气废水也任意放掉。如此等等，由于各个反应单独处理而造成的能量损失非常可观。而且，更重要的是有时温度控制没有达到工艺要求的温度，影响产品的质量或造成环境的污染(例如氨气回收，温度不够低，氨气回收效率就受影响，排放出去污染环境)。实际上，不同工序控制温度各不相同，高温工序的废水完全可以用于较低温度的加热，放热化学反应释放的热量也相当大，完全可以利用起来。总之，把这些能量管起来，综合利用，工厂的总能耗及单位能耗就可以大大降低。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提出了一种创新设计的多层热水储罐即科德 (TRUSTECH)多层热水储罐。本发明还提出了一种热能回收再利用系统及热能回收再利用方法，用于回收再利用吸热过程和/或放热过程的热能。

本发明提出的科德多层热水储罐，其包括：由内向外依次嵌套的内罐、至少一个中间罐以及外罐；其中，所述内罐的中央设有加热管；所述内罐、所述中间罐和所述外罐的底部分别设有出水口；所述外罐的外壁上设有进水口；所述内罐、所述中间罐的罐壁上分别设有至少一个通孔；所述内罐、所述中间罐和所述外罐分别设有温度传感器；所述内罐、所述中间罐和所述外罐的罐壁均为隔热层。

其中，所述外罐外壁设有保温层。所述外罐设有第一液位传感器。所述外罐顶部设有放空管。

其中，所述内罐、中间罐、外罐的形状为圆柱体、立方体、球状等，还可以是其他适宜的任何形状。

其中，所述内罐及中间罐的罐壁上设有使空气在相邻罐之间流通的孔，使所述多层热水储罐内的各罐之间空气贯通。

其中，相邻的所述内罐与中间罐之间的水温差为15～20℃，相邻的中间罐与中间罐之间的水温差为15～20℃，相邻的中间罐和外罐之间的水温差为15～20℃。

优选地，在一个具体实施方案中，内罐的水温为95℃,中间罐的水温为75～80℃，外罐的水温为55～65℃。

本发明还提出了一种热能回收再利用系统，用于回收再利用吸热过程中产生的热能，即一种将吸热过程所发生的热能进行回收再利用，其包括：所述多层热水储罐、具有夹套的吸热过程设备、以及收集水罐；其中，所述多层热水储罐的出水口与所述夹套的进水口通过管道连通；所述夹套的出水口与太阳能热水器的进水口通过管道连通，所述太阳能热水器的进水口外接软化管道水；所述太阳能热水器的出水口与所述收集水罐的进水口通过管道连通；所述收集水罐的出水口与所述多层热水储罐的进水口通过管道连通。

本发明中，所述吸热过程设备是指有吸热过程在其中进行的设备，包括：进行吸热反应的反应釜、中药提取锅、夹套加热的蒸馏塔、液体浓缩装置、溶剂蒸发器等各种设备。

所述收集水罐设有至少一个出水口。所述收集水罐的一个出水口与所述多层热水储罐的进水口连通，在所述出水口与所述进水口之间设有泵。

其中，所述收集水罐设有放空口/溢水口。所述收集水罐设有第二液位传感器。所述收集水罐外壁设有保温层，避免热能的损耗。

进一步地，本发明还提出了另一种热能回收再利用系统，在前述回收再利用吸热过程中产生的热能的基础之上，进一步包括对放热过程中产生的热能的回收再利用。本发明提供了一种既能回收再利用吸热过程发生的热能，又能回收再利用放热过程发生的热能。该系统除了包括前述吸热过程的热能回收再利用系统之外，还进一步包括：具有夹套的放热过程设备、热交换器以及预热净水储罐。其中，所述热交换器为用于回收高温废气废水的热能的热交换器。

其中，所述夹套的进水口外接水源例如生产用净水。所述夹套的出水口与所述预热净水储罐的进水口通过管道连通。

其中，所述热交换器的进水口外接水源例如生产用净水。所述热交换器的出水口与所述预热净水储罐的进水口通过管道连通。

其中，所述预热净水储罐设有至少一个进水口。所述进水口可以外接水源例如生产用净水。所述进水口可以连通夹套的出水口。所述进水口还可以连通热交换器的出水口。

其中，所述预热净水储罐设有至少一个出水口。所述出水口通过管道与所述太阳能热水器的进水口连通。

所述预热净水储罐中存储的经预热的水可以通过出水口流出，通过管道输送至太阳能热水器的进水口，作为水源提供，如软化管道水。也可以通过出水口流出，作为生产用水，优选为生产用净水，输送到吸热过程设备，参与反应,进一步减少吸热过程热能的消耗。还可以通过出水口流出作为其他生产环节中需要的生产用水。还可以通过出水口流出，作为生活用水之应用。

