CN111853913A - 一种提升低废热和回收高废热联合系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提升低废热和回收高废热联合系统及其运行方法，包括蓄热分层储罐上连接低废热提升机构、高废热回收机构和供热加温机构，底部连接低温回水管；低废热提升机构包括低热提升管路和低热循环回路，低热提升管路上串接低热吸热循环泵和水源热泵设备，低热循环回路按照水流方向呈闭合串接低温废热产生设备、废热池、低温供热循环泵、水源热泵设备、冷却水池及设备冷却循环泵；高废热回收机构包括高热回收管路，高热回收管路上串接高热回收循环泵和高温废热产生设备；供热加温机构包括供水循环回路和高温供热管路，供水循环回路按照水流方向呈闭合串接锅炉循环泵、热水锅炉及板式换热设备，高温供热管路上串接供热循环泵和板式换热设备。

Description

一种提升低废热和回收高废热联合系统及其运行方法

技术领域

本发明属于热交换技术领域，涉及一种采暖供水系统，特别是一种提升低废热和回收高废热联合系统及其运行方法。

背景技术

随着国内经济的高速发展，人民生活水平的持续改善，人们对生活采暖和生活热水的需求越来越大，我国北方地区甚至是部分南方地区出现持续性的冬季供暖需求缺口。

供热系统采暖回水在30～35度左右，现有方案中是将30～35度低温回水直接由电锅炉等供热设备加热至50～55度进行供暖，则能耗费用增高，严重浪费能源，增加供暖成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种利用低温废热源通过热泵提升40～45度时能效比最高的特性，利用低废热与高废热进行初级升温以减省能源消耗的提升低废热和回收高废热联合系统及其运行方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种提升低废热和回收高废热联合系统，包括蓄热分层储罐，所述蓄热分层储罐上连接低废热提升机构、高废热回收机构和供热加温机构，所述蓄热分层储罐的内腔划分成下部的冷水区、中部的温水区和上部的热水区，所述蓄热分层储罐的底部连接低温回水管；所述低废热提升机构包括低热提升管路和低热循环回路，所述低热提升管路的进水口连通所述蓄热分层储罐的冷水区，所述低热提升管路的出水口连通所述蓄热分层储罐的温水区，所述低热提升管路上串接低热吸热循环泵和水源热泵设备，所述低热循环回路按照水流方向呈闭合串接低温废热产生设备、废热池、低温供热循环泵、水源热泵设备、冷却水池及设备冷却循环泵；所述高废热回收机构包括高热回收管路，所述高热回收管路的进水口连通所述蓄热分层储罐的冷水区，所述高热回收管路的出水口连通所述蓄热分层储罐的热水区，所述高热回收管路上串接高热回收循环泵和高温废热产生设备；所述供热加温机构包括供水循环回路和高温供热管路，所述供水循环回路按照水流方向呈闭合串接锅炉循环泵、热水锅炉及板式换热设备，所述高温供热管路的进水口连通所述蓄热分层储罐的热水区，所述高温供热管路的出水口为采暖供水口，所述高温供热管路上串接供热循环泵和板式换热设备。

本提升低废热和回收高废热联合系统，由于供热温度的提升，高温采暖供水的焓值提高，可以降低整体供热系统流量，这样不仅可以减小采暖设备输送管径的大小，降低造价投资，同时也降低了供热循环泵的使用电耗，有效降低运行成本。另为满足水源热泵设备低温差、大流量系统的需求，在系统内设置了蓄热分层储罐，以提高水源热泵设备进出口的循环倍率，这样即满足水源热泵设备进出口流量需求，弥补整个系统流量减少的不足，又可以逐步提高采暖回水的温度，满足水源热泵设备低温差大流量的工况。

在上述的提升低废热和回收高废热联合系统中，所述温水区又划分成位于下方的低温水区和位于上方的高温水区，所述低温水区挨着所述冷水区，所述高温水区挨着所述热水区，所述低热提升管路的出水口连通所述高温水区。

