CN218347435U - 面向净水系统orc发电循环装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光催化净水技术领域，特别是一种面向净水系统ORC发电循环装置。由储热罐、蒸发器、膨胀机、交流发电机、风冷散热器、变频工质泵及净水系统组成。本装置利用高温印染废水为ORC发电循环装置中的有机工质加热，当遇到特殊情况时，印染废水产生的热量不足以维持系统稳定运送时，切换辅助电源为热罐中电加热器供电，保证了系统运行的稳定性。

Description

面向净水系统ORC发电循环装置

技术领域

本实用新型涉及光催化净水技术领域，特别是一种面向净水系统ORC发电循环装置。

背景技术

目前，印染废水日益增多，这些废水成分复杂，且随着工艺的多样化、纤维种类、季节等情况不断变化。在我国，每年都会有大量有机染料废水被排放在自然环境水体中，这不仅严重污染了环境，而且浪费了印染废水中的热量。有机肯朗循环(Organic RankineCycle，简称ORC)通过有机工质与其它热源换热后推动膨胀机发电做功的一种技术。中华人民共和国国家知识产权局于2022年2月18日公开了专利号为CN202121965693.X的专利文献，名称为一种光催化净水装置及其光-电催化一体净水装置，该系统通过改变光催化活性固态版的运动轨迹，形成更多氧自由基，从而提高了光催化效率。但该系统只是达到了除污的目的，对于废水中的热量造成了浪费。中华人民共和国国家知识产权局于2022年1月14日公开了专利号为CN215523824U的专利文献，名称为一种集成式余热回收污水源热泵机组，该系统只是将热泵机组与净化器结合到一起，实现多个设备集成安装。但是该集成装置的净化器的除污效果并不高，对于有机污染物不能有效的进行降解。

实验室级别ORC低温发电装置在考虑提升设备发电效率的同时，很少对工业生产或商业化应用进行考虑。现有光催化污水处理系统催化过程中氧气的消耗会导致光催化过程越来越慢，需要定时的向污水中加入氧气，因而降低了光催化的效率。现有利用中高温污水进行ORC余热发电净水装置，对印染废水污水除污效果又不理想，且无法根据安装场地环境条件及应用所需进行快捷启动。

实用新型内容

本实用新型为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种面向净水系统ORC发电循环装置。

具体技术方案如下：

一种面向净水系统ORC发电循环装置由储热罐(1)、蒸发器(2)、膨胀机(3)、交流发电机(4)、风冷散热器(5)、变频工质泵(6)及净水系统(7)组成；所述储热罐(1)上设有进液管和出液管，进液管一端与储热罐(1)的进液口连通，进液管另一端与废水收集池连接，通过废水回用水泵将所述印染废水收集池内的废水打入所述储热罐(1)中。出液管与储热罐(1)的出液口连通，出液管上安装第一水泵、闸阀、流量计、温度传感器与蒸发器(2)入口连通。所述储热罐(1)内底部设置两种不同功率的电加热器(8)、液位计(9)，电加热器(8)位于储热罐(1)底部并根据罐中的印染废水温度是否对热罐中的废水加热，以保证热源温度的稳定；所述蒸发器(2)进液口通过出液管与所述储热罐(1)链接，蒸发器(2)出液口通过第一管道与待净化水箱连接，高温印染废水在蒸发器(2)内与工质进行换热降温后通过第一管道流入待净化水箱等待净化；所述膨胀机(3)位于蒸发器(2)右侧并安装在固定框架，其特征用于能量转换；所述交流发电机(4)位于膨胀机(3)一侧并安装在固定框架上，通过皮带轮与膨胀机(3)连接，工作时电机输出电力；所述风冷散热器(5)作用就是将工质热量吸收，然后传递到系统外，保证小型ORC系统中的工质到达工质泵(6)之前温度在工作范围内。变频工质泵(6)是为ORC系统提供所需流量的主要部件，工作时，工质泵(6)接受电力驱动，完成工质液体的变流量输送功能，工质的流速由变频器控制。所述变频工质泵(6)位于风冷散热器(5)右侧旁并安装在固定动框架。

