污水调节池及污水取排系统在污水热能利用中的设计研究

66REFRIGERATIONNo.3, 2012, Seval.31 (Toal No. 120)文章编号: ISSN1005- 9180 (2012) 03 - 0066-06*污水调节池及污水取排系统在污水热能利用中的设计研究吴德珠',廖坚卫',赖文彬',孙德兴2,张承虎2( 1.广东省建筑设计研究院，广州510010; 2.哈尔滨工业大学,哈尔滨1000 )[摘要]以污水源热泵系统夏季工况为例， 分析了污水调节池体积大小的设计方法。通过介绍污水取、排水口的布置方式和污水取水方式，给出了污水取排系统的设计要点,为污水热能利用工程的设计及施工提供参考。[关键词]污水调节池; 取排系统;热泵系统;污水[中图分类号] TU833; TK521[文献标识码] ADesign of Sewage Adjusting Pool and sewage Diversion and drainage systemsin the Use of Sewage as cool and Heat sourceWU Dezhu', LAO Jianwei', LAI Wenbin' ，SUN Dexing, ZHANG Chenghu2(1.The Architectural Design & Research Insitute of Gunglong Province, Guanghou 5100;2. Harbin Insitute of Technology, Habin 150006 )Abstraet: Take the summer conditios of the sewage soure heat pumrp systems for exmple, the method of desiging thevolume of sewage adjusting pool is analyued in this peaper. Though the introduction of arangenent of sewage water intakeand outfal and the manerof taking scwage，the design points of sewagp diversion and drainge systen is given in this pe-per.It is providing reference for the projcts of using 8ewage as cool and heat source.Keywonds: Sewage aijusting pol; Diversion and druinage sytcm; Heat pump systen; Sewage就突现出相当重要的作用，而系统设计的关键内容1引言是污水取水口和排水口的布置以及系统取水方式的近年来，随着我国环保和节能政策的有力实选择。施，污水源热泵系统供热空调技术得到了普遍的重2污水调节池的设计视和迅速的发展[1]。由于污水流量及污水温度是连续变化的，同时建筑负荷也是逐时变化的，而且往2.1几个概念往两者之间的变化趋势是相反的，要扩大污水源热当污水进口温度确定时,忽略各项因素对机组泵系统供热空调面积或实现工程全面的污水源热泵COP的影响，把机组COP看作定值，污水的冷热供供热空调，需要设置污水调节池，对污水供应量进应能力由参与换热的污水流量大小来决定[3]。行移峰填谷[2]。污水的顺畅取得及排放是工程成功假设-一个夏季工况的污水源热泵系统中，存在的第步，因此污水取排及污水泵房的设计与施工- -个体积为v"的污水调节池，且已经蓄满了污. ◆收稿日期: 2012-4-27中国煤化工作者简介:吴德珠(1984-),男,硕士研究生，主要从事暖通空调设计。EMYHCNMHG.2012年9月.制冷第31卷第3期(总120期)57水，则应该有如图1所示的这样-个关系。q(r)一单位建筑面积瞬时冷负荷, W/m2。