沈水湾污水处理厂污水源热泵系统设计

2011年第12期(总第39眷第250期)■新能源与绿色建筑建筑节能No.12 in 2011 (Total No.250, Vol.39)NEW ENERCY & GREEN BULDINGdoi: 10.3969/j.ssn.1673-7237.2011.12.012沈水湾污水处理厂污水源热泵系统设计(辽宁省建筑设计研究院，沈阳10005)摘要:针对沈水湾污水处理厂 得天独厚的条件,在厂区采暖空调设施改造过程中采用了污水源热泵技术;在该工程设计过程中,增加板式换热器换热中介,很好地解决了污水对水源热泵机组的腐蚀问题;采用污水源热泵系统,有很大的节能效益。关键词:污水源热泵; 板式换热器; 节能中图分类号: TU831文献标志码; A文章编号: 1673-72372011)12-0047-03Sewage- Source Heat Pump System Design of Shenshuiwan Sewage Treatment PlantYANG De-fuAbstract: According to advantogeous condition of Shenshuiwan Sewage treatment plan, the sewage -source heat pump system is utilizedduring the process of air conditioning facility reconstruction. The plate heat exchanger is added to solve the corrasion problems of sewage toheat pump unis in the engineering desigm. Adopting the sewage -source heat pump system is energo- eficient.Key words: scwage source heat pump; plate bheat exchanger, cenergy saving1项目介绍.温度比环境温度低10~15 C。因此,热泵具有良好的本工程为沈阳振兴环保产业集团有限公司沈水，热源，污水源热泵利用温差在5 C,因此,污水源热泵湾污水处理厂污水源热泵工程采暖空调设计,项目完全可以高效率运行。为改造工程,工程竣工时间为2010年11月。污水处(3)污水量的保证。城市污水水量的变化主要是生理厂污水源稳定,水量充足，所以,在改造过程中考虑活污水的变化,而生活污水的出水量基本保持不变。污水源热泵技术,主要是用污水源热泵代替原有燃油3污水水源热泵简介锅炉,并且对污水处理厂内的综合楼、活动室、污泥脱3.1 污水源热泵工作原理水间、鼓风机房汽车库等十多个单体等进行采暖空调污水源热泵是利用污水“冬暖夏凉”的特征,并利末端改造。仅综合楼、活动室需要夏季空调、冬季采用污 水源热泵技术,通过少量的高位电能输入，实现暖,其他均只考虑冬季采暖。总采暖面积约6 600 m',冷热量由低位能向高位能的转移,从而达到为使用对考虑厂区未来发展,机房设备需预留采暖面积4000m2,象供热或供冷。综合楼为最高建筑,建筑高度12.250 m.3.1.1污水源 热泵工作原理2本工程冷热源情况分析3.1.1.1运行机制根据甲方提供相关数据，处理后污水参数为:冬主要技术原理是污水源热泵的运作机制，即将污季污水温度11.5~12.5 C,夏季污水温度20~22 C，水中的热量或冷 量传递给建筑物。可分为3个能量转污水处理量为10x10* tld;出水水质: PH: 7.0~8.2;SS:移过程:10~ 20 mg/L;COD: 35~40 mg/L.第--过程:污水源热泵机组的介质在蒸发器内蒸污水源优势:发需要吸收热量,介质的蒸发温度为3C,此时污水(1)污水水质问题。城市污水包括工业废水、工业在蒸发器中经过与介质换热，并将热量释放给介质,冷却水及生活污水,而城市二级污水是经过-级物化介质吸收热量蒸发。