CN115095904A - 一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业余热回收与区域建筑热水供应生态系统技术领域，特别是涉及一种利用余热资源的区域型卫生热水供应方法，包括以下步骤，a、对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用，将收集到的低品位余热用于对水加热并形成卫生热水；b、采用蓄热箱对步骤a中得到的卫生热水进行储存保温；c、采用转运设备将b步骤中的储存在蓄热箱内的卫生热水转运至需要卫生热水的建筑区域，再将卫生热水泵入该建筑区域内的用水终端。还公开了一种利用余热资源的区域型卫生热水供应方法；本发明具有能够更好的对区域低品质能源进行回收利用，能够使得区域低品位能源更好的达到供需平衡，从而达到降低能耗和减少碳排放的特点。

Description

一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统及方法
技术领域
本发明涉及工业余热回收与区域建筑热水供应生态系统技术领域，特别是涉及一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统及方法。
背景技术
余热资源是指在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量，被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的第五大常规能源。余热资源属于清洁绿色能源，其中品质较高的余热资源可被直接用于原工厂的生产工艺供能环节，或者转化为电力用于工厂(更多的是自发自用)，既有较好的经济效益又有显著的环境效益。截止2020年底，我国利用余热资源的总发电累积装机量已达到4500万千瓦。但是，到目前为止工业余热资源被利用的部分仅为30％，约70％的品质较低的余热资源依然以各种形式被直接排放至大气中，不仅造成能源浪费，还污染环境。
低品位余热资源通常表现为排放温度较低(＜200℃)，或稳定性较差(如间歇性排放、非均匀排放等)，或含有各种有害、有毒、可燃易爆等成分。低品位余热资源被利用时，往往需要较为复杂的技术手段，例如烟气净化预处理，换热器防磨防腐等，且产出的产品能量品位也较低(如低压低温的蒸汽或者热水)，往往导致余热回收项目的经济性较差。以汽车铸铝车间为例，其排放的烟气温度约为200℃，可采用有机朗肯循环(ORC)技术进行发电，也可换热产出 90℃的热水。若采用第一种方案即ORC余热发电，尽管所产的电能可被工厂直接利用，但是由于烟气温度较低，ORC发电效率仅为8％左右，项目的投资回收年限将超过10年，因而项目完全不具备投资价值。而若是采用第二种方案，所产的热水工厂自身却并不需要，所以没有任何经济价值。因此，低品位余热资源利用的核心难点就是项目经济性差，所产产品在时间和空间上难以和需求匹配。
建筑行业节能降碳占据着非常重要的份额。而在具体实施过程中，从源头上减少能源消耗(天然气或者电力)无疑最为有效。目前建筑耗能主要被用于空调系统和生活热水系统，其中生活热水一般由电能驱动空气源热泵或者燃气在热水锅炉内燃烧生产。
依据卫生供水品质需求，供水温度一般是55-60℃。因此按照当前常规的热水生产方式，无论是用电还是用气，均存在高品位能源直接生产低价值产品，不仅造成能源“量”的浪费，更造成能源“质”的浪费。例如采用天然气生产卫生热水，由于天然气燃烧后的烟气温度超过1400℃，但被加热的热水温度仅达到60℃。与之相对，天然气燃气蒸汽联合发电系统及余热回收系统中1m3天然气可发电4.5kWh，同时还可回收余热约3.1kW；于是每生产1吨热水原本需要6.5m3天然气，若采用“发电+回收余热+电空气源热泵补充”的生产方式，则总可发电约29.25kWh，同时回收余热约20kW，补充热能30kW对应消耗电力约 10kWh。因此，若直接用燃气烧制热水则每吨热水浪费19.25kWh的可发电能。此外，无论是燃气还是电力，输送至建筑热水生产设备端时，还存在较大的运输成本，且热水生产设备投资总量也不低，这些因素综合起来给城镇区域的总体节能降碳带来了较大阻力。因此，目前城镇建筑中生产供应卫生热水的现状深刻反映出现有城市中能源供给和使用的不合理性，涵需改变。