图中，V*是污水调节池的体积, Q*表示污水假设在一一个变化周期内(一般为1天),时刻调节池在蓄满污水的情况下能提供的最大冷量，序列 [x]是Q;= Q。 的时刻, [z2n-1,72n](n= 1、Q:(r)表示进人污水调节池的瞬时冷量, Q。(t) 表2..)时段Q; > Q。 (流量富余时段), [t2n,t2n-]时段Q; < Q。(流量不足时段),那么流量富余时段富余的污水冷量SQ1可表示为:Q3污水调节池V*0Qr(A)= 2[Q,(t)- Q。(r)]dt (4)Q*4Q2。图1污水源热泵系统中污水调节池示意图示从污水调节池瞬时取走的冷量, Q'(t)表示污水调节池体积不够大时，可能从污水调节池中瞬时溢出的冷量。1TT4t556一天中 (一个周期T内)，污水温度变化輻度不大，忽略污水进人污水调节池时温度的变化，同图2进人和流出污水调节池冷关系图时假设污水调节池没有冷量损失，忽略污水由于不流量不足时段需从调节池补充的冷t为:同温度混合产生的熵产，用Q"表示污水调节池在蓄满污水的情况下能提供的最大冷量，它是一个定SQ2(A)= 2」[Q。(r) - Q,(t)]dt (5)值。Q* = pcV*Olm = const(1)富余的冷量将储存于污水调节池中，进人污水式中:调节池的瞬时冷量不足于提供从污水调节池取走的△tm - -污水平均可利用温差,定义冷量时，将通过储存于污水调节池里的冷量补充。2.2 污水调节池的临界体积。 V;(t)Oto(r)dt当污水厂出水逐时流量不能实现工程全面积污△tym =j, V.(r)dr水源热泵供热空调，而污水日总流量可供面积大于v;(t)一污水的体积流量，是时间τ的单值函实际需要的供热空调面积时，可以设污水调节池蓄水以满足系统需水要求;由于污水流量及污水温度数，m/s;是连续变化的，同时建筑负荷也是逐时变化的，对T- -设计计算周期，一般为24h。瞬时进人污水调节池的冷量和瞬时从污水调节于给定的污水源，合理地设置污水调节池可以实现更大建筑面积的污水源热泵供热空调。池取走的冷量可分别表示为:污水调节池用来存储[t2n-1,Tzn] 时间段内富Q;(r) = pc. V;(r)●Ot(r)(2)余的污水冷量, 在实际工程中，如果污水调节池的Q。(t) = A.q(r)(3)大小不合适，可能会出现污水调节池能存储的最大冷量Q*与富余的污水量的冷量OQ1不相等的情A-系统能供热(或供冷)的建筑面积，通常况，这也就直接影响着热泵系统的供冷能力。污水是未知量，m2; .调节池蓄￥中国煤化工也恰好等于欠缺YHCNMHG58REFRIGERATIONNo3,2012, SopVol.31 (Toal No .120)冷量时调节池具有的体积叫做污水调节池临界体分列式、差位式和重叠式三种。积。3.1.1分列式若污水调节池体积足够大，这意味着，系统设如图3所示，系统取水口和排水口在同- -水平计所需的供冷量的不足部分可以全部由污水调节池面_上要保持一个相当大的距离，目的是避免用过的里存有的冷量来补充。系统排水进人取水水域影响水的换热利用。在我国SQz(A) = SQ1(A)(6)及世界各国，绝大部分电厂的水循环冷却系统都采在已知污水流量和温度的变化曲线，以及当地用这种布局[4。其特点是设计施工简便,适用范围相关的气象参数等条件下，通过试算或者数值方广， 可靠性高。法，根据平均流量imi 和污水平均利用温差Ot.m、平均冷负荷指标9m的意义，解方程(6)得出该污水源在调节池足够大时能供冷的建筑面积Amae。Aw。= pcYmAL.m(7)对于给定的污水源,对应Amas的污水调节池体积就是调节池临界体积，因为污水调节池体积再增大，已经没有多余的污水来充满调节池。根据下式可以计算调节池临界体积:取水口排水口y*_ AQi(Amax)_ AQ2( Amax)(8)图3分列式取排水口布置图pcAtum pc△twm在实际工程中，污水调节池的体积可以在计算理论最优体积基础上考虑1.1~ 1.2倍的安全系数。