工厂中热水流管理和贮热方法及使用该方法的污水净化站与流程

本发明涉及通过热水生产设备和/或热水消耗设备在城市和工业污水净化站或者工厂中由热处理产生和使用过的热水流进行利用和管理用以工艺用途或加热的方法。

本发明尤其、但非限制性地涉及这种用于管理污水净化站的热水流的方法。

背景技术：

在工厂中，或者在污水净化站中，各种设备可产生热水，尤其是余热。例如这是用化污池产生的生物气体加热的锅炉的情况，锅炉不仅可提供水蒸汽，而且也提供温度接近100℃的热水。净化站中产生的生物气体还可用于供给热机，热机的冷却水以一般高于90℃的温度从热机排出。这些相同的热水生产设备反过来又以低于排出温度的水温被供给水，温差随着散失热的利用而变化。在热机的情况下，进入热机的冷却水可为约70℃的温度，如同注入锅炉中的水一样。

其他设备可产生温度低于90℃的热水，但是，该温度足以进行中温和低温尤其是约50℃的热应用，用以如办公室取暖、卫生热水产生、化污池和污泥干化池供水、蔬菜种植温室取暖供水的各种各样应用。

不同温度的热水的生产设备和消耗设备的这种多样性使得难以利用热水中含有的能量。与这种多样性有关的困难由于生产和需求随时间、尤其是在同一天、更不必说一周的时间期间变化而增大。

技术实现要素：

本发明尤其旨在提供一种方法，该方法可尽可能好地、优先地利用在工厂或者处理站的、尤其是包括产生温度变化很大的热水的生产设备和消耗温度变化很大的热水的消耗设备的工厂或者处理站的、尤其是污水净化站或者甚至废物能量回收利用工厂的可回收能量处理设备(ENR)上产生和回收的热。

根据本发明，在处理站或工厂中通过热水生产设备和/或热水消耗设备产生和/或消耗的热水形式的热流的利用和管理方法的特征在于：

－将产生的热水流收集在公用的热水蓄液器中，热水蓄液器的高度足以形成层状水层，这些层状水层的温度从在上部的约至少90℃、优选95℃的温度逐渐降低至在下部的约40℃，

－将产生的热水流根据其温度、在热水蓄液器中的温度大致相当于引入热水流温度的不同高度处引入到所述热水蓄液器中，

－用于不同热水消耗设备的热水引出装置布置在温度大致相当于向热水消耗设备供给热水所期望的温度的热水蓄液器不同高度处，

－以及阀门控制系统至少布置在热水引出装置上，以确保进出热水蓄液器的热流的管理和热平衡及均衡(lisser)热能供求变化。

在处理站或工厂具有提供温度约为100℃的热水的至少一个锅炉的情况下，那么，锅炉所提供的至少一部分热水注入到热水蓄液器的上部。

有利地，蓄液器的高度为至少4米；所述高度优选大于蓄热容器的直径。

对蓄液器的热水供给还可利用热水生产设备加以确保，热水生产设备产生温度低于90℃、但高于50℃的热水，这种热水供给在与其温度大致等于给水温度的热水蓄液器水层相应的高度进行。这种设备可包括至少一个热泵、和/或至少一个太阳能集热板、和/或至少一个热交换器、和/或至少一个污泥干化池、和/或至少一个化污池，热泵在出口提供尤其是高于50℃的热水，太阳能集热板在出口提供尤其是80℃的热水，热交换器安装在空气增压器的出口处，空气增压器在出口提供尤其是高于50℃的热水，污泥干化池在出口提供温度约为55℃的水。

优选地，控制阀门由控制系统进行操控，控制系统具有计算机或控制器，计算机或控制器中安装有包括温度、流量、热能计量的参数的测量结果的收集和管理软件，控制系统连接到一些传感器和小型气象观测站，这些传感器布置在热水供给装置上的多个部位处，还布置在蓄热容器的整个高度上，控制系统操纵阀门和能量回收设备，以便根据热载荷的程度管理与热水蓄液器连接的所有热流、特别是取水口阀门的位置和开启，及以便确定由热泵或另一热源进行可能的热能补充。

本发明还涉及一种污水净化站，污水净化站具有热水温度能从一个设备到另一设备变化的热水生产设备和热水消耗设备，其特征在于，污水净化站具有：

－公用的热水蓄液器，热水蓄液器的高度足以形成层状水层，这些层状水层的温度从在上部的约至少90℃、优选至少95℃的温度逐渐降低至在下部的约40℃，

－支管，用于每个热水生产设备，布置在与大致等于支管引入热流温度的温度相应的热水蓄液器高度，

－热水引出管，用于每个热水消耗设备，热水引出管在热水蓄液器上布置在与对相关热水消耗设备进行热水供给所期望的温度大致相应的高度，

－控制阀门，控制阀门至少布置在热水引出管和控制这些控制阀门的控制系统上，以确保进出热水蓄液器的热流的液压平衡和管理及均衡热能供求变化。

有利地，蓄液器的高度为至少4米。实际上，这种高度允许蓄液器中具有温度分层(或者多个温度层位)，这种温度分层足以相应于处理站或工厂的生产设备和消耗设备的不同温度层位。

