申请日2016.09.30
公开(公告)日2017.03.29
IPC分类号F25B30/02; F25B30/06; F25B41/00; F25B40/06
摘要
本发明是一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，包含：包含依次连通的污水池、压力泵、循环热水箱、热交换室、反冲洗压力泵、污水净化装置和污水处理池;二氧化碳换热循环模块，包含相连通的压缩机组、气体冷却器、回热器、蒸发器和气液分离器，形成二氧化碳换热循环回路;所述压缩机组为若干台压缩机并联组成;所述回热器连接有回热器第一回路和回热器第二回路;供水系统，包含相连通的供水水箱、工艺水泵、冷却设备和冷水箱。该回收系统有效地利用了污水余热的热量来供热泵系统使用，具有结构简单、工作稳定及经济性价比高的优点，同时也实现了环保绿色的生产要求。
权利要求书
1.一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于，包含：
污水余热回收循环模块，包含依次连通的污水池、压力泵、循环热水箱、热交换室、反冲洗压力泵、污水净化装置和污水处理池，所述的热交换时连接有热交换室第一回路和热交换室第二回路，所述热交换室第一回路的输入端与污水池相连通，输出端与污水净化装置相连通，所述热交换室第二回路的输入端和输出端均和循环热水箱相连通;
二氧化碳换热循环模块，包含相连通的压缩机组、气体冷却器、回热器、蒸发器和气液分离器，形成二氧化碳换热循环回路;所述压缩机组为若干台压缩机并联组成;所述回热器连接有回热器第一回路和回热器第二回路，所述回热器第一回路的输入端与气体冷却器相连通，输出端与蒸发器相连通;所述回热器第二回路的输入端与气液分离器相连通，输出端与压缩机相连通;
供水系统，包含相连通的供水水箱、工艺水泵、冷却设备和冷水箱。
2.根据权利要求1所述的一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：每间隔一定时间，压力泵关闭，反冲洗压力泵开启，所述的反冲洗压力泵将污水处理池中的用水回抽冲洗热交换室最后输入至污水池，冲洗完毕后，反冲洗压力泵关闭，压力泵重新开启。
3.根据权利要求2所述的一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：所述循环热水箱上连接有循环热水箱第一回路和循环热水箱第二回路;所述循环热水箱第一回路的输入端与所述供水水箱相连通用于给循环热水箱提供用水，所述循环热水箱第一回路的输出端与热交换室、循环泵依次连通，形成循环热水箱第二回路的输入端，所述热交换室实现输出用水与废气的热交换;所述循环热水箱第二回路的输出回路经过一带有温度计的热水泵后分为两路，一路直接与一热水储存装置连接进而提供家庭第一阶段用水，另一路与所述气体冷却器相连通。
4.根据权利要求1所述的一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：所述压缩机组由干燥二氧化碳气体充注装置提供二氧化碳气体，所述压缩机组的输入和输出回路上均设有压力表和温度计，二氧化碳通过所述压缩机组压缩升温后进入气体冷却器中进行热交换。
5.根据权利要求4所述的一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：所述气体冷却器上连接有气体冷却器第一回路和气体冷却器第二回路;所述气体冷却器第二回路的输入端与所述循环热水箱相连通，所述气体冷却器第一回路的输入端与压缩机相连通;所述气体冷却器实现循环热水箱第二回路输出的用水与高温二氧化碳的热交换;所述气体冷却器第二回路的输出端与一热水储存装置相连通以供给热交换后的家庭第二阶段高温用水，所述气体冷却器第一回路的输出端与回热器相连通输出冷却后冷凝的二氧化碳冷凝水;所述气体冷却器与所述生产设备之间设有一温度计。
6.根据权利要求5所述的一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：所述回热器与所述气体冷却器之间设有一温度计;所述回热器与所述蒸发器之间依次设有一温度计、一节流阀、一温度计和一压力表;所述回热器将二氧化碳冷凝水过冷处理防止其在节流前汽化。
