CN113465008A - 耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，属于供热设备技术领域，包括热泵机组、管路系统、终端热源设备、换热站以及终端供热，所述终端热源设备、所述热泵机组、所述换热站以及所述终端供热之间通过所述管路系统依次循环连接，所述热泵机组在高COP工况工作，用于将所述终端热源设备中的冷却水由所述管路系统依次输送至换热站以及终端供热，并回收冷却水废热，以制备45‑55℃区间的中温热水，用于生活热水以及供热。本发明实施例相较于现有技术，可多能互补，提高废热利用率，降低供热成本，提高供热可靠性，可无缝衔接现有蒸汽热源的供暖系统，降低蒸汽用量。

Description

耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备
技术领域
本发明属于供热设备技术领域，具体是一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备。
背景技术
传统的工业冷却水循环系统中，常需要将热工艺介质进行冷却。工业冷却水通过设备的换热器(如空压机，冷水机组、设备冷却、工艺冷却等)与工艺介质间接换热。热的工艺介质在热交换过程中降低温度，冷却水被加热而温度升高。管道进入冷却塔上端，流经冷却塔，在冷却塔内进行蒸发散热和传质散热，使高温度的水冷却，冷却后的水经塔下集水池自流至吸水池，由循环冷水泵提升加压，又送至全厂性循环水管网，供各生产装置及辅助设施使用 。如此往复循环。冷却水中的废热通过冷却塔蒸发，排到大气中。不同工厂的循环系统冷却水温度不同，涵盖常温冷却水（15~38℃）、中温（ 39~55℃ ）冷却水。针对不同常、中温不同冷却水的废热回收，没有高效的方式。
热回收的温度越高，应用越广；温度越低，利用效率越低甚至基本无法产生效益。传统的热回收均基于换热器端的高品热源回收。工业冷却水循环系统的热回收，传统使用水源热泵，其弊端若是回收水温高于45℃，其COP值低于3.8，热泵能耗高；那么同样热值，热泵的耗能与蒸汽的热值相比价格没有太明显的优势；水温低于45℃以下，其COP值可高于4.0，热泵能耗低，传统热泵所得的低品热水，仅单用于洗澡水，或单用于供暖；洗澡水一般都是按时间开放，大部分实际闲置，不用其间的热量没法发挥余热的作用而用于供暖。单独供暖，又不能满足极寒气温的负荷。洗澡水管网是开式系统，供热管网是闭式系统，两套系统无法融合。
考虑到生活用热一般在厂外，冷却水循环系统在厂内，厂内厂外的管道距离以及保温，循环泵功率等因素，工业循环水热回收在工厂内一般都无法利用，原因是相比于就近便利的蒸汽热源、热值和价格，热回收因无法调峰没有太大优势，很少去使用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明实施例要解决的技术问题是提供一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，包括热泵机组、管路系统、终端热源设备、换热站以及终端供热，
所述终端热源设备、所述热泵机组、所述换热站以及所述终端供热之间通过所述管路系统依次循环连接，
所述热泵机组在高COP工况工作，用于将所述终端热源设备中的冷却水由所述管路系统依次输送至换热站以及终端供热，并回收冷却水废热，以制备45-55℃区间的中温热水，用于生活热水以及供热。
作为本发明进一步的改进方案：所述换热站包括供暖换热器以及换热罐，所述供暖换热器以及换热罐均连接有蒸汽进管，
所述管路系统包括中温热水供水管、中温热水回水管、供暖水供水管、供暖水回水管以及洗澡热水管，
所述供暖换热器一端通过所述供暖水供水管与所述终端供热连接，另一端通过所述中温热水供水管与所述热泵机组连接，所述换热罐一端通过所述中温热水回水管与所述热泵机组连接，另一端通过所述洗澡热水管与终端供热连接，
所述终端供热还通过所述供暖水回水管与所述供暖换热器连接，所述换热罐一侧还连接有新增管道一与新增管道二，所述新增管道一以及新增管道二远离换热罐的一端均与供暖水回水管连通，新增管道一上设有阀门c、新增管道二上设有阀门b，中温热水供水管上设有阀门d，供暖水回水管上设置有阀门a。
