第27卷第17期中國給水排水Vol 27 No. 1720L1年9月CHINA WATER WASTEWATERSep 2011污水源熱泵為污水廠供熱的應(yīng)用研究邳春英,劉康,鄭杰,黃登躍,高文寶2,李育宏2(1.中天環(huán)能<天津>工程技術(shù)有限公司,天津300191;2.天津中水有限公司,天津300190)摘要:城市污水中蘊含著大量的低品位熱能,近年來熱泵技術(shù)的發(fā)展為提取這些低品位能源提供了直接條件。對天津紀(jì)莊子再生水廠的采暖系統(tǒng)進行了改造,改造目的主要是:改善原有采暖系統(tǒng)的供熱效果;為二級處理出水應(yīng)用于熱泵采暖系統(tǒng)積累數(shù)據(jù),以便于將來的大規(guī)模推廣應(yīng)用。此次改造采用高溫型熱泵機組替代原有的采暖鍋爐,并對末端及機房設(shè)備加以部分調(diào)整。改造后采暖效果相比鍋爐采暖明顯得到改善。同時監(jiān)測記錄了全年的二級處理出水水溫,為熱泵系統(tǒng)在城市污水領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞:二級處理出水;污水源熱泵;采暖改造中圖分類號:X703文獻標(biāo)識碼:C文章編號:1000-4602(2011)17-0091-05Application Research of Sewage Source Heat Pump for Heating of WWTPPI Chun-ying, LIU Kang, ZHENG Jie, HUANG Deng-yue,GAO Wen-bao2LI Yu-hong1. Zhongtian Environment and Energy Tianjin> Technology Co. Ltd, Tianjin 300191, China;2. Tianjin Reclaimed Water Co. Lid, Tianyin 300190, ChinaAbstract Municipal sewage contains a lot of low quality thermal energy, the development of heatpump technology has facilitated the use of it in the past years. In order to improve the efficiency of exist-ing heating system, collect data for application of secondary effluent in heat pump system and apply thistechnology widely in the future, the heating system of Jizhuangzi Reclaimed Wastewater Treatment Plantin Tianjin was reconstructed. In this project, the original heating boiler is replaced by high-temperatureheat pump unit, and some terminal devices and air-handling units are changed. The heating efficiency isimproved significantly compared with boiler heating. Meanwhile, the temperature of the secondary effluent was monitored for a whole year, which provides foundational data for the application of heat pump sys-tem in municipal sewage fieldKey words: secondary effluent; sewage source heat pump: heating reconstruction紀(jì)莊子污水廠是天津市大型生活污水處理廠,管,接自紀(jì)莊子污水廠的供暖熱網(wǎng),接口處壓力為由于工業(yè)污水量少,污水水質(zhì)相對穩(wěn)定,這就為其在0.3~04MPa。