净水系统(7)的上部完全暴露空气之中，目的是可以对太阳能更好的利用，有效节省能源，减少运行成本。所述净水系统(7)置于所述待净化水箱和循环水箱之间，将待净化水箱高于循环水箱，之间的高度可手动调节，保证水流从高出流下，冲刷催化薄膜的表面。净水系统(7)包括300W氙气灯(10)、光催化薄膜夹板(11)、污水槽(12)、光源支架(13)以及第二水泵(14)。所述氙气灯(10)位于所述污水槽(12)顶部并悬挂在光催化薄膜上方，在无太阳光源的情况下，能够模拟光源使照射膜光催化薄膜发生催化作用。所述光催化薄膜夹板(11)置于所述污水槽(12)中的污水内，使固态催化薄膜在污水冲刷的情况下保持固定，便于更换和回收光催化薄膜。所述污水槽(12)倾斜放置在光源下方，上端口与待净化水箱连接，使污水从高出流出沿着污水槽(12)流动动冲刷样固定在光催化薄膜夹板(11)的光催化薄膜表面，便于光催化剂震动并发生变形产生压电式。污水槽(12)安装有光照度传感器，实时检测光摧化反应过程中光照强度；所述光源支架(13)用于调节300W氙气灯(10)的高度与角度。所述第二水泵(14)通过第二管道将待净化水箱与循环水箱连接，将循环水箱内的循环水打入所待净化水箱中，保证循环水箱污水浓度达到规定标准。所述第二管道上依次安装第二水泵(14)、闸阀、流量计、温度传感器。

该系统通过利用印染废水余热经ORC装置产生电力，同时，产生的电能储存在蓄电池中，向净水装置提供所需电能。具体地说，高温印染废水通过废水回用水泵打入储热罐(1)中进行储热，然后经出液管进入蒸发器(2)内与工质换热。或者，印染废水在储热罐(1)中的电加热器(8)加热之后形成高温高压的蒸汽与蒸发器(2)内的工质进行换热；因为在动态运行中，储热罐(1)温度和印染废水的温度是可变的，当储热罐(1)内温度在设定温度之外时，为保证热源温度的稳定，三种功率不同的加热器依次开始/停止加热，并根据调压器微调加热器电压使罐内温度在设定温度的0.5℃范围内；当储热罐(1)内温度满足设定温度条件时，储热罐(1)内形成的高温高压印染废蒸汽通过水泵打入蒸发器(2)与其中的工质进行换热，同时，换热后的低温废水由第一管道流入待净化水箱。液态工质吸热蒸发为气态，进入膨胀机(3)，高压气态工质气体推动膨胀机(3)转子旋转，带动输出轴转动；做功后的气态工质温度、压力降低，进入风冷散热器(5)进行冷却，形成液态低温工质进入工质泵(6)，工质泵(6)完成冷凝液体的变流量输送功能，经过工质泵(6)后进入蒸发器(2)中，完成循环；在实际运行中，根据工质流量采取适当的控制策略来调节热量流量。具体地说，当ORC发电系统管路内工质流速在设定流速在之外时，可根据工资泵(6)的变频器微调频率使管路中的工质流速在设定范围之内，从而改变交流发电机(4)发电功率；交流发电机(4)发出的电能引入稳压器中使输出电压稳定，得到的稳定电压配合辅助电源为净水系统(7)中的300W氙气灯(10)、第二水泵(14)供能；在净水系统(7)运行过程中，高温印染污水通过蒸发器(2)换热后降低温度，降温后的废水经过第一管道注入待净化水箱等待净化。污水槽(12)上槽口与待净化水箱连通并倾斜置于光源下方，利用水的重力势能，印染废水沿污水槽(12)向下不断冲刷样固定在光催化薄膜夹板(11)的光催化薄膜表面，最后注入循环水箱。循环水通过第二管道上的第二水泵(14)打入待净化水箱中循环除污。当检测到循环水箱内的污水浓度符合标准值时，循环水箱出液口开启，污水排除。

控制部分

本实用新型采用简单的控制系统。如图4所示，移动框架上设有控制柜，该控制柜由控制板、模块电源、指示灯、I/O采集板、空气开关K1、K2、K3、K4、漏电保护器、固态继电器SSR1、SSR2、SSR3、继电器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8以及触摸屏组成。在动态运行过程中，220V交流电先后经过带有漏电保护器的空气开关K3、固态继电器，并为三种不同功率电加热器(8)供电。控制板跟据I/O采集板所收集的实时数据控制固态继电器SSR1、SSR2、SSR3从而控制电加热器(8)工作；220V交流电通过继电器KA3-KA6分别为工质泵(6)、风冷散热器(5)、回用水泵、水泵供电；ORC发电装置产生电力经过空气开关K4到达稳压器保持输出电压稳定，此稳定电源配合辅助电源通过继电器KA7、KA8向提供氙气灯(10)、第二水泵(14)提供所需电能。220V交流电经过空气开关K2到达模块电源整流为24V直流电，此24V直流电为控制板、I/O采集板、风机变频器、光照度传感器以及触摸屏供电。所述I/O采集板用于收集光照度传感器、温度传感器、压力传感器、流量计、液位计(9)的数据，并把数据反馈给系统的触摸屏并实现监控。触摸屏可实现对净水系统ORC发电循环装置实时数据监测并控制和切换系统的各种状态。