其中，所述预热净水储罐设有放空口/溢水口。所述预热净水储罐设有第三液位传感器。所述预热净水储罐外壁设有保温层。

本发明中，所述放热过程设备是指进行放热过程的设备，包括进行各种放热化学反应的反应釜、蒸馏塔中馏分的冷凝器等各种设备。

本发明还提出一种热能回收再利用方法，利用所述热能回收再利用系统，用于回收再利用吸热过程中产生的热量，其包括以下步骤：

流经吸热过程设备的夹套的水，水温下降，再流经太阳能热水器，水温提高，流入至收集水罐。或，软化管道水流经太阳能热水器，水温升高，流入至收集水罐。

当所述多层热水储罐中的液位下降，下降至一定程度，由第一液位传感器控制的泵开始工作，将收集水罐中的水泵入至所述多层热水储罐的进水口中，水进入外罐中，并通过罐壁上的通孔流入其他罐中，水在相邻的罐之间流通。

通过加热管加热，调控内罐中的水的温度。

根据所述吸热过程设备所需要的温度的不同，选择不同的调控阀门，分别可以使内罐、中间罐和/或外罐中的水即不同温度的水从出水口流出。按需要选择的不同温度的热水流入至所述吸热过程设备的夹套中，持续地给吸热过程设备提供热量。经热交换后，夹套中的温度下降的水通过夹套出水口流出。该流出的水经流入太阳能加热器加热后，温度提高，流入至收集水罐中。

以上整个系统形成循环，热能得以反复循环地回收再利用，使生产能耗降至极小。

进一步地，本发明热能回收再利用方法，还可以包括回收再利用放热过程所产生的热量的步骤，即还包括以下步骤：

水，优选地为生产用净水，流入至放热过程设备的夹套中，经热交换后从夹套中流出，流入至预热净水储罐中。

或，水，优选地为生产用净水，流入至预热净水储罐中。

或，水，优选地为生产用净水，流入用于回收高温废气废水的热能的热交换器中，经热交换后，温度升高的水从所述热交换器的出水口流出，流入至预热净水储罐中。

水自预热净水储罐中流出，通过管道连通，流入至太阳能加热器中。水自太阳能加热器流出后，进入前述热能回收再利用过程中，循环往复，热能得以回收再利用，能耗极小。

水自预热净水储罐中流出，还可以通过管道连通，流入至吸热过程设备中作为生产用水或吸热反应用水。在吸热过程设备中要加热的生产用净水则从预热净水储罐中取用，进一步减少了加热的能耗。

本发明提出的多层热水储罐、热能回收再利用系统以及热能回收再利用方法，其有益效果包括：回收、节省能量，降低产品的单位能耗。可以精确控温，避免局部温度过高，有利于达到工艺要求，保证产品质量。由于散热与散热面积的大小及散热面与外界的温度差有关，多层热水储罐设计减少了散热面积，降低了散热面的温度，使热量损失减到最小。多层热水储罐设计只需要一个加热管，减少了加热设备。多层热水储罐设计只控制加热内储罐的水温，减少了控温设备。多层热水储罐设计只需一个液面控制系统，减少液面控制设备。多层热水储罐设计各罐热水液面高度一致，上面所留空间小，可以达到近乎最优的容积利用率。

本发明中，对每个设备而言，往往要求在较短的时间达到设定的温度，如果用电加热就要求设备的电功率比较大。用热水储罐可以预先用较长的时间对储水罐加热，再通过热水传递给用热设备，因而可减小电加热功率。同时由于不需要对每个设备加热，可以节省设备成本。而且可以在晚上利用低谷进行加热，可以节省开支，也有利于整个电网的均衡发电。本发明通过前述多个途径把能量管起来，综合利用，总能耗就可以大大降低，适于广泛应用。

