一种基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统的制作方法

1.本发明涉及废水余热利用系统的技术领域，尤其是涉及一种基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统。


背景技术：

2.能源高效利用与节能减排技术的发展是当今社会工业经济所面临的重要资源与环保课题，减少能源的排放浪费，提高能源的有效回收利用，减少废热排放对生态环境造成的负面影响，是实现可持续发展与环境保护进程中亟待解决的几个重要问题。在工业经济发展与人民日常生活保障中，印染纺织行业不可或缺，是影响人们日常生产生活的支柱产业。然而，在传统印染行业的生产流程中，对热水和高温蒸汽的需求极大，且生产过程中会产生大量的过热废水、废气等环境污染物，普遍具有高能耗、高排放等特点。这部分废蒸汽、废热水的直接排放除了产生的化学污染外，还会产生热能的污染，印染工业的生产中产生的大部分热量都会伴随着污染物的排放被释放到自然环境中，这部分热量会对生态平衡和环境造成极大的影响。而且，印染行业能源需求极大，未利用热量的排放还会造成大量的热量资源浪费，并增加了能源消耗负担，废热的排放对环保与经济效益都会造成不可估量的损失。
3.虽然印染行业排放废水中蕴含着巨大的热能储备，对印染废水中的余热的回收利用能够有效地促进能源的高效利用，对经济发展与环保产业发展目标具有积极影响，但是印染行业的工业废水排放温度普遍较低，其携带的能量为低品位热能，这部分热能的直接利用具有很大困难，难以应用于工业生产与日常生活的回收与循环利用。
4.随着相关技术的发展，高温热泵技术已经成为将低位热源的热能提升至高品位热源，从而实现热能回收利用的主要技术之一。电压缩热泵技术综合热泵对热源品质提升的作用和电能的合理利用，具有重要的应用价值。以电力驱动的热泵压缩技术，热泵系统各个部件的配合工作，经过热力循环过程，实现能量的转化和补充，经过工质的温升和换热作用，可将所回收废热的品质有效提升，这部分高品位的热能可用于高温热水生产等，进而实现余热回收供给工业再利用的目标。
5.高温热泵技术能有效的实现余热的回收与利用，减少废水对环境的热污染，但是循环工质压缩的过程中需要外部电能的输入，产生的电能负荷在用电高峰期会加大用电压力。而且，印染行业产生废热排放的生产阶段往往与用电高峰时段重合，巨大的用电量不利于电能生产与配送的峰谷调节，对电能利用的合理分配会产生消极作用。电能利用的峰谷调节是电能有效利用的重要问题，在用电高峰期减少电力需求，在用电低谷期实现电能的合理使用，是用电行业发展的重要方向。