该实用新型装置的光照度传感器、温度传感器、压力传感器、流量计、液位计(9)用于采集各处对应点的光照强度、温度、压力、流量等数据，并将数据传输给I/O采集板，再由I/O采集板把数据传输至控制板，控制板根据数据实时地动态控制固态继电器SSR1-3从而控制电加热器(8)加热。具体地说，当温度传感器所采集到储热罐(1)中液体的温度不在设定温度范围内时，控制板会在固态继电器SSR1-3输入端加上控制信号，就可以控制输出端的通和断，从而控制电加热器(8)的工作状态。所述I/O采集板所收集的数据会通过RS485通讯口传输到控制版、触控屏上实现对能源利用的控制和监控。触摸屏可实现对净水系统ORC发电循环装置实时数据监测并控制和切换系统的各种状态。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：相对于现有技术，本装置利用高温印染废水为ORC发电循环装置中的有机工质加热，当遇到特殊情况时，印染废水产生的热量不足以维持系统稳定运送时，切换辅助电源为热罐中电加热器供电，保证了系统运行的稳定性；本实用新型装置利用高温印染废水发电，得到的电能通过一定方式为净水系统中的氙气灯、第二水泵供电，既有利于解决废水热量浪费的问题，又减少污染的排放，节约成本，提高了能源的利用效率；净水系统中通过将光催化夹板置于所述污水槽内，使印染废水不断冲刷夹板上的光催化薄膜，并且第二水泵的运行还可以使更多的氧气溶解在印染废水中，形成更多的氧自由基，有利于染料废水的分解，提高净水系统工作效率；本实用新型将一种面向净水系统ORC发电循环装置搭建在固定框架上，配有流量计、传感器、光度计等可以测试系统的参数，得到的数据可反馈到监控系统终端触摸屏，可以通过触摸屏控制和监测系统并掌握系统运状况，基本上实现净水系统的自动运行，节约人力和生产成本；在净水系统ORC发电循环装置运转过程中能够有效地利用废水余热和太阳能，减少其他能源消耗，降低运营成本；净水系统采用网状光催化薄膜材料，相较于传统粉末类催化剂具有更多优势。固态光催化薄膜利用夹板固定，放置在污水槽中，当光催化薄膜损坏时，还可以简单方便的进行更换，确保净水系统运行的平稳；高温印染废水经ORC装置发电，发出的电源经过稳压器为净水系统提电量，此外高温印染废经ORC发电装置后水温降低，降温后的废水经第一管道到达净水系统进行除污，实现了印染废水收集利用，减少了排污和能源消耗。