再生水廠總建筑面積為5448m2水源熱泵方面的利用提供了良好前提。再生水廠是其中綜合辦公樓的面積為1178m2、廠房車間的面為污水廠二級出水做進一步處理的獨立單位,工藝積為4329m2。由于再生水廠的處理工藝要求,為廠房的溫度有各自的要求,原采暖系統(tǒng)熱源是污水保證產(chǎn)水水量,在冬季對工藝廠房的溫度有一定要廠燃氣鍋爐,熱媒為70~95℃的熱水,末端為4柱求,比如辦公樓和值班室設(shè)計溫度應(yīng)為18℃,加氯鑄鐵813型散熱器,采用上供下回式采暖系統(tǒng)。供和加藥間、臭氧車間和CMF凈水間溫度為15℃,其熱管道的埋深為0.8~1.0m,采用直埋式預(yù)制保溫他工藝車間溫度為12℃。因為再生水廠為采暖系·91·第27卷第17期中國給水排水www.watergasheat.com統(tǒng)的末端,部分工藝廠房的溫度不能保證,為了改善經(jīng)計算,水廠的總熱負荷為500.5kW。根據(jù)表這部分廠房的采暖效果以及對二級出水低位熱能應(yīng)1可知紀(jì)莊子再生水廠除了綜合樓門衛(wèi)等個別建用的目的,擬采用污水廠二級出水作為熱源的水源筑,大部分建筑屬于空間較大的生產(chǎn)車間,這對于建熱泵系統(tǒng)4取代原來的鍋爐采暖形式。筑采暖是最不利的。因為在建筑內(nèi)部,熱空氣很容1資料的搜集與整理易往上走,而需要熱量的人員、設(shè)備基本都在地面1.1低溫?zé)嵩辞闆r上。所以,高空間建筑即使設(shè)計了足夠的采暖熱量此項目成敗與否的關(guān)鍵因素之一是污水這一低往往感覺不到很好的效果。溫?zé)嵩茨芊駶M足設(shè)計要求。二級出水水質(zhì):氯化物以CMF凈水車間為例,原設(shè)計以70~95℃為(C)≤400mg/L;BOD3≤30mg/L;COD≤100供/回水參數(shù)設(shè)計的采暖系統(tǒng),安裝了380片鑄鐵mgLo水中懸浮物成分:5mm~2cm的塑料布,韌813型散熱器。如果改為低溫水源熱泵供暖,供暖性極強;毛發(fā);藻類懸浮物(纖維狀絲)。從歷年的參數(shù)為40~50℃的供回水溫度,散熱器需要增加水溫數(shù)據(jù)可知,在最冷月份二級出水的最低溫度也到110片,增加了720片。最終選擇了高溫水源保持在12℃以上。熱泵,供暖參數(shù)可達到55~65℃,CMF車間的散熱1.2原有熱源情況及末端設(shè)備供熱能力器數(shù)量需增加到650片。所以,考慮到低溫水供暖原熱源為污水廠熱水鍋爐,出水溫度為70~95的特點及熱負荷的計算原暖氣系統(tǒng)不進行調(diào)整進℃,查閱2003年和204年的鍋爐系統(tǒng)運行資料鍋凈水間的主管由原來的DN50調(diào)整為DN80,在爐房供給的熱水到達中水廠的總控制閥門前的溫度DN80主管上分出兩根DN65水管增加8臺制熱量最高時達到65℃,工作壓力在0.15-0.2MPa,這為16kW的高靜壓風(fēng)機盤管進行強制送暖風(fēng),由于樣的供暖條件,除供熱區(qū)域中位置較高的部分房間氣流的強制流動,可達到比增加散熱器更好的效果。溫度稍低外,其他區(qū)域基本能達到供熱要求。其他車間建筑由于空間及工藝的要求,只相應(yīng)原有建筑的裝修格局和供暖設(shè)備已經(jīng)定型,為增加散熱器數(shù)量便可。4柱鑄鐵813型暖氣片,各供熱區(qū)域的參數(shù)及供熱比較特殊的情況是綜合樓的采暖系統(tǒng),它是上要求見表1(室外溫度取-9℃)。供下回的單管系統(tǒng)。經(jīng)過計算建筑耗熱量,再對比衰1紀(jì)莊于再生水廠的熱負荷設(shè)計值單管系統(tǒng)各樓層散熱器的散熱量,在供暖參數(shù)為50Tab. 1 Heat load design value of Jizhuangzi Reclaimed65℃時,得出系統(tǒng)流量應(yīng)為0.15m3/(h·片)。