某大型間接式污水源熱泵工程案例.docVIP

污水源熱泵技術(shù)：經(jīng)濟(jì)效益顯著 應(yīng)用前景廣闊污水源熱泵技術(shù)是一種成熟的技術(shù)，以城市污水作為熱源為建筑物供熱制冷。在我國大多數(shù)城市都具有應(yīng)用的自然條件，安裝污水源熱泵，安裝成本，運(yùn)行費(fèi)用都是比較低的。污水源熱泵具有熱量輸出穩(wěn)定、COP值高、換熱效果好、機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)污水資源化的有效途徑。污水源熱泵比燃煤鍋爐環(huán)保，比電供熱減少80%以上。污水源熱泵節(jié)省能源，比燃煤鍋爐節(jié)省1/2以上的燃料。由于污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，制熱系數(shù)比傳統(tǒng)的空氣源熱泵高出50%左右，其運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50%60%。因此，污水源熱泵有著廣闊的應(yīng)用前景。 污水源熱泵目前這項(xiàng)技術(shù)已是成熟的技術(shù)。我們先后學(xué)習(xí)考察了沈陽、太原等到城市污水源熱泵系統(tǒng)在供熱上的應(yīng)用。重點(diǎn)了解污水源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)性能與初投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用等方面的情況，以及建筑應(yīng)用中存在的問題。在借鑒成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)城市使用污水源熱泵得天獨(dú)厚的自然條件。 總體運(yùn)行費(fèi)用污水源熱泵系統(tǒng)大約是地下水水源熱泵系統(tǒng)的70%左右，是燃?xì)?空冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的50%左右。通過比較，污水源熱泵系統(tǒng)比其它方案更具經(jīng)濟(jì)性。污水源熱泵利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。 實(shí)踐證明， 污水源熱泵技術(shù)是太陽能、地表水能、地下水能、土壤熱能及海水能源等所有環(huán)保能源中最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，且易于操作的環(huán)保能源技術(shù)。某大型間接式污水源熱泵工程案例 摘要：本文從工程及水源條件、關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)備設(shè)計(jì)、系統(tǒng)方案等三個(gè)方面介紹了我國某個(gè)大型間接式污水源熱泵工程案例的主要特點(diǎn)，該工程采用遠(yuǎn)距離輸送中介水，并在用戶側(cè)建設(shè)分散的熱泵站。 關(guān)鍵詞：污水源熱泵、間接式、半集中、案例 本文介紹的某大型污水熱泵工程地處我國北方，其工程特點(diǎn)為：（1）冬季有采暖要求、夏季有空調(diào)要求，兩種負(fù)荷相差不大；（2）工程規(guī)模較大，而且污水源距離用戶較遠(yuǎn)，用戶分布較為分散；（3）建筑類型為高層住宅；（4）污水源充分，水溫合適。采用重力引水、退水，并加設(shè)粗效過濾格柵；（5）采用燃?xì)忮仩t調(diào)峰并分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。 