暖通空調(diào)HV&AC 2005 年第35卷第1期工程實(shí)例污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用國中愛華(天津)市政環(huán)境工程有限公司周文忠*摘要該項(xiàng)目以二級出水作為污水源 熱泵系統(tǒng)的熱源/熱匯。介紹了系統(tǒng)流程、水源側(cè)系統(tǒng)、用戶側(cè)系統(tǒng)及系統(tǒng)的控制等。對該方案與電制冷加燃油鍋爐方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示該方案的初投資比后者低6%左右;運(yùn)行費(fèi)用夏季基本相當(dāng),冬季大約低67%。關(guān)鍵詞污水源熱泵 污水處理BOT 經(jīng) 濟(jì)性Application of sewage source heat pumpsystems to a sewage treatment plantBy Zhou Wenzhong*Abstract The project adopts the secondary effluent as the heat source/ sink of the heat pump system.Presents the system flow process, the systems in water source and user sides, and the system control.Compares this system with the electric refrigeration plus oi-fired boiler scheme in economics. The resultsshow that the initial cost of the project is less than the second scheme by 6% ; the operating expense is aboutequal in summer and is less by 67% in winter.Keywords sewage source heat pump, sewage treatment, build-operate-transfer( BOT), economics★InterChina Aihua Municipal & Environmental Engineering Co.，Ltd. ，Tianjin, China污水源熱泵系統(tǒng)利用污水中的能量,以污水作的企業(yè)來投資、建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)等。特許權(quán)期限為熱源/熱匯,通過熱泵機(jī)組將低品位水中難以直內(nèi),項(xiàng)目公司向用戶收取費(fèi)用,來抵償投資和經(jīng)接利用的能源提取出來，供冬季供暖夏季制冷使?fàn)I成本,并獲得合理回報(bào),政府則擁有對項(xiàng)目的用。按照其使用的污水的處理狀態(tài)可分為以未處監(jiān)督權(quán)、調(diào)控權(quán)。特許期滿,項(xiàng)目公司把基礎(chǔ)設(shè)理過的污水作為熱源/熱匯和以二級出水或中水作施無償移交給政府。為熱源/熱匯的污水源熱泵系統(tǒng)。本項(xiàng)目中應(yīng)用的本BOT項(xiàng)目運(yùn)營期為20年,與- -般工程項(xiàng)目是以二級出水為熱源/熱匯的污水源熱泵系統(tǒng)。不同,BOT項(xiàng)目更要綜合考慮初投資和運(yùn)行費(fèi)用, .1工程概況既要節(jié)約初投資,又要考慮以后運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)約。本工程為秦皇島海港區(qū)污水處理廠,平均日處1.2水源情況理水量為12萬t,污水處理達(dá)到二級排放標(biāo)準(zhǔn)。本本項(xiàng)目利用污水中的冷熱能,采用二級出水(接工程采用國際上市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較常用的BOT觸池水)的溫差作為輸人能供集中空調(diào)系統(tǒng)使用。( build-operate transfer)模式。二級出水量約為5 000 t/h,有足夠的溫差能供機(jī)組1.1 市政基礎(chǔ)設(shè)施BOT模式簡介BOT模式,即建設(shè)-運(yùn)營-移交,是城市市政白周文忠,男,1973年3月生,工學(xué)碩士,工程師公用事業(yè)特許經(jīng)營制度的一種典型形式。