污水源热泵空调系统在污水处理厂的应用 污水源热泵空调系统在污水处理厂的应用

污水源热泵空调系统在污水处理厂的应用

  • 期刊名字:暖通空调
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  • 论文作者:周文忠
  • 作者单位:国中爱华(天津)市政环境工程有限公司
  • 更新时间:2020-03-24
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论文简介

暖通空调H&AC2005年第35卷第1期83工程实例污水源热泵空调系统在污水处理厂的应用国中爱华(天津)市政环境工程有限公司周文忠☆摘要该项目以二级出水作为污水源热泵系统的热源/热汇。介绍了系统流程、水源侧系统、用户侧系统及系统的控制等。对该方案与电制冷加燃油锅炉方案的经济性进行了比较,结果显示该方案的初投资比后者低6%左右;运行费用夏季基本相当,冬季大约低67%。关键词污水源热泵污水处理BOT经济性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 systerresents the system flow process, the systems in water source and user sides, and the system controlCompares this system with the electric refrigeration plus oil-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 winterKeywords sewage source heat pump, sewage treatment, build-operate-transfer(BOT), economicsInterChina Aihua Municipal Environmental Engineering Co, Ltd, Tianjin, China污水源热泵系统利用污水中的能量,以污水作的企业来投资、建设、运营、维护等。特许权期限为热源/热汇,通过热泵机组将低品位水中难以直内,项目公司向用户收取费用,来抵偿投资和经接利用的能源提取出来,供冬季供暖夏季制冷使营成本,并获得合理回报,政府则拥有对项目的用。按照其使用的污水的处理状态可分为以未处监督权、调控权。特许期满,项目公司把基础设理过的污水作为热源热汇和以二级出水或中水作施无偿移交给政府为热源/热汇的污水源热泵系统。本项目中应用的本BOT项目运营期为20年,与一般工程项目是以二级出水为热源/热汇的污水源热泵系统不同,BOT项目更要综合考虑初投资和运行费用,1工程概况既要节约初投资,又要考虑以后运行费用的节约本工程为秦皇岛海港区污水处理厂,平均日处1.2水源情况理水量为12万t,污水处理达到二级排放标准。本本项目利用污水中的冷热能,采用二级出水(接工程采用国际上市政基础设施建设较常用的BOT触池水)的温差作为输入能供集中空调系统使用( build-operate-transfer)模式。二级出水量约为5000t/h,有足够的温差能供机组1.1市政基础设施BOT模式简介BOT模式,即建设-运营-移交,是城市市政☆周文忠,男,1973年3月生,工学硕士,工程师公用事业特许经营制度的一种典型形式。政府300060天津市河西区卫津南路21号新金龙大厦北楼4层通过签订特许权协议,将应由政府投资经营的市(022)23376168-215E-mail:wzhzhou@hotmail.com政公用基础设施如城市供水、污水处理、集中供收稿日期:2003-09-24一次修回:2003-10-29热、燃气、垃圾处理等设施,授予通过招投标选中二次修回:2004-11-2584·工程实例暖通空调HV&AC2005年第35卷第1期提取利用。二级出水水质:悬浮物30mg/L,5日生a)二级出水冬季温度较低,再经过一次换热化耗氧量30mg/L,铬测定化学耗氧量60mg/L,氨会使水温进一步降低,这样就有可能不满足水源热氮25mg/L,总磷1mg/IL,冬季水温不低于10℃,泵机组的进水温度要求,而造成蒸发器冻结其他季节可达25℃左右。b)经过对二级出水水质的分析,二级出水经1.3冷/热负荷过处理进入板式换热器是完全可以的。本工程中秦皇岛地区集中供暖期152天,供暖期室外设在潜水泵的四周(抽水区域)加设40目的过滤框架计温度-12℃。厂内建筑物面积总计3038.78m2,网,对悬浮物进行第一次过滤,在进入机组前又进供热面积2698.42m2,供冷面积1604.23m2。供行了60目过滤,这样完全能保证机组不受悬浮物热总负荷约为337.8kW,供冷总负荷约为260.6的影响,安全有效地运行。kW,具体负荷分布见表1。供冷主要集中在厂前区2.1制冷机组选型的生活办公用房和生产区的部分值班操作室仪表配根据冷热负荷及工程需要,本工程选用3台半电间等有较高要求的地点,釆用风机盘管系统。