技术实现要素：

6.为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，将石蜡储能技术和高温热泵技术相结合，实现余热回收、
相变储热、品位提升与能源再利用有机结合，更好地应用于印染行业工业废水余热的回收及循环利用。
7.本发明的目的通过以下技术方案予以实现：本发明提供了一种基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，所述系统包括石蜡相变储热装置；所述石蜡相变储热装置通过阀门ⅰ和阀门ⅱ与换热回收装置连接为循环管路；所述石蜡相变储热装置通过阀门ⅲ和阀门ⅳ与工质热交换循环装置连接为循环管路；所述工质热交换装置还与高温热泵装置相连通；印染工业废水通过与系统内流经的循环工质进行热交换实现余热储能利用。
8.相变储热技术因其潜热巨大等特点可应用于印染废水的余热回收技术中，起到暂时储存热量，在需要时释放热量的作用。印染行业的废水温度通常在30到40℃之间，其温度范围与石蜡有机相变材料的熔点温度范围具有良好的匹配性，适用于对印染行业废水回收的余热进行储存的工业场合。将印染废水余热储存在石蜡相变储热装置中，再通过循环工质流经工质热交换装置进行热量释放，接着配合高温热泵装置进行余热储热利用。
9.印染行业的废水废热急需有效的回收利用手段，余热的品位提高需要电能的供应，相变储热技术的应用有利于生产环节的合理配合，本发明将余热回收、相变储热、品位提升与能源再利用有机结合，实现废热回收与能源高效利用。
10.作为优选，在用电高峰期，打开阀门ⅰ和阀门ⅱ，关闭阀门ⅲ和阀门ⅳ，连通石蜡相变储热装置与换热回收装置相连接的循环管路；在用电低谷期，关闭阀门ⅰ和阀门ⅱ，打开阀门ⅲ和阀门ⅳ，连通石蜡相变储热装置与工质热交换循环装置相连接的循环管路。
11.储能技术的发展为实现工业生产的能源消耗匹配与电力应用峰谷调节提供了技术支持，本发明将热能的回收和利用调节至不同时段，利于能源的再次分配使用。在用电高峰期，储热技术可实现热能的暂时储存，用电量较少且可有效实现余热储能；在用电低谷期，通过换热系统将热量释放，配合电压缩热泵技术进一步实现热能品质的调节，有效配合用电峰谷调节，缓解用电压力，可实现节能减排。
12.作为优选，所述换热回收装置包括管式换热器；废水通过流经管式换热器与循环工质ⅰ实现热交换，循环工质ⅰ再通过流经石蜡相变储热装置以实现余热储能。
13.作为优选，所述工质热交换装置包括换热蒸发器；循环工质ⅰ通过流经换热蒸发器与循环工质ⅱ实现热交换，循环工质ⅱ再通过流经高温热泵装置以实现储能利用。
14.作为优选，所述石蜡相变储热装置内部螺旋设置有换热盘管，且在石蜡相变储热装置内装有石蜡相变材料，在换热盘管内流经循环工质ⅰ。
15.作为优选，所述换热盘管为金属材质，且换热盘管内部填充有金属多孔泡沫。
16.循环工质ⅰ在换热盘管内部会与填充的金属多孔泡沫发生强烈的对流换热作用，金属多孔泡沫具备高孔隙率，可以有效实现紊流状态和增强换热系数的作用，并且金属多孔泡沫与换热盘管2-3的金属外壁紧密贴合，以便发生导热传热，将热量传递给石蜡相变材料，因而石蜡相变材料可以发生更好的相变储热物理过程，将热量储存在石蜡内部，储热效率更高。
17.作为优选，所述石蜡相变材料的相变温度为30~40℃。
18.作为优选，所述高温热泵装置包括依次连接的冷凝换热器和热水存储器。
19.作为优选，所述冷凝换热器和换热蒸发器连接为循环管路；所述冷凝换热器的入
口分别连接有循环工质ⅱ入口和热水出口；所述冷凝换热器的出口分别连接有循环工质ⅱ出口和常温水入口。
20.作为优选，所述热水出口和热水存储器相连接；所述热水存储器和热水配送管网相连接，将热水输送至印染工艺设备进行利用。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）将印染废水余热储存在石蜡相变储热装置中，再通过循环工质流经工质热交换装置进行热量释放，接着配合高温热泵装置进行余热储热利用；（2）平衡用电高峰和低谷期的电能使用，起到峰谷调节的作用，缓解用电压力，具有良好的经济效益；（3）将余热回收、相变储热、品位提升与能源再利用有机结合，实现废热回收与能源高效利用，减少了废热的排放污染，同时节约了能源消耗。
附图说明
