一種應(yīng)用于高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源與環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展的兩大主題。新世紀(jì)以來隨著人口的增長、經(jīng)濟(jì)水平的 提高以及社會(huì)的進(jìn)步，能源危機(jī)不斷加深，生態(tài)環(huán)境的污染與破壞也在不斷地加劇。在全球 能耗以每年5%的增長速度下，化石燃料預(yù)計(jì)還能使用一二百年，世界能源形勢(shì)嚴(yán)峻。我國 人均能源貧乏，人均擁有量僅為世界平均值的1/2和美國的1/10。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能 源短缺問題日益嚴(yán)峻，煤、電、油的供求關(guān)系越來越緊張。例如全國大部分地區(qū)出現(xiàn)了拉閘 限電的現(xiàn)象，采暖季節(jié)煤炭供應(yīng)緊張，并且石油進(jìn)口大幅度增加。在近幾年中，由于能源結(jié) 構(gòu)的調(diào)整和環(huán)保政策的加強(qiáng)，人們迫切需要提高能源利用效率和開發(fā)新型可再生能源。
[0003] 厭氧生物處理是一種經(jīng)濟(jì)、高效的處理中高濃度有機(jī)廢水的有效方法，通過厭氧 發(fā)酵過程將有機(jī)物降解，并產(chǎn)生一種清潔的新型能源一一沼氣。在厭氧消化反應(yīng)過程中，溫 度是影響微生物活性和厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的關(guān)鍵因素之一。據(jù)研宄表明，對(duì)一個(gè)厭氧反應(yīng)器 來說，其操作溫度以穩(wěn)定為宜，波動(dòng)范圍一般一天不宜超過±2°C。中溫厭氧發(fā)酵允許的溫 度變化范圍為± (1. 5~2) °C。當(dāng)溫度有±3°C的變化時(shí)就會(huì)抑制厭氧消化速率，有±5°C的 急劇變化時(shí)，產(chǎn)氣量會(huì)顯著降低，如果變化過大則會(huì)停止產(chǎn)氣，同時(shí)使有機(jī)酸大量累積而破 壞厭氧消化。
[0004] 然而在北方地區(qū)，由于冬季天氣寒冷，室外氣溫較低，如果不對(duì)厭氧反應(yīng)器采取普 遍的增溫和保溫措施，則無法保證中溫厭氧發(fā)酵所需要的穩(wěn)定溫度。目前厭氧反應(yīng)器所需 熱能大部分是利用煤、石油或天然氣等燃燒供給，勢(shì)必會(huì)造成能源減少以及污染環(huán)境。
[0005] 廢水經(jīng)高效厭氧反應(yīng)器中溫厭氧發(fā)酵后，其出水幾乎常年保持相對(duì)較高且恒定的 溫度，一般為30~37°C，與外界溫度相差較大，而且流量變化較小，故其中含有大量的低品位 熱能。但后續(xù)的好氧處理所需溫度僅為25°C左右，回收其中余熱用于厭氧進(jìn)水加熱是具有 現(xiàn)實(shí)意義的節(jié)能環(huán)保技術(shù)和資源循環(huán)利用方式，應(yīng)用前景廣闊。因此，將厭氧反應(yīng)器出水熱 能回用與厭氧進(jìn)水加熱在同一污水處理廠內(nèi)就地結(jié)合是實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置、高效綜合利用 的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了保證穩(wěn)定的厭氧發(fā)酵溫度、降低能耗，本實(shí)用新型的目的在于提供一種應(yīng)用 于高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的方法及裝置。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型另一方面提供了一種應(yīng)用于高效厭氧反應(yīng) 器進(jìn)水加熱的裝置：主要包括進(jìn)料池、高效厭氧反應(yīng)器和熱泵機(jī)組。所述進(jìn)料池、高效厭氧 反應(yīng)器和熱泵機(jī)組順序相連。
[0008] 所述熱泵機(jī)組由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥這四個(gè)設(shè)備構(gòu)成，并通過冷媒管 道彼此連接而形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)。
[0009] 所述進(jìn)料池的進(jìn)水管與冷凝器進(jìn)水口相連，冷凝器出水口通過管道與進(jìn)料池相 連，高效厭氧反應(yīng)器的出水系統(tǒng)通過管道與蒸發(fā)器連接。
[0010] 一種應(yīng)用于高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的方法：厭氧反應(yīng)器出水經(jīng)熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā) 器回收富余的熱量后進(jìn)入后續(xù)的好氧處理中，同時(shí)熱泵系統(tǒng)的冷媒在蒸發(fā)器中吸收熱量， 所產(chǎn)生的蒸汽被壓縮機(jī)壓縮到高溫高壓后，在冷凝器中冷凝成液態(tài)，并釋放出熱量。厭氧反 應(yīng)器進(jìn)水首先進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的冷凝器，吸收其釋放的熱量，水溫升高到一定溫度后進(jìn)入進(jìn) 料池，流經(jīng)進(jìn)料池后進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器內(nèi)。熱泵系統(tǒng)內(nèi)液態(tài)的冷媒經(jīng)由膨脹閥形成低溫低壓 后，又進(jìn)入蒸發(fā)器，如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量的交換。在熱泵機(jī)組中，冷媒經(jīng)過吸熱、壓縮、冷 卻、膨脹過程，可將厭氧反應(yīng)器出水中的余熱回用到其進(jìn)水中去，實(shí)現(xiàn)加熱的目的。
