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景源，刘军胜. 污水处理厂余热综合利用系统与节能效益［J］
.
煤气与热力，
2022，42（12）
：A25-A27.
1
概述
根据国家政策，坚持宜气则气、宜电则电、宜煤则煤、宜热则热，大力推进北方地区清洁供暖。截至
2019
年底，北方地区清洁供暖率达
55%
，比
2016
年提高
21%
。
随着城市发展，人口不断增长，城市污水量逐步增加，为有效利用污水资源，许多城镇污水处理厂将处理后的再生水用于河湖补水、绿化、市政杂用、工业冷却等，实现了污水的资源化利用
［
1
］
。污水处理过程中产生的污泥，处理后可生产沼气
［
2
］
。为综合利用沼气、再生水资源，笔者提出一种污水处理厂余热综合利用方案，实现资源利用最大化。
本文提出污水处理厂余热综合利用方案，对余热综合利用系统的年平均能源综合利用率、节能率进行测算。
华北地区某污水处理厂污泥处理工艺沼气设计工况产量为
1 700 m
3
/h
，除已利用沼气
760 m
3
/h
外，富余沼气
940 m
3
/h
。沼气低热值为
22.4 MJ/m
3
。本文分析利用富余沼气发电。
污水处理工艺所需最大蒸汽质量流量为
18 t/h
，为
2.5 MPa
的饱和蒸汽，每日工作
24 h
，年工作时间为
365 d
。软化水为间歇需求，在有需求期间也呈波动变化。再生水量可满足发电机组全部冷却需求，且全年温度稳定在
35
℃左右。厂区内供暖热负荷为
4.8
MW
，供水温度为
85
℃，回水温度为
60
℃。
余热综合利用系统流程见图
1
，图中均用
1
个设备框表示
2
台设备。发电机组满负荷运行条件下，供暖热水、软化水的质量流量分别为
46.72
、
5.22 t/h
，可分别满足发电机组高、低温冷却水冷却负荷。
沼气内燃机发电机组（以下简称发电机组）高温冷却水泵、低温冷却水泵均集成在发电机组内。高温冷却水用于冷却发电机组气缸、一级中冷器、润滑油，低温冷却水用于冷却发电机组二级中冷器。图
1
中，阀
1~4
、阀
8~10
为电动三通阀，阀
5~7
为手动两通阀。
图
1
余热综合利用系统流程
发电机组烟气出口设带三通阀的烟道，当烟气余热全部利用时，全部烟气通过阀
1
流经余热
蒸汽锅炉
后排至室外。当烟气余热部分利用时，根据蒸汽负荷需求调节阀
1
，使部分烟气流经余热蒸汽锅炉，部分直接排至室外。余热蒸汽锅炉通过回收发电机组烟气余热制备蒸汽，向污水处理厂提供部分生产工艺蒸汽，
板式换热器
1
通过回收高温冷却水余热加热供暖热水，板式换热器
3
通过回收低温冷却水余热加热制蒸汽所需的部分软化水。为充分利用污水处理厂内再生水低温冷量，设置
板式换热器
2
、
4
作为高温冷却水、低温冷却水冷却装置。冷却水箱
1
、
2
则作为再生水系统故障状态下的冷却装置。
考虑软化水需求、再生水量以及再生水系统故障工况，冷却水箱
1
、板式换热器
1
、板式换热器
2
换热功率按满足高温冷却水最大冷却负荷选取，冷却水箱
2
、板式换热器
3
、板式换热器
4
传热量按满足低温冷却水最大冷却负荷选取。主要设备单台额定参数见表
1
。
发电机组发电满足污水处理厂部分电负荷，不足部分由市电补充。余热蒸汽锅炉吸收发电机组烟气余热制备蒸汽，满足污水处理厂部分生产工艺蒸汽需求，不足部分由厂区蒸汽供应系统补充。
再生水系统正常运行时，高温冷却水由板式换热器
2
冷却，低温冷却水由板式换热器
3
、
4
冷却。发电机组、余热蒸汽锅炉、板式换热器
2
、板式换热器
3
、板式换热器
4
开启，冷却水箱
1
、冷却水箱
2
、板式换热器
1
关闭。阀
7
开启，阀
5
、阀
6
关闭。各三通阀的通路、断路，根据实际需要进行控制。
当再生水系统出现故障时，高温冷却水改为由冷却水箱
1
冷却，低温冷却水由冷却水箱
2
、板式换热器
3
冷却。发电机组、余热蒸汽锅炉、冷却水箱
1
、板式换热器
3
、冷却水箱
2
开启，板式换热器
1
、板式换热器
2
、板式换热器
4
关闭。阀
7
开启，阀
5
、阀
6
关闭。各三通阀的通路、断路，根据实际需要进行控制。
发电机组发电满足污水处理厂部分电负荷，不足部分由市电补充。余热蒸汽锅炉吸收发电机组烟气余热制备蒸汽，满足污水处理厂部分生产工艺蒸汽需求，不足部分由厂区蒸汽供应系统补充。板式换热器
1
利用高温冷却水加热供暖回水，不足供暖热负荷由厂区其他供暖热源补充。
再生水系统正常运行时，高温冷却水由板式换热器
1
、
2
冷却，低温冷却水由板式换热器
3
、
4
冷却。发电机组、余热蒸汽锅炉、板式换热器
1
、板式换热器
2
、板式换热器
3
、板式换热器
4
开启，冷却水箱
1
、冷却水箱
2
关闭。阀
5
、阀
6
开启，阀
7
关闭。各三通阀的通路、断路，根据实际需要进行控制。
当再生水系统出现故障时，高温冷却水由冷却水箱
1
、
板式换热器
1
冷却。低温冷却水由冷却水箱
2
、板式换热器
3
冷却。发电机组、余热蒸汽锅炉、冷却水箱
1
、冷却水箱
2
、板式换热器
1
、板式换热器
3
开启，板式换热器
2
、板式换热器
4
关闭。阀
5
和阀
6
开启，阀
7
关闭。各三通阀的通路、断路，根据实际需要进行控制。
忽略高、低温冷却水泵耗电量，将已知参数代入式（
1
），可计算得到余热综合利用系统年平均能源综合利用率为
77.8%
。
GB 51131
—
2016
《燃气冷热电联供工程技术规范》第
1.0.4
条要求，联供系统的年平均能源综合利用率应大于
70%
。余热综合利用系统年平均能源综合利用率符合规范要求。
根据
GB 51131
—
2016
式（
4.3.10-1
）、（
4.3.10-2
），余热综合利用系统节能率
r
的计算式为：
余热综合利用系统年平均能源综合利用率为
77.8%
，节能率为
30.6%
，符合
GB 51131
—
2016
《燃气冷热电联供工程技术规范》。
［
1
］李五勤，张军
.
北京市再生水利用现状及发展思路探讨［
J
］
.
北京水务，
2011
（
3
）：
26-27.
［
2
］康晓鹍，王世和
.
城市污水处理厂污泥沼气资源化利用［
J
］
.
中国沼气，
2009
（
2
）：
35-37.
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