政府3000中國煤化工龍大廈北樓4層通過簽訂特許權(quán)協(xié)議,將應(yīng)由政府投資經(jīng)營的市政公用基礎(chǔ)設(shè)施如城市供水、污水處理、集中供收稿日期一次修回:2003-10- 29.MHCNMHG熱燃?xì)?、垃圾處理等設(shè)施,授予通過招投標(biāo)選中二次修回:2004-11-25●84●工程實(shí)例暖通空調(diào)HV&AC 2005 年第35卷第1期提取利用。二級出水水質(zhì):懸浮物30 mg/L,5日生a)二級出水冬季溫度較低，再經(jīng)過一次換熱化耗氧量30 mg/L,鉻測定化學(xué)耗氧量60 mg/L,氨會(huì)使水溫進(jìn)一步降低,這樣就有可能不滿足水源熱氮25 mg/L,總磷1 mg/L,冬季水溫不低于10 C，泵機(jī)組的進(jìn)水溫度要求,而造成蒸發(fā)器凍結(jié);其他季節(jié)可達(dá)25 C左右。b)經(jīng)過對二級出水水質(zhì)的分析,二級出水經(jīng).1.3 冷/熱負(fù)荷過處理進(jìn)人板式換熱器是完全可以的。本工程中秦皇島地區(qū)集中供暖期152天,供暖期室外設(shè)在潛水泵的四周(抽水區(qū)域)加設(shè)40目的過濾框架計(jì)溫度---12C。廠內(nèi)建筑物面積總計(jì)3038.78m',網(wǎng),對懸浮物進(jìn)行第一-次過濾,在進(jìn)入機(jī)組前又進(jìn)供熱面積2 698. 42 m2 ,供冷面積1604. 23 m2。供行了60目過濾,這樣完全能保證機(jī)組不受懸浮物熱總負(fù)荷約為337.8 kW,供冷總負(fù)荷約為260. 6的影響,安全有效地運(yùn)行。kW,具體負(fù)荷分布見表1。供冷主要集中在廠前區(qū)2.1制冷 機(jī)組選型的生活辦公用房和生產(chǎn)區(qū)的部分值班操作室儀表配根據(jù)冷熱負(fù)荷及工程需要,本工程選用3臺(tái)半電間等有較高要求的地點(diǎn),采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。生封閉螺桿式水源熱泵機(jī)組，單臺(tái)額定制冷量為產(chǎn)性廠房車間只考慮散熱器供暖,供暖溫度按防凍141 kW,制熱量為161 kW,電機(jī)功率為30.1 kW。溫度(t=5 C)考慮。該機(jī)組采用高性能半封閉螺桿壓縮機(jī)和不銹鋼釬發(fā)1 污水處理廠冷熱負(fù)荷焊板式換熱器等優(yōu)化設(shè)計(jì),并采用模塊化設(shè)計(jì),機(jī)建筑面積供暖面積供冷面積熱負(fù)荷冷負(fù)荷組體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,并可方便地增加容量。3臺(tái)/m?/m2/kW /kW綜合樓1085 1 0851085 173.9 175.6機(jī)組分為母機(jī)和子機(jī)，它們既可聯(lián)動(dòng),又可獨(dú)立運(yùn)機(jī)械間、車395.28 112.3220轉(zhuǎn)。機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,并具有多種保護(hù)措庫.倉庫32. 3132. 3132.31 11.7 7.1施;能夠均衡3臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間,保證運(yùn)行時(shí)間傳達(dá)室細(xì)格柵及旋14213512. 15相同,均衡磨損，延長壽命;并具有記憶功能,能記流沉砂池憶最近50次故障。加藥間及氯141.84 141. 8412.762.2水 源側(cè)系統(tǒng)污泥濃縮脫44769.12 40.23 11. 06水源水是影響水源熱泵機(jī)組制冷制熱性能的水機(jī)房鼓風(fēng)機(jī)房28857. 625.92 9. 22主要因素,水源的水質(zhì)不但影響換熱效率,還影響空調(diào)站.123.75123. 752711.144. 32機(jī)組{等設(shè)備的使用壽命。變配電室383. 633.2333.2 29. 9953. 31總計(jì)3038.78 2698.42 1 604.23 337.79 260. 