一種汙水源熱泵複合型集中供熱系統的製作方法

2023-05-03 14:32:56

本實用新型涉及餘熱回收技術領域，尤其涉及一種汙水源熱泵複合型集中供熱系統。

背景技術：

目前我國北方地區冬季主要依靠煤、石油、天然氣等礦物燃料的燃燒來供暖，我國北方城鎮建築總量為120億平方米，其中80％採用不同規模的集中供熱方式。北方城鎮採暖能耗巨大約為1.81億噸標準煤，為全國建築能耗總量的四分之一，單位建築供暖能耗達到15kgce/m2。煤炭的大量燃燒勢必造成CO2、SO2、NOx、煙塵等汙染物的增加，對空氣環境極為不利，容易造成北方城鎮的霧霾天氣。

水源熱泵是一種高效節能的供熱空調技術，採用熱泵從城市汙水中提取熱能以服務於建築物，系統60％以上的能量來自於無需「付費」的汙水，40％以下的能量來自耗電，不但可以將廢棄於汙水中的低品位熱能再回收利用，年運行費用可節省40-60％，而且一套系統可同時實現供暖、製冷、提供生活熱水的三項功能，用這種新型的供能方式代替傳統的鍋爐燃燒供熱和電製冷環節，可以減少初投資的費用，實現建築物附近溫室氣體零排放、零汙染。城市汙水是北方地區不可多得的熱泵冷熱源，它的溫度一年四季相對穩定，冬季比環境溫度高，夏季比環境溫度低，這種溫度特性使得汙水源熱泵比傳統空調系統運行效率要高，節能和節省運行費用效果顯著。

傳統的集中供熱系統，主要靠煤、石油、天然氣等礦物燃料的燃燒來為系統提供熱量，存在消耗煤、天然氣等一次能源多的問題，同時這些化石燃料的燃燒造成的環境汙染的問題；而城市中存在大量的低品位熱源未能充分利用。一般的汙水源熱泵系統受自身技術的限制，供熱距離有限。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本實用新型要解決的技術問題是解決現有的城市供熱系統中存在能源利用不充分、供熱距離受限及供熱效率不高的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種汙水源熱泵複合型集中供熱系統，包括汙水處理廠和依次連接形成供熱迴路的汙水源熱泵、供熱廠和熱力站，所述供熱廠的進水口與所述汙水源熱泵的冷凝端連接，所述汙水處理廠與所述汙水源熱泵的蒸發端連接，所述熱力站的回水端與所述汙水源熱泵的回水端連接，所述熱力站還與用熱建築連通。

其中，所述熱力站包括板式換熱器，所述板式換熱器的一次進水端與所述供熱廠連接、所述板式換熱器的一次出水端與所述汙水源熱泵連接，所述板式換熱器的二次出水端與二次進水端均與所述用熱建築連接。

其中，所述熱力站還包括雙級水源高溫熱泵，所述雙級水源高溫熱泵的冷凝端與所述用熱建築連接，所述雙級水源高溫熱泵的蒸發端與所述板式換熱器的一次出水端連接，所述雙級水源高溫熱泵的回水端與所述汙水源熱泵的回水端連接。

