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污水源热泵空调系统在污水处理厂的应用

文档作者：周文忠文档来源：国中爱华(天津) 市政环境工程有限公司		点击数：	更新时间： 2022年01月23日
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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
Ap plic a tio n of s ewa g e s o urc e h e a t p ump
s yst e ms t o a s ewa g e tre a tme nt pl a nt
By Zhou We nz hong ★
Abst ract 　The project adopts the secondary effluent as the heat source/ sink of the heat pump system. Presents the
system flow process , the systems in water source and user sides , and the system control . Compares this system with the
electric refrigeration plus oil2fired boiler scheme in economics . The results show that the initial cost of the project is less
than the second scheme by 6 %; the operating expense is about equal in summer and is less by 67 % in winter.
Keywords 　sewage source heat pump , sewage treatment , build2operate2transfer (BOT) , economics
★ InterChina Aihua Municip al &amp;amp; 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
为热源/ 热汇,通过热泵机组将低品位水中难以直
接利用的能源提取出来, 供冬季供暖夏季制冷使
用。按照其使用的污水的处理状态可分为以未处
理过的污水作为热源/ 热汇和以二级出水或中水作
为热源/ 热汇的污水源热泵系统。本项目中应用的
是以二级出水为热源/ 热汇的污水源热泵系统。
1 　工程概况
本工程为秦皇岛海港区污水处理厂,平均日处
理水量为12 万t ,污水处理达到二级排放标准。本
工程采用国际上市政基础设施建设较常用的BOT
( build2op erate2transfer) 模式。
1. 1 　市政基础设施BOT 模式简介
BOT 模式,即建设运营移交, 是城市市政公
用事业特许经营制度的一种典型形式。政府通过
签订特许权协议,将应由政府投资经营的市政公用
基础设施如城市供水、污水处理、集中供热、燃气、
垃圾处理等设施,授予通过招投标选中的企业来投
资、建设、运营、维护等。特许权期限内,项目公司
向用户收取费用, 来抵偿投资和经营成本, 并获得
合理回报, 政府则拥有对项目的监督权、调控权。
特许期满,项目公司把基础设施无偿移交给政府。
本BOT 项目运营期为20 年,与一般工程项目
不同,BOT 项目更要综合考虑初投资和运行费用,
既要节约初投资,又要考虑以后运行费用的节约。
1. 2 　水源情况
本项目利用污水中的冷热能,采用二级出水(接
触池水) 的温差作为输入能供集中空调系统使用。
二级出水量约为5 000 t/ h ,有足够的温差能供机组
提取利用。二级出水水质:悬浮物30 mg/ L ,5 日生
　　　　　　　　暖通空调 HV&amp;amp;AC 　2 0 0 5 年第 3 5 卷第 1 期 　　　　　　　　 ·83 ·
☆ 周文忠,男,1973年3月生,工学硕士,工程师 300060 天津市河西区卫津南路21 号新金龙大厦北楼4 层
(022) 23376168 215
E2mail :wzh-zhou @hotmail . com
收稿日期:2003 09 24
一次修回:2003 10 29
二次修回:2004 11 25
化耗氧量30 mg/ L ,铬测定化学耗氧量60 mg/ L ,氨
氮25 mg/ L ,总磷1 mg/ L ,冬季水温不低于10 ℃,
其他季节可达25 ℃左右。
1. 3 　冷/ 热负荷
秦皇岛地区集中供暖期152 天,供暖期室外设