3.1.2重叠式设置污水调节池时，需要考虑有足够的空间以满足如图4所示，在排水口下面一定深度处布置取修建调节池所需的建筑面积，同时还应考虑污水池水口，取排水口的平面距离为零，它利用不同温度对周围环境的影响及安全控制等实际问题。水体分层的现象对水体实行换热利用。重叠式取排水方式的特点是:打破了排、取水口-定要有较大3污水取排系统设计要点水平间距的传统观点，节省管道及渠道建设投资，污水热能利用中，污水取排系统是指污水从取管理方便，它的水力热力特性优于分列式。采用重水口，通过输送管道、过滤设备送至机房,换热利叠式取排水方式的前提条件是水域必须具备有一-定的水深和一-定的容积。用后再通过排放的管道输送回水体的一个完整系统。污水取排系统的设计,不仅关系到系统水量的近区远区供应与系统的稳定性，同时涉及到工程投资费用,控制管理与维护，以及市政、交通等方面一系列的排水域下规章制度，必须重视。3.1取、 排水口布置方式中间展系统取水口和排水口布置的总思路是尽量避免排水口出水直接进人取水口，利用取排水口的空间取水城距离、水域的自然功能和水流动能特性带走使用过的系统排水，尽量减少冷热流道的掺混干扰，达到系统稳定安全取水的目的，同时减少取水利用对周围环境的负面影响。取排水口的布置方式主要分为中国煤化工面图MHCNMHG2012年9月制第31卷第3期(总120期)393.1.3 差位式其横向空间、纵向空间都相对较小，因此在污水干如图5所示，取水口在河道中间，排水口在岸渠中设置同垂直面的取排水口，必然会造成排水与边或排水口在河道中间，取水口在岸边。取排水口取水的掺混，降低取水冷热量。因此建议采用分列的距离是同一河道断面垂直水流方向的横间距，这式的取排水口方式，选择合理的间距将取排水口设种方式把取排水口间距从水流方向的纵向间距，转置在污干渠同一连通水域的不同区域，充分考虑取移到垂直水流方向的横向间距上来[5],其特点是:水口与排水口之间的相互影响，以保证取排水水域排水有去路，取水有来源;同时取排水管线可采用互不掺混。同一渠道，节省投资、管理方便;水力热力特性优采用江河湖海水作为污永源热泵系统的水源于分列式及重叠式。应用差位式取排水方式的前提时，取排水水域在纵向空间和横向空间都有较大的条件是，水域有较大的横向纵向空间[6。广东省沙.可利用范围，可以根据工程实际情况选择三种方式角发电基地二期B、C厂的取排水口的布置”是国中最为合理的取排水口设置。当取排水水域有较大内使用差位式取排水方式比较成功的工程之- -。的纵向可利用空间时，建议采用重叠式取排水方式以减少工程管道渠道投资费用;当取排水水域有较大的横向可利用空间时，建议采用差位式取排水方式以保证系统取排水的安全可靠性。排水口在工程实际中,应根据实际水文地形条件，充分利用水域的自然功能和水流动能特性，利用平面取水口和立面差位,合理选择取排水口设置方式,达到系统经济、高效、节能、安全等综合目的。3.2污水取水方式污水源热泵系统的主要取水方式可以分为:全淹没湿式取水，干式水泵取水，自吸水泵取水[8]。图5差位式取排水口布置平面图3.2.1全淹没湿式取水一 潜水泵取水方式利用污水潜水泵安放于污水调节池中或者污水污水源热泵系统的水源可分为城市污水、江干渠中 直接取水，或在污水调节池附近设置取水水、河水、湖水和海水。当采用城市污水时，由于井,引水人井再用污水潜水泵取水，如图6所示。污水干渠宽度一般在10m以内，且水深不超过1m,污水调节池换热器4wwwwww31-取水井2- 污水潜水泵3- 污水源热泵防阻塞设备4- 专用换热器图6潜水泵取水方式示意图优点: a.全淹没湿式取水安装布置简便，工情况; b. 污水潜水泵能适应各种污水水质，系统程造价低，节省泵房空间,适用于机房空间较小的相对安全中国煤化工灵活，可高可低，MYHCNMHG.70REFRIGERATIONNo.3, 2012, Sep.Vol.31 (Total No.120 )根据系统需水量和污水干渠排水量设置,取水井还3.2.2干式水泵取水可兼顾蓄水的功能，实用范围较广。用干式水泵从污水调节池取水，或者开凿引水缺点: a. 在系统没有污水调节池时，污水干渠污水 干渠引水，再用干式水泵取水。