[0011] 所述高效厭氧反應(yīng)器的出水溫度為30~37°c。
[0012] 所述高效厭氧反應(yīng)器經(jīng)蒸發(fā)器放熱后的出水溫度為20~25°C。
[0013] 所述厭氧反應(yīng)器出水熱能回用的余熱為5~17°C。
[0014] 所述熱泵機(jī)組具有制熱效率（C0P)，所述COP為熱泵機(jī)組制熱量和驅(qū)動(dòng)功率的比 值，主要取決于壓縮機(jī)的溫度壓頭，其值為3. 5~6. 0。
[0015] 所述壓縮機(jī)的溫度壓頭是指熱泵熱水出水溫度與熱源水出水溫度之差，其值為 15~55°C。
[0016] 所述熱泵熱水出水溫度指的是熱泵冷凝水出水溫度。所述熱源水出水溫度指的是 熱泵蒸發(fā)器出水溫度。
[0017] 本實(shí)用新型的優(yōu)異效果在于：
[0018] 1、環(huán)保效益顯著。高效厭氧反應(yīng)器出水在蒸發(fā)器中放出其富存的余熱，熱泵機(jī)組 系統(tǒng)將此低溫位余熱轉(zhuǎn)換成高溫位熱能來加熱厭氧反應(yīng)器的進(jìn)水，從而可大量節(jié)省加熱進(jìn) 水所需蒸汽用量，減少了加熱過程中排放廢水、廢氣所造成的污染，相應(yīng)地降低了C02、N0X、 S0X及粉塵等污染物的產(chǎn)生量，具有明顯的環(huán)境效益。
[0019] 2、節(jié)能降耗。將高效厭氧反應(yīng)器出水中所富余的熱量轉(zhuǎn)移到其進(jìn)水中去，減少了 煤、石油或天然氣等燃燒，降低了能源的消耗。此外，熱泵機(jī)組每消耗約1份的電能即可提 取3份的熱能，得到4份的供熱熱能，使電能的利用率提高到4倍，節(jié)能30-70%，大大地提高 了能源的利用效率。
[0020] 3、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、可靠。高效厭氧反應(yīng)器出水溫度及流量相對(duì)穩(wěn)定，變化幅度較小，整 個(gè)裝置運(yùn)行情況穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)，無需專業(yè)人員操 控，也可聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度及管理人員。系統(tǒng)原理簡單，設(shè) 備的可靠性強(qiáng)，維護(hù)量小。
[0021] 4、社會(huì)效益好。本裝置在保證高效厭氧反應(yīng)器中溫厭氧發(fā)酵所需要的穩(wěn)定溫度 下，充分回收其出水中的余熱用于厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱中，既減少了環(huán)境的污染又充分利 用了富余熱量，促進(jìn)了可持續(xù)發(fā)展，具有重大的社會(huì)效益。
【附圖說明】
[0022] 附圖1是【具體實(shí)施方式】的一種應(yīng)用于高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的方法及裝置結(jié) 構(gòu)不意圖。其中：
[0023] 1-進(jìn)料池，2-高效厭氧反應(yīng)器，3-熱泵機(jī)組，4-厭氧進(jìn)水泵，5-流量計(jì)，6-厭氧外 循環(huán)泵，7-厭氧出水系統(tǒng)，8-蒸發(fā)器，9-壓縮機(jī)，10-冷凝器，11-膨脹閥，12-氣液分離器， 13,14-閘閥。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例具體說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0025] 實(shí)施例：一種應(yīng)用于高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的方法及裝置，結(jié)構(gòu)可參考附圖，主 要包括進(jìn)料池1，高效厭氧反應(yīng)器2和熱泵機(jī)組3。熱泵機(jī)組3是由蒸發(fā)器8、壓縮機(jī)9、冷 凝器10、膨脹閥11及閘閥13、14。
[0026] 所述進(jìn)料池1、高效厭氧反應(yīng)器2和熱泵機(jī)組3順序相連。
[0027] 所述熱泵機(jī)組3由蒸發(fā)器8、壓縮機(jī)9、冷凝器10和膨脹閥11這四個(gè)設(shè)備構(gòu)成，并 通過冷媒管道彼此連接而形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)。
[0028] 所述進(jìn)料池1的進(jìn)水管與冷凝器10進(jìn)水口相連，冷凝器10出水口通過管道與進(jìn) 料池1相連，高效厭氧反應(yīng)器2的出水系統(tǒng)7通過管道與蒸發(fā)器8連接。
[0029] 利用上述裝置進(jìn)行高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的工作過程如下所述：
