寒冷地区处理后污水－原生污水热泵系统

1、一种寒冷地区处理后污水-原生污水热泵系统，它包括蒸发器(1)、 单向阀(2)、制冷剂入口管路(3)、制冷剂出口管路(4)、压缩机(5)、气液分 离器(6)、膨胀阀(7)、制冷剂管路(9)；其特征在于它还包括三级淋激式冷 凝器(8)；压缩机(5)的出口端通过制冷剂管路(9)与单向阀(2)的入口端固定 连接，单向阀(2)的出口端通过制冷剂入口管路(3)与三级淋激式冷凝器(8) 的入口端固定连接，三级淋激式冷凝器(8)的出口端通过制冷剂出口管路(4) 与膨胀阀(7)的入口端固定连接，膨胀阀(7)的出口端通过制冷剂管路(9)与 蒸发器(1)的入口端固定连接，蒸发器(1)的出口端通过制冷剂管路(9)与气 液分离器(6)的入口端固定连接，气液分离器(6)的出口端通过制冷剂管路(9) 与压缩机(5)的入口端固定连接，所述的三级淋激式冷凝器(8)包括一组并列 放置的喷淋蛇管、淋水管(8-2)、成滴板(8-3)、分液管(8-4)、集液管(8-5)、 支架、连接架(8-7)、支架间距调节装置(8-8)、连接件(8-9)；每列喷淋蛇管 (8-1)分别装在相对应的支架内，每列喷淋蛇管(8-1)上的每根水平管(8-1-1) 分别装在支架间距调节装置(8-8)上，支架间距调节装置(8-8)的两端分别与 支架相连接，每列喷淋蛇管(8-1)的上方具有淋水管(8-2)，每列喷淋蛇管(8-1) 的顶端与相对应的淋水管(8-2)的底端之间的距离为h，所述的每列喷淋蛇 管(8-1)的顶端与相对应的淋水管(8-2)的底端之间的距离h为0.05～0.1m， 淋水管(8-2)顶端的管壁上具有一组孔径为Φ的淋水孔(8-2-1)，所述的每根 淋水管(8-2)的淋水孔(8-2-1)的孔径Φ为0.003～0.01m，相邻两个淋水管(8-2) 通过连接架(8-7)固定连接，每个连接架(8-7)通过连接件(8-9)分别与支架上 端的水平梁(8-13)固定连接，淋水管(8-2)的底端外壁上及每列喷淋蛇管(8-1) 上的每根水平管(8-1-1)的底端外壁上沿轴线方向分别固定连接有成滴板 (8-3)，每列喷淋蛇管(8-1)上的入口端分别与相对应的分液管(8-4)侧壁上的 分液孔(8-4-1)固定连接，分液管(8-4)侧壁上的进液孔(8-4-2)分别与相对应 的制冷剂入口管道(3)上的支管(3-1)固定连接，每列喷淋蛇管(8-1)上的出口 端分别与相对应的集液管(8-5)侧壁上的集液孔(8-5-1)固定连接，集液管 (8-5)侧壁上的出液孔(8-5-2)分别与相对应的制冷剂出口管道(4)上的支管 (4-1)固定连接。
2、根据权利要求1所述的寒冷地区处理后污水-原生污水热泵系统， 其特征在于所述的支架由左支架(8-6)和右支架(8-12)组成；每列喷淋蛇管 (8-1)的左端固定在相对应的左支架(8-6)内，每列喷淋蛇管(8-1)的右端固定 在相对应的右支架(8-6)内，左支架(8-6)和右支架(8-12)之间的淋水管(8-2) 的底端外壁上及每列喷淋蛇管(8-1)上的每根水平管(8-1-1)的底端外壁上沿 轴线方向分别固定连接有成滴板(8-3)。
3、根据权利要求1所述的寒冷地区处理后污水-原生污水热泵系统， 其特征在于所述的三级淋激式冷凝器(8)还包括淋水管罩(8-10)和连接杆件 (8-11)；每根淋水管(8-2)的正上方分别放置有淋水管罩(8-10)，每个淋水管 罩(9)通过连接杆件(8-11)与相对应的淋水管(8-2)固定连接。
4、根据权利要求1所述的寒冷地区处理后污水-原生污水热泵系统， 其特征在于所述的每列喷淋蛇管(8-1)是紫铜管或铝塑管或镀铜钢管或镀 铜铝管或钛管。
5、根据权利要求1所述的寒冷地区处理后污水-原生污水热泵系统， 其特征在于所述的蒸发器(1)采用三级壳管式蒸发器。