本发明采用所述多层热水储罐作为热源，取代只用蒸汽(或电)一个能量来源对各个吸热过程进行加热，加热后的余热回到收集水罐；多层热水储罐则从收集水罐补充进水；还可以用放热过程所产生的热量加热生产用的净水，收集起来注入预热净水储罐，供生产使用，降低能量消耗；通过这些途径把能量管起来，综合利用，总能耗就可以大大降低，适于广泛应用，有效地将化工医药产业的生产制造过程中产生的热能有效地回收并再利用，使生产能耗得到极大降低，为实现在大规模化工医药产业中实现环保、绿色、降能耗提供了解决方案。

附图说明

图1为本发明多层热水储罐的结构示意图。

图2a为本发明多层热水储罐的剖面示意图。

图2b为本发明科德多层热水储罐另一种结构的剖面示意图。

图3a为本发明热能回收再利用系统应用于吸热过程热能回收再利用的示意图。

图3b为本发明热能回收再利用系统应用于放热过程热能回收再利用的示意图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

如图1-3所示，1-内罐；2-中间罐；3-外罐；4-加热管；5-出水口；6-隔热层；7-通孔；8-第一液位传感器；9-进水口；10-放空管；11-收集水罐；111-收集水罐的放空口/溢水口；112-泵；113-第二液位传感器；12-吸热过程设备；13-放热过程设备；14-热交换器；15-太阳能热水器；a-夹套；b-保温层；16-预热净水储罐；161-第三液位传感器；162-预热净水储罐的放空口/溢水口。

本发明提出了一种多层热水储罐A，包括：由内向外依次嵌套的一个内罐1、至少一个中间罐2、以及一个外罐3。如图1、图2a、图2b所示，本发明多层热水储罐包括一个内罐1，一个中间罐2，一个外罐3。

本发明科德多层热水储罐中，各罐内可储存水。内罐1、中间罐2、外罐3的形状不限，可以是圆柱体、立方体或其他任意适宜的形状。在具体实施例中，本发明科德多层热水储罐可以是多层结构，如图2a所示；也可以是多层夹套式结构，如图2b所示。

外罐3的外壁上设有进水口9。内罐1、中间罐2、外罐3，每一个罐的底部分别各设有出水口5，通过调控阀门开关，各罐中的水可以从分别对应的出水口5流出，也可以是两个或多个罐中的水同时流出。

在内罐1的罐壁上、中间罐2的罐壁上分别设有一个通孔7，还可以设有多个通孔7。通孔7使相邻两罐之间形成连通，使内罐1和与其相邻的中间罐2之间、相邻的两个中间罐2之间、外罐3和与其相邻的中间罐2之间的不同温度的水之间发生流通。

通孔7使多层热水储罐中的多个罐的水位趋于相同，当其中的任何一个罐向外输出水时，其他罐的水会通过通孔7补充进来，直到各罐的水位相同。

内罐1、中间罐2和外罐3的罐壁均为隔热层6，以隔热层将内罐1与中间罐2、中间罐2 与外罐3、中间罐之间加以分隔，此隔热层6所起的隔热效果是在于使相邻各罐之间的热量传导受到一定的阻隔，使相邻罐之间形成温度差，多罐之间呈阶梯式温度差。通孔7使水在相邻罐间可以流通，内罐从中罐补充水，由加热管4加热到设定的温度。中罐同时从内罐和外罐补充水，内罐的水温高于中罐，而外罐水温低于中罐，混合后与中罐相差不多。外罐从中罐和收集水罐补水，两种水的温度也会均衡一下。通常由于各热水储罐水量很大，经过通孔7进来的水量相对比较少，对各罐内的水温的变化影响较小。

内罐1的中央设有加热管4，内罐中的水以上下对流循环的方式运动传递热量。通过温度传感器T1的控制加热管4可调控内罐1中的水温。加热管4可以是通蒸汽，也可以是电加热管，还可以是适宜的可提供热源的其他加热装置。

内罐1是加热罐，罐内温度最高。内罐1的壁将热量部分传给中间罐的内壁，为中间罐水的热源，同理，中间罐与外罐之间的壁是外罐水的热源。中间罐和外罐中的水也以上下对流循环的方式运动传递热量。相邻各罐的水通过通孔7可以进行流通，在不用水时水流动不多，对热量在罐与罐之间的传递影响较小。优选地，中间罐2的温度低于内罐1的温度，外罐3的温度低于中间罐2的温度，这样的构造最节省能量。优选地，内罐1的水温可设定为95℃,经隔热层6，温度递减，中间罐2的水温为75～80℃，外罐3的水温为55～65℃。