其中，所述用熱建築包括遠程熱用戶和熱力站周邊熱用戶，所述板式換熱器與所述遠程熱用戶連通，所述雙級水源高溫熱泵的冷凝端與所述熱力站周邊熱用戶連通。

其中，所述板式換熱器的二次進水端與二次出水端分別與所述雙級水源高溫熱泵的冷凝端的進水口與出水口連通。

其中，所述汙水處理廠的原生汙水和二級出水均與所述汙水源熱泵的蒸發端連接。

其中，所述汙水處理廠的二級出水口分別與所述汙水源熱泵的回水端和所述供熱廠的進水口連接。

其中，所述汙水處理廠的二級出水口與所述汙水源熱泵的回水端和所述供熱廠的進水口連接的管道上設有泵。

其中，所述供熱廠與所述汙水源熱泵均通過一次供熱管網與所述熱力站連接，所述熱力站與所述用熱建築通過二次供熱管網連接。

其中，所述汙水源熱泵包括多個熱泵機組，所述熱泵機組的蒸發端的換熱器為汙水源換熱器。

(三)有益效果

本實用新型的上述技術方案具有如下優點：本實用新型汙水源熱泵複合型集中供熱系統的汙水處理廠為一般城鎮汙水處理廠，將不同溫度的汙水，如原生汙水或汙水廠二級出水作為低品位熱源，採用直接換熱或間接換熱方式進入汙水源熱泵中，在系統供熱運行時，通過汙水源熱泵系統回收汙水中的熱能，並將製得的熱量傳送至供熱廠，經過供熱廠的鍋爐加熱的回水再次進入熱力站，在熱力站將熱量最終傳遞給用戶。供熱廠為現在城鎮一般的熱源站，用於為城鎮供暖系統提供熱量，其回水包括兩部分，一部分為市政供熱管網的回水，另一部分為經汙水源熱泵加熱後的回水。本實用新型汙水源熱泵複合型集中供熱系統將汙水處理廠、供熱廠、熱力站和汙水源熱泵複合成系統集中為市政建築供熱，具有大規模梯級利用汙水處理廠餘熱、長距離供熱和節約水資源的特點，利用汙水源熱泵回收汙水處理廠中汙水的熱能，能夠減少或抵消汙水廠的碳排放量，實現碳中和效果。由於汙水源熱泵作為初級熱源，供熱距離有限，通過與供熱廠聯合運行，通過汙水源熱泵的作用回收汙水中的餘熱資源，並將熱量輸送到供熱廠中，提高了供熱廠回水的溫度，相對於為供熱廠鍋爐進水進行了預熱，減少了供熱廠能源的消耗，實現汙水廠餘熱梯級利用，還能夠解決汙水源熱泵供熱距離受限的問題。

除了上面所描述的本實用新型解決的技術問題、構成的技術方案的技術特徵以及有這些技術方案的技術特徵所帶來的優點之外，本實用新型的其他技術特徵及這些技術特徵帶來的優點，將結合附圖作出進一步說明。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例汙水源熱泵複合型集中供熱系統的結構示意圖。

圖中：1：汙水處理廠；2：汙水源熱泵；3：供熱廠；4：熱力站；5：用熱建築；6：泵；7：一次供熱管網；8：二次供熱管網；21：熱泵機組；41：板式換熱器；42：雙級水源高溫熱泵；51：遠程熱用戶；52：熱力站周邊熱用戶。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，「多個」、「多根」、「多組」的含義是兩個或兩個以上，「若干個」、「若干根」、「若干組」的含義是一個或一個以上。

如圖1所示，本實用新型實施例提供的汙水源熱泵複合型集中供熱系統，包括汙水處理廠1和依次連接形成供熱迴路的汙水源熱泵2、供熱廠3和熱力站4，供熱廠3的進水口與汙水源熱泵2的冷凝端連接，汙水處理廠1與汙水源熱泵2的蒸發端連接，熱力站4的回水端與汙水源熱泵2的回水端連接，熱力站4還與用熱建築5連通。

本實用新型汙水源熱泵複合型集中供熱系統的汙水處理廠為一般城鎮汙水處理廠，將不同溫度的汙水，如原生汙水或汙水廠二級出水作為低品位熱源，採用直接換熱或間接換熱方式進入汙水源熱泵中，在系統供熱運行時，通過汙水源熱泵系統回收汙水中的熱能，並將製得的熱量傳送至供熱廠，經過供熱廠的鍋爐加熱的回水再次進入熱力站，在熱力站將熱量最終傳遞給用戶。供熱廠為現在城鎮一般的熱源站，用於為城鎮供暖系統提供熱量，其回水包括兩部分，一部分為市政供熱管網的回水，另一部分為經汙水源熱泵加熱後的回水。本實用新型汙水源熱泵複合型集中供熱系統將汙水處理廠、供熱廠、熱力站和汙水源熱泵複合成系統集中為市政建築供熱，具有大規模梯級利用汙水處理廠餘熱、長距離供熱和節約水資源的特點，利用汙水源熱泵回收汙水處理廠中汙水的熱能，能夠減少或抵消汙水廠的碳排放量，實現碳中和效果。由於汙水源熱泵作為初級熱源，供熱距離有限，通過與供熱廠聯合運行，通過汙水源熱泵的作用回收汙水中的餘熱資源，並將熱量輸送到供熱廠中，提高了供熱廠回水的溫度，相對於為供熱廠鍋爐進水進行了預熱，減少了供熱廠能源的消耗，實現汙水廠餘熱梯級利用，還能夠解決汙水源熱泵供熱距離受限的問題。