Wastewater Treatment Plant原來的管道設(shè)計也能滿足流量要求,綜合樓散熱器建筑面釆暖面設(shè)計溫采暖負增加散1比較如下:三樓需要散熱器數(shù)量為12片,原散熱器項目m積m度℃荷八W熱器/片數(shù)量為15片;二樓需要散熱器數(shù)量為12片,原散熱混合反應(yīng)池789130126器數(shù)量為15片;樓需要散熱器數(shù)量為15片,原散膜車間768768151468臺風(fēng)盤熱器數(shù)量為15片(16kW/臺)綜上可知,采用高溫型水源熱泵時,對綜合樓基空壓機/鼓風(fēng)機房2952951228臭氧間175175122065本不需要改造;對部分車間,雖然原設(shè)計供暖負荷偏濾站7417411285大,原設(shè)計采暖熱媒為70~95℃的熱水,如果改為「加氯間242242152850-65℃的熱水,則需要增加一定量的散熱器。加藥間233233152550從上述資料分析可知生活區(qū)送水泵房143|1431214①二級出水能達到直接進入熱泵機組蒸發(fā)器工業(yè)區(qū)送水泵房1541541218主變電站的條件,但水中的懸浮物必須在進入熱泵之前做過10分變電站1271018濾處理庫房2601001210②污水二級出水的水溫情況在冬季較穩(wěn)定,綜合樓173811781810是水源熱泵系統(tǒng)很好的低溫?zé)嵩?。門衛(wèi)③現(xiàn)有建筑內(nèi)的采暖方式不做大的調(diào)整,熱總計5448426500.5源換成水源熱泵后,要想達到原有的供熱水平,首先92www.watergasheat.com邳春英,等:污水源熱泵為污水廠供熱的應(yīng)用研究第27卷第17期供熱的出水溫度不能過低應(yīng)基本維持在65℃的最污水合理階梯形綜合利用提供相關(guān)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗高出水溫度;同時供熱壓力要有一定的提高以解決由此希望取得以下幾個方面的試驗數(shù)據(jù):整個系統(tǒng)位置較高房間溫度低的問題;有些高大廠房的供熱的能耗情況數(shù)據(jù)(主要是電能);整個系統(tǒng)供出的熱末端設(shè)備需要有一定的調(diào)整。能數(shù)據(jù);設(shè)備運行、維護的成本數(shù)據(jù);供熱質(zhì)量的效2技術(shù)方案的形成果分析。2.1熱泵設(shè)備的選擇②測點選取基于以上前提條件,選擇清華同方高溫型水源針對以上目的在工藝測點的檢測方面擬取如下熱泵機組,最高出水溫度可達到70℃,同時蒸發(fā)器測點耗電電能的計量;采暖熱水的供水溫度供水和冷凝器全部為殼管式換熱器。壓力、回水溫度、回水壓力(供水流量)的監(jiān)測;污水校核原有末端設(shè)備的供熱能力(見表1)。側(cè)的供水壓力、供水溫度、回水溫度(供水流量)的系統(tǒng)總的供熱負荷在500kW左右,考慮到設(shè)監(jiān)測;若干典型的室內(nèi)溫度以及室外環(huán)境溫度的監(jiān)計溫度為-9℃,則取09的負荷系數(shù)匹配熱泵機測;熱泵機組的運行狀況、報警狀態(tài);循環(huán)水泵、污水組。選用HGHP220型機組2臺,技術(shù)參數(shù)如下:制泵的運行狀況。熱量為218kW、功率為53kW;制冷量為180kW功自動控制率為43kW;制冷劑為R34a;能量調(diào)節(jié)范圍為0~a.供/回水溫度的控制50%~100%(分兩次調(diào)節(jié))。供/回水溫度是保證供熱質(zhì)量的主要參數(shù),也是2.2污水用水量計算影響系統(tǒng)運行成本的一個主要參數(shù)。供/回水溫度根據(jù)G,=0.86(Q,-N)/△T,計算污水用量,其的自動控制主要由系統(tǒng)中的兩臺熱泵機組完成。每中Q為水源中央空調(diào)系統(tǒng)主機制熱量,kW;N為水臺機組均有負責(zé)自動控制的可編程控制器(PLC),源中央空調(diào)主機電功率kW;△T,為水源水進出中通過PLC設(shè)定的供/回水溫度,分別控制兩臺熱泵央空調(diào)主機溫差,℃C。