蓄液器的最大高度通常是10米至15米，以便在蓄液器底部不超过约0.10至0.15兆帕的压力。通常，蓄液器的高度为4至15米之间，优选地，为6至12米之间，优选地，为8至10米之间。

优选地，蓄液器的高度大于蓄液器的直径。通常，蓄液器的高度与直径之比大于1，有利地大于1.15或1.2，或者甚至大于1.4或1.5，一般小于2。

蓄液器的尺寸取决于处理站或工厂的规模大小，服从于可用地面空间与架空热水储存的结构经济限制。

蓄液器的典型示例是：

－直径4米，高度6米至8米，容积100立方米；

－直径7米，高度10米，容积400立方米；

－直径10米，高度12米，容积1000立方米；

－直径13米，高度15米，容积2000立方米。

可以在其中设置容积大于2000立方米的大得多的容器，或者并联并接的多个容器。

足够的高度同蓄液器的适当的高度与直径之比相结合，既允许具有适合于处理站或工厂的热水生产和消耗的温度分层，也允许具有蓄液器的最佳热载荷，且占地合理。

污水净化站可具有至少一个锅炉、和/或至少一个热机、和/或至少一个热泵、和/或至少一个太阳能集热板、和/或至少一个增压器来作为热水生产设备，锅炉在出口提供尤其是温度高于90℃的热水，热机在出口提供尤其是温度高于90℃的热水，热泵在出口提供尤其是温度高于50℃的热水，太阳能集热板在出口提供尤其是80℃的热水，增压器在出口提供尤其是50℃的热水，和/或污水净化站可包括至少一个污泥干化池和/或至少一个化污池来作为热水生产和/或消耗设备，污泥干化池在出口提供温度约为55℃的水。

根据一种实施方式，处理站或者工厂可具有至少一个涡轮机和/或至少一个电热共发发动机来作为热水生产设备。

附图说明

除上述布置以外，本发明还包括多种其他布置，将通过下面参照附图说明的、但完全非限制性的一实施例对所述多种其它布置更清楚地进行描述。附图中：

图1是唯一的附图，其为示意图，示出本发明的方法在污水净化站中的使用。

具体实施方式

参照附图，可以看到在污水净化站中的各种呈热水形式的热能的生产或消耗设备的示意图。

污水净化站具有锅炉1，锅炉尤其用于燃烧污水净化站析出的气体、特别是来自至少一个化污池2的生物气体。对锅炉1的给水由配有一阀门的管1e加以确保。进入锅炉1的水可有70℃的温度。输出管1s连接于锅炉1，以提供温度接近100℃的热水。

污水净化站也可具有至少一个热机3，热机尤其用化污池产生的生物气体进行运转。热机3包括水冷回路，其具有输入管3e和加热水输出管3s。输入管3e配有阀门，冷却水的温度在进入热机3时可约为70℃。从管3s输出的水的温度可约为95℃。管3s和管1s汇合成管4，管4连接于平衡供水箱5的入口。供水箱5的出口由管6连接到污水净化站的各种设备所公用的热水蓄积器7或蓄液器的上部。流量计8安装在管6上，热水循环泵9同样安装在管6上。

蓄液器7可具有圆柱形形状，而底部为平底，上端呈穹形顶形状并配有通风口7a。贮存器7中的上部水位相应于穹形顶的基部，以致气顶10存在于蓄液器7中容纳的水的上方。

由设施的不同设备所公用的该蓄液器7具有足够的高度，高度尤其是4米至10米，以便形成自然地成层状的水层，这些水层的温度从在上部的约至少90℃、优选至少95℃的温度逐渐降低至在下部的约40℃。优选地，蓄液器7的高度大于其直径。

对锅炉1和热机3的给水由管11加以确保，管11连通到蓄液器7的下部并配有平衡供水箱12及流量计13，流量计13在供水箱12的下游并在管3e联接处的上游。电动阀Va在蓄液器7的出口安装在管11上。有利地，在蓄液器7中，在比管11高度更高的高度上配置一引出装置14和另一引出装置15。引出装置14和15配有电动阀，分别为Vb、Vc，这些电动阀的出口连接于公用管16，公用管16在阀门Va的下游接合到管11。因此，借助于通过管14和15的引出流，可以提高管11的水温。提供给管1e和3e的水可以是约70℃的温度。

化污池2或者每个化污池，由管17e供给温度约为90℃的热水。管17e接在平衡供水箱18的出口上及配有流量计19。供水箱18的入口由管20和电动阀Vd连接到蓄液器7的上部，用于引出温度至少为90℃、尤其是约为95℃的水。泵21安装在管20上，确保水的流通。

供水箱18的另一出口由管22连接于温度约为90℃的另一热水形式的热能的消耗设备、尤其是低温污泥干化池23。管22配有流量计24。

管17s连接于化污池2的出口2，以排出其温度低于进入管17e的水温的水。作为非限制性实施例，由管17s输出的水的温度可约为70℃。管17s连接于平衡供水箱25的入口。该供水箱25的另一入口由管23s连接于干化池23的出口，该出口输送的水的温度接近出口17s的水温，尤其是约为70℃。