在上述的提升低废热和回收高废热联合系统中，所述水源热泵设备包括蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀，所述蒸发器串接在所述低热循环回路中，所述冷凝器串接在所述低热提升管路中。水源热泵设备为现有设备，故对其结构及作用原理不进行详细描述。

在上述的提升低废热和回收高废热联合系统中，所述板式换热设备包括高温换热板和低温换热板，所述高温换热板串接在所述供水循环回路中，所述低温换热板串接在所述高温供热管路中。板式换热设备为现有设备，故对其结构及作用原理不进行详细描述。

在上述的提升低废热和回收高废热联合系统中，在所述高温供热管路上与所述板式换热设备并接混水调节阀。采用了混水调节阀系统，可以减小板式换热设备的流量限制，并降低管网系统阻力，有效降低系统供热循环泵的运行电耗，这样升温后的高温采暖供水，可以避免由于高温运行带来的热泵能效比降低影响。

在上述的提升低废热和回收高废热联合系统中，所述低温回水管上串接除污器。

提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法，包括以下内容：

1)、低温采暖回水通过低温回水管流入蓄热分层储罐底部的冷水区内，以进行低温补水；

2)、蓄热分层储罐冷水区内的低温水在低热吸热循环泵的带动下进入低热提升管路，并流经水源热泵设备；低温废热产生设备的低废热水在低温供热循环泵的驱动下流入废热池，再进入水源热泵设备与低温水进行热交换，低废热水降温后由设备冷却循环泵送入冷却水池再回流至低温废热产生设备进行下一轮循环；低温水在水源热泵设备中吸热后形成提温水回流至蓄热分层储罐温水区内；

3)、蓄热分层储罐冷水区内的低温水在高热回收循环泵的带动下进入高热回收管路，并流经高温废热产生设备，低温水在高温废热产生设备中吸热后形成升温水回流至蓄热分层储罐热水区内；

4)、蓄热分层储罐热水区内的高温水在供热循环泵的带动下进入高温供热管路，并流经板式换热设备；通过锅炉循环泵将低温循环水打入热水锅炉，低温循环水在热水锅炉中被加热至高温循环水，高温循环水再进入板式换热设备与高温水进行热交换，放热后高温循环水降温至低温循环水进行下一轮循环；高温水在板式换热设备中吸热后形成高温采暖供水，最终通过采暖供水口流向各个采暖设备。

采用了热泵在低温热源提升到40～45度时能效比最高的特性，将低温废热源通过热泵进行温度提升，使30～35度的低温回水提升至40～45度，这部分热水其中一部分可以直接给地暖系统进行供热，另一部分可由供热设备再加温至50～55度热水给二次管网供热。

在上述的提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法中，低温采暖回水的温度范围是30～35℃，提温水的温度范围是40～45℃，升温水的温度范围是40～45℃，低温循环水的温度是70℃，高温循环水的温度范围是90～95℃，高温采暖供水的温度范围是50～55℃。

在上述的提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法中，步骤2)、3)和4)同时进行。

在上述的提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法中，低温采暖回水在进入蓄热分层储罐之前，先通过除污器过滤清除低温采暖回水内的杂质，以避免杂质进入循环系统中。

与现有技术相比，本提升低废热和回收高废热联合系统及其运行方法具有以下优点：

本系统采用了先并联再串联的混合连接运行模式，比纯并联运行模式可降低循环泵电耗，利用串联循环泵即前后两个循环泵的输出扬程叠加原理，可有效提升扬程输出，克服系统阻力，在相同系统阻力的情况下，并联运行的循环泵只要克服对应的设备阻力即可，无需克服后端的系统阻力，而系统阻力由串联的循环泵去克服；并避免了并联运行时循环泵之间互相抢水现象，由于先并联的循环泵扬程降低，故整体有效降低了系统运行电耗的输出。