生封闭螺杆式水源热泵机组,单台额定制冷量为产性厂房车间只考虑散热器供暖,供暖温度按防冻141kW,制热量为161kW,电机功率为30.1kW。温度(t=5℃)考虑。该机组釆用高性能半封闭螺杆压缩机和不锈钢钎表1污水处理厂冷热负荷焊板式换热器等优化设计,并采用模块化设计,机建筑面积供暖面积供冷面积热负荷冷负荷组体积小,结构紧凑,并可方便地增加容量。3台综合楼1085108551739136机组分为母机和子机,它们既可联动,又可独立运机械间、车112.32转。机组能够实现远程监控,并具有多种保护措库、仓库传达室32.3132.3132.3111.77.1施;能够均衡3台机组的运行时间,保证运行时间细格栅及旋12,15相同,均衡磨损,延长寿命;并具有记忆功能,能记流沉砂池加药间及氯141.84141.84忆最近50次故障。2.2水源侧系统污泥浓缩脱69.1240.2311.06水机房水源水是影响水源热泵机组制冷制热性能的鼓风机房28828857.625.929.22主要因素,水源的水质不但影响换热效率,还影响空调站123.75123,751.144.32机组等设备的使用寿命变配电室383.6333.2333.22953.313038.7382698.41604233379260.612.2.1水源水泵2污水源热泵空调系统根据系统要求,水源侧循环水量夏季约为利用二级出水为热源/热汇的污水源热泵系统60m/h,冬季约为50m2/h,二级出水水量完全能流程如图1所示。根据本工程实际情况系统采用够满足要求。根据工程实际,本工程选择了2台清蒸发器水潜水泵作为水源水泵,技术参数见表2。热/冷循环压缩机表2水源水泵技术参数转向阅型号流量/扬程功率转速/自动自清洗过滤器主电动机(m /h) /m /kw(r/min)sP46-429003×380V/50Hz电子水处理/冷水因为水源水泵置于接触池二级出水中,所以本工程选择的是潜水泵;又因为二级出水水质较好集水器分水器所以本工程没有选用潜污泵,而是选择清水潜水接触池泵。但为了防止二级出水中较大的悬浮物进入并图1以二级出水为热源热汇的污水堵塞水源水泵的吸入口,在泵的吸入口周围设置源热泵系流程图(制冷循环40目钢制过滤网,且在水源水泵后面的管道上安的是二级出水直接进人水源热泵机组冷凝器,而不装了自动自清洗过滤器和电子水处理仪。是再经过换热器换热的形式。这主要是基于以下2.2.2自动自清洗过滤器两点考虑:用流量为100m3/h,过滤精度为0.23mm暖通空调HV&AC2005年第35卷第1期工程实例·85·(60目),型号为ZG100-L的自动自清洗过滤器10.01~0.02MPa。正常运行时和反冲洗时所需的台。壳体为碳钢过滤元件、轴、排污管、手动排污压力差别较大。故此在水源侧系统上设置了一个阀为不锈钢,壳体内外壁涂防水防锈漆,涂层厚度调压阀,以满足反冲洗时的压力要求。为0.4mm。工作原理如图2所示。.3机组和其他设备根据负荷变化和循环水量的变化,机组和水泵等设备进行质调节和台数调节。设备可以单独操作也可以自动地按顺序打开或关闭3.4中央控制室在中央控制室对污水源热泵空调系统进行远程监测,实时反映各台机组的水源水进出口温度循环水进出口温度等的变化情况。机房内可实现无人值守,只要定期巡检即可图2自动自清洗过滤器技术经济分析工作原理示意图因为本工程完全按照市政公用设施BOT项自动自清洗过滤器具有自动反冲洗、连续供水目方式运作,所以工程投资方对工程的初投资和运等功能,还具有精度高过滤面积大、可靠性高、运行费用更为关心。下面对本工程采用污水源热泵行安全等特点系统和采用常规的电制冷冷水机组加燃油锅炉方223电子水处理仪选用DC-25型电子水处理仪1台置于自动案的初投资和运行费用进行技术经济比较。自清洗过滤器后,用于水源水的处理。本工程热泵1初投资比较因为污水源热泵空调系统的用户侧系统与常系统的水源水为污水处理的二级出水,含有极少量的污染物、藻类细菌和酸碱离子残余,采用电子水规空调系统相同,所以仅比较机房部分的初投资,处理仪能起到一定的防垢除垢、杀菌灭藻和缓蚀见表4,5表4污水源热泵空调系统初投资(机房部分)作用设备名称型号单位数量单价总价2.3用户侧系统/万用户侧系统同常规空调系统基本相同,设有水源热泵RHSW1oHM台31854冷/热水循环泵、集水器、分水器、定压补水装置及冷热水循CR64-1空调末端设备。夏季供回水温度为7℃/12℃,冬环泵水源水泵SP46-4台20.5季为50℃/40℃。自动自清洗ZG100-L台1本工程选用了2台立式管道泵作为冷/热水循过滤器附属设备环泵,具体参数见表3。材料费表3冷/热水循环泵参数安装调试费「流量/扬程功率转速(m3/h)/mkw (r/min)表5电制冷冷水机组加锅炉方案R64-15023.555.529003×380V/501初投资估算(机房部分)3系统控制设备名称型号单位数量单价总价3.1冷热水系统万元冷水机组KLSW-040S台通过水路上阀门的切换来实现污水源热泵系燃油锅炉DSJ30台18.5统冷热工况的转换,同一般的水源热泵机组冷热水冷水泵台20.310.62冷却水泵SP4662系统的控制方法相同,这里就不再详述。