作为本发明进一步的改进方案：所述换热罐内部设有盘管，所述盘管为铜管套铝翅片。
作为本发明进一步的改进方案：所述洗澡热水管上设有热水泵，所述换热罐还通过补水泵与外界水源连接，所述供暖水供水管上设有水泵，所述中温热水供水管上设有增压泵。
作为本发明再进一步的改进方案：所述管路系统还包括用于连接所述热泵机组与所述终端热源设备的冷却水供水管以及冷却水回水管。
作为本发明再进一步的改进方案：所述终端热源设备包括空压机冷却、冷冻机冷、机器设备冷却以及工艺冷却的一种或多种，所述终端供热包括处于不同高度的用户楼层。
作为本发明再进一步的改进方案：所述换热站与所述热泵机组之间还通过第一除垢组件连接，所述第一除垢组件包括软化水管。
所述换热站与所述终端热源设备之间还连接有热管换热器，所述热管换热器用于实现冷却水的热交换。
作为本发明再进一步的改进方案：所述热管换热器包括壳体以及若干热管，所述壳体内部固定设置有隔板，所述隔板将所述壳体内腔分隔成冷流体腔室以及热流体腔室，所述中温热水供水管与所述冷流体腔室连通，所述中温热水回水管与所述热流体腔室连通，
若干所述热管贯穿所述隔板，且热管一部分延伸至所述冷流体腔室内部，另一部分延伸至所述热流体腔室内部，所述热管位于冷流体腔室内部的部分为冷凝段，热管位于热流体腔室内部的部分为蒸发段。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例相较于现有技术，可多能互补，提高废热利用率，降低供热成本，提高供热可靠性，可无缝衔接现有蒸汽热源的供暖系统，降低蒸汽用量。
附图说明
图1为本发明用于供热水的结构示意图；
图2为本发明用于洗澡水的结构示意图；
图3为本发明中热管换热器的结构示意图；
图4为本发明中热管的结构示意图；
图中：1-热管、2-壳体、3-隔板、4-冷凝段、5-蒸发段、6-终端热源设备、61-空压机冷却、62-冷冻机冷却、63-机器设备冷却、64-工艺冷却、71-第一除垢组件、72-冷却水供水管、73-冷却水回水管、74-软化水管、75-中温热水供水管、76-中温热水回水管、77-供暖水供水管、78-供暖水回水管、79-洗澡热水管、8-换热站、81-供暖换热器、82-水泵、83-换热罐、84-补水泵、85-热水泵、9-蒸汽进管、10-冷却塔、11-热泵机组、12-热回收设备、13-增压泵、14-第二除垢组件、141-乙二醇介质管、15-热管换热器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
请参阅图，本实施例提供了一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，包括热泵机组11、管路系统、终端热源设备6、换热站8以及终端供热，所述终端热源设备6、所述热泵机组11、所述换热站8以及所述终端供热之间通过所述管路系统依次循环连接，所述热泵机组11在高COP工况工作，用于将所述终端热源设备6中的冷却水由所述管路系统依次输送至换热站8以及终端供热，并回收冷却水废热，以制备45-55℃区间的中温热水，用于生活热水以及供热。
请参阅图1，在一个实施例中，所述换热站8包括供暖换热器81以及换热罐83，所述供暖换热器81以及换热罐83均连接有蒸汽进管9，所述管路系统包括中温热水供水管75、中温热水回水管76、供暖水供水管77、供暖水回水管78以及洗澡热水管79，所述供暖换热器81一端通过所述供暖水供水管77与所述终端供热连接，另一端通过所述中温热水供水管75与所述热泵机组11连接，所述换热罐83一端通过所述中温热水回水管76与所述热泵机组11连接，另一端通过所述洗澡热水管79与终端供热连接，所述终端供热还通过所述供暖水回水管78与所述供暖换热器81连接，所述换热罐83一侧还连接有新增管道一与新增管道二，所述新增管道一以及新增管道二远离换热罐83的一端均与供暖水回水管78连通，新增管道一上设有阀门c、新增管道二上设有阀门b，中温热水供水管75上设有阀门d，供暖水回水管78上设置有阀门a。