内罐1、中间罐2和外罐3均分别设置有温度传感器T，输出并显示各罐的温度信息。内罐1的温度传感器T1同时还控制蒸汽阀或电加热管，使内罐1中的热水保持一定的目标温度, 如95℃。中间罐2和外罐3的温度会有波动，在使用时通过各自对应的温度传感器显示实时的实际温度。各罐的温度传感器，如图1、图2a、图2b中的T，如图3中的T1、T2、T3。中间罐可以是一个，也可以是两个或数个。多个中间罐之间的水温形成梯度差。

进一步地，由于内罐的壁是中间罐的热源，中间罐的壁是外罐的热源，只有外罐3之外壁是多层热水储罐唯一的散热面，它的表面温度比较低，而且在其上面设有厚的保温层b，以更好地防止整个多层热水储罐热量的散失。因此，本发明多层热水储罐的散热是非常小的。

进一步地，外罐3中安装有第一液位传感器8。当多层热水储罐的任何罐出水，会引起各罐包括外罐3中的液位下降，下降到一定程度时，第一液位传感器8控制水泵112通过外壁上的进水口9向外罐3补充水，保持多层热水储罐内的总水量不变。当第一液位传感器8检测到液面回复至原水位时，则控制水泵112暂停工作。

进一步地，各罐内的空气相通，且外罐3顶部设置放空管10，消除因水位变化引起的罐内压力。

如图3a所示，本发明还提出一种热能回收再利用系统，用于回收再利用吸热过程中产生的热能，该系统包括：多层热水储罐、收集水罐11、和具有夹套a的吸热过程设备12。

其中，多层热水储罐的出水口5与夹套a的进水口通过管道连通；夹套a的出水口连通太阳能热水器15的进水口。太阳能热水器15的进水口还可以外接软化管道水。太阳能热水器 15的出水口与收集水罐11的进水口通过管道连通。收集水罐11的出水口与多层热水储罐的进水口9通过管道连通。

具体实施中，太阳能热水器15的进水口可以外接软化管道水，还可以连接吸热过程设备夹套的出水口，也可以两者都连接上。太阳能热水器15的进水口外接软化管道水和/或吸热过程设备夹套的出水口。太阳能热水器15的出水口与收集水罐11通过管道连通。

太阳能热水器15与收集水罐11连通，主要接受从吸热设备夹套的出来的回收水，加热后流入收集水罐11。它也连接软化管道水。一般情况此软化管道水阀门不开，当收集水罐11水不足时阀门打开。收集水罐设有第二液位传感器113，由第二液位传感器113控制太阳能热水器15进水管道阀门，当收集水罐11中水位高至预设的位置，停止从软化管道水的进水。

收集水罐11设有至少一个出水口，可以一个或多个。在收集水罐的出水口与多层热水储罐的进水口9之间设有泵112，将回收各工序出来的热水通过泵112泵到多层热水储罐中。泵 112的开启或停止工作受第一液位传感器8调控。收集水罐11通过泵112将该罐内的回收水送入多层热水储罐中，通过进水口9进入到外罐3中。

收集水罐11的顶部设有放空口/溢水口111，消除因水位变化引起的罐内压力，水位过高时溢出，溢出过多的回收水。

收集水罐11的外壁设有保温层，使罐内水的热能不发生损耗。

本发明热能回收再利用系统中，多层热水储罐处于高位，收集水罐11处于低位，吸热过程设备12设置在中间位置，水可以自然地流动，通过阀门选择需要的温度，如，高温蒸汽或多层热水储罐各罐(内罐、中间罐、外罐)的出水，并控制热水流速，出水流到收集水罐11。

优选地，所述多层热水储罐及热能回收再利用系统中，所有涉热设备包括反应釜及釜外设有的热交换层、热水储罐、收集水罐、管道、热水连接管道等均外设有保温层，以减少热能的损耗。由于多层热水储罐输出的水都回收进收集水罐的水再通过泵112送回多层热水储罐，只需要补充少量可能损失的水，这个由收集水罐上的液位传感器控制从软化管道水补充。收集水罐11的水量取决于所有吸热过程所用的水量。