1、設(shè)計(jì)條件與要求 1.1負(fù)荷要求 整體項(xiàng)目：50萬m2，平均單位面積熱負(fù)荷指標(biāo)45W/m2，總熱負(fù)荷22.5MW，制冷負(fù)荷為19.2MW，均為新建建筑，滿足國家、自治區(qū)建筑節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)。建筑層高76米（26層），13層以下為低區(qū)，14層以上為高區(qū)。 1.2 水源條件 1.2.1 尺寸條件 依據(jù)當(dāng)?shù)厮畡?wù)集團(tuán)排水公司相關(guān)資料和測量數(shù)據(jù)，所選水源污水管線為城市主干地下排水箱涵管道，埋深4m，監(jiān)測點(diǎn)檢查井井深5.2m，全長9.8km，其截面為1.8m1.8m。監(jiān)測最小水深0.13m（2009-12-19 4:00），最大水深0.25m（2010-1-28 22:00），平均水深0.2m，平均流速3.5m/s。在設(shè)計(jì)換熱站的選址下游約150m處，另有一條DN1200的圓形主干污水管道。 1.2.2 流量條件 （1）1.8m1.8m箱涵污水主管線：平均每小時(shí)水量分別為4442-4837m3/h。污水水量日變化過程明顯，變幅較大，最大流量高達(dá)1.7441.760 m3/s，折合小時(shí)水量為6278.46336.0 m3/h，出現(xiàn)時(shí)間均為北京時(shí)間20：00左右。最低谷時(shí)段流量僅為0.8360.877 m3/s，折合小時(shí)水量為3009.63157.2 m3/h，出現(xiàn)時(shí)間為北京時(shí)間6：00左右。最大流量為最小流量的2倍左右。冬季最小流量為0.782m3/s，折算小時(shí)水量為2815m3/h，每日水量為6.756104m3/d。 （2）DN1200圓形污水主管線：水文局對DN1200管道最小流量的檢測（凌晨6：00點(diǎn)）污水流量為0.56m3/s ，轉(zhuǎn)換小時(shí)流量為0.563600=2016（m3/h）。（3）合流之后可供取水量：合流之后的最小取水量為：2016+2815=4831（m3/h）。滿足全部50萬m2工程要求。 1.2.3 水溫條件污水平均水溫在14.2左右，最高水溫為14.8，最低水溫為13.5，水溫變化平穩(wěn)。通過實(shí)測水溫資料分析最低水溫為13.2。冬季水溫變化范圍在14.8-13.2之間，夏季水溫變化范圍在17.9-14.6之間。 1.2.4 水質(zhì)條件 從以上表分析，懸浮物超過三級標(biāo)準(zhǔn)，生化需氧量達(dá)到三級標(biāo)準(zhǔn)，其它達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)。 1.3 地理?xiàng)l件 項(xiàng)目取水地點(diǎn)位于1.8m1.8m箱涵污水主管線與DN1200圓形污水主管線匯合處下游20m范圍內(nèi)。中介水管網(wǎng)單向總長約2公里，埋深管壁上部1.4米。換熱站選址距離取水點(diǎn)距離約170m。地勢平坦，無需穿越大型干道。熱用戶距離換熱站大于1800m至2200m。采用遠(yuǎn)距離輸送中介水方案，在用戶側(cè)建立分散的熱泵站。 2參數(shù)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型 2.1 溫度設(shè)計(jì) 2.2 流量設(shè)計(jì) 冬季污水總流量： m3/h 夏季污水總流量： m3/h 可見冬夏污水量相當(dāng)。 設(shè)計(jì)污水總流量： m3/h 設(shè)計(jì)中介水總流量： m3/h 整體工程：一級污水泵10臺，單臺流量450m3/h，總流量4500m3/h，滿足冬夏要求。