处理和二级生化处理，去除了污水中大量的杂质，降第二过程:污水源热泵机组自身介质循环,蒸发低了污水的腐蚀度,更有利于污水中热能提取。的气体被压缩机吸入并压缩,变成高温、高压的气体，(2)污水水温保障。城市污水冬暖夏凉，常年温度进入冷凝器,中国煤化工过程,而冷凝稳定,污水水温在冬季比环境温度高15~ 20 C,夏季器是与末端系YHCNMHG收稿日期:2011-06-21;修回 日期:2011-07-05第三过程:污水源热泵机组的高温、高压的介质L47进入冷凝器冷凝,放出热量,并与系统水进行热交换，冬季供暖室内设计温度:(18+2)C;实现将在蒸发器内吸收的热量和输入的电能的总和夏季制冷室内设计温度:(72)C,噪声≤40dB(A)o输出给采暖系统水的过程,采暖系统水带着热量释放4.2 热负荷、冷负荷的计算给房间，达到制热的目的。在整个过程中,机组的能量结合沈阳地区实际经验,对该项目热负荷、冷负荷输入输出比最高可达到4.5,即电机输入电能是1 kcal的计算为:冷负荷为270kW,冷负荷指标90W/m?;时,末端系统得到的能量是4.5 kcal.在整个过程中消热负荷为630kW,热负荷指标84W/m2.耗少量的电能,极大地利用污水的能量,从而达到节4.3污水源 热泵机房设计能的目的，制冷过程是制热过程的逆过程。水源热泵机房是整个厂区改造的重点,也是采暖3.1.1.2工艺流程空调实现的大脑，考虑到污水特殊性,水源热泵系统为实现这种能量的传输过程,必须有数个冷热媒由螺杆式水源热泵机组、宽流道板式换热器、冷冻水的循环系统,包括:①污水的取水排水系统;②中介水循 环泵、冷却水循环泵、污水提升泵、补水泵、软化水循环系统;③末端循环系统。箱等组成。水源热泵原理参见图1,污水源侧，污水经3.2 系统特点取水口提升后输送至水源热泵机房,与换热器换热后3.2.1 高效节能排掉,提取了污水5 °C温差;冷却水侧，冷却水通过换污水源热泵系统的运行方式,使能量输入与输出热器与污水换热后进入水源热泵机组,循环换热。冷之比达到1:4以上,即输入1 kW.h的电能,就能够得冻水侧,冷冻水经水源热泵机组后输送至各个末端。到4kW.h以上的热量,节能30%~75%。采暖费与燃由设在锅炉房内的2台螺杆式水源热泵机组提煤供热相比为70%,与燃气相比为50%,与燃油相比供冷、热源,供夏、冬季空调使用,夏季仅开启1台水为30%。采暖时每使用1 t污水,可获得5 000~源热泵机组制冷,冬季采暖时2台同时运行,机组制10 000 kcal热能，相当于1.5~3 kg标煤供热的有效冷/制热量能根据末端负荷情况自动进行调节。选用热值螺杆水源热泵机组2台制冷1制热量439.5/470.2 kW,3.2.2绿色环保冷水1热水流量75.6/75.6 m/h,冷却水流量75.6 m/h,污水源热泵系统不需要锅炉、冷却塔等设备。没冷水12/7C，热水45/40C，制冷/制热耗电量有煤、油及天然气燃烧排放污染物，无室外机,不会产83.2/102.5 kW。夏季冷冻水供水温度为7 C ,回水温生令人不适的热岛效应，噪音大大低于传统空调。在度为12 C;夏季污水供水温度为21 C,回水温度为冬季取暖时，利用1万吨污水为建筑供热4个月,可27 C;冬季污水供水温度为12 C,回水温度为7 C;减二氧化碳排放量5 040 t。冬季空调热水供水温度为45 C,热水回水温度为40C。3.2.3 运行稳定,安全可靠污水取水口设在污水处理厂汇水口,汇水口为污水的温度一年 四季相对稳定,其波动的范围远3条污水处理流线的汇合点，是污水处理流线的终远小于室外气温的波动，使得热泵机组运行可靠稳点,水质最好,设污水泵2台,1用1备,将污水提升定。污水源热泵系统使用电能驱动热泵,吸收污水热送至水源热泵机房，跟换热器换热后排至附近污水量(或向污水排放热量),无须燃烧设备,从而不存在爆井。另外污水处理厂每隔一段时间要停产检修,汇水炸、燃烧等隐患。口会出现断水情况，因此,设计考虑在其中-一个澄清4污水源热泵系统设计池内设污水泵2台，在厂区污水处理流线做检修时,4.1室内设计参数澄清池内的水可满足24 h用水量,以做备用。