计温度- 12 ℃。厂内建筑物面积总计3 038. 78
m2 ,供热面积2 698. 42 m2 ,供冷面积1 604. 23 m2 。
供热总负荷约为337. 8 kW,供冷总负荷约为260. 6
kW,具体负荷分布见表1 。供冷主要集中在厂前区
的生活办公用房和生产区的部分值班操作室仪表配
电间等有较高要求的地点,采用风机盘管系统。生
产性厂房车间只考虑散热器供暖,供暖温度按防冻
温度( t = 5 ℃) 考虑。
表1 　污水处理厂冷热负荷
建筑面积
/ m2
供暖面积
/ m2
供冷面积
/ m2
热负荷
/ kW
冷负荷
/ kW
综合楼1 085 1 085 1 085 173 . 9 175. 6
机械间、车
　库、仓库
395. 28
　
112 . 32
　
20
　
传达室32. 31 32. 31 32 . 31 11. 7 7. 1
细格栅及旋
　流沉砂池
142
　
135
　
12 . 15
　
加药间及氯
　库
141. 84
　
141 . 84
　
12 . 76
　
污泥浓缩脱
　水机房
447
　
447
　
69 . 12
　
40 . 23
　
11. 06
　
鼓风机房288 288 57. 6 25 . 92 9. 22
空调站123. 75 123 . 75 27 11 . 14 4. 32
变配电室383. 6 333. 2 333. 2 29 . 99 53. 31
总计3 038. 78 2 698. 42 1 604. 23 337. 79 260. 61
2 　污水源热泵空调系统
利用二级出水为热源/ 热汇的污水源热泵系统
流程如图1 所示。根据本工程实际情况,系统采用
图1 　以二级出水为热源/ 热汇的污水
源热泵系流程图(制冷循环)
的是二级出水直接进入水源热泵机组冷凝器,而不
是再经过换热器换热的形式。这主要是基于以下
两点考虑:
a) 二级出水冬季温度较低, 再经过一次换热
会使水温进一步降低,这样就有可能不满足水源热
泵机组的进水温度要求,而造成蒸发器冻结;
b) 经过对二级出水水质的分析, 二级出水经
过处理进入板式换热器是完全可以的。本工程中
在潜水泵的四周(抽水区域) 加设40 目的过滤框架
网,对悬浮物进行第一次过滤, 在进入机组前又进
行了60 目过滤,这样完全能保证机组不受悬浮物
的影响,安全有效地运行。
2. 1 　制冷机组选型
根据冷热负荷及工程需要,本工程选用3 台半
封闭螺杆式水源热泵机组, 单台额定制冷量为
141 kW,制热量为161 kW, 电机功率为30. 1 kW。
该机组采用高性能半封闭螺杆压缩机和不锈钢钎
焊板式换热器等优化设计, 并采用模块化设计, 机
组体积小, 结构紧凑, 并可方便地增加容量。3 台
机组分为母机和子机, 它们既可联动, 又可独立运
转。机组能够实现远程监控, 并具有多种保护措
施;能够均衡3 台机组的运行时间, 保证运行时间
相同,均衡磨损,延长寿命; 并具有记忆功能,能记
忆最近50 次故障。
2. 2 　水源侧系统
水源水是影响水源热泵机组制冷制热性能的
主要因素,水源的水质不但影响换热效率, 还影响
机组等设备的使用寿命。
2. 2. 1 　水源水泵
根据系统要求, 水源侧循环水量夏季约为
60 m3/ h ,冬季约为50 m3/ h ,二级出水水量完全能
够满足要求。根据工程实际,本工程选择了2 台清
水潜水泵作为水源水泵,技术参数见表2 。
表2 　水源水泵技术参数
型　号
　
流量/
(m3/ h)
扬程
/ m
功率
/ kW
转速/
(r/ min)
电　源
　
SP4624 50 30 7. 5 2 900 3 ×380 V/ 50 Hz
　　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,
所以本工程没有选用潜污泵, 而是选择清水潜水
泵。但为了防止二级出水中较大的悬浮物进入并
堵塞水源水泵的吸入口, 在泵的吸入口周围设置
40 目钢制过滤网, 且在水源水泵后面的管道上安
装了自动自清洗过滤器和电子水处理仪。
2. 2. 2 　自动自清洗过滤器
选用流量为100 m3/ h , 过滤精度为0. 23 mm
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(60 目) ,型号为ZG100 L 的自动自清洗过滤器1
台。壳体为碳钢,过滤元件、轴、排污管、手动排污
阀为不锈钢,壳体内外壁涂防水防锈漆, 涂层厚度
为0. 4 mm 。工作原理如图2 所示。
图2 　自动自清洗过滤器
工作原理示意图
自动自清洗过滤器具有自动反冲洗、连续供水
等功能,还具有精度高、过滤面积大、可靠性高、运
行安全等特点。
2. 2. 3 　电子水处理仪
选用DC 25 型电子水处理仪1 台,置于自动