因此，怎样才能够提供一种能够更好的对区域低品质能源进行回收利用，能够使得区域低品位能源更好的达到供需平衡，更好的实现能源的最佳匹配利用，从而达到降低能耗和减少碳排放的利用余热资源的区域型卫生热水供应系统，成为了本领域技术人员有待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是，怎样提供一种能够更好的对区域低品质能源进行回收利用，能够使得区域低品位能源更好的达到供需平衡，更好的实现能源的最佳匹配利用，从而达到降低能耗和减少碳排放的利用余热资源的区域型卫生热水供应系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用余热资源的区域型卫生热水供应方法，其特征在于，包括以下步骤，a、对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用，将收集到的低品位余热用于对水加热并形成卫生热水；b、采用蓄热箱对步骤a中得到的卫生热水进行储存保温；c、采用转运设备将b步骤中的储存在蓄热箱内的卫生热水转运至需要卫生热水的建筑区域，再将卫生热水泵入该建筑区域内的用水终端。
这样，上述的利用余热资源的区域型卫生热水供应方法中，将低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用并对水加热并形成卫生热水，并且将形成的卫生热水储存在蓄热箱内；再采用转运设备将卫生热水转运至需要卫生热水的建筑区域，再将卫生热水泵入该建筑区域内的用水终端。本发明采用低品位余热形成工厂产生的低品位余热(工业废气)生产热水，与传统使用燃气或者电力设备生产热水相比，到终端的供应成本将下降50％以上。按照典型城市的一个区约50万人口为例，总热水使用量中20％为商业热水，则本发明建立的供应系统可每年为区域内提供卫生热水156万吨，减少天然气使用量1014万m3，直接经济效益超过1560万元，减少CO2排放175吨。因此，本发明具有能够更好的对区域低品质能源进行回收利用，能够使得区域低品位能源更好的达到供需平衡，更好的实现能源的最佳匹配利用，从而达到降低能耗和减少碳排放的优点。
进一步的，需要卫生热水的建筑区域可以是学校、医院、酒店、工厂等。
作为优化，所述低品位余热形成工厂包括铸铝厂、炼铁厂或化工厂。
这样，铸铝厂、炼铁厂或化工厂能够形成大量的低品位余热，能够更好的被收集和利用。低品位余热形成工厂包括并不局限于铸铝厂、炼铁厂或化工厂。
作为优化，步骤a中，采用余热回收器对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用。
这样，采用余热回收器对低品位余热进行收集使用，能够更好的收集低品位余热。
作为优化，步骤c中，采用运送卡车对储存在蓄热箱内的卫生热水转运至需要用水的建筑区域，运送卡车上设置有储热水箱作为装载卫生热水的容器；且在储热水箱上设置有排气阀、注水接口，放水接口、紧急排水孔和车载水泵。
这样，采用运送卡车对储存在蓄热箱内的卫生热水转运，方便转运卫生热水；并且设置有排气阀、注水接口，放水接口、紧急排水孔和车载水泵，更加安全，更加方便使用。
本发明还公开了一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统，其特征在于：包括余热回收器，余热回收器的输入端通过余热回收管路与低品位余热形成工厂的余热排出部分结构相连；余热回收器的输出端与蓄热箱输入端相连，在蓄热箱上连接有输出管，输出管远端用于与储热水箱相连并能够将卫生热水输送至储热水箱；还包括运送卡车，运送卡车上设有装载工位并能够安置固定所述储热水箱；并且储热水箱上还设有车载水泵，且使得运送卡车将储热水箱转运至需要卫生热水的建筑区域后，车载水泵能够将储热水箱内的热水输送至该建筑区域内的用水终端。
这样，通过设置余热回收器，余热回收器的输入端通过余热回收管路与低品位余热形成工厂的余热排出部分结构相连，余热回收器能够对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行回收利用，并加热水形成卫生热水；形成的卫生热水能够输送至蓄热箱进行储存。之后，蓄热箱的卫生热水能够输送至储热水箱，运送卡车能够将储热水箱转运至需要卫生热水的建筑区域后，储热水箱上具有的车载水泵能够将储热水箱内的热水输送至该建筑区域内的用水终端。上述的系统能够对低品位余热形成工厂产生的低品位余热(工业废气)进行回收使用并生产卫生热水，并对卫生热水储存，转运，分配至终端使用。具有能够更好的对区域低品质能源进行回收利用，能够使得区域低品位能源更好的达到供需平衡，更好的实现能源的最佳匹配利用，从而达到降低能耗和减少碳排放的优点。