6、根据权利要求1所述的寒冷地区处理后污水-原生污水热泵系统， 其特征在于所述的淋水管(8-2)和成滴板(8-3)采用镀锌材料制成。
7、根据权利要求3所述的寒冷地区处理后污水-原生污水热泵系统， 其特征在于所述的淋水管罩(8-10)采用镀锌材料制成。

技术领域\n本发明涉及一种污水处理厂的污水加热系统，具体涉及一种寒冷地区 处理后污水-原生污水热泵系统。\n背景技术\n我国目前大多数污水处理厂最常使用的污水处理工艺是传统活性污 泥法。活性污泥法是污水生物处理法的一种，污水水温是影响污水生物处 理效果的最重要因素。综合研究表明，采用污水生物处理法处理污水最适 宜的温度范围是25～35℃，对药厂、啤酒厂等污水处理场合污水温度往往 要求更高。为了满足污水处理的温度要求，在我国北方部分城市常采取以 下措施：(1)、曝气池、二沉池等池壁采用发泡保温板保温，外砌砖围护结 构代替一般的池边堆土保温方式；(2)、鼓风机一侧设空气预热室，将冬季 -25～-30℃的冷空气预热到5～8℃；(3)、适当加热污泥，包括回流污泥； (4)、用加热炉或热蒸汽加热进入曝气池的污水。实践表明，无论采用以上 哪种办法均大大提高了污水处理成本。另外经生物处理后的污水含有一定 的热量却未被加以利用而直接排放掉，这就使得污水处理过程中存在一个 明显的能耗矛盾：一方面浪费掉大量处理过污水中的热能；一方面又需要 大量热量来加热处理污水、污泥或曝气以保证污水处理效果。\n发明内容\n本发明的目的是为解决寒冷地区污水处理厂采用污水生物处理法处 理污水，为了提高污水处理的温度，采用在曝气池或二沉池池壁上加装发 泡保温板或在鼓风机一侧设空气预热室或加热污泥或用加热炉、热蒸汽加 热曝气池中的污水存在成本高，并且处理后的污水热能不能回收，造成热 能严重浪费问题而提供的一种在对原生污水加热的同时，还可回收二级处 理后污水中的低位热能的寒冷地区处理后污水-原生污水热泵系统。它包括 蒸发器1、单向阀2、制冷剂入口管路3、制冷剂出口管路4、压缩机5、 气液分离器6、膨胀阀7；它还包括三级淋激式冷凝器8；压缩机5的出口 端通过制冷剂管路9与单向阀2的入口端固定连接，单向阀2的出口端通 过制冷剂入口管路3与三级淋激式冷凝器8的入口端固定连接，三级淋激 式冷凝器8的出口端通过制冷剂出口管路4与膨胀阀7的入口端固定连接， 膨胀阀7的出口端通过制冷剂管路9与蒸发器1的入口端固定连接，蒸发 器1的出口端通过制冷剂管路9与气液分离器6的入口端固定连接，气液 分离器6的出口端通过制冷剂管路9与压缩机5的入口端固定连接，所述 的三级淋激式冷凝器8包括一组并列放置的喷淋蛇管、淋水管8-2、成滴 板8-3、分液管8-4、集液管8-5、支架、连接架8-7、支架间距调节装置 8-8、连接件8-9；每列喷淋蛇管8-1分别装在相对应的支架内，每列喷淋 蛇管8-1上的每根水平管8-1-1分别装在支架间距调节装置8-8上，支架间 距调节装置8-8的两端分别与支架相连接，每列喷淋蛇管8-1的上方具有 淋水管8-2，每列喷淋蛇管8-1的顶端与相对应的淋水管8-2的底端之间的 距离为h，所述的每列喷淋蛇管8-1的顶端与相对应的淋水管8-2的底端之 间的距离h为0.05～0.1m，淋水管8-2顶端的管壁上具有一组孔径为Φ的 淋水孔8-2-1，所述的每根淋水管8-2的淋水孔8-2-1的孔径Φ为 0.003～0.01m，相邻两个淋水管8-2通过连接架8-7固定连接，每个连接架 8-7通过连接件8-9分别与支架上端的水平梁8-13固定连接，淋水管8-2 的底端外壁上及每列喷淋蛇管8-1上的每根水平管8-1-1的底端外壁上沿 轴线方向分别固定连接有成滴板8-3，每列喷淋蛇管8-1上的入口端分别与 相对应的分液管8-4侧壁上的分液孔8-4-1固定连接，分液管8-4侧壁上的 进液孔8-4-2分别与相对应的制冷剂入口管道3上的支管3-1固定连接， 每列喷淋蛇管8-1上的出口端分别与相对应的集液管8-5侧壁上的集液孔 8-5-1固定连接，集液管8-5侧壁上的出液孔8-5-2分别与相对应的制冷剂 出口管道4上的支管4-1固定连接。