污水熱泵技術在污水處理廠的應用
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，每日承擔著XX縣城近24000m3的污水的處理。污水水質穩定，常年溫度在13oC-15oC.廠內有約10000m2建筑（寫字樓，廠房，車庫等），利用未經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，為適應北京市環境保護的需求，決定對這套供熱系統進行改造，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。污水處理廠改造分為兩部分，一部分是辦公樓的改造，另一部分是設備廠房的改造，辦公樓內安裝的是能夠制冷制熱的風機盤管，設備廠房內安裝的是散熱性能較好的鋼串式暖氣片。
二、系統原理及設計
冬季，污水溫度約12－15℃經過換熱器換熱后排出溫度約為7－10℃，系統提取污水中的熱量作為水源熱泵機組的低溫熱源，進入熱泵機組蒸發器，熱泵冷凝器出水作為供暖系統循環水，供回水溫度為50－45℃。夏季，污水溫度約為14-18℃經過換熱器換熱后的排出溫度為19-23℃，污水帶走系統中的熱量作為水源熱泵機組制冷時的冷卻水，熱泵蒸發器出水作為供冷系統循環水，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。用戶側供水通過分集水器分別供到每個單體樓。系統冬、夏季工況的轉換通過切換站房系統中的閥門來實現。
三、項目重點及難點
1.污水換熱器
利用未經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，極易對換熱器產生腐蝕，結垢、堵塞等現象，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℃，1.14×10－6m2/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、表面粗糙度和內部結構設計都提出了很高的要求。根據對國內換熱器行業的考察，目前國內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專家組根據實地污水采樣檢測，經過長時間的研究，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，解決了防腐、堵塞和結垢等問題。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，換熱器未出現任何腐蝕、堵塞和結垢的現象，基本能夠滿足污水熱泵系統正常運行的需要，證明這種換熱器比較適合中國國內的污水水質現狀。
2.格柵
污水在進入沉淀池前先經過一道粗格柵，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到垃圾池。經過兩道格柵的過濾，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、實測數據分析
該水源熱泵系統從2003年1月10日投入正常運行后，經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。機組凍夏季運轉狀況良好。
為了更準確的分析污水源熱泵的經濟性，我們安排專職人員在設備運轉現場連續記錄了兩個多月，每隔兩個小時記錄一次數據，包括電表數、溫度、壓力等。
五、項目優點
1.環保
污水源熱泵是利用了污水原水作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。供熱時省去了燃煤、燃氣、燃油等鍋爐房系統，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。不產生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，使環境更優美。
2.節能
污水熱泵機組可利用的污水溫度冬季為11-15℃，污水溫度比環境空[wiki]氣溫[/wiki]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空調系統運行效率要高20%。
3.節資
該系統還可以集采暖、空調制冷和提供生活熱水于一身。—套熱泵系統可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調和生活熱水加熱的三套裝置或系統，從而也增加了經濟性。
4.穩定
污水的溫度相對穩定，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冷源，污水溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
5.自控程度高
根據系統特點，我們選用四臺壓縮機的機組，系統根據負荷的波動，自動選擇壓縮機的啟停，提高系統運行效率；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、結論
1.污水－水源熱泵恒溫系統具有節水，節能，環保的特點，是利用城市污水進行供暖，制冷的空調新形勢，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，為促進XX無煙縣及綠色生態環保縣，具有重要意義。
2.利用未經處理的城市污水作為源水的水源熱泵系統在XX縣XX污水處理廠的應用成功，標志著在我國污水源熱泵應用技術的又一次長足發展。
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