CN204490600U - 一种应用于高效厌氧反应器进水加热的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种应用于高效厌氧反应器进水加热的装置：主要包括进料池、高效厌氧反应器和热泵机组。所述进料池、高效厌氧反应器和热泵机组顺序相连。所述热泵机组由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀这四个设备构成，并通过冷媒管道彼此连接而形成封闭的循环系统。所述进料池的进水管与冷凝器进水口相连，冷凝器出水口通过管道与进料池相连，高效厌氧反应器的出水系统通过管道与蒸发器连接。本实用新型的优异效果在于：1、环保效益显著。2、节能降耗。3、运行经济、可靠。4、社会效益好。
Description
技术领域
本实用新型属于节能环保领域，具体涉及一种高效厌氧反应器进水加热的方法及装置。
背景技术
能源与环境是可持续发展的两大主题。新世纪以来随着人口的增长、经济水平的提高以及社会的进步，能源危机不断加深，生态环境的污染与破坏也在不断地加剧。在全球能耗以每年5%的增长速度下，化石燃料预计还能使用一二百年，世界能源形势严峻。我国人均能源贫乏，人均拥有量仅为世界平均值的1/2和美国的1/10。随着经济的迅速发展，能源短缺问题日益严峻，煤、电、油的供求关系越来越紧张。例如全国大部分地区出现了拉闸限电的现象，采暖季节煤炭供应紧张，并且石油进口大幅度增加。在近几年中，由于能源结构的调整和环保政策的加强，人们迫切需要提高能源利用效率和开发新型可再生能源。
厌氧生物处理是一种经济、高效的处理中高浓度有机废水的有效方法，通过厌氧发酵过程将有机物降解，并产生一种清洁的新型能源——沼气。在厌氧消化反应过程中，温度是影响微生物活性和厌氧发酵产气量的关键因素之一。据研究表明，对一个厌氧反应器来说，其操作温度以稳定为宜，波动范围一般一天不宜超过±2℃。中温厌氧发酵允许的温度变化范围为±(1.5~2)℃。当温度有±3℃的变化时就会抑制厌氧消化速率，有±5℃的急剧变化时，产气量会显著降低，如果变化过大则会停止产气，同时使有机酸大量累积而破坏厌氧消化。
然而在北方地区，由于冬季天气寒冷，室外气温较低，如果不对厌氧反应器采取普遍的增温和保温措施，则无法保证中温厌氧发酵所需要的稳定温度。目前厌氧反应器所需热能大部分是利用煤、石油或天然气等燃烧供给，势必会造成能源减少以及污染环境。
废水经高效厌氧反应器中温厌氧发酵后，其出水几乎常年保持相对较高且恒定的温度，一般为30~37℃，与外界温度相差较大，而且流量变化较小，故其中含有大量的低品位热能。但后续的好氧处理所需温度仅为25℃左右，回收其中余热用于厌氧进水加热是具有现实意义的节能环保技术和资源循环利用方式，应用前景广阔。因此，将厌氧反应器出水热能回用与厌氧进水加热在同一污水处理厂内就地结合是实现资源优化配置、高效综合利用的有效途径。
发明内容
为了保证稳定的厌氧发酵温度、降低能耗，本实用新型的目的在于提供一种应用于高效厌氧反应器进水加热的方法及装置。
为实现本实用新型的目的，本实用新型另一方面提供了一种应用于高效厌氧反应器进水加热的装置：主要包括进料池、高效厌氧反应器和热泵机组。所述进料池、高效厌氧反应器和热泵机组顺序相连。
所述热泵机组由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀这四个设备构成，并通过冷媒管道彼此连接而形成封闭的循环系统。
所述进料池的进水管与冷凝器进水口相连，冷凝器出水口通过管道与进料池相连，高效厌氧反应器的出水系统通过管道与蒸发器连接。
一种应用于高效厌氧反应器进水加热的方法：厌氧反应器出水经热泵系统的蒸发器回收富余的热量后进入后续的好氧处理中，同时热泵系统的冷媒在蒸发器中吸收热量，所产生的蒸汽被压缩机压缩到高温高压后，在冷凝器中冷凝成液态，并释放出热量。厌氧反应器进水首先进入热泵系统的冷凝器，吸收其释放的热量，水温升高到一定温度后进入进料池，流经进料池后进入厌氧反应器内。热泵系统内液态的冷媒经由膨胀阀形成低温低压后，又进入蒸发器，如此反复循环，实现热量的交换。在热泵机组中，冷媒经过吸热、压缩、冷却、膨胀过程，可将厌氧反应器出水中的余热回用到其进水中去，实现加热的目的。
所述高效厌氧反应器的出水温度为30~37℃。
所述高效厌氧反应器经蒸发器放热后的出水温度为20~25℃。
所述厌氧反应器出水热能回用的余热为5~17℃。
所述热泵机组具有制热效率（COP），所述COP为热泵机组制热量和驱动功率的比值，主要取决于压缩机的温度压头，其值为3.5~6.0。
所述压缩机的温度压头是指热泵热水出水温度与热源水出水温度之差，其值为15~55℃。
所述热泵热水出水温度指的是热泵冷凝水出水温度。所述热源水出水温度指的是热泵蒸发器出水温度。
本实用新型的优异效果在于：
1、环保效益显著。高效厌氧反应器出水在蒸发器中放出其富存的余热，热泵机组系统将此低温位余热转换成高温位热能来加热厌氧反应器的进水，从而可大量节省加热进水所需蒸汽用量，减少了加热过程中排放废水、废气所造成的污染，相应地降低了CO2、NOx、SOx及粉尘等污染物的产生量，具有明显的环境效益。