\n本发明具有以下有益效果：一、本发明是将带三级淋激式冷凝器的污 水热泵系统应用在污水处理系统中用以加热原生污水，一方面可解决寒冷 地区、寒冷月份或特殊场合生物处理污水水温过低的问题；另一方面充分 回收利用污水中的热能，节约了额外加热污泥、污水和曝气的能量，处理 后污水的余热获得的地点和时间同处理污水使用热的地点和时间相吻合， 且二者都属于低品位热能，能源利用效率高，热泵系统能效比大，避免了 能源浪费，因而本发明具有显著的经济效益和社会效益。二、经该热泵系 统回收处理后的污水中的热能回用于处理污水，因而该热泵系统在污水处 理过程中具有“热量搬家”的作用，是以处理后污水为热源，原生污水为热 汇的水-水热泵。三、一般的污水源热泵系统只能将污水温度提升或降低3～ 5℃，根据污水处理要求大温差换热的工艺要求(Δt＝10℃～15℃)，在本 发明的热泵系统中使用了通过制冷剂并联、污水串联的三级淋激式冷凝器 可满足污水生物处理法对水温的要求。四、本发明由于采用三级淋激式冷 凝器，当待处理的污水在三级淋激式冷凝器的表面通过时，可将三级淋激 式冷凝器管内制冷剂冷凝放出的热量传导给待处理的污水，热传导快。五、 采用此结构的热泵系统，可节省曝气池的供气量，鼓风曝气耗电量占污水 处理全过程的40～50％，是节能的关键环节，故节省供气量极大地减少了 能源损耗。六、本发明由于采用三级淋激式冷凝器，换热系数明显高于浸 没式冷凝器，并且结构开放，易于冲洗和维护，可采用多种管材，适合处 理腐蚀性流体，在处理污水时，其抗结垢和防堵塞性能均优于壳管式冷凝 器。七、本发明由于采用三级淋激式冷凝器，换热效果受流量限制较小， 污水流量增大可使喷淋密度增大，从而使传热系数增大，且较大的喷淋量 不仅可减缓结垢，同时还可抑制垢层快速增长。八、该发明除了适用于活 性污泥法中提升进入曝气池的污水温度，同样适用于其它污水生物处理 法，如也可用于生物膜法中提升进入生物滤池的污水温度。设施系统，即 用于寒冷地区污水生物处理场合，以处理后污水为热源以原生污水为热汇 的热泵系统。九、本发明具有结构简单、使用安全可靠、节省能源、运行 成本低、污水处理后的二级出水水质好、处理后的污水热能可以回收再利 用等优点。\n附图说明\n图1是本发明的整体结构示意图，图2是三级淋激式冷凝器8与制冷 剂入口管路3和制冷剂出口管路4固定连接的主视剖面图，图3是图2的 C-C剖面图，图4是图2的D-D剖面图，图5是图2的A-A剖面图，图6 是图2的B-B剖面图，图7是本发明的热泵系统与污水处理系统相连接的 结构示意图，图8是集液管8-5分别与制冷剂出口管路4和每列喷淋蛇管 8-1相连接的局部剖面图，图9是分液管8-4分别与制冷剂入口管路3和每 列喷淋蛇管8-1相连接的局部剖面图。\n具体实施方式\n具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由三级壳管 式蒸发器1、单向阀2、制冷剂入口管路3、制冷剂出口管路4、压缩机5、 气液分离器6、膨胀阀7、三级淋激式冷凝器8、制冷剂管路9组成；压缩 机5的出口端通过制冷剂管路9与单向阀2的入口端固定连接，单向阀2 的出口端通过制冷剂入口管路3与三级淋激式冷凝器8的入口端固定连 接，三级淋激式冷凝器8的出口端通过制冷剂出口管路4与膨胀阀7的入 口端固定连接，膨胀阀7的出口端通过制冷剂管路9与蒸发器1的入口端 固定连接，蒸发器1的出口端通过制冷剂管路9与气液分离器6的入口端 固定连接，气液分离器6的出口端通过制冷剂管路9与压缩机5的入口端 固定连接；所述的压缩机5可选用烟台冰轮集团生产的CB系列螺杆式压 缩机，根据理论排气量和总制冷量选择具体型号；单向阀2可选用北京熊 川科技有限公司的SS-1112系列单向阀；膨胀阀7可选用丹麦Danfoss公 司的TX2系列热力膨胀阀；汽液分离器6可选用无锡亚克制冷设备有限公 司的气液分离器。