冷却塔LBCM-503.2水源侧系统附属设备套16.3686.368材料费因为自动自清洗过滤器所需的反冲洗压力不安装调试费7低于0.2MPa,而其在正常运行时的压力损失只有86·工程实例暖通空调H&AC2005年第35卷第1期4.2运行费用比较表7空调系统运行费用比较由于上面提到的原因,也仅对机房部分的运行污水源热泵方案冷水机组加锅炉方案费用进行比较。因为空调系统的运行费用在很大夏季37冬季11760023820(电)+353160(柴油程度上反映在能量消耗上,所以本文对由于能量消耗而产生的运行费用进行比较从上面的技术经济分析可以看出,采用污水源4.2.1空调系统能量消耗比较(见表6)热泵空调系统的初投资比电制冷冷水机组加燃油表6空调系统能量消耗比较锅炉方案大约低6%;夏季运行费用基本相当,冬污水源热泵方案/kW冷水机组加锅炉方案/kW夏季水源热泵机组30.1×2冷水机组30.0×2季运行费用则节约大约67%,每年运行费用总体冷/热水循环泵7.5×1冷水泵节约约60%。水源水泵5.5×1冷却水泵当然,初投资和运行费用的节约还受到以下膨胀罐补水泵2.0×2膨胀罐补水泵2.0×2因素的影响,如设备的选择、电价和油价等。因自动自清洗过1.5×1电子水处理仪0.1×1滤器为污水处理厂一般处于城市的边缘地区,周围建电子水处理仪0.1×1筑物较少,目前该污水源热泵项目供热供冷的范79.1冬季水源热泵机组39.7×2燃油锅炉0.75×1围还仅限于厂区内的建筑物,项目规模较小,与冷/热水循环泵7.5×1(柴油32.7kg/h)污水中含有的巨大能量相比还不成比例,大有潜水源水泵5.5×1冷水泵7.5×1力可挖。当项目规模较大时,还需对其技术经济膨胀罐补水泵2.0×2冷却水泵5×1动自清洗过1.5×1膨胀罐补水泵2.0×2性进行具体分析5结语电子水处理仪.1×1电子水处理仪0.1×1釆用污水源热泵空调系统既可实现夏季供冷,(柴油327kg/h)又可实现冬季供热,而不用设置锅炉房和冷却塔4.2.2运行费用比较减少了对环境的污染,并节省了设备的初投资和运在秦皇岛地区,夏季供冷大约120天,每天运行费用。污水处理厂有充足的水源,以污水(或二行约10h;冬季供暖约150天,每天运行约20h。级出水和中水)作为水源热泵的热源/热汇,可以充按每kWh电0.4元、每kg柴油3.6元计算运行费分利用污水中的低品位冷热能,既节能环保,又经用结果见表7。济可行,值得在城市污水处理厂推广使用(上接第119页)是均匀分布的而是不可避免地在溶液与空气的进99618634-6ow., J of Heat Transfer,b)传热传质过程的驱动力在除湿器内部并不 siccant film with air in口交界点存在最大值。4 Ali A, Vafai K, Khaled AR A. Analysis of heat andc)叉流除湿过程的传质驱动势不能采用对数mass transfer between air and falling film in a cross flow平均湿差,而应采用积分平均湿差进行计算。configuration. International J of Heat and Mass参考文献Transfer,2004,47(4):743-755Zografos A l, Petroff C. A liquid desiccant dehumidifier 5 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),650-656liquid desiccant air dehumidifier packed with2 Park M, Howell, vliet G C, et al. Numerical and honeycomb paper. Energy Conversion &Managementexperimental results for coupled heat and mass-transfer2004,45(9-10):1343-1356between a desiccant film and air in cross-flow, 6 Stevens D 1. An effectiveness model of liquid-desiccantInternational J of Heat and Mass Transfer, 1994, 3system heat/mass exchangers. Solar Energy, 1989, 42( Suppl1):395-402(6):449-4553 Park m, Howell]JR, Vliet G C. Correlations for film7刘晓华,张岩,张伟荣,等.溶液除湿过程热质交换规律regeneration and air dehumidification for a falling分析.暖通空调,2005,35(1):110-114

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