太阳能热水器15，主要给进收集水罐11的回收水和是软化管道水增加些温度，减少多层热水储罐中的加热。

如图3b所示，本发明热能回收再利用系统进一步包括：具有夹套a的放热过程设备13、热交换器14以及预热净水储罐16，从而实现既对吸热过程中产生的热能进行回收再利用，同时又对放热过程中产生的热能的回收再利用，更全面充分地对生产环境中各种吸热过程及放热过程进行热能回收再利用。

夹套a的进水口外接生产用净水；夹套a的出水口通过管道连通预热净水储罐16的进水口。具体地，如果放热过程设备13需要更低的温度，则可用低温冷却水流入所述放热过程设备13的夹套a中。可利用制冷机制备低温冷却水。

热交换器14是指用于回收高温废气废水的热能的热交换器14，通过热交换将生产环境中的高温废气高温废水所带的热能转移到水上，废气废水转为冷的废气废水，而提高了温度的水流入至预热净水储罐16中，热能得以保存。热交换器14的进水口外接生产用净水。热交换器 14的出水口与预热净水储罐16通过管道连通。

具体地，有高温废气、高温废水时,开通生产用净水，在热交换器14处发生热交换，用完关闭。高温废气、高温废水在热交换器14中把热量传递给冷生产用净水，经热交换后，温度升高了的水从热交换器14流出，通过管道流入预热净水储罐16中，预热净水储罐16设有温度传感器T4。

本发明提出热能回收再利用方法，用于对吸热过程中所发生的热能的回收再利用。采用本发明多层热水储罐及热能回收再利用系统，其包括以下步骤：

水流经太阳能热水器15，流入至收集水罐11中；

由泵112将收集水罐11的水泵入至多层热水储罐的进水口9；

水流经太阳能热水器15，流入至收集水罐11中；由泵112将收集水罐11的水泵入至多层热水储罐的进水口9，水进入外罐，并通过通孔7进入中间罐、内罐；

通过加热所述加热管4，调控所述内罐1中的水的温度；

根据所述吸热过程设备所需要的温度的不同，选择选用不同温度的水，使所述内罐1、中间罐2和/或外罐3中的水从出水口5流出，流入至所述吸热过程设备12的夹套a中，经热交换后，温度下降的水通过所述夹套a的出水口流出，再流经太阳能热水器15加热后流入所述收集水罐11中；

当所述多层热水储罐中的液位下降，由第一液位传感器8控制的泵112将水泵入至所述多层热水储罐的进水口9中，水进入所述外罐3中，并通过所述通孔7在相邻的罐之间流通。

当多层热水储罐中的液位下降时，由第一液位传感器8控制的泵112将收集水罐11中的回收水泵入至多层热水储罐的进水口9，进入外罐3中；外罐3中的水量增加，水通过通孔7 流通入中间罐、内罐，从而使多层热水储罐中的液位抬升，直至回复至原位；当第一液位传感器8检测至液位回复至原位时，即调控泵112停止工作，收集水罐11中的水不再泵入多层热水储罐；

收集水罐11回收从吸热过程设备12的夹套a中所流出的回收水。

多层热水储罐采用中央加热的方式，通过加热管4调控内罐1中的水的温度。热量从内罐向中间罐及外罐逐步传递。内罐、中间罐、外罐之间以隔热层间隔，储罐之间通过隔热层一定程度上限制传热速度及效率，从而使各罐之间形成一定程度的阶梯式的温度差，优选地，使相邻的各储罐之间存在约有15-20℃的温差。

根据吸热过程设备12及其吸热过程设备所需温度的不同，可以选择不同的阀门调控，分别从多层热水储罐的内罐1、中间罐2和/外罐3中引入不同温度的热水流。可以是从单罐流出的水，还可以是从两罐中同时流出的混合的水，以满足实际需要的温度。该热水从出水口流出后，流入至吸热过程设备12的夹套a中，水的热量被吸热过程设备中发生的吸热过程所吸收。