\n具体实施方式二：结合图2、图3、图4、图5、图6、图8、图9说 明本实施方式，本实施方式的三级淋激式冷凝器8由一组并列放置的喷淋 蛇管、淋水管8-2、成滴板8-3、分液管8-4、集液管8-5、支架、连接架 8-7、支架间距调节装置8-8、连接件8-9组成；每列喷淋蛇管8-1分别装 在相对应的支架内，每列喷淋蛇管8-1上的每根水平管8-1-1分别装在支 架间距调节装置8-8上，支架间距调节装置8-8的两端分别与支架相连接， 每列喷淋蛇管8-1的上方具有淋水管8-2，每列喷淋蛇管8-1的顶端与相对 应的淋水管8-2的底端之间的距离为h，淋水管8-2顶端的管壁上具有一组 孔径为Φ的淋水孔8-2-1，相邻两个淋水管8-2通过连接架8-7固定连接， 每个连接架8-7通过连接件8-9分别与支架上端的水平梁8-13固定连接， 淋水管8-2的底端外壁上及每列喷淋蛇管8-1上的每根水平管8-1-1的底端 外壁上沿轴线方向分别固定连接有成滴板8-3，每列喷淋蛇管8-1上的入口 端分别与相对应的分液管8-4侧壁上的分液孔8-4-1固定连接，分液管8-4 侧壁上的进液孔8-4-2分别与相对应的制冷剂入口管道3上的支管3-1固 定连接，每列喷淋蛇管8-1上的出口端分别与相对应的集液管8-5侧壁上 的集液孔8-5-1固定连接，集液管8-5侧壁上的出液孔8-5-2分别与相对应 的制冷剂出口管道4上的支管4-1固定连接；为防止锈蚀，成滴板8-3和 淋水管8-2采用镀锌材料制成，淋水管8-2的列数与喷淋蛇管的列数相同； 安装支架间距调节装置8-8不仅可调节管间距，支架的宽度，适合安装不 同管径的喷淋蛇管，同时还便于喷淋蛇管的安装与拆卸。\n理想的换热状态是：原生污水通过淋水管8-2中的淋水孔8-2-1均匀 的淋洒在最上端的喷淋蛇管上，并以液膜、液滴或液流的状态沿管壁和成 滴板8-3流向下一层喷淋蛇管，与此同时与管内制冷剂换热，从而完成整 个换热过程。采用淋水管8-2和成滴板8-3可防止水流中断或产生偏流现 象发生；每列喷淋蛇管8-1的选材根据污水水质差异和经济条件确定，可 选择紫铜管、铝塑管、镀铜钢管、镀铜铝管或钛管制成。设定喷淋蛇管列 数为m、管径为do、每根管长为l、三级淋激式冷凝器8的面积为A，每级 喷淋蛇管的长度l′＝A/(π·m·do)；每级喷淋蛇管的列数n＝l’/l(喷淋蛇管的 列数取相应偶数以保证制冷剂同侧进出)；喷淋蛇管最小弯曲半径为2do、 纵向管间距s1＝2do、横向管间距s2＝2do、每级淋激式冷凝器的长度 L＝2do+l+2do、每级淋激式冷凝器的宽度W＝(2m-1)s2、每级淋激式冷凝器 的高度H＝(2n-1)s1。\n具体实施方式三：结合图2、图3、图4说明本实施方式，本实施方 式与具体实施方式二的不同点是：本实施方式的支架由左支架8-6和右支 架8-12组成；每列喷淋蛇管8-1的左端固定在相对应的左支架8-6内，每 列喷淋蛇管8-1的右端固定在相对应的右支架8-12内，左支架8-6和右支 架8-12之间的淋水管8-2的底端外壁上及每列喷淋蛇管8-1上的每根水平 管8-1-1的底端外壁上沿轴线方向分别固定连接有成滴板8-3。采用左支架 8-6和右支架8-12固定每列喷淋蛇管8-1，具有固定牢固、安装拆卸容易 的优点。