污水源热泵系统的工程应用..doc

污水源热泵系统的工程应用闫桂兰,唐志伟(北京工业大学环境与能源工程学院传热与节能教育部重点实验室,北京100022摘要:污水源热泵系统以污水作为热源/热汇,通过热泵机组将污水中难以直接利用的热能提取出来。结合大型工程实例的设计及建设,依照系统的运行流程提出了工程各个部分的设计和建设中的要点问题。分析了系统流程,介绍了污水源的水量、水温的保证,取排水的建设,换热器的选择,热泵机房的设计。关键词:污水源热泵;换热器;换热系数中图分类号:TU831 文献标识码:B 文章编号:1004-7948(200612-0045-031工程简介处北京市亦庄高新开发区10~15℃,/热汇。污水源热泵系统流程见图1。1—滤网;2—污水循环泵;3—自动反清洗式过滤器;4—管壳式换热器;5—二次水循环泵;6—换热器自动清洗四向阀;7—蒸发器;8—冷凝器;9—主电动机;10—冷/热水主循环泵图1 污水源热泵系统流程图(供热循环该项目一共由5座楼组成,总建筑面积61523万m2,地上5层冬季供暖,夏季制冷;地下一层只供暖,总供暖制冷面积为61105万m2,初步设计提供供热总负荷4585kW,空调总冷负荷6145kW,生活热水加热量530kW,采用污水源热泵系统冬季供暖室内设计温度为18℃,夏季制冷室内设计温度为25℃,生活热水设计温度为50℃。2污水冷热源参数特性211污水水质问题城市污水主要包括工业废水、工业冷却水及生,],去除了污水中的大尺,更有利于污水中热能的提取。原生污水与二级出水的利用在水源入口端的处理有所不同,利用原生污水一般要经过多级过滤或使污水首先通过沉淀池沉降,以去除污水中含有的大尺度的杂质及砂土,从而避免污水换热器发生堵塞现象而影响正常使用。二级出水的利用一般通过两级过滤后直接进入换热器,运行安全可靠,工程施工简易,造价低。本工程利用的是凉水河中的二级出水,河内污水为二级出水,经实测检验出水水质符合国家城市污水处理厂污水污泥排放标准。水源经利用之后再直接排入河道,对河水水质不造成任何影响。而此环节的利用对污水处理厂的经济补偿又相对降低了污水处理的费用。212污水水温保障城市污水冬暖夏凉,水温稳定,图2是凉水河2005~2006年冬季工程取水地水温测试图。由于工程取水地距离污水处理厂出水口大约5km,长距离布置地下埋管取水较为困难,且造价极高。于是测量了污水沿河道自然流到工程取水地段的水温。从图中可以看出,水温在外界温度剧烈变化的情况下基本保持2℃之内的轻微浮动,最低水温为10℃,此时外界空气温度为-9℃,温差为19℃。污水热泵机组冬季设计利用温差为5℃,因此冬季污水完全可以保证机组的正常运行。213污水水量的评估城市污水水量的变化主要是生活污水的变化,—54—2006年第12期(总第293期节能ENERGYCONSERVATION 图2 污水水温测试图而污水处理厂的出水其水量基本保持不变。据测凉水河污水处理厂的日出水量是45万m3,而本工程的所需污水量为680m3/h,若按日供暖24h计算,则日需污水量约116万m3,仅占出水量的316%。故污水处理厂出水量的变化不会影响到本工程的用水。生重大变化时,,的正常供暖、,则可采用“小流量,大温差”的设计理念,而在水量充足的情况下,则适当调整为“大流量,小温差”,以保障系统安全有效运行,充分节约能源。3取排水口设计取排水口的设计可分为分列式和差位式。两种布置各有优缺点,适用范围不同。差位式排布根据水位的变化分设不同的取水位置,适用于需水量较大的电厂化工厂冷却水的取排。分列式排布时取水位置固定,一般靠近水底,以保证水量变化不影响取水用水。此类排布由于靠近水底,一般会在长期取水和水流变化的情况下淤积泥沙,从而堵塞取水口。适用于用水量较小的工程。在本工程中用水量较小,仅布置一个取水口和一个排水口,故采用此种形式,见图3。取排水口设置凹入河岸,在凹口处设置格栅,阻图3 取排水口的设计挡大尺度的杂物,以防止阻塞吸水口,另外在吸水口的端口还将安装细格栅进一步过滤污水,另外,在吸水口下方设计淤泥清除装置,定期清除淤泥,保证进水水质达到设计标准。4换热器的选型411换热器的选择在污水源热泵的利用中,按污水是否直接进入热泵蒸发器或冷凝器,分为直接利用和间接利用[2]。由于污水具有腐蚀性,结垢现象严重,本工程采用间接利用,污水在污水换热器中与二次水换热。污水换热器的选择也是本工程的技术重点。管壳式换热器大量应用于化工、石油、能源设备等部门的换热设备中,,适应性强,处理,,经比较选择此类412换热器的有关计算换热器的工程计算公式可采用:Q=km・A・Δtm式中 km—整个传热面上的平均传热系数,kW/(m2・℃;A—传热面积,m2;Δtm———两种流体之间的平均温差,℃。设计污水走管程,二次水走壳程,分析管壳式换热