热水进入夹套a中，调控并保持整个吸热过程设备处于稳定、均衡的受热状态，使吸热过程设备内的各处的温度基本一致，避免了现有技术中反应的局部位置存在温度过高或偏低的情况，导致反应过度或反应不足的技术问题。

随着吸热过程设备的进行并吸收热量，经热交换后，夹套a中的水的温度下降。该温度下降的水通过夹套a的出水口流出，流入收集水罐11中。

接着，当多层热水储罐中的液位下降时，由第一液位传感器8控制的泵112将收集水罐 11中的回收水泵入至多层热水储罐中。按如上方法循环往复。

在所述热能回收再利用系统及方法中，通过多层热水储罐提供的不同温度的热水，既给吸热反应提供了热能的来源，也实现了均匀供热使反应更佳的目的，又利用该吸热反应使水温下降，回收至收集水罐11并处于保温状态下。当需要时，该回收水又补充入多层热水储罐中并在罐内流通，受内罐1中央加热的调控及隔热层的设置，形成各罐中的阶段温度差的热水存储。根据吸热过程设备内反应温度的不同需求，调节阀门开关，将符合需求的热水引入吸热过程设备即可。如此循环往复，不需要消耗外界提供的额外能量。

进一步地，本发明还提出另一种热能回收再利用方法，所述方法包括放热过程设备13所放出的热量的回收再利用。即，将软化管道水注入至放热过程设备13的夹套a中，放热过程设备中进行的化学反应释放出大量的热能，该热能被夹套a中的水吸收，从而使该水的温度升高。温度升高的水从夹套a的出水口流出，流至收集水罐11中。当多层热水储罐中的液位下降时，由液位传感器8控制的泵112将收集水罐11中的回收水泵入至多层热水储罐中。按如上方法循环往复。

当夹套a中需要流入更低温度的水时，则可用低温冷却水。用低温冷却水冷却，出水回到制冷机。

所述方法包括利用太阳能热水器15进行太阳能热能的利用。太阳能热水器15的进水口外接软化管道水，通过太阳能热水器15工作，将太阳能转化为水温提高并储存，温度升高的水经太阳能热水器15的出水口传送至收集水罐11中存储起来，当多层热水储罐中的液位下降时，由第一液位传感器8控制的泵112将收集水罐11中的回收水泵入至多层热水储罐中。按如上方法循环往复。

优选地，加热工序一般选择比所需温度高15℃以上的水通入即可，也可以从二个储罐同时取水以达到所需的温度。

优选地，对于要冷却的工序，则要选比需要冷到的温度低10℃以下的水，如果被冷却的是蒸汽，往往带有大量的汽化热，可以先用自来水在热交换器将蒸汽冷凝成液体，再用冷却水冷到需要的温度。

多层热水储罐作为热源取代只用蒸汽(或电)一个能源供应不同的需热过程。各需热设备根据需要的温度选择输入热水的温度，从设备的出水流入收集水罐。需热过程超过100℃则用蒸汽(或电)加热。需热过程可以是化学反应、中药提取、水抽提液的浓缩、有机溶剂的蒸馏等各类过程。

本发明中回收不同的放热过程的放出的热，向系统中的设备通入管道水冷却，出来的热水流入收集水罐；也可以用净水冷却，出来的热水流入预热净水储罐。回收的余热可以是酸碱中和反应产生的、氧化还原反应产生的、遇水分解反应产生的等等各种反应余热。回收的余热还可以是蒸气液化、液体冷却和凝固放出的热量。对于生产中产生的热的废气、废水，设备的冷却水的热量通过热交换器回收到收集水罐或预热净水储罐。

需控制的温度低于管道水时用低温冷却水冷却，出来的热水流回制冷机。

对没有蒸汽供应的工厂，可采用电加热多层热水储罐，再用热水夹套加热代替设备的直接电加热。

实施例1

加热是化工厂和中药厂不可缺少的工艺，现有技术中，大多采用搅拌式夹套蒸气加热反应釜。热量从釜壁向反应液传递是接触传递，而反应液内是搅拌传递，实际上由于传热的原因釜壁反应液与中间反应液的温度可有7-8℃的差别。而在反应液的上部边缘处往往高出许多，这是由于蒸气温度太高，使釜壁局部温度太高之故。这样的温度不均匀往往对反应产生不利影响，产品的质量和得率降低。而利用本发明提供的方案则可避免前述问题。对提取或反应温度低于 100℃的情况都可以适用本发明的系统及方法。如本发明中，吸热反应过程设备12中，采用夹套a即热水夹套加热，不会有局部过热的情况发生，温度控制更加平稳和准确。