612.2.1 水源水泵2污水源熱泵空調(diào) 系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)要求,水源側(cè)循環(huán)水量夏季約為利用二級出水為熱源/熱匯的污水源熱泵系統(tǒng)60 m3 /h,冬季約為50 m*/h,二級出水水量完全能流程如圖1所示。根據(jù)本工程實(shí)際情況,系統(tǒng)采用夠滿足要求。根據(jù)工程實(shí)際,本工程選擇了2臺(tái)清蒸發(fā)器.水潛水泵作為水源水泵,技術(shù)參數(shù)見表2。熱/冷循環(huán)T5C2?壓縮機(jī)表2水源水泵技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)向閥↑7C型號流量/揚(yáng)程功率轉(zhuǎn)速/電源自動(dòng)自清洗過糖器|主電動(dòng)機(jī)(m2/h)__ /m_/kW_ (r/min)r2512C|_SP46-4507.5 2900 3X380 V/50 Hz電子水處理冷凝器熱/冷水空因?yàn)樗此弥糜诮佑|池二級出水中,所以本_30C循環(huán)泵工程選擇的是潛水泵;又因?yàn)槎壋鏊|(zhì)較好，潛水泵七司集水器分水器所以本工程沒有選用潛污泵,而是選擇清水潛水接觸池泵。但為了防止二級出水中較大的懸浮物進(jìn)人并堵塞水源水泵的吸人口,在泵的吸人口周圍設(shè)置團(tuán)1以二級出水為熱源/熱匯的污水源熱泵系流程圖(制冷循環(huán))40中國煤化工泵后面的管道上安的是二級出水直接進(jìn)人水源熱泵機(jī)組冷凝器,而不MHCNMHG水處理儀。是再經(jīng)過換熱器換熱的形式。這主要是基于以下2.L.c口切口1月vu過vo低兩點(diǎn)考慮:選用流量為100 m3 /h,過濾精度為0. 23 mm .暖通空調(diào)HV&AC 2005 年第35卷第1期工程實(shí)例●85●(60目),型號為ZG100-L的自動(dòng)自清洗過濾器10.01~0.02MPa。正常運(yùn)行時(shí)和反沖洗時(shí)所需的臺(tái)。殼體為碳鋼,過濾元件、軸、排污管、手動(dòng)排污壓力差別較大。故此在水源側(cè)系統(tǒng)上設(shè)置了一個(gè)閥為不銹鋼,殼體內(nèi)外壁涂防水防銹漆,涂層厚度調(diào)壓閥,以滿足反沖洗時(shí)的壓力要求。為0.4mm。工作原理如圖2所示。3.3機(jī)組和其他設(shè)備根據(jù)負(fù)荷變化和循環(huán)水量的變化，機(jī)組和水泵等設(shè)備進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)和臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)。設(shè)備可以單獨(dú)操作也可以自動(dòng)地按順序打開或關(guān)閉。3.4中央控制室M在中央控制室對污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測,實(shí)時(shí)反映各臺(tái)機(jī)組的水源水進(jìn)出口溫度、P循環(huán)水進(jìn)出口溫度等的變化情況。機(jī)房內(nèi)可實(shí)現(xiàn)無人值守,只要定期巡檢即可。圈2自動(dòng) 自清洗過濾器4技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析工作原理示意圖因?yàn)楸竟こ掏耆凑帐姓迷O(shè)施BOT項(xiàng)自動(dòng)自清洗過濾器具有自動(dòng)反沖洗、連續(xù)供水目方式運(yùn)作,所以工程投資方對工程的初投資和運(yùn)等功能，還具有精度高、過濾面積大、可靠性高、運(yùn)行費(fèi)用更為關(guān)心。下面對本工程采用污水源熱泵行安全等特點(diǎn)。系統(tǒng)和采用常規(guī)的電制冷冷水機(jī)組加燃油鍋爐方2.2.3電子水處理儀選用DC- 25型電子水處理儀1臺(tái),置于自動(dòng)案的初投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。自清洗過濾器后,用于水源水的處理。本工程熱泵4.1 初投資比較因?yàn)槲鬯礋岜每照{(diào)系統(tǒng)的用戶側(cè)系統(tǒng)與常系統(tǒng)的水源水為污水處理的二級出水,含有極少量規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相同,所以僅比較機(jī)房部分的初投資,的污染物、藻類、細(xì)菌和酸堿離子殘余,采用電子水見表4,5。