2、节能降耗。将高效厌氧反应器出水中所富余的热量转移到其进水中去，减少了煤、石油或天然气等燃烧，降低了能源的消耗。此外，热泵机组每消耗约1份的电能即可提取3份的热能，得到4份的供热热能，使电能的利用率提高到4倍，节能30-70%，大大地提高了能源的利用效率。
3、运行经济、可靠。高效厌氧反应器出水温度及流量相对稳定，变化幅度较小，整个装置运行情况稳定，保证了系统的高效性和经济性。系统可自动调节，无需专业人员操控，也可联网监控，大大提高了劳动生产率，减少了劳动强度及管理人员。系统原理简单，设备的可靠性强，维护量小。
4、社会效益好。本装置在保证高效厌氧反应器中温厌氧发酵所需要的稳定温度下，充分回收其出水中的余热用于厌氧反应器进水加热中，既减少了环境的污染又充分利用了富余热量，促进了可持续发展，具有重大的社会效益。
附图说明
附图1是具体实施方式的一种应用于高效厌氧反应器进水加热的方法及装置结构示意图。其中：
1-进料池，2-高效厌氧反应器，3-热泵机组，4-厌氧进水泵，5-流量计，6-厌氧外循环泵，7-厌氧出水系统，8-蒸发器，9-压缩机，10-冷凝器，11-膨胀阀，12-气液分离器，13，14-闸阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体说明本实用新型的技术方案。
实施例：一种应用于高效厌氧反应器进水加热的方法及装置，结构可参考附图，主要包括进料池1，高效厌氧反应器2和热泵机组3。热泵机组3是由蒸发器8、压缩机9、冷凝器10、膨胀阀11及闸阀13、14。
所述进料池1、高效厌氧反应器2和热泵机组3顺序相连。
所述热泵机组3由蒸发器8、压缩机9、冷凝器10和膨胀阀11这四个设备构成，并通过冷媒管道彼此连接而形成封闭的循环系统。
所述进料池1的进水管与冷凝器10进水口相连，冷凝器10出水口通过管道与进料池1相连，高效厌氧反应器2的出水系统7通过管道与蒸发器8连接。
利用上述装置进行高效厌氧反应器进水加热的工作过程如下所述：
冬天温度过低时，先开启闸阀13、关闭闸阀14，进料池1的进水先加热到高效厌氧反应器2厌氧发酵所需要的温度，通过厌氧进水泵4流经流量计5后提升到厌氧反应器2中，在厌氧处理过程中产生的沼气经过气液分离器12分离后综合利用。经过处理后的出水一部分经厌氧外循环泵6回流至厌氧反应器2底部，另一部分出水流入热泵机组3中，经由热泵机组的蒸发器8回收富余的热量后进入后续的好氧处理进行再处理。同时热泵机组的冷媒在蒸发器8中吸收热量，所产生的蒸汽被压缩机9压缩到高温高压后，在冷凝器10中冷凝成液态，并释放热量。此时，关闭闸阀13、开启闸阀14，厌氧反应器2进水首先进入热泵系统的冷凝器10吸收其释放的热量，水温升高到一定温度后进入进料池1，流经进料池1后进入厌氧反应器2内。在热泵机组中，冷媒经过吸热、压缩、冷却、膨胀过程，可将厌氧反应器出水中的余热回用到其进水中去，实现加热的目的。如此反复循环，不断地加热高效厌氧反应器的进水，保证中温厌氧发酵的稳定温度。
所述高效厌氧反应器的出水温度为30~37℃。
所述高效厌氧反应器经蒸发器放热后的出水温度为20~25℃。
所述厌氧反应器出水热能回用的余热为5~17℃。
所述热泵机组具有制热效率（COP），所述COP为热泵机组制热量和驱动功率的比值，主要取决于压缩机的温度压头，其值为3.5~6.0。
所述压缩机的温度压头是指热泵热水出水温度与热源水出水温度之差，其值为15~55℃。
所述热泵热水出水温度指的是热泵冷凝水出水温度。所述热源水出水温度指的是热泵蒸发器出水温度。
实验例 利用实施例所述的一种应用于高效厌氧反应器进水加热的方法及装置进行实验。
本实验废水处理量5000m3/d，寒冷地区冬季进料池的进水温度为15℃，经过加热后厌氧进料池的进水温度为32℃（供暖季以5个月计），后续好氧处理所需的温为23℃（锅炉的效率为20%，煤燃烧的效率为70%，水的热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值为3.0×107J/kg）。
热泵机组的设计值如下表所示：
热泵机组的制热效率（COP）取4.2，所得的实验结果如下表所示：
在供暖季节，与传统的锅炉直接加热高效厌氧反应器进水温度相比，本实用新型可节省标煤约1.13×104t，CO2排放量约减少3.0×104t，SO2排放量约减少96t，氮氧化物排放量约减少84t。以标煤每吨600元计算，单个供暖季可节约能耗费用678万元。
Claims (3)
1.一种应用于高效厌氧反应器进水加热的装置，其特征是，主要包括进料池、高效厌氧反应器和热泵机组，所述进料池、高效厌氧反应器和热泵机组顺序相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述热泵机组由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀这四个设备构成，并通过冷媒管道彼此连接而形成封闭的循环系统。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述进料池的进水管与冷凝器进水口相连，冷凝器出水口通过管道与进料池相连，高效厌氧反应器的出水系统通过管道与蒸发器连接。
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