【污水處理廠】污水熱泵技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用
一、項目概況
XX縣XX污水處理廠坐落于美麗的潮白河畔，是XX縣城唯一的污水集中處理點，每日承擔(dān)著XX縣城近24000m3的污水的處理。污水水質(zhì)穩(wěn)定，常年溫度在13oC-15oC.廠內(nèi)有約10000m2建筑（寫字樓，廠房，車庫等），利用未經(jīng)處理的城市污水為熱源供本廠的供暖及部分制冷（只有辦公樓需要制冷），并且還可供生活熱水使用。它在制熱時以污水為熱源，而在制冷時以污水為熱匯。由于污水處理廠污水供應(yīng)充足，提取和排放熱量能夠滿足供暖制冷的需要。該項工程是XX縣XX污水處理廠原燃煤鍋爐房的改造工程。由于原燃煤鍋爐每年造成一定的大氣污染，為適應(yīng)北京市環(huán)境保護(hù)的需求，決定對這套供熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，不再使用燃煤，因此采用了既能供熱，又能制冷的污水源熱泵系統(tǒng)。污水處理廠改造分為兩部分，一部分是辦公樓的改造，另一部分是設(shè)備廠房的改造，辦公樓內(nèi)安裝的是能夠制冷制熱的風(fēng)機(jī)盤管，設(shè)備廠房內(nèi)安裝的是散熱性能較好的鋼串式暖氣片。
二、系統(tǒng)原理及設(shè)計
冬季，污水溫度約12－15℃經(jīng)過換熱器換熱后排出溫度約為7－10℃，系統(tǒng)提取污水中的熱量作為水源熱泵機(jī)組的低溫?zé)嵩?，進(jìn)入熱泵機(jī)組蒸發(fā)器，熱泵冷凝器出水作為供暖系統(tǒng)循環(huán)水，供回水溫度為50－45℃。夏季，污水溫度約為14-18℃經(jīng)過換熱器換熱后的排出溫度為19-23℃，污水帶走系統(tǒng)中的熱量作為水源熱泵機(jī)組制冷時的冷卻水，熱泵蒸發(fā)器出水作為供冷系統(tǒng)循環(huán)水，供回水溫度為7-12℃。該熱泵具有熱回收功能，在冬夏季工況運行的同時確保了生活熱水的供應(yīng)。用戶側(cè)供水通過分集水器分別供到每個單體樓。系統(tǒng)冬、夏季工況的轉(zhuǎn)換通過切換站房系統(tǒng)中的閥門來實現(xiàn)。
三、項目重點及難點
1.污水換熱器
利用未經(jīng)處理的污水作為水源進(jìn)行采暖制冷，是水源熱泵的一種方式，由于污水中懸浮物、污垢沉淀物較多，而且污水的酸堿度較大，極易對換熱器產(chǎn)生腐蝕，結(jié)垢、堵塞等現(xiàn)象，從而嚴(yán)重地影響傳熱效率。通過實驗測試，城市原生污水動力粘度（15℃）較清水動力粘度（15℃，1.14×10－6m2/s）；大40倍左右，即4.56×10－5m2/s。
如此高的粘度、腐蝕性和懸浮物對換熱器的材質(zhì)、表面粗糙度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計都提出了很高的要求。根據(jù)對國內(nèi)換熱器行業(yè)的考察，目前國內(nèi)還很少有能夠滿足如此惡劣工作條件且價格適宜的換熱器，因此，最終作為項目參與方的北歐相關(guān)專家組根據(jù)實地污水采樣檢測，經(jīng)過長時間的研究，確定了 該污水換熱器的材料，采用各種新型材料及表面處理技術(shù)，解決了防腐、堵塞和結(jié)垢等問題。該換熱器部件采購于芬蘭、瑞典、丹麥等國家，最終由馬來西亞組裝成型。項目運行三年以來，換熱器未出現(xiàn)任何腐蝕、堵塞和結(jié)垢的現(xiàn)象，基本能夠滿足污水熱泵系統(tǒng)正常運行的需要，證明這種換熱器比較適合中國國內(nèi)的污水水質(zhì)現(xiàn)狀。
2.格柵
污水在進(jìn)入沉淀池前先經(jīng)過一道粗格柵，以攔截污水中較大顆粒的漂浮物和懸浮物，攔截的柵渣由人工清除。污水從沉淀池出來后再經(jīng)過一道細(xì)格柵，以攔截污水中小顆粒的漂浮物和懸浮物，攔截的柵渣每隔大約半個小時自動傳輸?shù)嚼?。?jīng)過兩道格柵的過濾，污水中的大小顆粒漂浮物和懸浮物已經(jīng)基本攔截，而后再進(jìn)入污水換熱器，這樣可以避免換熱器的堵塞。
四、實測數(shù)據(jù)分析
該水源熱泵系統(tǒng)從2003年1月10日投入正常運行后，經(jīng)歷了北京近年來最寒冷的冬天，充分考驗了污水源熱泵機(jī)組的性能。機(jī)組凍夏季運轉(zhuǎn)狀況良好。
為了更準(zhǔn)確的分析污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性，我們安排專職人員在設(shè)備運轉(zhuǎn)現(xiàn)場連續(xù)記錄了兩個多月，每隔兩個小時記錄一次數(shù)據(jù)，包括電表數(shù)、溫度、壓力等。
五、項目優(yōu)點
1.環(huán)保
污水源熱泵是利用了污水原水作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃?xì)狻⑷加偷儒仩t房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，減少溫室[wiki]氣體[/wiki]CO2和其它大氣污染物的排放；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，使環(huán)境更優(yōu)美。
2.節(jié)能
污水熱泵機(jī)組可利用的污水溫度冬季為11-15℃，污水溫度比環(huán)境空[wiki]氣溫[/wiki]度高，是較好的低溫?zé)嵩?；夏季污水溫度?7-21℃，污水溫度比環(huán)境空氣溫度低，是較好的散熱體。這種溫度特性使得污水熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高20%。
3.節(jié)資
該系統(tǒng)還可以集采暖、空調(diào)制冷和提供生活熱水于一身。—套熱泵系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng)，從而也增加了經(jīng)濟(jì)性。
4.穩(wěn)定
污水的溫度相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，污水溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
5.自控程度高
根據(jù)系統(tǒng)特點，我們選用四臺壓縮機(jī)的機(jī)組，系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷的波動，自動選擇壓縮機(jī)的啟停，提高系統(tǒng)運行效率；自動控制程度高，運行過程無需專人職守；管理相對容易，機(jī)組維護(hù)費用低；使用壽命高達(dá)15年以上。
六、結(jié)論
1.污水－水源熱泵恒溫系統(tǒng)具有節(jié)水，節(jié)能，環(huán)保的特點，是利用城市污水進(jìn)行供暖，制冷的空調(diào)新形勢，符合世界各國城市污水再利用和城市水源問題的大趨勢。在XX縣采用這一技術(shù)，為促進(jìn)XX無煙縣及綠色生態(tài)環(huán)?？h，具有重要意義。
2.利用未經(jīng)處理的城市污水作為源水的水源熱泵系統(tǒng)在XX縣XX污水處理廠的應(yīng)用成功，標(biāo)志著在我國污水源熱泵應(yīng)用技術(shù)的又一次長足發(fā)展。
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