工厂中热水流管理和贮热方法及使用该方法的污水净化站

　　申请日2015.04.29

　　公开(公告)日2017.02.15

　　IPC分类号C02F1/02; C02F11/12; F28D20/00; F24D17/00

　　摘要

　　产生的热水流收集在公用蓄液器(7)中的方法，蓄液器的高度足以形成层状水层，水层温度从在上部的约至少90℃的温度逐渐降低至在下部的约40℃;产生的热水流在温度大致相当于引入流温度的不同高度处被引入(6，30，47，Ve，Vf，Vg)到蓄液器(7)中;不同消耗设备用的热水引出装置(Vd，Va，Vb，Vc)布置在温度大致相当于向热水消耗设备的热水供给所需的温度的不同高度处;以及阀门控制系统(D)至少布置在引出装置上，用于确保进出蓄液器的热流的管理和热平衡，且均衡热能供求变化。

　　权利要求书

　　1.一种在处理站或工厂中通过热水生产设备和/或热水消耗设备产生和/或消耗的热水形式的热流的利用和管理方法，其特征在于：

　　-将产生的热水流收集在公用的热水蓄液器(7)中，热水蓄液器的高度足以形成层状水层，这些层状水层的温度从在上部的约至少90℃的温度逐渐降低至在下部的约40℃，

　　-将产生的热水流根据其温度、在热水蓄液器中的温度大致相当于引入热水流温度的不同高度处引入(6，30，47，Ve，Vf，Vg)到所述热水蓄液器(7)中，

　　-用于不同热水消耗设备的热水引出装置(Vd，Va，Vb，Vc)布置在温度大致相当于向热水消耗设备供给热水所期望的温度的热水蓄液器不同高度处，

　　-以及阀门控制系统(D)至少布置在热水引出装置上，以确保进出热水蓄液器的热流的管理和热平衡及均衡热能供求变化。

　　2.根据权利要求1所述的热流的利用和管理方法，在处理站或工厂具有提供温度约为100℃的热水的至少一个锅炉的情况下，其特征在于，锅炉所提供的至少一部分热水注入到热水蓄液器的上部。

　　3.根据权利要求1或2所述的热流的利用和管理方法，其特征在于，热水蓄液器的高度为至少4米。

　　4.根据权利要求1至3中任一项所述的热流的利用和管理方法，其特征在于，热水蓄液器的高度为4米至15米之间。

　　5.根据权利要求1至4中任一项所述的热流的利用和管理方法，其特征在于，热水蓄液器的高度大于热水蓄液器的直径。

　　6.根据权利要求1至5中任一项所述的热流的利用和管理方法，其特征在于，热水蓄液器的高度与直径之比大于1，有利地大于1.2或甚至大于1.5。

　　7.根据前述权利要求中任一项所述的热流的利用和管理方法，其特征在于，对热水蓄液器的热水供给还由热水生产设备(2，23，40，41，42)加以确保，热水生产设备产生温度低于90℃、但高于50℃的热水，这种热水供给在与其温度大致等于给水温度的热水蓄液器水层相应的高度进行。

　　8.根据权利要求7所述的热流的利用和管理方法，其特征在于，热水生产设备包括至少一个热泵(42)、和/或至少一个太阳能集热板(41)、和/或至少一个热交换器、和/或至少一个污泥干化池(23)、和/或至少一个化污池(2)，热泵在出口提供尤其是高于50℃的热水，太阳能集热板在出口提供尤其是80℃的热水，热交换器安装在空气增压器(40)的出口处，空气增压器在出口提供尤其是50℃的热水，污泥干化池在出口提供温度约为55℃的水。

　　9.根据前述权利要求中任一项所述的热流的利用和管理方法，其特征在于，控制阀门(Va...Vg)由控制系统(D)进行操控，控制系统具有计算机或控制器，计算机或控制器中安装有包括温度、流量、热能计量的参数的测量结果的收集和管理软件，控制系统连接到一些传感器(T1，...T6)和小型气象观测站(48)，这些传感器布置在热水供给装置上的多个部位处，还布置在蓄热容器的整个高度上，控制系统操纵阀门和能量回收设备，以便根据热载荷的程度管理与热水蓄液器连接的所有热流、特别是取水口阀门的位置和开启，及以便确定由热泵(42)或另一热源进行可能的热能补充。

　　10.一种污水净化站，污水净化站具有热水温度能从一个设备到另一设备变化的热水生产设备和热水消耗设备，用以实施根据权利要求1所述的热流的利用和管理方法，其特征在于，污水净化站具有：