附图说明

图1是本提升低废热和回收高废热联合系统的原理结构图。

图中，1、蓄热分层储罐；a、冷水区；b、低温水区；c、高温水区；d、热水区；2、低温回水管；3、低热提升管路；4、低热吸热循环泵；5、水源热泵设备；6、低热循环回路；7、低温废热产生设备；8、废热池；9、低温供热循环泵；10、冷却水池；11、设备冷却循环泵；12、高热回收管路；13、高热回收循环泵；14、高温废热产生设备；15、供水循环回路；16、锅炉循环泵；17、热水锅炉；18、板式换热设备；19、高温供热管路；20、供热循环泵；21、混水调节阀。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本提升低废热和回收高废热联合系统，包括蓄热分层储罐1，蓄热分层储罐1上连接低废热提升机构、高废热回收机构和供热加温机构，蓄热分层储罐1的内腔划分成下部的冷水区a、中部的温水区和上部的热水区d，蓄热分层储罐1的底部连接低温回水管2；低废热提升机构包括低热提升管路3和低热循环回路6，低热提升管路3的进水口连通蓄热分层储罐1的冷水区a，低热提升管路3的出水口连通蓄热分层储罐1的温水区，低热提升管路3上串接低热吸热循环泵4和水源热泵设备5，低热循环回路6按照水流方向呈闭合串接低温废热产生设备7、废热池8、低温供热循环泵9、水源热泵设备5、冷却水池10及设备冷却循环泵11；高废热回收机构包括高热回收管路12，高热回收管路12的进水口连通蓄热分层储罐1的冷水区a，高热回收管路12的出水口连通蓄热分层储罐1的热水区d，高热回收管路12上串接高热回收循环泵13和高温废热产生设备14；供热加温机构包括供水循环回路15和高温供热管路19，供水循环回路15按照水流方向呈闭合串接锅炉循环泵16、热水锅炉17及板式换热设备18，高温供热管路19的进水口连通蓄热分层储罐1的热水区d，高温供热管路19的出水口为采暖供水口，高温供热管路19上串接供热循环泵20和板式换热设备18。

本提升低废热和回收高废热联合系统，由于供热温度的提升，高温采暖供水的焓值提高，可以降低整体供热系统流量，这样不仅可以减小采暖设备输送管径的大小，降低造价投资，同时也降低了供热循环泵20的使用电耗，有效降低运行成本。另为满足水源热泵设备5低温差、大流量系统的需求，在系统内设置了蓄热分层储罐1，以提高水源热泵设备5进出口的循环倍率，这样即满足水源热泵设备5进出口流量需求，弥补整个系统流量减少的不足，又可以逐步提高采暖回水的温度，满足水源热泵设备5低温差大流量的工况。

温水区又划分成位于下方的低温水区b和位于上方的高温水区c，低温水区b挨着冷水区a，高温水区c挨着热水区d，低热提升管路3的出水口连通高温水区c。

水源热泵设备5包括蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀，蒸发器串接在低热循环回路6中，冷凝器串接在低热提升管路3中。水源热泵设备5为现有设备，故对其结构及作用原理不进行详细描述。

板式换热设备18包括高温换热板和低温换热板，高温换热板串接在供水循环回路15中，低温换热板串接在高温供热管路19中。板式换热设备18为现有设备，故对其结构及作用原理不进行详细描述。

在高温供热管路19上与板式换热设备18并接混水调节阀21。采用了混水调节阀21系统，可以减小板式换热设备18的流量限制，并降低管网系统阻力，有效降低系统供热循环泵20的运行电耗，这样升温后的高温采暖供水，可以避免由于高温运行带来的热泵能效比降低影响。

