污水源热泵系统--曹琦

1、,华北电力大学 动力工程系,污水源热泵系统 制作人 曹琦,1.1 污水源热泵定义,定义：以污水（生活污水、工业废水）作为（空 调系统）冷热源的热泵系统，以实现制冷、制热的目的。,1.2 污水源热泵的原理,首先，污水源热泵技术主要来源为城市污水，污水具备水处理量大，水源稳定，冬暖夏凉等特点。调查表明，城市污水中具有较大的热量，冬天污水温度在10至16，高出日常气温。夏天，污水水温为22至25，又比日常气温低。热泵机组依靠内部制冷剂的物态循环变化，冬季从污水中吸收热量经热泵机组升温后对建筑供热，夏季通过热泵机组把建筑物中的热量传递给污水从而实现供冷的新技术。,原理：夏季把室内的热量取出，释放到污水

2、中，从而达到制冷的目的；冬季采集污水的热能，借助热泵系统向室内供暖。,2 污水源热泵的形式（热能提取方式）,根据热泵是否直接从污水中取热量，可分为 直接式污水源热泵：城市污水可以直接通过热泵或热泵的蒸发器直接设置在污水池中，通过制冷剂气化吸取污水中的热量。 间接式污水源热泵：热泵低位热源环路与污水热量抽取环路之间设有中间换热器或热泵低位热源环路通过水/污水浸没式换热器在污水池中直接吸取污水中的热量。,直接式,优点： 1.系统简化； 2.避免了二次换热时热量损失，提高了系统效率 3.节省了换热器的投入，减小设备占地面积； 4.初投资和运行费用降低； 5.机组冷热工况的转换是通过冷媒切换完成，省去

3、了管线切换的安装费用，解决了污染问题。 缺点： 1.对热泵机组的防腐性能要求高； 2.热泵机组存在潜在的损坏隐患。,间接式,优点： 1.避免了污水直接进入热泵机组，降低了热泵的 制造成本和热泵损坏的风险。 缺点： 1.有了二次换热设备，降低热泵系统的换热效率 2.增大了机房面积和初投资； 3.增加了运行费用。,3 污水源热泵特点,系统优势： 1.高效节能 污水源热泵系统的能效比高达 3.54.5，比传统中央空调节省30%40%的运行费用； 2.经济环保 系统70%以上的能量是来自于大自然或废弃物，无需“付费 ”，30%以下的能量来自耗电，不污染环境，不消耗任何水源，不向空气中排放任何有毒气体；

4、 3.效果稳定 全年污水的温度相对稳定，受环境温度的影响很小 ，因此其制冷效果稳定；,4.安全可靠 可靠的保护系统、监护系统，没有任何安全隐患； 5.一机三用 供暖、供冷、供生活热水，一套系统可以代替原来的锅炉+空调两套装置； 6.初投资低 较地下水源、土壤源以及其他常规系统，初投资要低。,城市污水缺点,城市污水由生活污水和工业废水组成，成分极其复杂。生活污水是城市居民生活中产生的污水，常含有较高的有机物、大量柔性纤维杂物与发絮、柔性漂浮物和微尺度悬浮物等。一般来说，生活污水的水质很差，污水中悬浮物和溶解性化合物等污染物含量达到1%以上。工业废水是各工厂企业生产工艺过程中产生的废水，由于生产工

5、业的不同，其生产过程产生的废水水质也各不相同。一般来说，工业废水中含有金属及无机化合物、油类、有机污染物等成分，ph偏离7，具有一定的酸碱度。,系统问题： 1.污水的流动堵塞和由于热阻的增加恶化传热过程。 污水流经管道和设备（换热设备、水泵）时，在换热表面上易发生积垢、微生物贴附生长形成生物膜、污水中油贴附在换热面上形成油膜、漂移物和悬浮固形物等堵塞管道和设备的入口。 2.管道和设备的腐蚀。,3.热泵系统运行稳定性差。 污水流动堵塞使换热设备流动阻力不断增大，引起污水量的不断减小，同时传热热阻的不断增大又引起传热系数的不断减小。 4.热泵系统运行管理和维修工作量大。 污水流动阻塞和换热量的衰减

6、。,防堵塞与腐蚀的技术基础,1.由于二级出水和中水水质较好，优先选取作为热泵的热源和热汇； 2.宜选用便于清污物的淋激式蒸发器和浸没式蒸发器，污水/水换热器宜采用浸没式换热器； 3.在原生污水源热泵系统中要采取防堵塞的技术措施； 4.换热设备管质选择。对于原生污水源热泵，宜选用钛质换热器和铝朔传热管。 5.加强日常功能运行的维护保养工作。,4 污水源热泵技术的国内外发展现状,20 世纪80年代以来， 美国、 日本等国家相继建立了一批大型城市污水源热泵系统。从开始时单机容量仅几兆瓦已发展至今单机容量达30MW， 单个项目总装机容量达160MW。以瑞典为例，到1987年已有约100座热泵站投入运行

7、，总供热能力达到1200 MW，已成为世界上应用大型污水源热泵的代表国家之一。大型城市污水源热泵系统在国外已有十几年的运行历程，已形成一套较完备的技术和经验。,我国目前也已实施多个城市污水源热泵的项目，如北京高碑店污水处理厂、北小河污水处理厂、卢沟桥污水处理厂、秦皇岛海港区污水处理厂利用污水二级出水实施了几个项目，哈尔滨马家沟、哈尔滨望江宾馆、哈尔滨太古商城、大庆恒茂商城等利用原生污水实施了几个项目，均取得了较好的效果。,案例,污水/水壳管式换热器总传热系数,以哈尔宾望江宾馆实际工程为对象，经3个月（2003年12月-2004年2月）的现场测试，基于实验数据得到污水/水换热器总传热系数表。而水/水换热器当管内流速为1.0-