自清洗过滤器后,用于水源水的处理。本工程热泵
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
处理仪能起到一定的防垢、除垢、杀菌灭藻和缓蚀
作用。
2. 3 　用户侧系统
用户侧系统同常规空调系统基本相同,设有冷
/ 热水循环泵、集水器、分水器、定压补水装置及空
调末端设备。夏季供回水温度为7 ℃/ 12 ℃,冬季
为50 ℃/ 40 ℃。
本工程选用了2 台立式管道泵作为冷/ 热水循
环泵,具体参数见表3 。
表3 　冷/ 热水循环泵参数
型　号
　
流量/
(m3/ h)
扬程
/ m
功率
/ kW
转速/
(r/ min)
电　源
　
CR64 1 50 23 . 55 5. 5 2 900 3 ×380 V/ 50 Hz
3 　系统控制
3. 1 　冷热水系统
通过水路上阀门的切换来实现污水源热泵系
统冷热工况的转换,同一般的水源热泵机组冷热水
系统的控制方法相同,这里就不再详述。
3. 2 　水源侧系统
因为自动自清洗过滤器所需的反冲洗压力不
低于0. 2 MPa ,而其在正常运行时的压力损失只有
0. 01～0. 02 MPa 。正常运行时和反冲洗时所需的
压力差别较大。故此在水源侧系统上设置了一个
调压阀,以满足反冲洗时的压力要求。
3. 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。
4 　技术经济分析
因为本工程完全按照市政公用设施BOT 项目
方式运作,所以工程投资方对工程的初投资和运行
费用更为关心。下面对本工程采用污水源热泵系
统和采用常规的电制冷冷水机组加燃油锅炉方案
的初投资和运行费用进行技术经济比较。
4. 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
规空调系统相同, 所以仅比较机房部分的初投资,
见表4 ,5 。
表4 　污水源热泵空调系统初投资(机房部分)
设备名称
　
　型　号
　
单位
　
数量
　
单价
/ 万元
总价
/ 万元
水源热泵
　机组
RHSBW140HM
　
台
　
3
　
18 　
　
54 　　
　
冷/ 热水循
　环泵
CR64 1
　
台
　
2
　
0. 3
　
0. 6 　
　
水源水泵SP46 4 台2 0. 5 1 　　
自动自清洗
　过滤器
ZG100 L
　
台
　
1
　
3. 6
　
3. 6 　
　
附属设备套1 　6. 368 6. 368
材料费7. 98
安装调试费6. 9
合计80. 468
表5 　电制冷冷水机组加锅炉方案
初投资估算(机房部分)
设备名称
　
　型　号
　
单位
　
数量
　
单价
/ 万元
总价
/ 万元
冷水机组KLSW 040S 台3 16 　48 　
燃油锅炉DSJ 30 台1 8. 5 8. 5
冷水泵CR64 1 台2 0. 31 0. 62
冷却水泵SP46 4 台2 0. 31 0. 62
冷却塔LBCM 50 台1 5 5
附属设备套1 6. 368 6. 368
材料费8. 5
安装调试费7. 5
合计85. 108
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4. 2 　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
费用进行比较。因为空调系统的运行费用在很大
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。
4. 2. 1 　空调系统能量消耗比较(见表6)
表6 　空调系统能量消耗比较
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
冷/ 热水循环泵　　7. 5 ×1 冷水泵　　　　7. 5 ×1
水源水泵　　　　5. 5 ×1 冷却水泵　　　7. 5 ×1
膨胀罐补水泵　　2. 0 ×2 膨胀罐补水泵　2. 0 ×2
自动自清洗过　　1. 5 ×1
　滤器
电子水处理仪　0. 1 ×1
　
电子水处理仪　　0. 1 ×1
合计　　　78. 8 　79 . 1
冬季水源热泵机组　　39. 7 ×2 燃油锅炉　　　0. 75 ×1
冷/ 热水循环泵　　7. 5 ×1 (柴油　　　　32. 7 kg/ h)
水源水泵　　　　5. 5 ×1 冷水泵　　　　7. 5 ×1
膨胀罐补水泵　　2. 0 ×2 冷却水泵　　　7. 5 ×1
自动自清洗过　　1. 5 ×1
　滤器
膨胀罐补水泵　2. 0 ×2
　
电子水处理仪　　0. 1 ×1
　
电子水处理仪　0. 1 ×1
合计 　
　
　98 . 0
　
　19 . 85
　(柴油32. 7 kg/ h)