7.根据权利要求6所述的一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：所述的蒸发器上连接有蒸发器第一回路和蒸发器第二回路;所述蒸发器第一回路的输入端与所述回热器相连通，所述蒸发器第一回路的输出端与气液分离器相连通;所述蒸发器第二回路的输入端与供水水箱相连通，所述蒸发器第二回路的输出端与冷水箱相连通且输出回路上设有一温度计;所述蒸发器加热二氧化碳冷凝水使其沸腾气化，并对所述供水水箱的供应用水进行降温，最终输出冷却后的用水至冷水箱内。
8.根据权利要求7所述的一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：所述气液分离器输入端与蒸发器相连通，所述气液分离器输出端与回热器第二回路的输入端相连通;所述回热器第二回路的输出端与压缩机相连通;所述回热器将二氧化碳气体进行过热处理提高气体温度使其符合压缩机工作要求。
9.根据权利要求4～8所述的任一一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：定义所述二氧化碳换热循环模块中二氧化碳通过的线路为二氧化碳循环回路，所述二氧化碳循环回路的管道外径为89mm，厚度为6mm，其选用材料为304不锈钢。
10.根据权利要求1所述的一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于：所述冷水箱向所述冷却设备供应生产需要的冷水;所述供水水箱回收冷却设备使用后的用水;所述工艺水泵设置于供水水箱的输出端。
说明书
一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统
技术领域
本发明涉及污水余热利用技术领域，尤其涉及一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统。
背景技术
能源危机的临近迫使人们急切开发新型能源，而目前能够缓解能源危机的一个有效途径就是提高能源的利用效率。因此开发余热利用技术，研发新型多重余热利用装置将具有广大的发展前景。许多实践证明，在我们的生活中有许多没有加以利用的能源资源就如此白白浪费了，如高温锅炉烟气、高温汽车尾气、具有中等温度的大众浴室废水等等，尤其是洗浴废水的余热利用，通常从洗浴水龙头中出来的水为40℃左右，洗浴过程一般只消耗了10℃的温差，洗浴废水还在30℃左右，这部分热量就白白浪费了，而且加热洗澡水使之升高30℃还需消耗能源资源。这样一来，能源的利用率非常低，有2/3的能量被白白浪费了，而在能源紧缺、传统能源使用费用持续走高的情势下，如何提高效率利用污水的余热已成为摆在人类社会面前的一个重要课题，一旦合理利用起来就相当于提高了经济收益，同时还降低了大气的温室效应符合环保的理念。
本发明二氧化碳热泵系统对污水余热的热量进行回收，但当今的余热回收系统大多功率太小，不适用于一些大功率大规模的地热厂，而且很少有热水系统集成创新。鉴于此，本发明使用多台压缩机并联的方式使得其热泵功率达到兆瓦级，同时压缩机的工作台数也可根据工业的功率需求进行数量上的把控避免能源浪费。该发明利用了污水里的热量，同时使用压缩机对二氧化碳进行压缩升温，结合气体冷却器、回热器、蒸发器和气液分离器实现二氧化碳的循环利用和热量回收，最后形成一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统。
发明内容
为解决上述污水余热回收系统的集成性及余热回收系统大多功率太小，不适用于一些大功率大规模的污水厂的技术问题，本发明采用了以下技术措施：
一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统，其特征在于，包含：
污水余热回收循环模块，包含相连通的污水池、压力泵、循环热水箱、热交换室、反冲洗压力泵、污水净化装置和污水处理池，所述的热交换时连接有热交换室第一回路和热交换室第二回路，所述热交换室第一回路的输入端与污水池相连通，输出端与污水净化装置相连通，所述热交换室第二回路的输入端和输出端均和循环热水箱相连通;