低温回水管2上串接除污器。

提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法，包括以下内容：

1)、低温采暖回水通过低温回水管2流入蓄热分层储罐1底部的冷水区a内，以进行低温补水；

2)、蓄热分层储罐1冷水区a内的低温水在低热吸热循环泵4的带动下进入低热提升管路3，并流经水源热泵设备5；低温废热产生设备7的低废热水在低温供热循环泵9的驱动下流入废热池8，再进入水源热泵设备5与低温水进行热交换，低废热水降温后由设备冷却循环泵11送入冷却水池10再回流至低温废热产生设备7进行下一轮循环；低温水在水源热泵设备5中吸热后形成提温水回流至蓄热分层储罐1温水区内；

3)、蓄热分层储罐1冷水区a内的低温水在高热回收循环泵13的带动下进入高热回收管路12，并流经高温废热产生设备14，低温水在高温废热产生设备14中吸热后形成升温水回流至蓄热分层储罐1热水区d内；

4)、蓄热分层储罐1热水区d内的高温水在供热循环泵20的带动下进入高温供热管路19，并流经板式换热设备18；通过锅炉循环泵16将低温循环水打入热水锅炉17，低温循环水在热水锅炉17中被加热至高温循环水，高温循环水再进入板式换热设备18与高温水进行热交换，放热后高温循环水降温至低温循环水进行下一轮循环；高温水在板式换热设备18中吸热后形成高温采暖供水，最终通过采暖供水口流向各个采暖设备。

采用了热泵在低温热源提升到40～45度时能效比最高的特性，将低温废热源通过热泵进行温度提升，使30～35度的低温回水提升至40～45度，这部分热水其中一部分可以直接给地暖系统进行供热，另一部分可由供热设备再加温至50～55度热水给二次管网供热。

低温采暖回水的温度范围是30～35℃，提温水的温度范围是40～45℃，升温水的温度范围是40～45℃，低温循环水的温度是70℃，高温循环水的温度范围是90～95℃，高温采暖供水的温度范围是50～55℃。

步骤2)、3)和4)同时进行。

低温采暖回水在进入蓄热分层储罐1之前，先通过除污器过滤清除低温采暖回水内的杂质，以避免杂质进入循环系统中。

与现有技术相比，本提升低废热和回收高废热联合系统及其运行方法具有以下优点：

本系统采用了先并联再串联的混合连接运行模式，比纯并联运行模式可降低系统循环泵电耗，利用串联循环泵即前后两个循环泵的输出扬程可叠加原理，可有效提升系统扬程输出，克服系统阻力，在相同系统阻力的情况下，并联运行的循环泵只要克服对应的设备阻力即可，无需克服后端的系统阻力，而系统阻力由串联的系统循环泵去克服；并可避免采用并联运行时各循环泵之间互相抢水的现象，由于先并联的循环泵扬程降低，故整体有效降低了系统运行电耗的输出。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了蓄热分层储罐1；冷水区a；低温水区b；高温水区c；热水区d；低温回水管2；低热提升管路3；低热吸热循环泵4；水源热泵设备5；低热循环回路6；低温废热产生设备7；废热池8；低温供热循环泵9；冷却水池10；设备冷却循环泵11；高热回收管路12；高热回收循环泵13；高温废热产生设备14；供水循环回路15；锅炉循环泵16；热水锅炉17；板式换热设备18；高温供热管路19；供热循环泵20；混水调节阀21等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种提升低废热和回收高废热联合系统，包括蓄热分层储罐，所述蓄热分层储罐上连接低废热提升机构、高废热回收机构和供热加温机构，其特征在于，所述蓄热分层储罐的内腔划分成下部的冷水区、中部的温水区和上部的热水区，所述蓄热分层储罐的底部连接低温回水管；所述低废热提升机构包括低热提升管路和低热循环回路，所述低热提升管路的进水口连通所述蓄热分层储罐的冷水区，所述低热提升管路的出水口连通所述蓄热分层储罐的温水区，所述低热提升管路上串接低热吸热循环泵和水源热泵设备，所述低热循环回路按照水流方向呈闭合串接低温废热产生设备、废热池、低温供热循环泵、水源热泵设备、冷却水池及设备冷却循环泵；所述高废热回收机构包括高热回收管路，所述高热回收管路的进水口连通所述蓄热分层储罐的冷水区，所述高热回收管路的出水口连通所述蓄热分层储罐的热水区，所述高热回收管路上串接高热回收循环泵和高温废热产生设备；所述供热加温机构包括供水循环回路和高温供热管路，所述供水循环回路按照水流方向呈闭合串接锅炉循环泵、热水锅炉及板式换热设备，所述高温供热管路的进水口连通所述蓄热分层储罐的热水区，所述高温供热管路的出水口为采暖供水口，所述高温供热管路上串接供热循环泵和板式换热设备。