按照溫差為4℃計算得污水上的4臺壓縮機(每臺熱泵控制兩臺壓縮機)的開用量為71m3/h,采用“大流量、小溫差”的原則,選啟順序及開啟數(shù)量,來達到平衡供/回水溫度、節(jié)約擇2臺潛水排污泵,其流量為93.5m3/h、揚程為能源的目的。下面簡單介紹一下兩臺熱泵機組(分240kPa(24m)、功率為11kW,一用一備。別記為12“機組)的開啟順序及能量輸出的控制。2.3熱循環(huán)側(cè)水量計算1°設(shè)定溫度為X1-Y1℃、2設(shè)定溫度為X2~Y2℃根據(jù)G=0.86Q/ΔT計算熱泵冬季空調(diào)系統(tǒng)每臺機組的能量調(diào)節(jié)為:0~50%~100%。每的循環(huán)水量,其中Q為水源中央空調(diào)系統(tǒng)主機制熱臺機組上有兩臺壓縮機,主要是依靠調(diào)節(jié)機組的回量,kW;△T為冷凍水進、出中央空調(diào)主機溫差,℃。水溫度來調(diào)節(jié)壓縮機的開啟臺數(shù),機組控制溫度為:按照溫差為10℃計算得到熱泵冬季空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)(回水溫度±Z)℃(這個值是可調(diào)的),每臺機組的水量為375m3/h,因此選擇3臺循環(huán)泵,其流量為單個壓縮機開啟與否是根據(jù)回水溫度每升高或降低216m3/h揚程為260kPa(26m)、功率為22kW,(Z/2)℃來調(diào)節(jié)的。二用一備。描述機組降載荷的過程如下:24過濾器的選擇當(dāng)回水溫度升高到[X1+(Z/2)]℃時,·機組二級出水中含有的懸浮物要在進入機組前除的01號壓縮機停止工作;當(dāng)溫度繼續(xù)上升至(X1+去,那么選擇合適的過濾器很關(guān)鍵。為了控制改造Z)℃時,02號壓縮機停止工作成本,不選用全自動清洗過濾器,只有設(shè)計成備用過當(dāng)回水溫度升高到H2+(Z2)]℃時2機組濾器和管路才能解決在不停機情況下過濾器的清洗的01號壓縮機停止工作;當(dāng)溫度繼續(xù)升高至(X2+工作。Z)℃時,02號壓縮機停止工作2.5儀表自動化控制方案描述機組升載荷的過程如下①數(shù)據(jù)采集當(dāng)回水溫度降到[X2-(Z/2)]℃時,2"機組的本工程在立項初期的宗旨是在保證供暖實現(xiàn)無02號壓縮機開始工作;當(dāng)溫度繼續(xù)下降至(x2-Z)人值守的同時,還要采集、整理出運行數(shù)據(jù),為今后℃時,01號壓縮機開始工作。93第27卷第17期中國給水排水www.watergasheat.com當(dāng)回水溫度降到[X1-(Z/2)]℃時,1機組的管溫度計,則蒸發(fā)器和冷凝器進、出水溫度在顯示屏2號壓縮機啟動工作;當(dāng)溫度繼續(xù)降至(X1-Z)℃上都有顯示。同時記錄1”、2“熱泵機組二級出水進、時,01號壓縮機啟動工作,開始滿負荷運行。出蒸發(fā)器的溫度數(shù)據(jù),由于流量分配的原因,熱泵系b.供暖系統(tǒng)供/回水壓力的控制統(tǒng)提取污水中的熱量不同,即二級出水進、出蒸發(fā)器供暖系統(tǒng)的供/回水壓力也是影響系統(tǒng)供熱質(zhì)的溫度變化不同,選取典型年份(2006年冬季剛運量的一個主要參數(shù)?？紤]到本項目的試驗性及投資行和200年冬季的惡劣天氣)1、2"熱泵機組的溫成本,供暖循環(huán)泵未采用變頻的控制方式,由于采用度變化趨勢進行說明。了定流量供水的方式,通過對回水壓力的控制即可2006年冬季系統(tǒng)剛運行時12“熱泵系統(tǒng)正常達到對供水壓力的控制,所以本系統(tǒng)采用對回水壓運行的溫度參數(shù)達到設(shè)計要求,并優(yōu)于設(shè)計參數(shù)力進行位式控制。(12/8℃),其中1“熱泵系統(tǒng)的進、出水溫差M1在4c.污水泵的控制℃左右,2“熱泵系統(tǒng)的進、出水溫差△2在3.2℃左污水泵在本系統(tǒng)中的地位很重要,所有污水熱右?，F(xiàn)場采用超聲波流量計測得二級出水平均總流能的傳輸都是通過污水泵來實現(xiàn)的。