附图说明

图1是一种面向净水系统ORC发电循环装置原理图；

图2是一种面向净水系统ORC发电循环装置图；

图3是储热罐示意图；

图4是一种面向净水系统ORC发电循环装置电气图。

具体实施方式

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。

高温印染废水可为ORC发电装置提供热量，在极端条件下，储热罐1中的印染废水可能不足以长时间提供工质所需热量，所以采用辅助电源为电加热供电以维持系统的正常运转。ORC发出的电源经过稳压器也可为净水系统提供一些电量，此外高温印染废ORC发电装置后，水温降低后经水经第一管道到达净水系统进行除污。如图2所示，一种面向净水系统ORC发电循环装置，包括储热罐1，位于储热罐1上方设有进液管和出液管，储热罐1内部设有温度传感器、压力传感器、液位计9，且储热罐1内的低端设有电加热器8，位于储热罐1右侧设有用于有机工质换热的蒸发器2,蒸发器2内的工质被加热后升温至高温高压的蒸气在工质泵6的作用下，由蒸发器2出口流出经过气体流量计后进入膨胀机3中，高温高压蒸气推动螺杆机进行运转，然后膨胀机3带动发电机4发出电能，高温高压的蒸气经过膨胀机3做功后的形成低压气态，随后沿液管进入风冷散热器5散热后变为液态工质，从散热器出口经过工质泵6加压重新回到储热罐中1中，完成ORC发电循环。发电机4发出的电经过稳压器稳定后配合辅助电源为净水系统7中的第二水泵14、氙气灯10供能。在净水系统中运行过程中，高温印染废水经蒸发器2与有机工质换热后温度降低，降温后的废水经液管进入待净化水箱等待净化。废水从待净化水箱流出，并沿着污水槽12流动不断冲刷光催化薄膜后流入循环水箱内，完成光催化循环。所述污水槽12连接待净化水箱与循环水箱，固定方式通过接触和箱体配合，便于拆卸。第二水泵14固定在底座框架上，并通过第二管道使循环水箱与待净化水箱连接，用于实现污水循。具体地，系统开启时，通过控制废水回用水泵的开关来实现印染废水的注入，当储热罐1水面高度达到液位计9的设定值，液位计9反馈信号给控制板，废水回用水泵关闭，反之，当储热罐1的水位达到下限值后，控制系统控制废水回用水泵开启。当储热罐1的温度在工作范围之内时，温度传感器反馈信号给控制版，ORC发电系统开始运行，反之，当储热罐1废水温度不在工作范围时，控制系统控制加热器8通断控制废水温度，保证ORC发电系统稳定运行。ORC发出的电能经过稳压器稳定电压之后配合辅助电源向净水系统供能，所述净水系统的机械结构简单，造价成本，便于加工。通过污水冲刷光催化薄膜材料，使其与污水充分接触，从而对污水进行压电光催化降解处理。净水系统采用开放式的污水处理设计，污水槽12倾斜放置与待净化水箱与循环水箱之间，系统上方完全暴露在空气中，使光催化材料对太阳能的利用最大化。并且随着第二水泵14的启动，空气中的氧气也可以不断溶解在印染废水中，从而提高净水系统性能。污水槽12采用光学石英玻璃构成，光学石英玻璃可以有效的透射紫外光，保证透光率，确保光源满足光催化条件。污水槽12底部安装光照度传感器，实时的检测光催化反应过程中光照强度，根据光照强度的强弱随时调节氙气灯10的光照强度，维持光催化反应的最佳光照条件，确保净水系统维持高效的光催化效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种面向净水系统ORC发电循环装置，其特征在于：由储热罐(1)、蒸发器(2)、膨胀机(3)、交流发电机(4)、风冷散热器(5)、变频工质泵(6)及净水系统(7)组成，所述储热罐(1)上设有进液管和出液管，进液管一端与储热罐(1)的进液口连通，进液管另一端与废水收集池连接，通过废水回用水泵将所述废水收集池内的废水打入所述储热罐(1)中，出液管与储热罐(1)的出液口连通，出液管上安装第一水泵、闸阀、流量计、温度传感器与蒸发器(2)入口连通，所述储热罐(1)内底部设置两种不同功率的电加热器(8)、液位计(9)，电加热器(8)位于储热罐(1)底部并根据罐中的印染废水温度是否对热罐中的废水加热；所述蒸发器(2)进液口通过出液管与所述储热罐(1)链接，蒸发器(2)出液口通过第一管道与待净化水箱连接，高温印染废水在蒸发器(2)内与工质进行换热降温后通过第一管道流入待净化水箱等待净化；所述膨胀机(3)位于蒸发器(2)右侧并安装在固定框架上，所述交流发电机(4)位于膨胀机(3)一侧并安装在固定框架上，通过皮带轮与膨胀机(3)连接，工作时电机输出电力；所述风冷散热器(5)作用是将工质热量吸收，然后传递到系统外，保证小型ORC系统中的工质到达工质泵(6)之前温度在工作范围内，工质泵(6)接受电力驱动，完成工质液体的变流量输送功能，工质的流速由变频器控制，所述变频工质泵(6)位于风冷散热器(5)右侧旁并安装在固定框架上，净水系统(7)包括300W氙气灯(10)、光催化薄膜夹板(11)、污水槽(12)、光源支架(13)以及第二水泵(14)，所述300W氙气灯(10)位于所述污水槽(12)顶部并悬挂在光催化薄膜夹板(11)上方，所述光催化薄膜夹板(11)置于所述污水槽(12)中的污水内，使固态催化薄膜在污水冲刷的情况下保持固定，所述污水槽(12)倾斜放置在300W氙气灯(10)下方，上端口与待净化水箱连接，使污水从高处流出，沿着污水槽(12)流动，冲刷固定在光催化薄膜夹板(11)上的光催化薄膜表面，所述第二水泵(14)通过第二管道将待净化水箱与循环水箱连接，将循环水箱内的循环水打入待净化水箱中。

2.根据权利要求1所述的面向净水系统ORC发电循环装置，其特征在于，所述第二管道上依次安装第二水泵(14)、闸阀、流量计、温度传感器。

3.根据权利要求1所述的面向净水系统ORC发电循环装置，其特征在于，所述光源支架(13)用于调节300W氙气灯(10)的高度与角度。

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