4. 2. 2 　运行费用比较
在秦皇岛地区,夏季供冷大约120 天, 每天运
行约10 h ; 冬季供暖约150 天, 每天运行约20 h 。
按每kWh 电0. 4 元、每kg 柴油3. 6 元计算运行费
用,结果见表7 。
表7 　空调系统运行费用比较元
污水源热泵方案冷水机组加锅炉方案
夏季37 824 　　　37 968
冬季
　
117 600
　
23 820 (电) + 353 160 (柴油)
　　= 376 980
　　从上面的技术经济分析可以看出,采用污水源
热泵空调系统的初投资比电制冷冷水机组加燃油
锅炉方案大约低6 % ;夏季运行费用基本相当,冬
季运行费用则节约大约67 % ,每年运行费用总体
节约约60 %。
当然,初投资和运行费用的节约还受到以下因
素的影响,如设备的选择、电价和油价等。因为污
水处理厂一般处于城市的边缘地区,周围建筑物较
少,目前该污水源热泵项目供热供冷的范围还仅限
于厂区内的建筑物,项目规模较小,与污水中含有
的巨大能量相比还不成比例,大有潜力可挖。当项
目规模较大时,还需对其技术经济性进行具体分
析。
5 　结语
采用污水源热泵空调系统既可实现夏季供冷,
又可实现冬季供热,而不用设置锅炉房和冷却塔,
减少了对环境的污染,并节省了设备的初投资和运
行费用。污水处理厂有充足的水源,以污水(或二
级出水和中水) 作为水源热泵的热源/ 热汇,可以充
分利用污水中的低品位冷热能,既节能环保,又经
济可行,值得在城市污水处理厂推广使用。
(上接第119 页)
　　b) 传热传质过程的驱动力在除湿器内部并不
是均匀分布的,而是不可避免地在溶液与空气的进
口交界点存在最大值。
c) 叉流除湿过程的传质驱动势不能采用对数
平均湿差,而应采用积分平均湿差进行计算。
参考文献
1 　Zografos A I , Petroff C. A liquid desiccant dehumidifier
performance model. In : ASHRAE Trans. 1991 , 97(1) . 650
656
2 　Park M, Howell J R , Vliet G C , et al. Numerical and
experimental results for coupled heat and mass2transfer between
a desiccant film and air in cross2flow. International J of Heat
and Mass Transfer , 1994 , 37(Suppl 1) : 395 402
3 　Park M, Howell J R , Vliet G C. Correlations for film
regeneration and air dehumidification for a falling desiccant film
with air in crossflow. J of Heat Transfer , 1996 , 118(3) :634
641
4 　Ali A , Vafai K, Khaled A R A. Analysis of heat and mass
transfer between air and falling film in a cross flow
configuration. International J of Heat and Mass Transfer ,
2004 , 47(4) :743 755
5 　Dai Y J , Zhang H F. Numerical simulation and theoretical
analysis of heat and mass transfer in a cross flow liquid
desiccant air dehumidifier packed with honeycomb paper.
Energy Conversion &amp;amp;Management , 2004 , 45(9 10) :1343
1356
6 　Stevens D I. An effectiveness model of liquid2desiccant system
heat/ mass exchangers. Solar Energy , 1989 , 42(6) :449 455
7 　刘晓华,张岩,张伟荣,等. 溶液除湿过程热质交换规律
分析. 暖通空调, 2005 ,35(1) :110 114
·86 · 工程实例 　　　　暖通空调 HV&amp;amp;AC 　2 0 0 5 年第 3 5 卷第 1 期

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