作为优化，余热排出部分结构包括烟道；在烟道上呈间隔的连接有两个余热回收管，两个余热回收管远端各自与余热回收器输入口相连；在烟道上的两个余热回收管之间以及余热回收管上各自设置有调节阀。
这样，余热回收器与烟道呈并联关系。正常运行时，烟道上的调节阀关闭，其余两个调节阀打开，余热回收器生产的卫生热水直接注入蓄热箱。蓄热箱可续热能力约为余热回收器10个小时的产热能力。而运送卡车则根据调度系统指派，间断性将蓄热水箱内热水输运至终端用户。
作为优化，在输出管上设置有单向阀、充能高温水泵和热量表。
这样，在输出管上设置有单向阀、充能高温水泵和热量表，能够更加方便控制以及监控。
作为优化，所述余热回收器与蓄热箱之间呈并联的连接设置有载热剂补充管和输送管；在输送管上设置有调节阀、源侧高温循环泵。
这样，结构设计更加合理，能够更加方便两者之间的连接，以及更好的方便卫生热水输入到蓄热箱进行储存。
进一步的，在输送管上还设置有温度表和压力表。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式中的网络图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图2所示，一种利用余热资源的区域型卫生热水供应方法，包括以下步骤，a、对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用，将收集到的低品位余热用于对水加热并形成卫生热水；b、采用蓄热箱对步骤a中得到的卫生热水进行储存保温；c、采用转运设备将b步骤中的储存在蓄热箱内的卫生热水转运至需要卫生热水的建筑区域，再将卫生热水泵入该建筑区域内的用水终端。
这样，上述的利用余热资源的区域型卫生热水供应方法中，将低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用并对水加热并形成卫生热水，并且将形成的卫生热水储存在蓄热箱内；再采用转运设备将卫生热水转运至需要卫生热水的建筑区域，再将卫生热水泵入该建筑区域内的用水终端。本发明采用低品位余热形成工厂产生的低品位余热(工业废气)生产热水，与传统使用燃气或者电力设备生产热水相比，到终端的供应成本将下降50％以上。按照典型城市的一个区约50万人口为例，总热水使用量中20％为商业热水，则本发明建立的供应系统可每年为区域内提供卫生热水156万吨，减少天然气使用量1014万m3，直接经济效益超过1560万元，减少CO2排放175吨。因此，本发明具有能够更好的对区域低品质能源进行回收利用，能够使得区域低品位能源更好的达到供需平衡，更好的实现能源的最佳匹配利用，从而达到降低能耗和减少碳排放的优点。
进一步的，需要卫生热水的建筑区域可以是学校、医院、酒店、工厂等。
本具体实施方式中，所述低品位余热形成工厂包括铸铝厂、炼铁厂或化工厂。
这样，铸铝厂、炼铁厂或化工厂能够形成大量的低品位余热，能够更好的被收集和利用。低品位余热形成工厂包括并不局限于铸铝厂、炼铁厂或化工厂。
本具体实施方式中，步骤a中，采用余热回收器对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用。
这样，采用余热回收器对低品位余热进行收集使用，能够更好的收集低品位余热。
本具体实施方式中，步骤c中，采用运送卡车对储存在蓄热箱内的卫生热水转运至需要用水的建筑区域，运送卡车上设置有储热水箱作为装载卫生热水的容器；且在储热水箱上设置有排气阀、注水接口，放水接口、紧急排水孔和车载水泵。
这样，采用运送卡车对储存在蓄热箱内的卫生热水转运，方便转运卫生热水；并且设置有排气阀、注水接口，放水接口、紧急排水孔和车载水泵，更加安全，更加方便使用。
如图1和图2所示，本发明还公开了一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统，包括余热回收器1，余热回收器的输入端通过余热回收管路与低品位余热形成工厂的余热排出部分结构相连；余热回收器的输出端与蓄热箱2输入端相连，在蓄热箱上连接有输出管，输出管远端用于与储热水箱相连并能够将卫生热水输送至储热水箱3；还包括运送卡车4，运送卡车上设有装载工位并能够安置固定所述储热水箱；并且储热水箱上还设有车载水泵，且使得运送卡车将储热水箱转运至需要卫生热水的建筑区域后，车载水泵能够将储热水箱内的热水输送至该建筑区域内的用水终端13。
