污水源热泵系统的工程应用_图文

1、污水源热泵系统的工程应用闫桂兰, 唐志伟(北京工业大学环境与能源工程学院传热与节能教育部重点实验室, 北京100022摘要:污水源热泵系统以污水作为热源/热汇, 通过热泵机组将污水中难以直接利用的热能提取出来。结合大型工程实例的设计及建设, 依照系统的运行流程提出了工程各个部分的设计和建设中的要点问题。分析了系统流程, 介绍了污水源的水量、水温的保证, 取排水的建设, 换热器的选择, 热泵机房的设计。关键词:污水源热泵; 换热器; 换热系数中图分类号:TU831文献标识码:B文章编号:1004-7948(2006 12-0045-031工程简介 处北京市亦庄高新开发区1015, /热汇。污水源

2、热泵系统流程见图1。1滤网;2污水循环泵;3自动反清洗式过滤器;4管壳式换热器;5二次水循环泵;6换热器自动清洗四向阀;7蒸发器;8冷凝器;9主电动机;10冷/热水主循环泵图1污水源热泵系统流程图(供热循环该项目一共由5座楼组成, 总建筑面积61523万m 2, 地上5层冬季供暖, 夏季制冷; 地下一层只供暖, 总供暖制冷面积为61105万m 2, 初步设计提供供热总负荷4585kW , 空调总冷负荷6145kW , 生活热水加热量530kW , 采用污水源热泵系统冬季供暖室内设计温度为18, 夏季制冷室内设计温度为25, 生活热水设计温度为50。2污水冷热源参数特性211污水水质问题城市污水

3、主要包括工业废水、工业冷却水及生, , 去除了污水中的大尺, 更有利于污水中热能的提取。原生污水与二级出水的利用在水源入口端的处理有所不同, 利用原生污水一般要经过多级过滤或使污水首先通过沉淀池沉降, 以去除污水中含有的大尺度的杂质及砂土, 从而避免污水换热器发生堵塞现象而影响正常使用。二级出水的利用一般通过两级过滤后直接进入换热器, 运行安全可靠, 工程施工简易, 造价低。本工程利用的是凉水河中的二级出水, 河内污水为二级出水, 经实测检验出水水质符合国家城市污水处理厂污水污泥排放标准。水源经利用之后再直接排入河道, 对河水水质不造成任何影响。而此环节的利用对污水处理厂的经济补偿又相对降低了

4、污水处理的费用 。212污水水温保障城市污水冬暖夏凉, 水温稳定, 图2是凉水河20052006年冬季工程取水地水温测试图。由于工程取水地距离污水处理厂出水口大约5km , 长距离布置地下埋管取水较为困难, 且造价极高。于是测量了污水沿河道自然流到工程取水地段的水温。从图中可以看出, 水温在外界温度剧烈变化的情况下基本保持2之内的轻微浮动, 最低水温为10, 此时外界空气温度为-9, 温差为19。污水热泵机组冬季设计利用温差为5, 因此冬季污水完全可以保证机组的正常运行。213污水水量的评估城市污水水量的变化主要是生活污水的变化,542006年第12期(总第293期 节能EN ER GY CO

5、NSERVA TION 图2污水水温测试图而污水处理厂的出水其水量基本保持不变。据测凉水河污水处理厂的日出水量是45万m 3, 而本工程的所需污水量为680m 3/h , 若按日供暖24h 计算, 则日需污水量约116万m 3, 仅占出水量的316%。故污水处理厂出水量的变化不会影响到本工程的用水。生重大变化时, , 的正常供暖、, 则可采用“小流量, 大温差” 的设计理念, 而在水量充足的情况下, 则适当调整为“大流量, 小温差”, 以保障系统安全有效运行, 充分节约能源。3取排水口设计取排水口的设计可分为分列式和差位式。两种布置各有优缺点, 适用范围不同。差位式排布根据水位的变化分设不同的