處理儀能起到一定的防垢、除垢、殺菌滅藻和緩蝕表4污水源熱泵空調(diào) 系統(tǒng)初投資(機(jī)房部分)作用。設(shè)備名稱型號單位數(shù)量單價(jià)總價(jià)2.3 用戶側(cè)系統(tǒng)/萬元用戶側(cè)系統(tǒng)同常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)基本相同,設(shè)有水源熱泵RHSBW140HM臺(tái)3 i54機(jī)組冷/熱水循環(huán)泵、集水器、分水器、定壓補(bǔ)水裝置及冷/熱水循CR64-10.30.6空調(diào)末端設(shè)備。夏季供回水溫度為7 C/12 C,冬環(huán)泵水源水泵SP46-40.5季為50 C/40 C.自動(dòng)自清洗ZG100-13.6本工程選用了2臺(tái)立式管道泵作為冷/熱水循過濾器附屬設(shè)備套16.3686.368環(huán)泵,具體參數(shù)見表3。材料費(fèi)7. 98表3冷/熱水循環(huán)泵參數(shù)安裝調(diào)試費(fèi)6.9型號流量/揚(yáng)程功率轉(zhuǎn)速/電源合計(jì)80.468_(m2/h)_ /m__ /kW_ (r/min)表5電制冷冷水機(jī)組加鍋爐方案CR64-1。5023.55 5.5 二2900 3X 380 V/50 Hz初投資估算(機(jī)房部分)3系統(tǒng)控制1萬元 /萬元3.1 冷熱水系統(tǒng)冷水機(jī)組KLSW - 040S通過水路上閥門的切換來實(shí)現(xiàn)污水源熱泵系燃油鍋爐DSJ30統(tǒng)冷熱工況的轉(zhuǎn)換,同一般的水源熱泵機(jī)組冷熱水冷水泵CR64-1.臺(tái)20.310.62冷卻水泵SP46-系統(tǒng)的控制方法相同,這里就不再詳述。冷卻塔中國煤化工53.2水源側(cè) 系統(tǒng).3686.368MHCNMHG8.5因?yàn)樽詣?dòng)自清洗過濾器所需的反沖洗壓力不7.5低于0.2 MPa,而其在正常運(yùn)行時(shí)的壓力損失只有-合計(jì)85. 108●86●工程實(shí)例暖通空調(diào)HV&AC 2005 年第35卷第1期4.2運(yùn)行費(fèi)用比較表7空調(diào) 系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用比較元由于上面提到的原因,也僅對機(jī)房部分的運(yùn)行污水源熱泵方案冷水機(jī)組加鍋爐方案一37 82437 968費(fèi)用進(jìn)行比較。因?yàn)榭照{(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用在很大冬季117 60023 820(電)+ 353 160(柴油)程度上反映在能量消耗上,所以本文對由于能量消=376 980耗而產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比較。從上面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可以看出,采用污水源4.2.1空調(diào) 系統(tǒng)能量消耗比較(見表6)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的初投資比電制冷冷水機(jī)組加燃油表6空調(diào) 系統(tǒng)能量消耗比較鍋爐方案大約低6%;夏季運(yùn)行費(fèi)用基本相當(dāng),冬污水源熱泵方案/kW__冷 水機(jī)組加鍋爐方案/kW季運(yùn)行費(fèi)用則節(jié)約大約67%，每年運(yùn)行費(fèi)用總體夏季水源熱泵機(jī)組30.1X2 冷水機(jī)組30.0X2冷/熱水循環(huán)泵7.5X1冷水泵7.5X1節(jié)約約60%。水源水泵5.5X1冷卻水泵.當(dāng)然,初投資和運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)約還受到以下膨脹罐補(bǔ)水泵2.0X2膨脹罐補(bǔ)水泵2.0X2因素的影響，如設(shè)備的選擇、電價(jià)和油價(jià)等。