它的運行平穩(wěn)量為100m3/h,其中1熱泵機組為40m3h、2熱泵性決定了整個熱泵系統(tǒng)的平穩(wěn)性,同時考慮到潛水機組為60m3/h,則計算得到從二級出水中提取用排污泵的特性,為此選擇了兩臺污水泵間歇運行的于供暖的低位熱能為409kW,即該系統(tǒng)從污水中提方式,自動定時切換,定時的時間長短可根據(jù)實際水取低位熱能的能力為409kW。質(zhì)情況和潛水排污泵本身的性能現(xiàn)場合理設(shè)定在2009年冬季漫長而惡劣的條件下,二級出水d計量系統(tǒng)輸出的熱能進、出熱泵蒸發(fā)器的平均溫度分別為14、1℃,其中為了考察系統(tǒng)的合理性及經(jīng)濟性需要計量系1熱泵系統(tǒng)的進出水溫差△t1‘在3.8℃左右,2"熱統(tǒng)的輸出熱能。熱能的計量是通過間接方式實現(xiàn)泵系統(tǒng)的進出水溫差Mt2在3.0℃左右。1“熱泵的。首先采集系統(tǒng)的供水流量和供/回水的溫度值,機組的流量為40m3/h、2“熱泵機組的流量為60根據(jù)相應(yīng)的理論公式計算出系統(tǒng)實際供出的能量m3/h,則計算得到從二級出水中提取用于供暖的低值位熱能為386kW?？梢?在2009年冬季的惡劣條e.計算系統(tǒng)從污水中提取的熱能件下,二級出水溫度仍能保持一個非常平穩(wěn)的狀態(tài)通過測定污水的供回水溫度和流量,通過相應(yīng)受自然環(huán)境溫度變化的影響非常小,是非常理想的的理論公式來計量污水熱能。熱泵機組熱源。④系統(tǒng)組成3.2循環(huán)熱水溫度變化系統(tǒng)由檢測儀表、可編程控制器(PLC)、上位計監(jiān)測結(jié)果表明,2006年-2007年冬季循環(huán)熱水算機組成。檢測儀表現(xiàn)場取樣,通過數(shù)據(jù)線傳給溫度變化比較穩(wěn)定,這說明建筑物散失的能量與污PC;PLC收集處理檢測儀表的采樣值;上位計算水源熱泵系統(tǒng)所供給的熱量基本達到平衡,即建筑機作為人機界面進行數(shù)據(jù)顯示及對計算結(jié)果的分物內(nèi)的溫度和建筑物向外界的傳熱量建立了熱平析衡。隨著室外溫度的變化,設(shè)定不同冷凝器回水溫3熱泵系統(tǒng)實際運行綜合分析度,冷凝器的進、出水溫度隨之升高,其中1熱泵機2006年-2007年和2009年2010年冬季運組冷凝器進出水溫差Δ在10.8℃左右保持不行期間,筆者等對系統(tǒng)的供熱工況即污水系統(tǒng)、熱水變,2“熱泵機組冷凝器進、出水溫差M2在10.5℃循環(huán)系統(tǒng)以及室內(nèi)溫度在供熱模式下的變化情況或左右保持不變,達到了設(shè)計要求和熱泵機組本身的變化趨勢做了全面的監(jiān)控和記錄,這些變化情況決性能要求;現(xiàn)場采用超聲波流量計測得熱循環(huán)水總定著供熱系統(tǒng)運行的效果。流量為44m3/h,其中1熱泵機組為20m3/h、2”熱3.1二級出水溫度變化泵機組為24m/h,則計算得熱循環(huán)水提供的熱量設(shè)計采用在污水進、出熱泵機房的供、回管路上為543kW。設(shè)置溫度傳感器來監(jiān)測二級出水進、出熱泵的溫度,由于現(xiàn)場條件的限制,熱泵機組的輸入功率沒同時熱泵機組蒸發(fā)器和冷凝器的進、出口裝有玻璃有計量(沒有單獨計量熱泵的功率),通過熱平衡可www.watergasheat.com邳春英,等:污水源熱泵為污水廠供熱的應(yīng)用研究第27卷第17期計算熱泵機組的輸入功率為134kW,即系統(tǒng)運行時領(lǐng)域?qū)⒂瓉砗艽蟮陌l(fā)展前景,而且在將來的供暖系熱泵機組的輸入功率為134kW。統(tǒng)中將扮演重要角色,本系統(tǒng)的成功應(yīng)用為污水源2009年冬季,1·機組和2“機組冷凝器側(cè)的溫度熱泵系統(tǒng)區(qū)域級利用積累了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗將更基本上沒有大的變化,只是電費的費用比2006年冬有利于污水源熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。