6、取水位置, 适用于需水量较大的电厂化工厂冷却水的取排。分列式排布时取水位置固定, 一般靠近水底, 以保证水量变化不影响取水用水。此类排布由于靠近水底, 一般会在长期取水和水流变化的情况下淤积泥沙, 从而堵塞取水口。适用于用水量较小的工程。在本工程中用水量较小, 仅布置一个取水口和一个排水口, 故采用此种形式, 见图3。取排水口设置凹入河岸, 在凹口处设置格栅, 阻图3取排水口的设计挡大尺度的杂物, 以防止阻塞吸水口, 另外在吸水口的端口还将安装细格栅进一步过滤污水, 另外, 在吸水口下方设计淤泥清除装置, 定期清除淤泥, 保证进水水质达到设计标准。4换热器的选型411换热器的选择在污水源热泵的

7、利用中, 按污水是否直接进入热泵蒸发器或冷凝器, 分为直接利用和间接利用2。由于污水具有腐蚀性, 结垢现象严重, 本工程采用间接利用, 污水在污水换热器中与二次水换热。污水换热器的选择也是本工程的技术重点。管壳式换热器大量应用于化工、石油、能源设备等部门的换热设备中, , 适应性强, 处理, , 经比较选择此类412换热器的有关计算换热器的工程计算公式可采用:Q =k m A t m 式中k m 整个传热面上的平均传热系数, kW/(m 2; A 传热面积,m 2;t m 两种流体之间的平均温差, 。设计污水走管程, 二次水走壳程, 分析管壳式换热器中的换热过程, 不能忽略的是换热管管壁黏泥的

8、热阻。故可知k m 可表示为:k m =h w +1+2+h q 式中h w 污水侧表面传热系数,kW/(m 2; 1管内黏泥导热系数,kW/(m ; 1管内黏泥厚度,m ; 2换热管厚度,m ; 2换热管导热系数,kW/(m ; h q 清水侧表面传热系数,kW/(m 2。经计算及参考其他工程实际及理论研究, 本工程选取设计平均传热系数650750W/(m 2 5, 计算换热面积为9331077m 2, 因此选择换热面积为37814m 2的不锈钢管壳式换热器4台,3用1备。污水换热器参数见表1。表1污水换热器设计参数壳体直径/mm管程数长度/m管外径/mm1100462564节能EN ER

9、GY CONSERVA TION 2006年第12期(总第293期413管壳式换热器的应用设计污水中含有大量油性污物, 流经换热管时会使换热管产生挂膜现象, 管壁粘结黏泥, 从而增大换热热阻, 影响换热效果。因此在设计污水换热器的使用时, 使污水走管程, 选择浮头式换热器, 换热管可拆卸清洗。同时设置换热管的自动反冲洗设备, 在换热器运行期间定时反冲换热管, 以保证换热效率, 提高热能的利用率 。污水换热器的主要热阻集中在污水侧, 据计算黏附污泥为015mm 厚时, 换热效率将下降35%左右, 故而为提高换热系数, 可在换热管中加入扭转带, 使得污水流动处于紊流状态, 减少换热管管壁的结垢,

10、提高换热效率。但同时会增加污水流动阻力, 增大泵功, 是否从而增加运行费用现在还没有解决, 选择多大扭转比的扭转带最为合适, 实验研究正在进行中。5机房的设计511泵房设计, 其中换热器机房设置在污水河边, 就近利用污水中的低位热能且减少热能在传输途中的损耗, 若铺设污水管路将污水输送到工程地内, 则污水管路必须敷设在地下所有管道的最下层, 即地下9m , 其中还要穿越一条公路主干道, 施工较为困难。若运输期间发生泄漏现象, 将会污染地下水体资源, 污水输送到工程区内, 难闻的气味也会污染环境。空调总机房设置到工程地内, 离河岸大约100m 。使用二次水作为热媒, 连接泵房与机房, 实现热能的