　　-公用的热水蓄液器(7)，热水蓄液器的高度足以形成层状水层，这些层状水层的温度从在上部的约至少95℃的温度逐渐降低至在下部的约50℃，

　　-支管(1s，3s，4，6;17s，23s，35;40a，41a，42a，38，47)，用于每个热水生产设备，布置在与大致等于支管引入热流温度的温度相应的热水蓄液器高度，

　　-热水引出管(20，11，43)，用于每个热水消耗设备，热水引出管在热水蓄液器上布置在与对相关热水消耗设备进行热水供给所期望的温度大致相应的高度，

　　-控制阀门(Va，...Vg)，控制阀门至少布置在热水引出管和控制这些控制阀门的控制系统(D)上，以确保进出热水蓄液器的热流的液压平衡和管理及均衡热能供求变化。

　　11.根据权利要求10所述的污水净化站，其特征在于，热水蓄液器的高度为至少4米，优选地，所述高度大于热水蓄液器的直径。

　　12.根据权利要求10或11所述的污水净化站，其特征在于，污水净化站具有至少一个锅炉(1)、和/或至少一个热机(3)、和/或至少一个热泵(42)、和/或至少一个太阳能集热板(41)、和/或至少一个增压器(40)、和/或至少一个污泥干化池(23)、和/或至少一个化污池(2)来作为热水生产设备，锅炉在出口(1s)提供尤其是温度高于90℃的热水，热机在出口(3s)提供尤其是温度高于50℃的热水，热泵在出口提供尤其是温度高于50℃的热水，太阳能集热板在出口提供尤其是80℃的热水，增压器在出口提供尤其是50℃的热水，污泥干化池在出口提供温度约为55℃的水。

　　说明书

　　工厂中热水流管理和贮热方法及使用该方法的污水净化站

　　技术领域

　　本发明涉及通过热水生产设备和/或热水消耗设备在城市和工业污水净化站或者工厂中由热处理产生和使用过的热水流进行利用和管理用以工艺用途或加热的方法。

　　本发明尤其、但非限制性地涉及这种用于管理污水净化站的热水流的方法。

　　背景技术

　　在工厂中，或者在污水净化站中，各种设备可产生热水，尤其是余热。例如这是用化污池产生的生物气体加热的锅炉的情况，锅炉不仅可提供水蒸汽，而且也提供温度接近100℃的热水。净化站中产生的生物气体还可用于供给热机，热机的冷却水以一般高于90℃的温度从热机排出。这些相同的热水生产设备反过来又以低于排出温度的水温被供给水，温差随着散失热的利用而变化。在热机的情况下，进入热机的冷却水可为约70℃的温度，如同注入锅炉中的水一样。

　　其他设备可产生温度低于90℃的热水，但是，该温度足以进行中温和低温尤其是约50℃的热应用，用以如办公室取暖、卫生热水产生、化污池和污泥干化池供水、蔬菜种植温室取暖供水的各种各样应用。

　　不同温度的热水的生产设备和消耗设备的这种多样性使得难以利用热水中含有的能量。与这种多样性有关的困难由于生产和需求随时间、尤其是在同一天、更不必说一周的时间期间变化而增大。

　　发明内容

　　本发明尤其旨在提供一种方法，该方法可尽可能好地、优先地利用在工厂或者处理站的、尤其是包括产生温度变化很大的热水的生产设备和消耗温度变化很大的热水的消耗设备的工厂或者处理站的、尤其是污水净化站或者甚至废物能量回收利用工厂的可回收能量处理设备(ENR)上产生和回收的热。

　　根据本发明，在处理站或工厂中通过热水生产设备和/或热水消耗设备产生和/或消耗的热水形式的热流的利用和管理方法的特征在于：

　　-将产生的热水流收集在公用的热水蓄液器中，热水蓄液器的高度足以形成层状水层，这些层状水层的温度从在上部的约至少90℃、优选95℃的温度逐渐降低至在下部的约40℃，