使用废热回收的热源供热时，阀门a与阀门c关闭， 阀门b与阀门d开启，中温热水供水管75的温度高于供暖系统的（原板式换热器蒸汽交换）温度，则蒸汽停止不交换，直接走原板式换热器—水泵--供暖水供出至终端散热器。反之，使用废热回收的热源供热时，中温热水供水管75的温度低于供暖系统的（原板式换热器蒸汽交换）温度，则蒸汽开启，参与交换后走原板式换热器—水泵--供暖水供出至终端散热器，该控制蒸汽逻辑参与换热的方式称之“耦合蒸汽调峰”；
供暖回水通过换热罐83流动，余热将罐内洗澡水加热至38 ℃，常规洗漱及洗澡可用使用，温度低的时候使用蒸汽调峰，控制逻辑：使用废热回收的热源供热时，供暖回水在换热罐83内加热后，当停产没有 “废热回收热源”时，阀门b、阀门c同时关闭，阀门a开启，可继续使用原供热管网的设备继续供暖，同时，洗澡水通过供暖系统余热获得，大大节约设备及热量损失，使用“耦合蒸汽调峰的废热利用”技术最多增加热水的温差5 ℃，甚至大部分时间和工况下小于2 ℃温差 ；仅外界天气极寒温度下，或者夜晚温度太低工况下，需要使用蒸汽，通过该技术可节省95%以上的蒸汽，同时系统的稳定性可靠性也有保障。
在一个实施例中，换热罐83为单独定制储罐，系压力容器，外侧采用聚氨酯发泡保温或其他保温措施，要求罐内24小时热损失小于1.3kwh。
所述换热罐83内部设有盘管，所述盘管材质使用铜管套铝翅片，热传导效率高，盘管直径与长度根据供暖系统所需的流量以及储热罐的容积计算确定
请继续参阅图1，在一个实施例中，所述洗澡热水管79上设有热水泵85，所述换热罐83还通过补水泵84与外界水源连接，所述供暖水供水管77上设有水泵82，所述中温热水供水管75上设有增压泵13。
请继续参阅图1，在一个实施例中，所述管路系统还包括用于连接所述热泵机组11与所述终端热源设备6的冷却水供水管72以及冷却水回水管73，所述终端热源设备6还通过管道与冷却塔10连接，所述冷却塔10在冬季时处于停用状态。
请继续参阅图1，在一个实施例中，所述换热站8与所述终端热源设备6之间还连接有热源回收设备12。
请继续参阅图1，在一个实施例中，所述终端热源设备6包括空压机冷却61、冷冻机冷62、机器设备冷却63以及工艺冷却64的一种或多种，所述终端供热包括处于不同高度的用户楼层。
请继续参阅图1，在一个实施例中，废热回收系统由于废热回收的温度在50℃以上，结垢的概率较大，如果回收的废热直接用加热洗澡水，一但结垢影响热传导，导致后期的使用出现能耗高，水温不热的问题，因此，所述换热站8与所述热泵机组11之间还通过第一除垢组件71连接，所述第一除垢组件71包括软化水管74，通过软化水管74内部流通软化水，以防止管道内部结垢。
请参阅图2，在一个实施例中，所述换热站8与所述终端热源设备6之间还连接有热管换热器15，所述热管换热器15用于实现冷却水的热交换。
请参阅图3和图4，在一个实施例中，所述热管换热器15包括壳体2以及若干热管1，所述壳体2内部固定设置有隔板3，所述隔板3将所述壳体2内腔分隔成冷流体腔室以及热流体腔室，所述中温热水供水管75与所述冷流体腔室连通，所述中温热水回水管76与所述热流体腔室连通，若干所述热管1贯穿所述隔板3，且热管1一部分延伸至所述冷流体腔室内部，另一部分延伸至所述热流体腔室内部，所述热管1位于冷流体腔室内部的部分为冷凝段4，热管1位于热流体腔室内部的部分为蒸发段5。
水源在冷流体腔室以及热流体腔室内部对流时，热流体可作用于蒸发段5，以将热量传递至热管1内部，驱使热管1内部的液体向冷凝段4方向流动，经加热的液体热量可由冷凝段4输出，进而实现热流体与冷流体之间的换热。
所述热管1是一种具有极高导热性能的传热元件，通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，利用热管技术制造的热管换热器具有如下特殊优势：
1、热管1两端温差相差1 ℃即可进行热交换，单位换热面积尺寸更小；
2、温差驱动，无额外能源消耗，换热效率高，节能效果明显。