11、传输利用。二次水非污染性水体, 管路只需敷设在地表以下34m , 既能保证水温不会有明显变化又不用深层地下施工, 减小了施工难度, 节约了工程造价。512运行效果目前系统运行正常, 室内温度达到设计要求, 效果显著, 而对于优化换热器传热性能的测试正在进一步进行中。6节能环保分析(1 节电。污水热泵将污水热能连同机组所耗电能一并转移到室内, 能效比达415610以上, 能源利用效率是电采暖方式的34倍。污水热泵机组与空气源热泵机组相比, 夏季冷凝温度低、冬季蒸发温度高, 能效比和性能系数大大提高, 而且运行工况稳定, 比传统中央空调系统节省30%60%的运行费用。(2 节水。污水热泵机组无需设

12、冷却塔, 本工程年节约水量为21316万m 3。另外, 本工程还设有雨水收集系统, 在夏季雨期可收集雨水, 以使水资源充分利用。(3 运行安全。污水源热泵既可省去打井费用, 又不需要抽水与回灌所需的动力, 也可避免出现由于回灌不当而引发的地下水资源的破坏问题。(4 环保效果显著。污水热泵不需锅炉, 没有燃烧过程, 不存在固体废弃物。, 在全国的污水工程中。(1 由于此办公建筑处于北京地区, 冬季供热负荷略低于夏季制冷负荷, 因此水源热泵机组冬季满负荷运行, 夏季制冷配合使用部分冷水机组, 由此评价其能源的综合利用率达到方案最优, 工程造价较低, 运行费用也最低。(2 污水取水方式有河道直接取水

13、和管道取水两种方式, 污水的水温在冬季高于空气温度, 夏季低于空气温度, 但是实际工程应用必须实测温度的变化量, 以保障水源热泵的进水温度及温差许可。(3 污水对设备的污染性、腐蚀、结垢等是污水利用中不可避免的问题, 本工程采用换热管反冲洗技术, 拆卸清洗方式耗费人工及能源, 仍然不是最经济的方法, 此问题有待进一步解决。(4 污水利用还降低了污水处理的成本, 有效利用能源, 减少了环境的污染, 具有广阔的发展前景。参考文献1尹军, 陈雷, 王鹤立. 城市污水的资源再生及热能回收利用M .北京:化学工业出版社,2003.2潘继红, 田茂诚. 管壳式换热器的分析与计算M .北京:科学出版社,19

14、96.3吴荣华, 孙德兴, 张成虎, 等. 热泵冷热源城市原生污水的流动阻塞与换热特性J.暖通空调,2005,35(2 :86-88.作者简介:闫桂兰 (1980- , 女, 河北张家口人, 在读硕士研究生, 研究方向:热泵工程。收稿日期:2006-09-11; 修回日期:2006-11-13742006年第12期(总第293期 节能EN ER GY CONSERVA TION E nergy Conservation(MonthlySponsor :Liaoning Provincial Institute of Science andTechnology InformationPublis

15、her :Energy Conservation Magazine PublishingHouseChief Editor :J IN NaAddress :No. 274Qingnian Boulevard Shenyang CityLiaoning Province ChinaPost Code :110016ABSTRACTSDecember 2006Vol. 25,No. 12Total Issue No. 293Analysis for the characteristic of the w orking cycle combined the VMETS system and the

16、compression refrigeration systemXIA Meng 2xin , XU Shi 2mingIn the case of the office construction in the area of the middle lower reaches of the Changjiang River ,use d the numerical simulation on the condition of the ,and the working character and the the time and external G the simulation on unce

17、rtain It in the partial storage system of the ammonia of Ammonia after the process of the storage energy and the load reduce. So that using of the way of the partial storage energy doesn t only reduce the investment of the system ,but also improves the security of the process of the storage energy s

18、ystem.K ey w ords :energy storage ; air 2conditioning ; compounded cycle ; aqueous ammoniaOptimization and selection of heating schemesb ased on grey relational analysisJ ING Y ou 2yin ,CHAI Bao 2shuang , FANG Yue 2lanAccording to the needs of some heating projects in a housing dis 2trict ,adopt the

