[發明專利]一種城鎮原生污水冷熱量的回收利用裝置

有效

• 申請號: 201410103046.6
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103836841A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 馬榮江;孫杰;余南陽
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: F25B30/06
• 分類號: F25B30/06;F24J3/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術領域

本發明涉及一種回收城鎮原生污水冷熱量并將其作為熱泵冷熱源的回收利用裝置。

背景技術

利用各種清潔的可再生能源作為熱泵冷熱源為建筑物制冷、供暖和加熱生活熱水等具有重要的節能減排意義。城鎮原生污水是一種尚未大規模開發和利用的優良低位熱源，具有水溫波動小、數量巨大、生成量穩定等特點。城鎮原生污水的夏季溫度低于室外環境溫度，冬季溫度則高于室外環境溫度，在整個制冷季和供暖季，水溫波動不大，水中蘊藏著大量低溫熱能。城鎮污水生成量大，而且隨著我國城鎮化發展，其水量將越來越大。

污水源熱泵系統本身不存在像地埋管地源熱泵受地質條件限制，地下水源熱泵受地下水水量和水資源保護限制，空氣源熱泵在熱帶地區室外環境溫度很高或寒冷地區室外環境溫度很低時運行效率低甚至無法運行以及冬季除霜等局限性。因此，城鎮原生污水較其他冷熱源具有明顯優勢和廣闊的發展前景與綜合效益。

自發展、推廣可再生能源建筑應用技術以來，城鎮原生污水的利用一直備受重視。然而到目前為止，污水源熱泵技術未能大規模推廣應用，主要原因是城鎮原生污水水質很差。比如，城鎮生活污水常含有較高的有機物（如淀粉、蛋白質、油脂等），大量柔性纖維狀雜物與發絲、柔性漂浮物和微尺度懸浮物；而工業污水水質也各不相同，一般來講，工業污水中含有金屬及無機化合物、油類、有機污染物等成分，同時工業污水的pH值往往偏離7，具有一定酸堿度。正是因為污水的這些特殊性導致污水源熱泵在應用過程中出現下列問題。

1.污水流經管道和換熱設備時，由于污水中小尺度污染物濃度高，極易在換熱表面沉積形成污垢、黏性污泥層或貼附形成生物膜、油膜等。而漂浮物和懸浮物等堵塞管道和設備入口，其最終會阻塞污水的流動，同時由于傳熱熱阻的增加而惡化換熱過程。

2.污水常引起管道和設備腐蝕，尤其是污水中的硫化氫易使管道和設備腐蝕生銹。

3.由于污水流動阻塞使換熱設備流動阻力不斷增大，引起流經換熱設備污水量的不斷減少，同時傳熱熱阻的不斷增大，又引起傳熱系數的不斷減小，因此污水源熱泵運行穩定性比其他水源熱泵差，其制冷量和供熱量隨運行時間延長而衰減的速率越來越快。

4.由于污水的流動阻塞和換熱量的衰減，使得污水源熱泵的運行維護頻繁。

因此，要推廣應用該技術，必須開發出一套既高效適用又能長期穩定運行的應用方法。

中國專利CN1687677A公開了一種“城市原生污水冷熱源直流輸送換熱應用方法”，該方法適用于城市污水干渠中污水的余熱回收利用，其工作原理為：污水泵將污水從城市污水干渠輸送至熱泵機組附近并返回時，利用直流輸送管線兼作污水換熱系統，污水通過輸送管壁將冷熱量傳遞給管外環間流動的熱載體后返回污水干渠下游，熱載體將冷熱量經熱載體管線和熱載泵傳遞給熱泵機組后經過熱載體管線返回直流輸送管線的內外管間環狀空間。為了減少原生污水進入直流輸送管線可能發生阻塞，并保證污水進入管線水量，該方法要求輸送管線內管直徑至少為50mm，管內流速至少為0.5m/s。但由于原生污水水質的影響，若將該方法用于回收提取城市原生污水中的冷熱量，在換熱過程中，并不能避免直流輸送管線和污水泵等設備的結垢、腐蝕與污染甚至阻塞以及其所導致換熱量衰減等問題。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種無阻塞、無污染、無（主動式）清污維護過程的城鎮原生污水冷熱量的回收利用裝置，能適應原生污水來水量自然變化的高效、穩定回收城鎮原生污水冷熱量的換熱應用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種城鎮原生污水冷熱量的回收利用裝置，包括套管式管段、中介水系統、熱泵機組和末端循環系統；所述套管式管段包括外管和內管，在內外管之間設置有螺旋狀翅片，在套管式管段兩端分別設置有傳熱介質進水管和傳熱介質出水管；中介水系統的輸送管線依次聯接套管式管段上的傳熱介質出水管、中介水系統的輸送泵、熱泵機組和傳熱介質進水管；末端循環系統的循環管道依次聯接熱泵機組、循環泵和末端供冷供熱設備。

與現有技術相比，本發明的積極效果是：城鎮原生污水在城鎮污水管網流動過程中，作為污水管網組成部分的套管式管段兼作為污水換熱器，污水始終保持在污水管網中流動，不進入其他管道和設備。原生污水通過套管式管段的內管管壁將冷熱量傳遞給內外管間流動的傳熱介質（中介水），傳熱介質在內外管間收集原生污水冷熱量后，進入熱泵機組的冷凝器或蒸發器，將冷熱量傳遞給熱泵機組后返回套管式管段的內外管間。