2.根据权利要求1所述的提升低废热和回收高废热联合系统，其特征在于，所述温水区又划分成位于下方的低温水区和位于上方的高温水区，所述低温水区挨着所述冷水区，所述高温水区挨着所述热水区，所述低热提升管路的出水口连通所述高温水区。

3.根据权利要求1所述的提升低废热和回收高废热联合系统，其特征在于，所述水源热泵设备包括蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀，所述蒸发器串接在所述低热循环回路中，所述冷凝器串接在所述低热提升管路中。

4.根据权利要求1所述的提升低废热和回收高废热联合系统，其特征在于，所述板式换热设备包括高温换热板和低温换热板，所述高温换热板串接在所述供水循环回路中，所述低温换热板串接在所述高温供热管路中。

5.根据权利要求1所述的提升低废热和回收高废热联合系统，其特征在于，在所述高温供热管路上与所述板式换热设备并接混水调节阀。

6.根据权利要求1所述的提升低废热和回收高废热联合系统，其特征在于，所述低温回水管上串接除污器。

7.根据权利要求1所述的提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法，其特征在于，包括以下内容：

1)、低温采暖回水通过低温回水管流入蓄热分层储罐底部的冷水区内，以进行低温补水；

2)、蓄热分层储罐冷水区内的低温水在低热吸热循环泵的带动下进入低热提升管路，并流经水源热泵设备；低温废热产生设备的低废热水在低温供热循环泵的驱动下流入废热池，再进入水源热泵设备与低温水进行热交换，低废热水降温后由设备冷却循环泵送入冷却水池再回流至低温废热产生设备进行下一轮循环；低温水在水源热泵设备中吸热后形成提温水回流至蓄热分层储罐温水区内；

3)、蓄热分层储罐冷水区内的低温水在高热回收循环泵的带动下进入高热回收管路，并流经高温废热产生设备，低温水在高温废热产生设备中吸热后形成升温水回流至蓄热分层储罐热水区内；

4)、蓄热分层储罐热水区内的高温水在供热循环泵的带动下进入高温供热管路，并流经板式换热设备；通过锅炉循环泵将低温循环水打入热水锅炉，低温循环水在热水锅炉中被加热至高温循环水，高温循环水再进入板式换热设备与高温水进行热交换，放热后高温循环水降温至低温循环水进行下一轮循环；高温水在板式换热设备中吸热后形成高温采暖供水，最终通过采暖供水口流向各个采暖设备。

8.根据权利要求7所述的提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法，其特征在于，低温采暖回水的温度范围是30～35℃，提温水的温度范围是40～45℃，升温水的温度范围是40～45℃，低温循环水的温度是70℃，高温循环水的温度范围是90～95℃，高温采暖供水的温度范围是50～55℃。

9.根据权利要求7所述的提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法，其特征在于，步骤2)、3)和4)同时进行。

10.根据权利要求7所述的提升低废热和回收高废热联合系统的运行方法，其特征在于，低温采暖回水在进入蓄热分层储罐之前，先通过除污器过滤清除低温采暖回水内的杂质，以避免杂质进入循环系统中。

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