这样，通过设置余热回收器，余热回收器的输入端通过余热回收管路与低品位余热形成工厂的余热排出部分结构相连，余热回收器能够对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行回收利用，并加热水形成卫生热水；形成的卫生热水能够输送至蓄热箱进行储存。之后，蓄热箱的卫生热水能够输送至储热水箱，运送卡车能够将储热水箱转运至需要卫生热水的建筑区域后，储热水箱上具有的车载水泵能够将储热水箱内的热水输送至该建筑区域内的用水终端。上述的系统能够对低品位余热形成工厂产生的低品位余热(工业废气)进行回收使用并生产卫生热水，并对卫生热水储存，转运，分配至终端使用。具有能够更好的对区域低品质能源进行回收利用，能够使得区域低品位能源更好的达到供需平衡，更好的实现能源的最佳匹配利用，从而达到降低能耗和减少碳排放的优点。
还包括热水输配调度系统，用于调度热水的分配。
本具体实施方式中，余热排出部分结构包括烟道5；在烟道上呈间隔的连接有两个余热回收管，两个余热回收管远端各自与余热回收器输入口相连；在烟道上的两个余热回收管之间以及余热回收管上各自设置有调节阀6。
这样，余热回收器与烟道呈并联关系。正常运行时，烟道上的调节阀关闭，其余两个调节阀打开，余热回收器生产的卫生热水直接注入蓄热箱。蓄热箱可续热能力约为余热回收器10个小时的产热能力。而运送卡车则根据调度系统指派，间断性将蓄热水箱内热水输运至终端用户。
本具体实施方式中，在输出管上设置有单向阀7、充能高温水泵8和热量表 9。
这样，在输出管上设置有单向阀、充能高温水泵和热量表，能够更加方便控制以及监控。
本具体实施方式中，所述余热回收器与蓄热箱之间呈并联的连接设置有载热剂补充管10和输送管11；在输送管上设置有调节阀、源侧高温循环泵12。
这样，结构设计更加合理，能够更加方便两者之间的连接，以及更好的方便卫生热水输入到蓄热箱进行储存。
进一步的，在输送管上还设置有温度表和压力表。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用余热资源的区域型卫生热水供应方法，其特征在于，包括以下步骤，a、对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用，将收集到的低品位余热用于对水加热并形成卫生热水；b、采用蓄热箱对步骤a中得到的卫生热水进行储存保温；c、采用转运设备将b步骤中的储存在蓄热箱内的卫生热水转运至需要卫生热水的建筑区域，再将卫生热水泵入该建筑区域内的用水终端。
2.如权利要求1所述的一种利用余热资源的区域型卫生热水供应方法，其特征在于：所述低品位余热形成工厂包括铸铝厂、炼铁厂或化工厂。
3.如权利要求1所述的一种利用余热资源的区域型卫生热水供应方法，其特征在于：步骤a中，采用余热回收器对低品位余热形成工厂产生的低品位余热进行收集使用。
4.如权利要求1所述的一种利用余热资源的区域型卫生热水供应方法，其特征在于：步骤c中，采用运送卡车对储存在蓄热箱内的卫生热水转运至需要用水的建筑区域，运送卡车上设置有储热水箱作为装载卫生热水的容器；且在储热水箱上设置有排气阀、注水接口，放水接口、紧急排水孔和车载水泵。
5.一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统，其特征在于：包括余热回收器，余热回收器的输入端通过余热回收管路与低品位余热形成工厂的余热排出部分结构相连；余热回收器的输出端与蓄热箱输入端相连，在蓄热箱上连接有输出管，输出管远端用于与储热水箱相连并能够将卫生热水输送至储热水箱；还包括运送卡车，运送卡车上设有装载工位并能够安置固定所述储热水箱；并且储热水箱上还设有车载水泵，且使得运送卡车将储热水箱转运至需要卫生热水的建筑区域后，车载水泵能够将储热水箱内的热水输送至该建筑区域内的用水终端。
6.如权利要求5所述的一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统，其特征在于：余热排出部分结构包括烟道；在烟道上呈间隔的连接有两个余热回收管，两个余热回收管远端各自与余热回收器输入口相连；在烟道上的两个余热回收管之间以及余热回收管上各自设置有调节阀。
7.如权利要求5所述的一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统，其特征在于：在输出管上设置有单向阀、充能高温水泵和热量表。
8.如权利要求5所述的一种利用余热资源的区域型卫生热水供应系统，其特征在于：所述余热回收器与蓄热箱之间呈并联的连接设置有载热剂补充管和输送管；在输送管上设置有调节阀、源侧高温循环泵。
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