B40(45) C4CTs膨胀阀高X原)效)4|(X(污父{{污“凝发〉|(本器2Y换X主|热义压缩机果)圆11 C40(50) CABZA9C循环泉二次水循环泵取水中国煤化工圈1污水源热泵原理图YHCNMHGFig.1 Schematic diagram ofsewag-source heat pump48]4.4 室内末端设计织为侧送风。其他建筑单体均仅考虑冬季采暖，采用综合楼建筑面积3000 m',共3层,主要是办公立式明装风机盘管,采暖管线入户方向按照原采暖入室，空调房间均设置卧式暗装吊顶型风机盘管空调户方向,尽可能利用原有采暖入户阀门井,采暖为同器，考虑到改造工程尽可能不影响到目前室内装修，程式，管道均为明装。部分风机盘管吊装在走廊内，侧送侧回。活动室建筑5污水源热泵系统节能性分析面积430m,单层建筑,层高8m,为室内运动场地，按照民用电计算,电价0.5元/kWh,计算见.采用明装风机盘管,吊装于侧墙3.0 m高度,气流组表1.表l夏.冬季用电费用项目计算过程计算结果夏季15 d负荷率100%115 kWx15 dx8 h/dx100%13 800kW45d负荷率66%115 kWx45 dx8 h/dx66%27 324 kW夏季总运行费用(13 800 kW+27 324 kW)x0.5元20 562元夏季每平方米运行费用20 562+3 0006.9 元/m2冬季10d负荷率100%270 kWx10 dx24 h/dx100%64 800 kW30d负荷辜66%270 kWx30 dx24 h/dx66%128 304kW110 d负荷率33%270 Wxl 10 dx24 h/dx33%235 224 kW合计电量64 800+128 304+235 224428 328 kW冬季运行费用428 328x0.5214 164元冬季每平方米运行费用214 164+6 60032.4元/m’经过一个采暖季运行，经使用单位反馈,一个冬验看,污水腐蚀性大,污水源热泵机组寿命短。因此，天采暖季电费20万左右(按照民用电价计算);原先使笔者在该工程设计过程中,增加板式换热器这个中间用燃油锅炉时,每年费用近100万,而且采暖效果较换热中介,很好地解决了污水对水源热泵机组的腐蚀差,厂房采暖温度偏低。改造后厂房采用热风采暖,采的问题。暖效果较好,节能效果明显。(3)从投入运行至今,运行良好,节能效果明显。6结论(1)板式换热器的选型计算是工程实现的重点,本参考文献:工程污水处理厂处理后的二级出水,水质远好于城市[1]王芳,范晓伟.我国水源热泵研究现状[7,流体机械2003,314).原生污水，且笔者选用宽流道板式换热器，并考虑由[2]马最良，姚杨,姜益强,等在我国热泵技术发展进步中应关注的几个于污垢降低传热的可能,板换面积考虑了一定 的附加问题[J]机械工业标准化与质量208(5):12-15.系数。从目前运行情况看,实际运行效果不错,但是毕竟是城市污水,换热器壁容易挂垢,笔者建议建设单作者简介:杨德福(1981),男,辽宁 人,毕业于西南交通大学,工程师，位定期清洗板式换热器,保证换热器高效率运行。暖通专业(efuyang@163.com)o(2)从其他采用专用污水源热泵工程运行实际经断业资调阿克苏市德盛保温防火建材项目开工建设近日,总投资5000万元、占地50亩的阿克苏德温砂浆及5万吨新型涂料的产能,可实现年销售收入盛保温防火建材项目在阿克苏西工业园区开工建设，5亿元,年销售利润1.5亿元，上缴税金8000万元。建设期2年,计划2013年7月全面建成投产。该项目的建设,既填补了阿克苏地区无保温防火该项目将新建生产车间7000平方米，成品仓库建材生产线的空白，也对阿克苏地区房地产开发、建3000平方米,办公室、职工公寓、配电房及机修车间筑物安全施工、装饰装修业起到积极作用,具有产品等设施4880平方米,引进XPS挤塑板及新型涂料设新颖、节能降中国煤化工,对推进新型工备各一套。项目建成后，将达到年产10万立方XPS业化发展具MHCNM HG挤塑板、20万平方保温装饰- -体化板、1万吨无机保(来源;新疆维吾尔自治区散办(墙改办)赵小勇2011-10-10)149