22.图1为本发明中印染工业废水余热储能利用系统的工艺路线图；图2为本发明中石蜡相变储热装置的结构示意图；图3为本发明中换热盘管的结构示意图。
23.附图标记为：换热回收装置1、石蜡相变储热装置2、外部绝热罐体2-1、石蜡相变材料2-2、换热盘管2-3、盘管隔热层2-4、金属多孔泡沫2-5、阀门ⅰ3、阀门ⅱ4、阀门ⅲ5、阀门ⅳ6、工质热交换循环装置7、冷凝换热器8、热水存储器9、热水配送管网10、常温水11、常温工质12。
具体实施方式
24.以下用具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：实施例1一种基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统如图1所示，所述系统包括依次连接的换热回收装置1、石蜡相变储热装置2、工质热交换循环装置7和高温热泵装置。换热回收装置1和石蜡相变储热装置2连接为循环管路，同时石蜡相变储热装置2和工质热交换循环装置7连接为循环管路。石蜡相变储热装置2共有4个阀门调节两个循环管路的运行，常温工质12经输送阀门流入石蜡相变储热装置2，石蜡相变储热装置2中输出循环工质ⅰ和循环工质ⅱ分别流经两个循环管路。
25.在用电高峰期，打开阀门ⅰ3和阀门ⅱ4，关闭阀门ⅲ5和阀门ⅳ6，连通石蜡相变储热装置2与换热回收装置1相连接的循环管路。温度为40℃的印染废水，通过泵机和流量调节阀门共同调控，使废水以一定流量和流速流经换热回收装置1，换热回收装置1包括管式换热器。在管式换热器中废水和循环工质ⅰ进行热交换，循环工质ⅰ再通过流经石蜡相变储热装置2以实现余热储能。如图2所示，石蜡相变储热装置2包括外部绝热罐体2-1以及外部绝热罐体2-1内装有的石蜡相变材料2-2（二十碳石蜡材料），外部绝热罐体2-1内部还螺旋设有与石蜡相变储热装置2外部相连通的换热盘管2-3。
26.如图3所示，换热盘管2-3为金属空心管且其内部填充有金属多孔泡沫2-5，在换热盘管2-3内部流经循环工质ⅰ，循环工质ⅰ在换热盘管2-3内部与填充的金属多孔泡沫2-5发
生强烈的对流换热作用，高孔隙率的金属多孔泡沫2-5起到有效实现紊流状态和增强换热系数的作用，并且金属多孔泡沫2-5与紧密贴合的换热盘管2-3金属外壁发生导热传热，将热量传递给石蜡相变材料2-2，石蜡相变材料2-2发生相变储热物理过程，将热量储存在石蜡内部，外部绝热罐体2-1有效阻止热量的散失。另外，换热盘管2-3与外部连通部分包裹有盘管隔热层2-4，其同样可以阻止热量流失。
27.在用电低谷期，关闭阀门ⅰ3和阀门ⅱ4，打开阀门ⅲ5和阀门ⅳ6，连通石蜡相变储热装置2与工质热交换循环装置7相连接的循环管路。石蜡相变材料2-2发生凝固相变，释放存储的热量，工质热交换装置7包括换热蒸发器，石蜡相变储热装置2内的循环工质ⅰ通过换热蒸发器将热量传递给循环工质ⅱ。
28.高温热泵装置包括依次连接的冷凝换热器8和热水存储器9，循环工质ⅱ的温度升高且流量稳定后，再将热量传递给事先输入到冷凝换热器8中的常温水11，冷凝换热器8和工质热交换装置7连接为循环管路，通过热交换生产热水，降温后的工质经节流阀膨胀后流回工质热交换装置7，继续进行热力循环。冷凝换热器8的入口分别连接有循环工质ⅱ入口和热水出口，出口分别连接有循环工质ⅱ出口和常温水入口。
29.冷凝换热器8的热水出口和热水存储器9相连接，可以将生产的高温热水进行储存，并利用外部保温层维持其温度，减少热量损失。热水存储器9中存储的高温热水经过流量阀门调节后继续输入热水配送管网10，输送回到印染行业的相应加工工艺和设备中，用于印染工业中高温热水的直接利用。
30.本发明中系统通过管式换热器将常温工质与印染行业排放的废水进行热交换，实现废水中未利用余热的有效回收；再将热量传递给石蜡相变材料，将热量暂时储存，进而将释放的热量传递给工质热交换装置中的循环工质，再与冷凝设备中的水工质进行热交换，起到热水生产的作用；产生的高温热水进行储存并输送回印染工业设备，实现加工工艺中的热能循环使用，使印染行业产生废水中的未利用余热得到充分回收并进一步利用。相变储热材料的热量储存过程和高温热泵的配合使用，减少废热的排放污染，同时节约能源消耗，并且可以平衡用电高峰和低谷期的电能使用，起到峰谷调节的作用，具有良好的经济效益。
