污水熱泵技術(shù)在密云污水處理廠的應(yīng)用

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摘要：密云縣檀州污水處理廠污水熱泵工程引進北歐先進技術(shù)和設(shè)備，采用未經(jīng)任何處理的城市污水作為源水的水源熱泵技術(shù)，將污水中具有的低位能源通過換熱器及熱泵機組轉(zhuǎn)換成高位能源進行供暖、制冷、供應(yīng)生活熱水。

　　關(guān)鍵詞：污水換熱器 熱泵 經(jīng)濟性

　　Application of sewage heat pump technology to Miyun Sewage Plant　By Yang haijing and luk

　　Abstract：The sewage heat pump project of Miyun sewage plant， introduced the Northern Europe advanced technology and equipment .Adopting the municipal sewage without any treatment as heat source and heat sink， is the innovative technic that can transfer the low temperature energy of sewage water to high temperature energy through heat pump system for heating ，air conditioning and hot water supply.

　　Key word：sewage heat exchange heat pump economical efficiency

　　一、 項目概況：

　　密云縣檀州污水處理廠坐落于美麗的潮白河畔，是密云縣城唯一的污水集中處理點，每日承擔著密云縣城近24000m3的污水的處理。污水水質(zhì)穩(wěn)定，常年溫度在13 oC-15 oC.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。

　　該項工程是密云縣檀州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)境保護的需求，決定對這套供熱系統(tǒng)進行改造，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機盤管，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組的低溫熱源，進入熱泵機組蒸發(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℃，1.14×10－6㎡/s）；大40倍左右，即4.56×10－5㎡/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組的性能。機組凍夏季運轉(zhuǎn)狀況良好。　為了更準確的分析污水源熱泵的經(jīng)濟性，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，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、燃油等鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，減少溫室氣體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

　　污水熱泵機組可利用的污水溫度冬季為11-15℃，污水溫度比環(huán)境空氣溫度高，是較好的低溫熱源；夏季污水溫度為17-21℃，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)濟性。

　　4. 穩(wěn)定

　　污水的溫度相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，污水溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。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的機組，系統(tǒng)根據(jù)負荷的波動，自動選擇壓縮機的啟停，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，機組維護費用低；使用壽命高達15年以上。

　　六、結(jié)語

　　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。在密云縣采用這一技術(shù)，為促進密云無煙縣及綠色生態(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)在密云縣檀州污水處理廠的應(yīng)用成功，標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。