防阻機(jī)10臺，單臺處理流量450m3/h，滿足冬夏要求。末端水夏季流量： m3/h冬季流量： m3/h低區(qū)循環(huán)泵3臺，2用1備，單臺流量680m3/h，總流量1360m3/h。高區(qū)循環(huán)泵3臺，2用1倍，單臺流量380m3/h，總流量760m3/h。 2.3 污水水力計(jì)算 重力引水：距離300m，坡度5，鋼筋混凝土管，粗糙系數(shù)0.014，管徑1.2m，進(jìn)出口落差2.0m（富裕量0.5mH2O）。 重力退水：距離400m，坡度5，鋼筋混凝土管，粗糙系數(shù)0.014，管徑1.2m，進(jìn)出口落差2.5m（富裕量0.5mH2O）。 一級污水泵揚(yáng)程：10 mH2O 二級污水泵揚(yáng)程：15 mH2O 總回水管直徑： m，選用DN800（外直徑8208），流速2.5m/s，比摩阻71Pa/m。 2.4 中介水水力計(jì)算 中介水流量：4500m3/h，干線管直徑： m，選用DN900（外直徑9208），流速2.0m/s，比摩阻38Pa/m。保溫。 中介水阻力： mH2O積分水器尺寸： ，保溫。中介水水容量： m3 2.5 污水換熱器的換熱面積 整體工程，冬季采暖需換熱面積： m2 夏季空調(diào)需換熱面積： m2 換熱器10組，每組換熱面積800m2，滿足冬夏要求。 2.6 換熱機(jī)房面積換熱機(jī)房布置示意如圖1所示：圖1 換熱機(jī)房方案圖 換熱站建設(shè)在地下二層，放置一、二級污水泵，防阻機(jī)，換熱器，中介水泵等；地上一層為配電室，值班室、廁所等?？偨ㄖ娣e為1295 m2。梁下凈高不小于4m。 2.7 熱泵主機(jī)選型 中介水進(jìn)熱泵阻機(jī)溫度9，末端水進(jìn)熱泵阻機(jī)40，該種供熱工況下的COP約為名義工況下的82%。（夏季空調(diào)可正常考慮） 工程的制熱量為22.5MW，制冷量為19.2MW，則所選機(jī)組的名義總制熱量須為27.5MW，總制冷量為23.4MW。 2.8 燃?xì)忮仩t選型 后期工程在水量或水溫不足時(shí)，采用燃?xì)忮仩t調(diào)峰。燃?xì)忮仩t承擔(dān)建筑50%的熱負(fù)荷，熱水鍋爐，臺數(shù)：一臺。進(jìn)出口水溫95-70。鍋爐采用板式換熱器加熱熱泵主機(jī)出水。板式換熱器工況：95-70；40-45。平均傳熱溫差 。 2.9 電力容量 在選擇變壓器電力容量時(shí)，應(yīng)考慮開啟系數(shù)，變壓器臺數(shù)應(yīng)選擇2臺或2臺以上；變壓器總?cè)萘繎?yīng)在上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上考慮綜合功率因數(shù)和變壓器效率而予以確定。 3系統(tǒng)方案說明 3.1 整體方案 （1）采用間接式污水源熱泵系統(tǒng)：污水先與中介水（清水）進(jìn)行換熱，中介水再將熱量交給熱泵主機(jī)。熱泵主機(jī)采用傳統(tǒng)機(jī)組即可，技術(shù)成熟，可靠性高。 （2）遠(yuǎn)距離輸送中介水：比輸送污水安全、節(jié)能；比輸送末端水熱損耗小，靈活。 （3）各期工程各小區(qū)，分別建設(shè)熱泵站：便于管理，施工靈活。 （4）采用并聯(lián)燃?xì)忮仩t調(diào)峰：解決水量、水溫出現(xiàn)不滿足的問題。 （5）熱泵站熱泵機(jī)組不少于2臺：便于調(diào)節(jié)，運(yùn)行安全。 （6）所有大型水泵均采用變頻型號。 （7）換熱站建設(shè)在地下二層，放置一、二級污水泵，防阻機(jī)，換熱器，中介水泵等；地上一層為配電室，值班室、廁所等。 （8）污水采用二級過濾，一級過濾為機(jī)械隔柵，二級采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)的專利：濾面連續(xù)再生與污水還原技術(shù)。 （9）采暖系統(tǒng)末端采用地板輻射（地?zé)岜P管）采暖形式，對辦公樓、商場等選用風(fēng)機(jī)盤管作為末端設(shè)備。 3.2 污水取排方案與要求 （1）污水致緩沖池和由退水池返回污水管渠均采用重力流形式。 （2）引水口在污水渠底部開鑿，圓角彎頭拐至水平。管渠內(nèi)引水口下游1m內(nèi)筑建一300mm高的擋水堰。 （3）退水管自管渠側(cè)壁開鑿接入。 （4）退水口位于引水口之下游，距離不小于10m。 （5）盡量保證管道直通和坡度一致，拐彎處和坡度改變的地方均設(shè)置檢查井，2個(gè)檢查井的間距不大于100m。 （6）坡度5。 （7）檢查井采用標(biāo)準(zhǔn)圖集中的檢查井方案和施工圖紙。 3.3 緩沖池方案與要求 （1）緩沖池建設(shè)在換熱站旁，緩沖池與換熱站僅一墻之隔。 （2）污水引水管進(jìn)入緩沖池處，設(shè)置大型閘板閥：用于緩沖池檢修、清理時(shí)截?cái)辔鬯?（3）緩沖池按水深分為兩個(gè)區(qū)：粗效過濾區(qū)和取水區(qū)。兩區(qū)之間由旋轉(zhuǎn)式機(jī)械隔柵分隔開來。 （4）引水口偏離隔柵，避免水流直接沖擊隔柵。 （5）粗效過濾區(qū)和取水區(qū)均設(shè)置污泥槽，緩沖池底坡度10%，坡向污泥槽，污泥槽靠近隔柵和背離一級污水泵取水口。污泥泵設(shè)置于污泥槽內(nèi)。兩個(gè)污泥槽中均設(shè)置污泥泵，定期開啟排出池底污物，避免池內(nèi)污物越積越多。 （6）緩沖池直通地面，設(shè)置檢修豎井，設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)。機(jī)械隔柵和螺旋輸送帶的電機(jī)置于高處，避免下大雨等特殊情況污水泛濫淹沒電機(jī)。采用皮帶傳動(dòng)。取水區(qū)上部設(shè)置檢修平臺，便于檢修機(jī)械隔柵及其電機(jī)、螺旋輸送帶及其電機(jī)。 （7）退水池位于緩沖池旁，底部高于緩沖池底至少6.5m。 （8）機(jī)房總退水管直接插入退水池，重力退水管位于退水池池壁底部。 （9）螺旋輸送帶連接緩沖池與退水池，并將機(jī)械隔柵過濾的污物送還給污水回水，實(shí)現(xiàn)污水還原。 3.4 機(jī)房管線方案與要求 （1）換熱站設(shè)備按照一泵一機(jī)的單線串聯(lián)制進(jìn)行布置連接。除末端水系統(tǒng)外，1臺一級污水泵+1臺防阻機(jī)+1臺二級污水泵+1臺換熱器構(gòu)成一條線路。每條線路的相對獨(dú)立有利于控制、調(diào)節(jié)與檢修。共布置10條線。 （2）兩線之間加常閉連通管，以增加系統(tǒng)運(yùn)行靈活性和安全性。 （3）污水管路閥門采用襯膠閘板閥。污水泵不設(shè)置止回閥（逆止閥） （4）一級污水泵選用立式管道污水泵。 （5）緩沖池的最低靜止水面（或取水口高程）須高于換熱器接管管頂100mm以上。總退水管管底須高于換熱器接管管頂。圖2 單線串聯(lián)制與常閉連通管 3.5 燃?xì)忮仩t調(diào)峰方案與要求 （1）調(diào)峰鍋爐采用普通熱水鍋爐。 （2）鍋爐通過板式換熱器加熱末端水。 （3）鍋爐與所有熱泵機(jī)組并聯(lián)。并聯(lián)連通管閥門常閉。 （4）鍋爐及其附屬設(shè)備承壓能力按照高區(qū)承壓能力選型。 （5）需要調(diào)峰或熱泵故障時(shí)，部分熱泵機(jī)組關(guān)閉，而其負(fù)責(zé)的建筑由鍋爐獨(dú)立供熱。 3.6 控制調(diào)節(jié)整體方案與要求 （1）一級污水泵、防阻機(jī)進(jìn)出口（4個(gè)）、換熱器進(jìn)出口（4個(gè)）、熱泵主機(jī)進(jìn)出口（4個(gè)）、緩沖池、退水池中介水供回