標籤:污水處理節能環保污水處理設備

污水源熱泵,原生污水通過離心式污水換熱器與中介水換熱后直接排出,中介水換熱後進入熱泵機組,機組做功把熱量提升至室內循環水系統。熱泵技術已經非常成熟,原生污水利用的難點在於怎麼解決原生污水的堵塞、腐蝕和提高換熱效率上,扮演者重要角色的離心式污水換熱器成為污水源熱泵技術應用領域的熱餑餑。

1發展

據《2013-2017年中國污水源熱泵行業深度調研與投資戰略規劃分析報告》統計,全球煤炭預計可采200年,石油可采30-40年,天然氣可采60年,在全球能耗以每年5%的增長速度下,化石燃料能源預計還能使用一二百年,世界能源短缺形勢嚴峻;中國人均能源貧乏,人均擁有量僅為世界平均值的1/2和美國的1/10。能源短缺問題更加嚴重。節約用能和開發新的能源已經成為全人類共同面對的迫切問題。中國已將節約資源和保護環境作為基本國策,將其提高到關係人民群眾切身利益和中華民族生存發展的高度,放在工業化、現代化發展戰略的突出位置,要求落實到每個單位、每個家庭。
能源與環境是可持續發展的兩大主題,目前以燃燒石化原料為主的建築物供暖空調不僅能耗量大,而且對環境造成極大污染。城市污水是由工業廢水和生活污水組成,水量巨大,是一種蘊含豐富低位熱能的可再生熱能資源,污水源熱泵空調系統則是以城市污水作為建築的冷熱源,解決建築物冬季採暖、夏季空調和全年熱水供應的重要技術,也是城市污水資源化開發利用的思路和有效途徑。同時減少了城市廢熱和CO2、SO2、NOX、粉塵等污染物的排放。
污水源熱泵系統是中國當前各類熱泵技術中發展和應用前景最被看好的一種。目前,該技術較為成熟,國內外工程實例很多,20世紀80年代初在瑞典、挪威等北歐國家就已經開始對污水源熱泵技術的應用,而現在中國污水源熱泵也得到一定程度的應用。數據統計顯示,應用污水源熱泵系統比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能,比傳統的燃煤鍋爐節省l/2以上的煤炭資源。由於污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩定,其製冷、制熱係數比傳統的空氣源熱泵高出40%左右,其運行費用僅為普通中央空調的50-60%。
在清潔供熱方式對比方面,前瞻網測算結果表明污水源熱泵的經濟效益十分顯著:設備投資、年運行費用、年運行成本3個方面分別為地下水熱源系統的84.1%、85.0%、72.5%,為燃氣空冷空調系統的77.1%、35.0%、46.2%。

2工作原理

污水源熱泵
污水源熱泵的主要工作原理是藉助污水源熱泵壓縮機系統,消耗少量電能,在冬季把存於水中的低位熱能「提取」出來,為用戶供熱,夏季則把室內的熱量「提取」出來,釋放到水中,從而降低室溫,達到製冷的效果。其能量流動是利用熱泵機組所消耗能量(電能)吸取的全部熱能(即電能+吸收的熱能)一起排輸至高溫熱源,而起所消耗能量作用的是使介質壓縮至高溫高壓狀態,從而達到吸收低溫熱源中熱能的作用。
污水源熱泵系統由通過水源水管路和冷熱水管路的水源系統、熱泵系統、末端系統等部分相連接組成。根據原生污水是否直接進熱泵機組蒸發器或者冷凝器可以將該系統分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用方式是指將污水中的熱量通過熱泵回收后輸送到採暖空調建築物;間接利用方式是指污水先通過熱交換器進行熱交換后,再把污水中的熱量通過熱泵進行回收輸送到採暖空調建築物。