从热能看：蒸气的特点是热量高、体积大、质量小；而热水比蒸汽密度大得多。根据粗算， 1立方120℃蒸汽，所含的蒸发热量相当于1立方水降温10℃所释放的热量相差不大。

电加热，要将1立方水升温50℃，需能量1000×4.184kJ/kg℃×50＝209200kJ，如果在半小时中达到，则需功率116千瓦。但如果采用本发明系统中热水罐的水，同样多的能量可以在24小时中输入到热水罐中去，然后集中使用。理论上所需的电功率仅为116千瓦的1/48，使热功率得到显著降低，因而从加热设备上可以减少许多投入。

实施例2

在中药厂和化工厂水溶液浓缩是最常用的工艺，例如多效蒸发器。但是，有些化学成分热不稳定，不宜在高温下长时间加热，用压力蒸汽加热温度很难控制，产品质量不能保证。采用本发明回收系统，可以解决这个问题。如果这些成分可以耐65℃，则可以用减压蒸馏，由于在25kPa水沸点为65℃，一般的蒸水工序可以用一个WLW-50真空泵，将真空度抽到25kPa以下，选合适的热水加热到65℃以上就可以了，出来的水通入收集水罐11。这样不必用压力蒸汽了。如果化学成分耐温度更低，只要提高真空度也可以浓缩，加热也可以用温度再低一些的水，但速度要更慢了。

实施例3

萃取是化工、医药工厂常用的纯化工艺，萃取中的有机溶剂包括：卤代烃如氯仿、二氯甲烷等，芳香烃如苯等，脂肪烃如煤油、石油醚等，酯类如乙酸丁酯、乙酸乙酯等。萃取后的有机相要蒸去溶剂，沸点低于100℃的溶剂的蒸馏过程都可以用本发明提供的热能回收再利用系统及方法。以二氯甲烷为例，萃取后要蒸掉二氯甲烷，沸点为39.75℃，蒸馏可以用50-60℃的水加热，如，用外罐3流出的热水，最后一段溶液很浓时可改用更高一些温度的水，如，用中间罐2流出的热水。

从吸热过程设备12中的夹套出来的水可以回到收集水罐11中。而收集二氯甲烷时，在放热过程设备13的冷凝器中进行，流入冷凝器的夹套a中的冷却水要用低温冷却水，出来的水温度仍然低于自来水，可以回到制冷机。

实施例4

酸碱中和也是化工厂常见工艺包括无机酸性化合物和碱性化合物，有机酸和有机碱，放出大量的热，现有技术中不回收这些热量，是一种损失。酸碱中和生成水，生成焓-286kJ/mol，产生1公斤水放热15889千焦耳，可使76公斤水温度升高50℃，可见可回收热量很可观。酸碱中和反应中要控制温度，缓慢反应，利用本发明系统及方法，酸碱中和反应在放热反应过程设备13的反应釜中进行，用软化管道水注入到放热过程设备13的夹套中，放热反应中释放的热能传递至夹套a中的水，使其温度升高，从该夹套中流出的水通过管道传送收集水罐11中。放热反应中释放的热能转而以收集水罐11中的温水方式存储起来，供本发明系统中循环往复使用。

除了酸碱中和，化工厂中其他放热反应还有很多，例如氧化还原反应，遇水分解反应等等。反应放出的大量热也都可以回收。通常冷却水都是放掉的。如果用水冷却，出水可以送到收集水罐。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (9)

1.一种多层热水储罐，其特征在于，包括：由内向外依次嵌套的内罐(1)、至少一个中间罐(2)以及外罐(3)；其中，

所述内罐(1)的中央设有加热管(4)；

所述内罐(1)、所述中间罐(2)和所述外罐(3)的底部分别设有出水口(5)；所述外罐(3)的外壁上设有进水口(9)；

所述内罐(1)、所述中间罐(2)的罐壁上分别设有至少一个通孔(7)；

所述内罐(1)、所述中间罐(2)和所述外罐(3)分别设有温度传感器(T)；

所述内罐(1)、所述中间罐(2)和所述外罐(3)的罐壁均为隔热层(6)；

所述内罐(1)、中间罐(2)和外罐(3)为多层设置或多层夹套式设置；所述内罐(1)、所述中间罐(2)、所述外罐(3)为圆柱体、立方体、球状。

2.如权利要求1所述的多层热水储罐，其特征在于，进一步地，所述外罐(3)设有第一液位传感器(8)；所述外罐(3)顶部设有放空管(10)；所述外罐(3)外壁设有保温层。