请参阅图2，在一个实施例中，所述热管换热器15与所述热泵机组11之间通过第二除垢组件14连接，所述第二除垢组件14包括乙二醇介质管141，通过乙二醇介质管141内部流通乙二醇介质，以防止管道内部结垢。
本发明实施例相较于现有技术，可多能互补，提高废热利用率，降低供热成本，提高供热可靠性，可无缝衔接现有蒸汽热源的供暖系统，降低蒸汽用量。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，包括热泵机组、管路系统、终端热源设备、换热站以及终端供热，
所述终端热源设备、所述热泵机组、所述换热站以及所述终端供热之间通过所述管路系统依次循环连接，
所述热泵机组在高COP工况工作，用于将所述终端热源设备中的冷却水由所述管路系统依次输送至换热站以及终端供热，并回收冷却水废热，以制备45-55℃区间的中温热水，用于生活热水以及供热。
2.根据权利要求1所述的一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，所述换热站包括供暖换热器以及换热罐，所述供暖换热器以及换热罐均连接有蒸汽进管，
所述管路系统包括中温热水供水管、中温热水回水管、供暖水供水管、供暖水回水管以及洗澡热水管，
所述供暖换热器一端通过所述供暖水供水管与所述终端供热连接，另一端通过所述中温热水供水管与所述热泵机组连接，所述换热罐一端通过所述中温热水回水管与所述热泵机组连接，另一端通过所述洗澡热水管与终端供热连接，
所述终端供热还通过所述供暖水回水管与所述供暖换热器连接，所述换热罐一侧还连接有新增管道一与新增管道二，所述新增管道一以及新增管道二远离换热罐的一端均与供暖水回水管连通，新增管道一上设有阀门c、新增管道二上设有阀门b，中温热水供水管上设有阀门d，供暖水回水管上设置有阀门a。
3.根据权利要求2所述的一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，所述换热罐内部设有盘管，所述盘管为铜管套铝翅片。
4.根据权利要求1所述的一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，所述洗澡热水管上设有热水泵，所述换热罐还通过补水泵与外界水源连接，所述供暖水供水管上设有水泵，所述中温热水供水管上设有增压泵。
5.根据权利要求2所述的一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，所述管路系统还包括用于连接所述热泵机组与所述终端热源设备的冷却水供水管以及冷却水回水管。
6.根据权利要求1所述的一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，所述终端热源设备包括空压机冷却、冷冻机冷、机器设备冷却以及工艺冷却的一种或多种，所述终端供热包括处于不同高度的用户楼层。
7.根据权利要求1所述的一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，所述换热站与所述热泵机组之间还通过第一除垢组件连接，所述第一除垢组件包括软化水管。
8.根据权利要求1所述的一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，所述换热站与所述终端热源设备之间还连接有热管换热器，所述热管换热器用于实现冷却水的热交换。
9.根据权利要求8所述的一种耦合蒸汽调峰的循环水系统废热综合利用供热设备，其特征在于，所述热管换热器包括壳体以及若干热管，所述壳体内部固定设置有隔板，所述隔板将所述壳体内腔分隔成冷流体腔室以及热流体腔室，所述中温热水供水管与所述冷流体腔室连通，所述中温热水回水管与所述热流体腔室连通，
若干所述热管贯穿所述隔板，且热管一部分延伸至所述冷流体腔室内部，另一部分延伸至所述热流体腔室内部，所述热管位于冷流体腔室内部的部分为冷凝段，热管位于热流体腔室内部的部分为蒸发段。
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