3特點

中國北方地區,冬季採暖主要是依靠煤、石油、天然氣等石化燃料的燃燒來獲得。採暖與環保成為一對難以解決的矛盾。城市污水是北方寒冷地區不可多得的熱泵冷熱源。它的溫度一年四季相對穩定,冬季比環境空氣溫度高,夏季比環境空氣溫度低,這種溫度特性使得污水源熱泵比傳統空調系統運行效率要高,節能和節省運行費用效果顯著。
污水源熱泵技術具有以下特點:
高效節能
冬季,污水體溫度比環境空氣溫度高,所以熱泵循環的蒸發溫度提高,能效比也提高。而夏季水體溫度比環境空氣溫度低,所以製冷的冷凝溫度降低,使得冷卻效果好於風冷式和冷卻塔式,機組效率提高。供暖製冷所投入的電能在1KW時可得到5KW左右的熱能或冷能。能源利用效率遠高於其他形式的中央空調系統。
一機多用,可應用範圍廣
污水源熱泵可供暖、空調,一機多用,一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。城市污水熱泵空調系統利用城市污水,冬季取熱供暖,夏季排熱製冷,全年取熱供應生活熱水,夏季空調季節可實施部分免費生活熱水供應。一套系統冬夏兩用,實現三聯供。
1萬平米初投資列表
序號
空調類型
熱(冷)源設備(萬元)
其他費用(萬元)
合計(萬元)
功能
1
污水源熱泵系統
100
80
180
採暖+製冷+生活用水
2
地下水源熱泵系統
80
110
190
採暖+製冷+生活用水
3
熱網+水冷機組
70
150
220
採暖+製冷
4
土壤源熱泵
80
160
240
採暖+製冷+生活用水
5
直燃機
120
130
250
採暖+製冷
6
燃煤+水冷機組
160
100
260
採暖+製冷
1萬平米運行費用列表
序號
空調類型
採暖費(120天/萬元)
空調費(120天/萬元)
全年合計(萬元)
備註
1
污水源熱泵系統
16
12
28
0.8元/度
2
地下水源熱泵系統
17
13
30
0.8元/度
3
土壤源熱泵
18
14
32
0.8元/度
4
直燃機
25
18
43
2.1元/立方
5
熱網+水冷機組
27
20
47
0.8元/度
6
燃煤+水冷機組
36
20
56
0.8元/度
國外研究應用進展
對城市污水源熱泵空調系統的研究,日本、挪威、瑞典及一些其它北歐等供熱發達國家比較活躍。最早起源於楊圖夫斯基(前蘇聯)等人對河水、污水、海水的利用探討,1978年,楊圖夫斯基等人對熱泵站供熱與熱化電站、區域鍋爐房集中供熱進行比較,得出熱泵站供熱可節省燃料20%-30%,並提出利用莫斯科河水作水源熱泵站區域供熱方案。1981年6月,瑞典在塞勒研究開發了第一個凈化污水源熱泵系統。自此發達國家紛紛投入大量的財力和人力進行此項研究,並取得了一定的發展。
污水源熱泵的弊病
城市原生污水成分及其複雜,且不穩定,含有多種懸浮物質,絮狀物,油脂,固體顆粒,以及生活垃圾,隨著污水源熱泵的使用越來越廣泛,很多的弊病也被彰顯出來,其中最重要的就是要按時把污水源熱泵進行拆開來進行清洗,需要耗費大量的人力和精力,而且一般清洗時建築物無法進行供暖製冷。一般解決辦法分為兩種:一個是採用化學液體或者是高壓水槍進行清洗內部結構,但是由於污水源熱泵的結構較為複雜,所以給清洗造成了很大的不便;另一個就是在污水源熱泵前面加離心污水換熱器使其構成一整套的污水源熱泵系統的方法,污水換熱器使用防堵塞免拆洗的離心污水換熱器,這樣就避免了污水源熱泵的沖洗。
但是無論如何,污水源熱泵的節能與環保都使得其成為現在採暖製冷的主流趨勢,以後估計也會得到越來越多得普及。
4 污水源熱泵在建築領域中的應用
污水源熱泵主要適合於賓館、飯店、寫字樓、工廠等建築空調、工藝冷卻、加熱和製取衛生熱水。北京南站屬於大型的公共建築,建築面積約25萬平米,採用污水源熱泵進行改造后,每年可節電約500萬度,節能環保效果非常顯著。隨著中國節能改造的不斷深入,污水源熱泵所帶來的社會效益和經濟效益必將十分巨大,在具備污水源條件的地區必將逐步並最終取代傳統製冷制熱方式。

4應用因素

環境因素
當出於環境保護的考慮,對其他制熱方式(如燃煤製取熱能)有嚴格限制時,原生污水源熱 泵技術就具有更大的應用空間。
低溫熱源
原生污水源熱泵技術與其他簡單加熱方法不同點之一是必須要有低溫熱源。熱源的溫度越高 ,對提高污水源熱泵機組的性能和應用優勢約有利。優勢能否有合適的低溫熱源,甚至是決定熱泵技術應 用的關鍵因素,因此,利用相關領域的先進技術,拓展原生污水源熱泵的低溫熱源,也是促進熱泵技術應 用和發展的重要因素。
  引用領域的開發:目前污水源熱泵機組已經應用於供暖、製冷、製取熱水、乾燥、種植、以及人工溫室 等各個領域。進一步了解不同產品生產工藝中的熱需求。並將熱泵技術和工藝有機結合,可為熱泵拓展更 多的應用領域。

5運行因素

污水水溫保障
城市污冬暖夏涼,常年溫度穩定,污水水溫在冬季比環境溫度高15--20度,夏季溫度比環境溫度低10--15度.因此熱泵具有良好的熱源,污水源熱泵利用溫差在5度,因此污水源熱泵完全可以在高效率運行.
離心式污水換熱器

  離心式污水換熱器

污水換熱器
污水中含有大量油性污物,流經換熱管時會產生掛膜現象,關閉黏結粘泥,從而增大換熱熱阻,影響換熱效率,因此在設計污水換熱時使污水走管程,同時設置自動反清洗裝置,在換熱器運行期間定時進行反衝洗,保證換熱效率,提高熱能利用率.
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