[0030] 冬天溫度過低時(shí)，先開啟閘閥13、關(guān)閉閘閥14,進(jìn)料池1的進(jìn)水先加熱到高效厭氧 反應(yīng)器2厭氧發(fā)酵所需要的溫度，通過厭氧進(jìn)水泵4流經(jīng)流量計(jì)5后提升到厭氧反應(yīng)器2 中，在厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過氣液分離器12分離后綜合利用。經(jīng)過處理后的出水 一部分經(jīng)厭氧外循環(huán)泵6回流至厭氧反應(yīng)器2底部，另一部分出水流入熱泵機(jī)組3中，經(jīng)由 熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器8回收富余的熱量后進(jìn)入后續(xù)的好氧處理進(jìn)行再處理。同時(shí)熱泵機(jī)組的 冷媒在蒸發(fā)器8中吸收熱量，所產(chǎn)生的蒸汽被壓縮機(jī)9壓縮到高溫高壓后，在冷凝器10中 冷凝成液態(tài)，并釋放熱量。此時(shí)，關(guān)閉閘閥13、開啟閘閥14,厭氧反應(yīng)器2進(jìn)水首先進(jìn)入熱 泵系統(tǒng)的冷凝器10吸收其釋放的熱量，水溫升高到一定溫度后進(jìn)入進(jìn)料池1，流經(jīng)進(jìn)料池1 后進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器2內(nèi)。在熱泵機(jī)組中，冷媒經(jīng)過吸熱、壓縮、冷卻、膨脹過程，可將厭氧反 應(yīng)器出水中的余熱回用到其進(jìn)水中去，實(shí)現(xiàn)加熱的目的。如此反復(fù)循環(huán)，不斷地加熱高效厭 氧反應(yīng)器的進(jìn)水，保證中溫厭氧發(fā)酵的穩(wěn)定溫度。
[0031] 所述高效厭氧反應(yīng)器的出水溫度為30~37°C。
[0032] 所述高效厭氧反應(yīng)器經(jīng)蒸發(fā)器放熱后的出水溫度為20~25°C。
[0033] 所述厭氧反應(yīng)器出水熱能回用的余熱為5~17°C。
[0034] 所述熱泵機(jī)組具有制熱效率（C0P)，所述COP為熱泵機(jī)組制熱量和驅(qū)動(dòng)功率的比 值，主要取決于壓縮機(jī)的溫度壓頭，其值為3. 5~6. 0。
[0035] 所述壓縮機(jī)的溫度壓頭是指熱泵熱水出水溫度與熱源水出水溫度之差，其值為 15~55°C。
[0036] 所述熱泵熱水出水溫度指的是熱泵冷凝水出水溫度。所述熱源水出水溫度指的是 熱泵蒸發(fā)器出水溫度。
[0037] 實(shí)驗(yàn)例利用實(shí)施例所述的一種應(yīng)用于高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的方法及裝置 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0038] 本實(shí)驗(yàn)廢水處理量5000m3/d，寒冷地區(qū)冬季進(jìn)料池的進(jìn)水溫度為15°C，經(jīng)過加熱 后厭氧進(jìn)料池的進(jìn)水溫度為32°C(供暖季以5個(gè)月計(jì))，后續(xù)好氧處理所需的溫為23°C (鍋爐的效率為20%，煤燃燒的效率為70%，水的熱容為4. 2X103J/(kg? °C)，煤的熱值為 3. 0X107J/kg)〇
[0039] 熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)值如下表所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的裝置，其特征是，主要包括進(jìn)料池、高效厭氧 反應(yīng)器和熱泵機(jī)組，所述進(jìn)料池、高效厭氧反應(yīng)器和熱泵機(jī)組順序相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述熱泵機(jī)組由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和 膨脹閥這四個(gè)設(shè)備構(gòu)成，并通過冷媒管道彼此連接而形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述進(jìn)料池的進(jìn)水管與冷凝器進(jìn)水口相連， 冷凝器出水口通過管道與進(jìn)料池相連，高效厭氧反應(yīng)器的出水系統(tǒng)通過管道與蒸發(fā)器連 接。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種應(yīng)用于高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)水加熱的裝置：主要包括進(jìn)料池、高效厭氧反應(yīng)器和熱泵機(jī)組。所述進(jìn)料池、高效厭氧反應(yīng)器和熱泵機(jī)組順序相連。所述熱泵機(jī)組由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥這四個(gè)設(shè)備構(gòu)成，并通過冷媒管道彼此連接而形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)。所述進(jìn)料池的進(jìn)水管與冷凝器進(jìn)水口相連，冷凝器出水口通過管道與進(jìn)料池相連，高效厭氧反應(yīng)器的出水系統(tǒng)通過管道與蒸發(fā)器連接。本實(shí)用新型的優(yōu)異效果在于：1、環(huán)保效益顯著。2、節(jié)能降耗。3、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、可靠。4、社會(huì)效益好。
【IPC分類】C02F3-28
【公開號(hào)】CN204490600
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520103942
【發(fā)明人】周煥祥, 宗可卿, 房愛東, 張金華, 汪艷雯
【申請(qǐng)人】山東綠泉環(huán)保工程有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日