其中，熱力站4包括板式換熱器41，板式換熱器41的一次進水端與供熱廠3連接、板式換熱器41的一次出水端與汙水源熱泵2連接，板式換熱器41的二次出水端與二次進水端均與用熱建築5連接。板式換熱器的一次進水端與供熱廠的出水端連接，二次進水端與二次出水端均與用熱建築連接，作為供熱廠與用熱建築之間的換熱裝置，將熱量傳遞至用戶，一次出水端與汙水源熱泵連接，將用熱建築的回水送回汙水源熱泵重新加熱，實現汙水源熱泵複合型集中供熱系統的循環。

其中，熱力站4還包括雙級水源高溫熱泵42，雙級水源高溫熱泵42的冷凝端與用熱建築5連接，雙級水源高溫熱泵42的蒸發端與板式換熱器41的一次出水端連接，雙級水源高溫熱泵42的回水端與汙水源熱泵2的回水端連接。雙級水源高溫熱泵的蒸發端與板式換熱器的一次側出水端相連，冷凝端與用熱建築相連，將由板式換熱器中流出的供熱回水再次降溫，將熱量傳遞至用戶。由此，熱力站不僅完成了熱量的傳遞，還實現了對市政供熱管網熱能的梯度利用，降低了回水溫度，增大了供熱回水的溫差，有利於實現市政供熱管網的大溫差、小流量的運行，提高汙水源熱泵複合型集中供熱系統能效。本實用新型中板式換熱器的一次出水端分別連接雙級水源高溫熱泵和汙水源熱泵，因此在雙級水源高溫熱泵檢修或者停用時，也能夠保證供熱廠與用戶之間的供熱工作及供熱回水的循環流通。

其中，用熱建築5包括遠程熱用戶51和熱力站周邊熱用戶52，板式換熱器41與遠程熱用戶51連通，雙級水源高溫熱泵42的冷凝端與熱力站周邊熱用戶52連通。熱用戶為現在市政汙水源熱泵複合型集中供熱系統的熱用戶。由於熱力站將供熱能的梯度利用，所以板式換熱器可為遠程熱用戶供熱，雙級水源高溫熱泵可為距離較近的熱力站周邊熱用戶供熱。

其中，板式換熱器41的二次進水端與二次出水端分別與雙級水源高溫熱泵42的冷凝端的進水口與出水口連通。通過雙級水源高溫熱泵向熱力站周邊熱用戶提供的供熱回水，此時供熱回水還可返回補充板式換熱器向遠程熱用戶通入的供熱回水，以提高輸向遠程熱用戶的供水溫度。

其中，汙水處理廠1的原生汙水和二級出水均與汙水源熱泵2的蒸發端連接。汙水處理廠1的二級出水口分別與汙水源熱泵2的回水端和供熱廠3的進水口連接。汙水處理廠1的二級出水口與汙水源熱泵2的回水端和供熱廠3的進水口連接的管道上設有泵6。汙水處理廠的原生汙水與二級出水均可作為汙水源熱泵的熱源，汙水處理廠的二級出水因水質達到了要求，可以作為市政汙水源熱泵複合型集中供熱系統的補水，經補水泵加壓後進入供熱廠中，從而進入供熱管網的回水管網中，節約了水資源。經過板式換熱器的供熱回水經過雙級水源高溫熱泵加熱，向用戶供熱後回水，由回水端流入與汙水源熱泵回水端連接的回水管網，經過汙水處理廠的二級出水口補水後進入汙水源熱泵系統，也能夠節約水資源的利用。由此本實用新型在汙水源熱泵檢修或停用時，也能夠使汙水處理廠的二級出水口的補水順利進入供熱廠，為汙水源熱泵複合型集中供熱系統提供良好的水循環保證。