\n具体实施方式四：结合图2、图5说明本实施方式，本实施方式与具 体实施方式二的不同点是：本实施方式的三级淋激式冷凝器8还增加有淋 水管罩8-10和连接杆件8-11；每根淋水管8-2的正上方分别放置有淋水管 罩8-10，每个淋水管罩9通过连接杆件8-11与相对应的淋水管8-2固定连 接。增加淋水管罩8-10不仅可防止水流中断和避免偏流现象发生，同时还 可防止污水溅到其它地方，造成环境污染。\n具体实施方式五：结合图6说明本实施方式，本实施方式的淋水管8-2 的淋水孔8-2-1的孔径Φ为0.003～0.01m。淋水孔8-2-1的孔径可根据污水 水质差异选择。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。\n具体实施方式六：结合图2、图5、图6说明本实施方式，本实施方 式与具体实施方式二的不同点是：本实施方式的每列喷淋蛇管8-1的顶端 与相对应的淋水管8-2的底端之间的距离h为0.05～0.1m。采用上述参数在 方便淋水管8-2安装的同时，还可保证从淋水管8-2的淋水孔8-2-1喷淋出 来的污水以液滴或液流的状态沿管壁向下流，使污水喷淋在每列喷淋蛇管 8-1上的水平管8-1-1的液膜较薄。\n具体实施方式七：结合图1、图7说明本实施方式，本实施方式的蒸 发器1采用三级壳管式蒸发器。三级壳管式蒸发器选用上海第一冷冻机厂 生产的FW2型干式蒸发器，根据所需换热面积选择具体型号。\n该热泵系统应用于污水处理系统时，将三级淋激式冷凝器8中的淋水 管8-2的进口端通过污水管19与注水泵10的出口端固定连接，注水泵10 的入口端通过污水管19与初沉池11的出口端固定连接，初沉池11的底端 与污泥排放管12固定连接，初沉池11的入口端通过污水管19与沉砂池 13的出口端固定连接，沉砂池13的入口端通过污水管19与格栅14的出 口端固定连接，格栅14的入口端通过污水管19和原生污水支管15分别 与并列放置的污水泵16的出口端固定连接，污水泵16的入口端分别与原 生污水支管15固定连接，原生污水支管15与原生污水进入管17固定连 接，三级淋激式冷凝器8的正下方放置有曝气池18，曝气池18通过污水 管19与二沉池20固定连接，二沉池20通过污水管19与消毒用接触池21 固定连接，曝气池18的底端及二沉池20的底端分别与剩余污泥排放管22 固定连接，消毒用接触池21通过污水管19与蒸发器1上端的进水口1-1 固定连接，蒸发器1底端的出水口1-2与处理后的污水排放管23固定连接。\n制冷剂的循环流程是：制冷剂经过压缩机5压力升高，经单向阀2分 三路并行进入到三级淋激式冷凝器8内，冷凝放热，再合为一路经过膨胀 阀7压力降低，再分成三路并行进入到三级壳管式蒸发器内，蒸发吸热， 再合为一路经过气液分离器6，重新进入压缩机5中开始新一轮循环。\n污水的循环流程是：原生污水水质极差，生化需氧量(BOD)、化学 需氧量(COD)、悬浮物量(SS)都较高，水温15℃；原生污水由原生污 水进入管17进入污水泵16(一用一备)和污水初级处理设备(包括格栅 14、沉砂池13、初沉池11)去除原生污水中呈悬浮状态的固体污染物质， 水质改善；再经过注水泵10进入到三级淋激式冷凝器8中的淋水管8-2内， 经淋水孔8-2-1进行喷淋(参见附图6)，顺序经过三级淋激式冷凝器8与 三级淋激式冷凝器8管内的制冷剂换热，制冷剂冷凝放热，原生污水吸热 温度逐级升高，平均每级提升5℃左右，最终达到30℃的污水进入曝气池 18内，进行高效生物处理，大幅度去除原生污水中呈胶体和溶解状态的有 机污染物质，再经二沉池20及消毒用接触池21，污水水质达到国家规定 排放水体标准，此时污水水温维持在25℃～30℃，顺序经过三级壳管式蒸 发器，制冷剂蒸发吸热，污水放热，温度逐级降低，平均每级降低5℃左 右，最终达到10℃，经污水排放管23排放出去。