另一管23s1接在干化池23的另一出口上，干化池的水汽冷凝回路的水由该另一出口排出，并且水的温度显著低于干化池22的给水温度，尤其是温度约为50℃。干化池的水汽冷凝热的这种热回收可供给低温热能网31。管23s1连接于热交换器26，热交换器26在干化池停止时可向低温网供热，热交换器26在热流体用的入口上通过管27接纳来自供水箱25的水，供水箱25连接于液力蓄热器，所述管27上安装有流通泵28和流量计29。由管27到达的水具有约70℃的温度。

交换器26的回流管30回收温度约为55℃的水，该温度的水在与管30中回流水温度具有大致相同温度的蓄液器一层状层的高度注入到蓄液器7的下部。

低温热能网的管31连接于交换器26的另一出口，以由支管31a向办公室或住宅区32引导温度约为48℃的水，用于取暖和/或产生卫生热水。另一分流支管31b向使用对象33、尤其是一个或多个蔬菜种植温室引水。来自办公室32和温室33的冷却水由管34的两个支管34a、34b，以约为38℃的温度，被引回到污泥干化池23的低温入口。

管35接在供水箱25的出口上。管35的上端由配有一电动阀Ve的支管、在相应于其温度基本为供水箱25出口温度、尤其是约70℃的一层的高度连接于蓄液器7。与管35连接的分别配有电动阀Vf和Vg的支管，在相应于温度较低层的下部高度连接于蓄液器7。如果位于下部支管处的不同层的温度下降过于明显，那么，由阀门Ve引入温度约为70℃的水，则可使所述层的温度上升到期望值。

管17s1接在化污池2的第二出口上，以使水以约为70℃的温度排出。管23s2接在干化池232的出口上，该出口将水也以约70℃的温度排出。两个管17s1和23s2汇合形成单一管36，该单一管连接于平衡供水箱37的入口。

配有流量计39的管38连接于供水箱37的另一入口。管38通过管40a接收来自增压器40的空气冷却回路的加热水、以及由至少一个太阳能集热板41加热的水。管40a中的来自增压器40的水的温度可约为60℃，而管41a中的来自太阳能集热板41的水的温度可约为80℃。热泵42可设置用于在与管38连接的输出管42a上提供温度约为60℃的加热水。

分别用于增压器40的交换器、太阳能集热板41和热泵42的待加热水回路以约为40至50℃的温度、通过接在蓄液器下部上的配有循环泵44的管43来源于蓄液器7。管43连接于平衡供水箱45的入口，该平衡供水箱的出口由管46连接于支管46a、46b、46c，这些支管配有阀门，用以分别向增压器40、太阳能集热板41和热泵42供给待加热水。平衡供水箱37的出口由管47在相应于蓄液器中水层的约60℃的温度的蓄液器下部连接到蓄液器7的一入口。

操控单元D由控制系统构成，具有计算机或控制器，计算机或控制器中安装有收集并管理所有测量结果的收集和管理软件，所述测量结果为：温度、流量、热能计量。该控制系统连接于不同的流量计8、13、19、24、29和39，以收集这些流量计的测量结果。系统D还连接于温度传感器T1-T6，这些温度储存器布置于蓄液器7中的不同高度，以向系统D提供蓄液器的不同层中的温度。

小型气象观测站48也连接于控制系统D，以向控制系统提供气象预报，可对不同阀门的调节进行预测，这些阀门的开启或关闭由系统D进行控制。

污水净化站的涉及热水利用的工作从前面的说明中清楚体现出来。

公用的热水蓄液器7具有在相应于不同温度的不同高度处的供水和排水支管，允许进行资源的最佳管理。温度最高的约95℃的热水贮存在蓄液器的上部，基本保持于该温度以从中提取来确保加热如化污池或干化池23这样的单元。应当指出，根据不同的热能消耗设备的供求平衡，液压蓄热器中的水的温度可在极限值中变化，即如果产生过多热能，则可在几乎整个水体上达到95℃的温度，而如果热能严重不足，则95℃的水温会限于蓄液器的上部部分。

这部分水质不会由于在下部部位高度处注入较低温的水而受到损坏。

对于自上而下相继高度部位来说同样如此。

另外，可以使用阀门Ve、Vf来使蓄液器中的下部水层的温度上升。

作为非限制性的数值示例，在约1500立方米和约10米的高度下，热水蓄液器7可确保90兆瓦时(mégawattheures)的储热量。蓄热器7或蓄液器构成污水净化站的能量核心。其确保进出热流的管理和液压平衡，可均衡每日的热能供求变化。蓄液器也可管理蓄积的储热量，允许某些设备上以不连续的模式工作。

控制系统D操纵阀门和能量回收设备，以便根据热载荷的程度管理与蓄液器7连接的所有热流，特别是取水口阀门的位置和开启。控制系统D确定待由热泵42提供的可能的热能补充，可优先利用净化站处理设备上产生和回收的热能、以及来自不连续可回收能量ENR(太阳能集热板)的热能。