其中，供熱廠3與汙水源熱泵2均通過一次供熱管網7與所述熱力站連接，熱力站4與用熱建築5通過二次供熱管網8連接。市政一次供熱管網為現在城鎮在使用的管網系統，熱力站與供熱站和汙水源熱泵之間連接的供熱網管均屬於一次供熱管網，市政二次供熱管網也為現在城鎮在使用的管網系統，熱力站與用熱建築之間連接的供熱網管均屬於二次供熱網管。雙級水源高溫熱泵的冷凝端與二次供熱管網相連以及熱力站周邊熱用戶的供熱管網相連。在熱力站添加的雙級水源高溫熱泵不僅能夠降低一次供熱管網的供回水溫差，還能夠用於加熱二次供熱管網的回水以及滿足周邊用戶的供熱需求。

其中，汙水源熱泵2包括多個熱泵機組21，熱泵機組21的蒸發端的換熱器為汙水源換熱器。汙水源熱泵由多個雙級熱泵機組組成，其蒸發端的換熱器為汙水源換熱器，與汙水處理廠的原生汙水或二級出水相連，根據利用汙水情況的不同，可有不同的運行工況；冷凝端與供熱廠相連，用一次供熱管網管的回水作為冷卻水。優選的，熱泵機組均為電驅動熱泵。

本實用新型將汙水源熱泵蒸發端與汙水處理廠相連，冷凝端與供熱廠相連，系統進行供熱運行時，通過汙水源熱泵系統回收汙水處理廠中汙水中的熱能，並將製得的熱量傳送至市政一次供熱管網的回水中，市政一次供熱管網中回水溫度為35℃，經過汙水源熱泵加熱到55℃，單級加熱10℃；經過供熱廠的鍋爐加熱的回水再次進入市政一次供熱管網，回水的溫度由55℃加熱到130℃；在熱力站經過板式換熱器將熱量傳遞給市政二次供熱管網，溫度降至55℃；經過板式換熱器的市政一次供熱管網的供水，經過雙級水源高溫熱泵加熱，市政二次供熱管網回水後進入回水管網，將二次供熱管網以及熱力站周邊熱用戶供熱管網的回水溫度由50℃分別加熱到60℃和65℃，一次供熱管網回水溫度降到35℃；再經過汙水處理廠二級出水補水後進入汙水源熱泵；二供熱次管網的回水經過熱力站加熱後，最終將熱量輸送到各個熱用戶。

綜上所述，本實用新型汙水源熱泵複合型集中供熱系統的汙水處理廠為一般城鎮汙水處理廠，將不同溫度的汙水，如原生汙水或汙水廠二級出水作為低品位熱源，採用直接換熱或間接換熱方式進入汙水源熱泵中，在系統供熱運行時，通過汙水源熱泵系統回收汙水中的熱能，並將製得的熱量傳送至供熱廠，經過供熱廠的鍋爐加熱的回水再次進入熱力站，在熱力站將熱量最終傳遞給用戶。供熱廠為現在城鎮一般的熱源站，用於為城鎮供暖系統提供熱量，其回水包括兩部分，一部分為市政供熱管網的回水，另一部分為經汙水源熱泵加熱後的回水。本實用新型汙水源熱泵複合型集中供熱系統將汙水處理廠、供熱廠、熱力站和汙水源熱泵複合成系統集中為市政建築供熱，具有大規模梯級利用汙水處理廠餘熱、長距離供熱和節約水資源的特點，利用汙水源熱泵回收汙水處理廠中汙水的熱能，能夠減少或抵消汙水廠的碳排放量，實現碳中和效果。由於汙水源熱泵作為初級熱源，供熱距離有限，通過與供熱廠聯合運行，通過汙水源熱泵的作用回收汙水中的餘熱資源，並將熱量輸送到供熱廠中，提高了供熱廠回水的溫度，相對於為供熱廠鍋爐進水進行了預熱，減少了供熱廠能源的消耗，實現汙水廠餘熱梯級利用，還能夠解決汙水源熱泵供熱距離受限的問題。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和範圍。