因自動(dòng)自清洗過1.5X1電子水處理儀0.1X1為污水處理廠一般處于城市的邊緣地區(qū),周圍建濾器電子水處理儀0.1X1筑物較少,目前該污水源熱泵項(xiàng)目供熱供冷的范合計(jì)78.879. 1圍還僅限于廠區(qū)內(nèi)的建筑物,項(xiàng)目規(guī)模較小,與冬季水源熱泵機(jī)組39.7X2燃油鍋爐0. 75X1(柴油32.7 kg/h)污水中含有的巨大能量相比還不成比例,大有潛5. 5X1可挖。當(dāng)項(xiàng)目規(guī)模較大時(shí),還需對其技術(shù)經(jīng)濟(jì)冷卻水泵性進(jìn)行具體分析。5結(jié)語采用污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)夏季供冷，98.019. 85(柴油32.7 kg/h)又可實(shí)現(xiàn)冬季供熱,而不用設(shè)置鍋爐房和冷卻塔,4.2.2運(yùn)行費(fèi)用比較減少了對環(huán)境的污染,并節(jié)省了設(shè)備的初投資和運(yùn)在秦皇島地區(qū),夏季供冷大約120天,每天運(yùn)行費(fèi)用。污水處理廠有充足的水源，以污水(或二行約10 h;冬季供暖約150天,每天運(yùn)行約20 h。級出水和中水)作為水源熱泵的熱源/熱匯,可以充按每kWh電0.4元、每kg柴油3.6元計(jì)算運(yùn)行費(fèi)分利用污水中的低品位冷熱能，既節(jié)能環(huán)保,又經(jīng)用,結(jié)果見表7。濟(jì)可行,值得在城市污水處理廠推廣使用。公公的的公公公分公公(上接第119頁)b)傳熱傳質(zhì)過程的驅(qū)動(dòng)力在除濕器內(nèi)部并不deicant film with air in crossflow. J of Heat Transfer,是均勻分布的，而是不可避免地在溶液與空氣的進(jìn)1996, 118(3) :634- 641口交界點(diǎn)存在最大值。4 AliA, Vafai K, Khaled A R A. Analysis of heat andc)叉流除濕過程的傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢不能采用對數(shù)mass transfer between air and falling film in a cross flow平均濕差,而應(yīng)采用積分平均濕差進(jìn)行計(jì)算。configuration. International J of Heat and Mass參考文獻(xiàn)Transfer, 2004, 47(4):743 - 7551Zografos A I, Petroff C. A liquid desiccant dehumidifier5 Dai Y J, Zhang H F. Numerical simulation andperformance model. In: ASHRAE Trans. 1991, 97theoretical analysis of heat and mass transfer in a cross(1).650 - 656flow liquid desiccant air dehumidifier packed with2 Park M, HowellJ R, Vliet G C, et al. Numerical andhoneycomb paper. Energy Conversion & Management,experimental results for coupled heat and mass- transfer2004, 45(9- 10):1343- 1356between a desiccant film and air in cross flow.6 Stevens D I. An effectiveness model of liquid- desiccantInternational J of Heat and Mass Transfer, 1994，37中國煤化工Solar Energy, 1989, 42(Suppl1): 395 - 402CNMHG3 Park M, HowellJ R, Vliet G C. Correlations for film 7 劉曉華 ,張巖，張偉榮,等落液除濕過程熱質(zhì)交換規(guī)律regeneration and air dehumidification for a falling分析.暖通空調(diào)，2005,35(1).110-114