二氧化碳换热循环模块，包含相连通的压缩机组、气体冷却器、回热器、蒸发器和气液分离器，形成二氧化碳换热循环回路;所述压缩机组为若干台压缩机并联组成;所述回热器连接有回热器第一回路和回热器第二回路，所述回热器第一回路的输入端与气体冷却器相连通，输出端与蒸发器相连通;所述回热器第二回路的输入端与气液分离器相连通，输出端与压缩机相连通;
供水系统，包含相连通的供水水箱、工艺水泵、冷却设备和冷水箱。
作为进一步改进，每间隔一定时间，压力泵关闭，反冲洗压力泵开启，所述的反冲洗压力泵将污水处理池中的用水回抽冲洗热交换室最后输入至污水池，冲洗完毕后，反冲洗压力泵关闭，压力泵重新开启。
作为进一步改进，所述循环热水箱上连接有循环热水箱第一回路和循环热水箱第二回路;所述循环热水箱第一回路的输入端与所述供水水箱相连通用于给循环热水箱提供用水，所述循环热水箱第一回路的输出端与热交换室、循环泵依次连通，形成循环热水箱第二回路的输入端，所述热交换室实现输出用水与废气的热交换;所述循环热水箱第二回路的输出回路经过一带有温度计的热水泵后分为两路，一路直接与一热水储存装置连接进而提供家庭第一阶段用水，另一路与所述气体冷却器相连通。
作为进一步改进，所述压缩机组由一干燥二氧化碳气体充注装置提供二氧化碳气体，所述压缩机组的输入和输出回路上均设有压力表和温度计，二氧化碳通过所述压缩机组压缩升温后进入气体冷却器中进行热交换。
作为进一步改进，所述气体冷却器上连接有气体冷却器第一回路和气体冷却器第二回路;所述气体冷却器第二回路的输入端与所述循环热水箱相连通，所述气体冷却器第一回路的输入端与压缩机相连通;所述气体冷却器实现循环热水箱第二回路输出的用水与高温二氧化碳的热交换;所述气体冷却器第二回路的输出端与一热水储存装置相连通以供给热交换后的家庭第二阶段高温用水，所述气体冷却器第一回路的输出端与回热器相连通输出冷却后冷凝的二氧化碳冷凝水;所述气体冷却器与所述生产设备之间设有一温度计。
作为进一步改进，所述回热器与所述气体冷却器之间设有一温度计;所述回热器与所述蒸发器之间依次设有一温度计、一节流阀、一温度计和一压力表;所述回热器将二氧化碳冷凝水过冷处理防止其在节流前汽化。
作为进一步改进，所述的蒸发器上连接有蒸发器第一回路和蒸发器第二回路;所述蒸发器第一回路的输入端与所述回热器相连通，所述蒸发器第一回路的输出端与气液分离器相连通;所述蒸发器第二回路的输入端与供水水箱相连通，所述蒸发器第二回路的输出端与冷水箱相连通且输出回路上设有一温度计;所述蒸发器加热二氧化碳冷凝水使其沸腾气化，并对所述供水水箱的供应用水进行降温，最终输出冷却后的用水至冷水箱内。
作为进一步改进，所述气液分离器输入端与蒸发器相连通，所述气液分离器输出端与回热器第二回路的输入端相连通;所述回热器第二回路的输出端与压缩机相连通;所述回热器将二氧化碳气体进行过热处理提高气体温度使其符合压缩机工作要求。
作为进一步改进，定义所述二氧化碳换热循环模块中二氧化碳通过的线路为二氧化碳循环回路，所述二氧化碳循环回路的管道外径为89mm，厚度为6mm，其选用材料为304不锈钢。
作为进一步改进，所述冷水箱向所述冷却设备供应生产需要的冷水;所述供水水箱回收冷却设备使用后的用水;所述工艺水泵设置于供水水箱的输出端。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1、本发明一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统中的压缩机组采用多台压缩机并联的结构，加大了压缩机的使用功率，使其系统适用于大功率工业生产中。
2、本发明一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统使用压缩机组、气体冷却器、回热器、蒸发器和气液分离器组成的循环系统来对污水和二氧化碳实现循环利用。
3、本发明一种应用在污水余热回收领域中的兆瓦级二氧化碳热泵系统设置了二氧化碳回收利用和热量循环回收装置，将污水中的热能进行利用以及将热交换及净化后的污水抽回冲洗热交换室进行二次利用和循环使用，并分别将余热回收用于不同温度下的生产需求中，提高经济效益的同时减少污水厂导致的能源浪费问题。