　　-将产生的热水流根据其温度、在热水蓄液器中的温度大致相当于引入热水流温度的不同高度处引入到所述热水蓄液器中，

　　-用于不同热水消耗设备的热水引出装置布置在温度大致相当于向热水消耗设备供给热水所期望的温度的热水蓄液器不同高度处，

　　-以及阀门控制系统至少布置在热水引出装置上，以确保进出热水蓄液器的热流的管理和热平衡及均衡(lisser)热能供求变化。

　　在处理站或工厂具有提供温度约为100℃的热水的至少一个锅炉的情况下，那么，锅炉所提供的至少一部分热水注入到热水蓄液器的上部。

　　有利地，蓄液器的高度为至少4米;所述高度优选大于蓄热容器的直径。

　　对蓄液器的热水供给还可利用热水生产设备加以确保，热水生产设备产生温度低于90℃、但高于50℃的热水，这种热水供给在与其温度大致等于给水温度的热水蓄液器水层相应的高度进行。这种设备可包括至少一个热泵、和/或至少一个太阳能集热板、和/或至少一个热交换器、和/或至少一个污泥干化池、和/或至少一个化污池，热泵在出口提供尤其是高于50℃的热水，太阳能集热板在出口提供尤其是80℃的热水，热交换器安装在空气增压器的出口处，空气增压器在出口提供尤其是高于50℃的热水，污泥干化池在出口提供温度约为55℃的水。

　　优选地，控制阀门由控制系统进行操控，控制系统具有计算机或控制器，计算机或控制器中安装有包括温度、流量、热能计量的参数的测量结果的收集和管理软件，控制系统连接到一些传感器和小型气象观测站，这些传感器布置在热水供给装置上的多个部位处，还布置在蓄热容器的整个高度上，控制系统操纵阀门和能量回收设备，以便根据热载荷的程度管理与热水蓄液器连接的所有热流、特别是取水口阀门的位置和开启，及以便确定由热泵或另一热源进行可能的热能补充。

　　本发明还涉及一种污水净化站，污水净化站具有热水温度能从一个设备到另一设备变化的热水生产设备和热水消耗设备，其特征在于，污水净化站具有：

　　-公用的热水蓄液器，热水蓄液器的高度足以形成层状水层，这些层状水层的温度从在上部的约至少90℃、优选至少95℃的温度逐渐降低至在下部的约40℃，

　　-支管，用于每个热水生产设备，布置在与大致等于支管引入热流温度的温度相应的热水蓄液器高度，

　　-热水引出管，用于每个热水消耗设备，热水引出管在热水蓄液器上布置在与对相关热水消耗设备进行热水供给所期望的温度大致相应的高度，

　　-控制阀门，控制阀门至少布置在热水引出管和控制这些控制阀门的控制系统上，以确保进出热水蓄液器的热流的液压平衡和管理及均衡热能供求变化。

　　有利地，蓄液器的高度为至少4米。实际上，这种高度允许蓄液器中具有温度分层(或者多个温度层位)，这种温度分层足以相应于处理站或工厂的生产设备和消耗设备的不同温度层位。

　　蓄液器的最大高度通常是10米至15米，以便在蓄液器底部不超过约0.10至0.15兆帕的压力。通常，蓄液器的高度为4至15米之间，优选地，为6至12米之间，优选地，为8至10米之间。

　　优选地，蓄液器的高度大于蓄液器的直径。通常，蓄液器的高度与直径之比大于1，有利地大于1.15或1.2，或者甚至大于1.4或1.5，一般小于2。

　　蓄液器的尺寸取决于处理站或工厂的规模大小，服从于可用地面空间与架空热水储存的结构经济限制。

　　蓄液器的典型示例是：

　　-直径4米，高度6米至8米，容积100立方米;

　　-直径7米，高度10米，容积400立方米;

　　-直径10米，高度12米，容积1000立方米;

　　-直径13米，高度15米，容积2000立方米。

　　可以在其中设置容积大于2000立方米的大得多的容器，或者并联并接的多个容器。

　　足够的高度同蓄液器的适当的高度与直径之比相结合，既允许具有适合于处理站或工厂的热水生产和消耗的温度分层，也允许具有蓄液器的最佳热载荷，且占地合理。

　　污水净化站可具有至少一个锅炉、和/或至少一个热机、和/或至少一个热泵、和/或至少一个太阳能集热板、和/或至少一个增压器来作为热水生产设备，锅炉在出口提供尤其是温度高于90℃的热水，热机在出口提供尤其是温度高于90℃的热水，热泵在出口提供尤其是温度高于50℃的热水，太阳能集热板在出口提供尤其是80℃的热水，增压器在出口提供尤其是50℃的热水，和/或污水净化站可包括至少一个污泥干化池和/或至少一个化污池来作为热水生产和/或消耗设备，污泥干化池在出口提供温度约为55℃的水。