式罴设置渠中设置污水潜水泵，在一定程度上会影响污水干水泵房(一般可设置于主机房内)，且泵房底面高渠的正常排水，必须得到市政单位的同意; b. 污度或水泵吸入口要低于水源最低液面0.7m左右,水潜水泵必须全部淹没于污水中，只能用于污水排污水经短距离自流管线进人污水泵吸入口，如图7量较大的污水干渠中; e. 将污水潜水泵置于污水所示。干渠中或者污水调节池中,必然会大量将沉积于底这种方式优势在于:设计施工简便,设立单独部的淤泥杂质-并带人系统，加大系统除污过滤的的水泵房或将水泵置于主机房内，便于水泵的统一负担; d. 污水泵的清理维护不便。管理与维护;密闭性好,对周围环境影响较小。污水调节池E|L wwwwwwwwwww.1-拦网隔栅2- 干式水泵3- 污水源热泵防阻塞设备4- 专用换热器图7干式水泵取水方式示意图不足之处在于对取水口的设计要求较高，取水者设置污水调节池的系统。口必须设置在水源较低水位，对于没有设置污水调3.2.3自 吸水泵取水节池的系统，在高峰取水或污水干渠低峰排水时容将取水管道直接插人污水干渠中，并保证吸水易出现取水口露出水面吸空的情况; -般运用于污口不吸空,再利用自吸水泵抽水，系统结构示意图水源热泵机房设置于地下，污水干渠流量较稳定或如图 8所示:日→STT换热器317N网1地21-水泵2- 污水源热泵防阻塞设备3- 专用换热器88 自吸水泵取水方式示意中国煤化工YHCNMHG2012年9月制令71第31卷第3期(总120期)采用自吸水泵取水，水泵吸入口可高出水源液(4)污水源热泵系统的主要取水方式有潜水泵面2m左右，也就是说取水泵房可设置在地面或浅取水、干式水泵取水和自吸水泵取水三种。潜水泵层地下，因而泵房的设置就具有较大的灵活性;并取水应用比较广泛;干式水泵取水方式主要应用于且设置安装简便,工程造价低。机房位置较低，污水干渠流量较稳定或者设置污水这种方式的不足之处在于:必须采用自吸水调节池的系统;自吸水泵取水方式需要有具体措施泵，并应有相应措施保证自吸水泵的正常开启、吸保证自吸水泵的正常开启、吸水、运行才能保证系水、运行;相对而言系统不稳定系数增加。统的稳定。根据工程情况和实际要求，可以采用- -些比较特殊的取水方式或者是结合几种取水方式的综合运5参考文献用，以保证工程需要与系统的安全稳定运行。[1] 马最良，姚杨,赵丽莹.污水源热泵系统的应用前最[J] . 中国给水排水, 2003, 19 (7): 41-434结论[2] 黄磊.污水厂二级出水用于污水源热泵系统几个问题(1)污水调节池的最优体积是满足关系Q* =的探讨[D] .哈尔滨工业大学, 2008OQ1=OQ2时对应的污水调节池的临界体积,3] 吴德珠.污水源热泵利用对环境影响综合评价研究[D] .硕士学位论文，哈尔滨工业大学，2010y。_ ^Q1(Am)_ ▲ Q2(Ama)4] 程友良，应博芬，范忠瑶，等、水城分层时电厂取水pcStympcAtam问题分析.第七届全国水动力学学术会议暨第十九届此时系统可以提供最大的供热空调建筑面积。全国水动力学研讨会文集(下册) [C], 2005(2)如果因为空间和其它原因的限制，污水调5] 陈宜泉，沿海水域火核电厂冷却水水工布置的优化原节池体积V*'小于最优体积V* ,则污水将损失热则和实践[J] .海洋技术，1999 18 (4): 82-87量Q' = OQ1-Q",热量损失率为φ-oo6] 程友良，关膺，田英.电厂差位式取排水布方式研oQ究.第二十届全国水动力学研讨会文集[C], 2007,(3)取排水口设置方式有分列式、差位式和重65-75叠式三种。分列式建议用于空间范围较为狭窄的城7] 安金英,高铭山.沙角发电基地取排水口工程布置浅市污水水源;重叠式建议用于具有较大纵向空间的析[J] .广东电力.2006, 15 (3): 58-60江河湖海等地表水源;差位式建议用于水域有较大[8]吴荣华， 刘志斌，黄磊,等.污水及地表水地源热泵横向、纵向空间的江河湖海等地表水源。系统规范化设计研究[J] . 暖通空调，2006， (12),67- 68中国煤化工MYHCNMHG