31.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述系统包括石蜡相变储热装置（2）；所述石蜡相变储热装置（2）通过阀门ⅰ（3）和阀门ⅱ（4）与换热回收装置（1）连接为循环管路；所述石蜡相变储热装置（2）通过阀门ⅲ（5）和阀门ⅳ（6）与工质热交换循环装置（7）连接为循环管路；所述工质热交换装置（7）还与高温热泵装置相连通；印染工业废水通过与系统内流经的循环工质进行热交换实现余热储能利用。2.如权利要求1所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，在用电高峰期，打开阀门ⅰ（3）和阀门ⅱ（4），关闭阀门ⅲ（5）和阀门ⅳ（6），连通石蜡相变储热装置（2）与换热回收装置（1）相连接的循环管路；在用电低谷期，关闭阀门ⅰ（3）和阀门ⅱ（4），打开阀门ⅲ（5）和阀门ⅳ（6），连通石蜡相变储热装置（2）与工质热交换循环装置（7）相连接的循环管路。3.如权利要求1所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述换热回收装置（1）包括管式换热器；废水通过流经管式换热器与循环工质ⅰ实现热交换，循环工质ⅰ再通过流经石蜡相变储热装置（2）以实现余热储能。4.如权利要求1所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述工质热交换装置（7）包括换热蒸发器；循环工质ⅰ通过流经换热蒸发器与循环工质ⅱ实现热交换，循环工质ⅱ再通过流经高温热泵装置以实现储能利用。5.如权利要求1-4之一所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述石蜡相变储热装置（2）内部螺旋设置有换热盘管（2-3），且在石蜡相变储热装置（2）内装有石蜡相变材料（2-2），在换热盘管（2-3）内流经循环工质ⅰ。6.如权利要求5所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述换热盘管（2-3）为金属材质，且换热盘管（2-3）内部填充有金属多孔泡沫（2-5）。7.如权利要求5所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述石蜡相变材料（2-2）的相变温度为30~40℃。8.如权利要求1-4之一所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述高温热泵装置包括依次连接的冷凝换热器（8）和热水存储器（9）。9.如权利要求8所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述冷凝换热器（8）和工质热交换装置（7）连接为循环管路；所述冷凝换热器（8）的入口分别连接有循环工质ⅱ入口和热水出口；所述冷凝换热器（8）的出口分别连接有循环工质ⅱ出口和常温水入口。10.如权利要求8所述基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，其特征在于，所述热水出口和热水存储器（9）相连接；所述热水存储器（9）和热水配送管网（10）相连接，将热水输送至印染工艺设备进行利用。

技术总结
本发明涉及废水余热利用系统的技术领域，公开了一种基于石蜡和高温热泵的印染工业废水余热储能利用系统，所述系统包括石蜡相变储热装置；所述石蜡相变储热装置通过阀门Ⅰ和阀门Ⅱ与换热回收装置连接为循环管路；所述石蜡相变储热装置通过阀门Ⅲ和阀门Ⅳ与工质热交换循环装置连接为循环管路；所述工质热交换装置还与高温热泵装置相连通；印染工业废水通过系统内流经的循环工质实现余热储能利用。本发明将石蜡储能技术和高温热泵技术相结合，实现余热回收、相变储热、品位提升与能源再利用有机结合，更好地应用于印染行业工业废水余热的回收及循环利用，还可以平衡用电峰谷期的电能使用，起到峰谷调节的作用，具有良好的经济效益。益。益。


技术研发人员：李诚 揭业炜 陈彦侃 闫博 潘奡旻 龙鹏 刘维亮 邓岚 蔡以真 李菁 张建平 杨竞力 王洛枫 吴昱德 顾丹虹 闫威
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/7/20