污水热泵技术在污水处理厂的应用

Posted 2023-01-15 换热器

篇首语：少年安得长少年，海波尚变为桑田。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了污水热泵技术在污水处理厂的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、项目概况

XX县XX污水处理厂坐落于美丽的潮白河畔，是XX县城唯一的污水集中处理点，每日承担着XX县城近24000m3的污水的处理。污水水质稳定，常年温度在13oC-15oC.厂内有约10000m2建筑（写字楼，厂房，车库等），利用未经处理的城市污水为热源供本厂的供暖及部分制冷（只有办公楼需要制冷），并且还可供生活热水使用。它在制热时以污水为热源，而在制冷时以污水为热汇。由于污水处理厂污水供应充足，提取和排放热量能够满足供暖制冷的需要。该项工程是XX县XX污水处理厂原燃煤锅炉房的改造工程。由于原燃煤锅炉每年造成一定的大气污染，为适应北京市环境保护的需求，决定对这套供热系统进行改造，不再使用燃煤，因此采用了既能供热，又能制冷的污水源热泵系统。污水处理厂改造分为两部分，一部分是办公楼的改造，另一部分是设备厂房的改造，办公楼内安装的是能够制冷制热的风机盘管，设备厂房内安装的是散热性能较好的钢串式暖气片。

二、系统原理及设计

冬季，污水温度约12－15℃经过换热器换热后排出温度约为7－10℃，系统提取污水中的热量作为水源热泵机组的低温热源，进入热泵机组蒸发器，热泵冷凝器出水作为供暖系统循环水，供回水温度为50－45℃。夏季，污水温度约为14-18℃经过换热器换热后的排出温度为19-23℃，污水带走系统中的热量作为水源热泵机组制冷时的冷却水，热泵蒸发器出水作为供冷系统循环水，供回水温度为7-12℃。该热泵具有热回收功能，在冬夏季工况运行的同时确保了生活热水的供应。用户侧供水通过分集水器分别供到每个单体楼。系统冬、夏季工况的转换通过切换站房系统中的阀门来实现。

三、项目重点及难点

1.污水换热器

利用未经处理的污水作为水源进行采暖制冷，是水源热泵的一种方式，由于污水中悬浮物、污垢沉淀物较多，而且污水的酸碱度较大，极易对换热器产生腐蚀，结垢、堵塞等现象，从而严重地影响传热效率。通过实验测试，城市原生污水动力粘度（15℃）较清水动力粘度（15℃，1.14×10－6m2/s）；大40倍左右，即4.56×10－5m2/s。

如此高的粘度、腐蚀性和悬浮物对换热器的材质、表面粗糙度和内部结构设计都提出了很高的要求。根据对国内换热器行业的考察，目前国内还很少有能够满足如此恶劣工作条件且价格适宜的换热器，因此，最终作为项目参与方的北欧相关专家组根据实地污水采样检测，经过长时间的研究，确定了该污水换热器的材料，采用各种新型材料及表面处理技术，解决了防腐、堵塞和结垢等问题。该换热器部件采购于芬兰、瑞典、丹麦等国家，最终由马来西亚组装成型。项目运行三年以来，换热器未出现任何腐蚀、堵塞和结垢的现象，基本能够满足污水热泵系统正常运行的需要，证明这种换热器比较适合中国国内的污水水质现状。

2.格栅

污水在进入沉淀池前先经过一道粗格栅，以拦截污水中较大颗粒的漂浮物和悬浮物，拦截的栅渣由人工清除。污水从沉淀池出来后再经过一道细格栅，以拦截污水中小颗粒的漂浮物和悬浮物，拦截的栅渣每隔大约半个小时自动传输到垃圾池。经过两道格栅的过滤，污水中的大小颗粒漂浮物和悬浮物已经基本拦截，而后再进入污水换热器，这样可以避免换热器的堵塞。

四、实测数据分析

该水源热泵系统从2003年1月10日投入正常运行后，经历了北京近年来最寒冷的冬天，充分考验了污水源热泵机组的性能。机组冻夏季运转状况良好。

为了更准确的分析污水源热泵的经济性，我们安排专职人员在设备运转现场连续记录了两个多月，每隔两个小时记录一次数据，包括电表数、温度、压力等。

五、项目优点

1.环保
污水源热泵是利用了污水原水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统，没有燃烧过程，减少温室[wiki]气体[/wiki]CO2和其它大气污染物的排放；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。

2.节能
污水热泵机组可利用的污水温度冬季为11-15℃，污水温度比环境空[wiki]气温[/wiki]度高，是较好的低温热源；夏季污水温度为17-21℃，污水温度比环境空气温度低，是较好的散热体。这种温度特性使得污水热泵比传统空调系统运行效率要高20%。

3.节资
该系统还可以集采暖、空调制冷和提供生活热水于一身。—套热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统，从而也增加了经济性。

4.稳定
污水的温度相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，污水温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

5.自控程度高
根据系统特点，我们选用四台压缩机的机组，系统根据负荷的波动，自动选择压缩机的启停，提高系统运行效率；自动控制程度高，运行过程无需专人职守；管理相对容易，机组维护费用低；使用寿命高达15年以上。

六、结论

1.污水－水源热泵恒温系统具有节水，节能，环保的特点，是利用城市污水进行供暖，制冷的空调新形势，符合世界各国城市污水再利用和城市水源问题的大趋势。在XX县采用这一技术，为促进XX无烟县及绿色生态环保县，具有重要意义。

2.利用未经处理的城市污水作为源水的水源热泵系统在XX县XX污水处理厂的应用成功，标志着在我国污水源热泵应用技术的又一次长足发展。