污水源熱泵系季稍有增加,約為10%,這是由于二級出水進、出熱統(tǒng)的方案設(shè)計、設(shè)備配置和管路系統(tǒng)的處理要根據(jù)泵蒸發(fā)器的溫度變化,導(dǎo)致熱泵機組輸入功率增加。實際情況充分考慮研究,這是污水源熱泵系統(tǒng)成功綜上可知,本項目污水源熱泵的水源—二級與否的關(guān)鍵。處理出水在歷年冬季的溫度均保持在12.0~18.0℃范圍內(nèi)由于1”、2熱泵機組的二級處理出水流量參考文獻:分配不同,則二級出水進、出熱泵蒸發(fā)器的溫差分別[1]李亞峰,陳平.利用熱泵技術(shù)回收城市污水中的熱能為(3.5~4)、(3.0~3.5)℃,在極端負荷下依然能[J].可再生能源,2002,(6):23-24滿足系統(tǒng)的使用要求,而且使用效果良好。熱循環(huán)[2]馬最良,姚楊,趙麗瑩.污水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用前景水進、出熱泵冷凝器的溫差保持在9~11℃之間,[].中國給水排水,2003,19(7):41-431°、2“熱泵機組冷凝器進、出水溫差分別在10.8、[3]王宏哲,尹軍我國城市污水熱能有效利用存在的差10.5℃左右。通過熱平衡計算,得出系統(tǒng)運行時距與對策[門].中國環(huán)境管理,2001,(3):20-22COP值能達到42~3.2,說明污水源熱泵具有極高[4]馬最良劉永紅.熱泵站的現(xiàn)狀及在我國應(yīng)用的前景的節(jié)能優(yōu)勢。[].暖通空調(diào)1994,24(5):6-104結(jié)論二級處理出水在冬、夏季受季節(jié)影響極小,是理E-mai:tjzthn@163.com想的低溫?zé)嵩?。污水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用在節(jié)能環(huán)保收稿日期:2011-03-31·企業(yè)動態(tài)·Tuv-Mark印證英威騰 Goodrive300卓越品質(zhì)日前,世界權(quán)威認證機構(gòu)——德國 TUV SUD正式向深圳市英威騰電氣股份有限公司 Goodrive300系列變頻器頒發(fā)了CE認證證書,并準(zhǔn)許其成為中國國內(nèi)首個加貼 TUV-Mark標(biāo)記的變頻器產(chǎn)品,這標(biāo)志著該系列變頻器成功得到了歐洲市場的全面認可,獲得了進軍歐洲市場的通行證。德國TUⅤsUD為全球權(quán)威認證機構(gòu)之一,憑借其嚴(yán)格公正的檢驗而廣泛被世界各國所接受,其在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域具有很高的權(quán)威性。如要在產(chǎn)品上加貼TUV-Mark標(biāo)記,不僅在產(chǎn)品測試中要符合其標(biāo)準(zhǔn)要求,而且在產(chǎn)品的研發(fā)、測試、生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)都必須對每個產(chǎn)品進行有效監(jiān)控,符合德國 TUV SUD對產(chǎn)品質(zhì)量的控制要求。 Goodrive300成為中國國內(nèi)首個加貼 TUV-Mark標(biāo)記的變頻器產(chǎn)品,意味著該產(chǎn)品不僅在樣品檢測中通過了嚴(yán)格的檢驗,而且在生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都嚴(yán)格遵守并符合 TUV SUD的要求,從樣品到產(chǎn)品,英威騰保證提供給客戶的每一臺變頻器都擁有最優(yōu)的品質(zhì)品質(zhì)成就卓越,英威騰 Goodrive300變頻器TUⅤ認證的順利通過并加貼 TUV-Mark標(biāo)記,展現(xiàn)了英威騰強大的技術(shù)實力和英威騰產(chǎn)品的優(yōu)秀品質(zhì),為 Goodrive300變頻器走出國門打下了堅實基礎(chǔ)。(深圳市英威騰電氣股份有限公司供稿)95