3.如权利要求1所述的多层热水储罐，其特征在于，相邻的所述内罐(1)与所述中间罐(2)之间的水温差为15～20℃；相邻的中间罐(2)与中间罐(2)之间的水温差为15～20℃；相邻的中间罐(2)和外罐(3)之间的水温差为15～20℃；所述内罐(1)的水温为95℃,所述中间罐(2)的水温为75～80℃，所述外罐(3)的水温为55～65℃。

4.一种热能回收再利用系统，其特征在于，其包括：如权利要求1所述的多层热水储罐、收集水罐(11)、具有夹套(a)的吸热过程设备(12)、以及太阳能热水器(15)；

其中，所述多层热水储罐的出水口(5)与所述夹套(a)的进水口通过管道连通；

所述夹套(a)的出水口与所述太阳能热水器(15)的进水口通过管道连通；

所述太阳能热水器(15)的进水口外接软化管道水；所述太阳能热水器(15)的出水口与所述收集水罐(11)通过管道连通；

所述收集水罐(11)的出水口与所述多层热水储罐的进水口(9)通过管道连通；在所述收集水罐(11)的出水口与所述进水口(9)之间设有泵(112)。

5.如权利要求4所述的热能回收再利用系统，其特征在于，所述收集水罐(11)设有放空口/溢水口(111)、第二液位传感器(113)。

6.如权利要求4所述的热能回收再利用系统，其特征在于，所述收集水罐(11)设有保温层。

7.如权利要求4所述的热能回收再利用系统，其特征在于，进一步包括具有夹套(a)的放热过程设备(13)、热交换器(14)、预热净水储罐(16)；

所述预热净水储罐(16)设有至少一个进水口，设有至少一个出水口；

所述放热过程设备(13)的夹套(a)的进水口外接生产用净水；所述夹套(a)的出水口与所述预热净水储罐(16)的进水口通过管道连通；

所述热交换器(14)的进水口外接生产用净水；所述热交换器(14)的出水口与所述预热净水储罐(16)通过管道连通；

所述预热净水储罐(16)的出水口通过管道连通至吸热过程设备(12)或太阳能热水器(15)；

所述预热净水储罐(16)设有第三液位传感器(161)、放空口/溢水口(162)、保温层。

8.一种热能回收再利用方法，其特征在于，采用如权利要求4-7之任一项所述的热能回收再利用系统，所述热能回收再利用方法包括以下步骤：

水流经太阳能热水器(15)加热后，流入至收集水罐(11)中收集；当多层热水储罐中的液位下降，由第一液位传感器(8)控制的泵(112)将水泵入至所述多层热水储罐的进水口(9)中，水进入外罐(3)中，并通过通孔(7)在相邻的罐之间流通；

通过加热管(4)加热，调控内罐(1)中的水的温度；

根据吸热过程设备(12)所需要的温度的不同，打开不同的出水口(5)，使内罐(1)、中间罐(2)和/或外罐(3)中不同温度的水从出水口(5)流出，流入至吸热过程设备(12)的夹套(a)中，经热交换后，温度下降的水通过所述夹套(a)的出水口流出，再经太阳能热水器(15)加热后流入收集水罐(11)中回收。

9.如权利要求8所述的热能回收再利用方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

生产用净水注入至预热净水储罐(16)中，或先注入至放热过程设备(13)的夹套(a)中，吸收放热过程所释放的热能，经热交换后温度升高的水从所述夹套(a)的出水口流出，流至所述预热净水储罐(16)中；或先注入至用于回收高温废气废水热能的热交换器(14)中，经热交换后，温度升高的水从所述热交换器(14)的出水口流出，流至所述预热净水储罐(16)中；

所述预热净水储罐(16)中的水通过管道流入吸热过程设备(12)或太阳能热水器(15)中。

Images