19、 grey relational analysis method to set up evaluation mod 2els ,finally confirm the gas boiler heats for the best scheme ,and offer the theoretical foundation for sureness of the project scheme. This method is easy ,overall ,and objective to appraise.K ey w ords :grey relational analysis method ; he

20、ating ; model ;opti 2mizationExperiment research about performance characteristicunder changered conditions of fan 2coil unitNI Mei 2qin , ZUO Bin , XI E Zhi 2xiangTest the performance of Fan 2Coil Unit ,the performance character 2istic research under a various of conditions is done on both air side

21、 and water side respectively. Experimental results indicats that Fan 2Coil Unit s cooling capacity is changered with supply water temperature ,face ve 2locity ,water velocity ,inlet dry 2bulb temperature and wet 2bulb tempera 2ture changered respectively.K ey w ords :Fan 2Coil Unit (FCU ; performanc

22、e characteristic with conditions changered ;total cooling capacity ;sensible cooling capaci 2tyStudy on E nergyPlus used indisplacement ventilation system designTAN Li 2bao ,CHEN J ing ,L I Qiang 2minPresented the displacement ventilation model implemented in Ener 2gyPlus software , used EnergyPlus

23、software in displacement ventilation system design of an office room ,and simulated the air temperature distri 2bution by CFD program. The results show that EnergyPlus can accurate 2ly predicts the displacement ventilation system loads ;the designed system can meet the thermal comfort requirements.K

24、 ey w ords :displacement ventilation ,energy simulation ,thermalcomfortCombustion optimization and performance test of coal 2f ired boilerGUO Yu 2quan , GENG LiThe significance , request ,content and methods of coal 2fired boiler combustion optimization were analyzed , then the relationship of boile

25、r performance test and optimization is indicated. The process of a 410t/h boiler combustion optimization was detailed. Optimization is an important way that can improve boiler economics ,save energy and reduce the con 2sumption.K ey w ords :coal 2fired boiler ; combustion optimization ; perfor 2manc

26、e test ;energy conservationThe essential of selecting and operating of briquette f ired boilerY UAN Fu 2lin ,LU Y an , WU Bao 2chenIntroduced the essential of selection and operation for briquette fired boiler in detail ,such as select heat surface suitably ,select boiler adopted new technique as po

27、ssibly ,understand economy of briquette fired boiler s using exhaust fan ,using high quality briquette as possibly ,rightly un 2derstand the actual hot water of hot water boiler ,etc.K ey w :briquette ;operation grinding systemsFU Ke 2ming , ZHU Hongseveral principal milling systems and the 2have be

28、en drawn is that pregrinding and roller system can raise output increasingly ,depress the milling electrici 2ty consumption ,is more ideal milling system. On the basis of depressing the particle size which enter the mill ,by means of modifying the separa 2tor ,liner plates , steel balls in the mill

29、,elimint over 2milling ,etc ,can get the effects of raising output and depressing consumption.K ey w ords :milling system ; raise output and depress tion ;theory of grindingE nergy saings by mixing room air of perimeter and internal zonesL IU Guo 2qiangMethods for mixing room air of perimeter and in

30、ternal zones were described for 2pipe and 42pipe FCU systems. Energy savings were cal 2culated for various design heating loads based on the average outdoor temperature of Beijing in winter. The proposal is viable for design heat 2ing loads greater that 25W/m 2,and benefit is small if less than 17W/

31、m 2.K ey w ords :air 2conditioning ; perimeter zone ;internal ing ;energy 2savingAnalysis of energy conservationand economy of untreated sew age cooling and heating source and traditional oneWU Xue 2hui ,SUN De 2xingBy means of an actual project in Harbin ,a comparison was taken on the economy and environmental protection for three systems ,including urban untreated sewage sou