某大型间接式污水源热泵工程案例
张承虎、孙德兴、刘京
哈尔滨工业大学
张承虎、孙德兴、刘京
哈尔滨工业大学
摘要：本文从工程及水源条件、关键参数与设备设计、系统方案等三个方面介绍了我国某个大型间接式污水源热泵工程案例的主要特点，该工程采用远距离输送中介水，并在用户侧建设分散的热泵站。
关键词：污水源热泵、间接式、半集中、案例
本文介绍的某大型污水热泵工程地处我国北方，其工程特点为：（1）冬季有采暖要求、夏季有空调要求，两种负荷相差不大；（2）工程规模较大，而且污水源距离用户较远，用户分布较为分散；（3）建筑类型为高层住宅；（4）污水源充分，水温合适。采用重力引水、退水，并加设粗效过滤格栅；（5）采用燃气锅炉调峰并分担风险。
1、设计条件与要求
1.1负荷要求
项目总面积：50万m2，平均单位面积热负荷指标45W/m2，总热负荷22.5MW，制冷负荷为19.2MW，均为新建建筑，满足国家、自治区建筑节能65%的标准。建筑层高76米（26层），13层以下为低区，14层以上为高区。
1.2 水源条件
1.2.1 尺寸条件
依据当地水务集团排水公司相关资料和测量数据，所选水源污水管线为城市主干地下排水箱涵管道，埋深4m，监测点检查井井深5.2m，全长9.8km，其截面为1.8m×1.8m。监测最小水深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。在设计换热站的选址下游约150m处，另有一条DN1200的圆形主干污水管道。
1.2.2 流量条件
（1）1.8m×1.8m箱涵污水主管线：平均每小时水量4442-4837m3/h。污水水量日变化过程明显，变幅较大，最大流量高达1.744～1.760 m3/s，折合小时水量为6278.4～6336.0 m3/h，出现时间均为北京时间20：00左右。最低谷时段流量仅为0.836～0.877 m3/s，折合小时水量为3009.6～3157.2 m3/h，出现时间为北京时间6：00左右。最大流量为最小流量的2倍左右。冬季最小流量为0.782m3/s，折算小时水量为2815m3/h，每日水量为6.756×104m3/d。
（2）DN1200圆形污水主管线：水文局对DN1200管道最小流量的检测（凌晨6：00点）污水流量为0.56m³/s ，转换小时流量为0.56×3600=2016（m³/h）。
（3）合流之后可供取水量：合流之后的最小取水量为：2016+2815=4831（m³/h）。满足全部50万m2工程要求。
1.2.3 水温条件
污水平均水温在14.2℃左右，最高水温为14.8℃，最低水温为13.5℃，水温变化平稳。通过实测水温资料分析最低水温为13.2℃。冬季水温变化范围在14.8-13.2℃之间，夏季水温变化范围在17.9-14.6℃之间。
1.2.4 水质条件
表1污水水质监测
|
项目 |
pH |
悬浮物 |
溶解氧 |
高锰酸盐指数 |
生化需氧量 |
氨氮 |
亚硝 |
硝酸盐氮 |
氰化物 |
|
含量mg/L |
7.4 |
1109 |
2.1 |
43.4 |
84.8 |
9.16 |
0.104 |
5.98 |
<0.064 |
|
项目 |
砷化物 |
挥发酚 |
六价铬 |
汞 |
镉 |
铅 |
铜 |
锌 |
氟化物 |
|
含量mg/L |
<0.07 |
0.056 |
<0.004 |
<0.0002 |
未 |
<0.194 |
<0.518 |
0.329 |
0.44 |
从以上表分析，悬浮物超过三级标准，生化需氧量达到三级标准，其它达到一级标准。
1.3 地理条件
项目取水地点位于1.8m×1.8m箱涵污水主管线与DN1200圆形污水主管线汇合处下游20m范围内。中介水管网单向总长约2公里，管顶埋深≥1.4米。换热站选址距离取水点约170m。地势平坦，无需穿越大型干道。热用户距离换热站大于1800m至2200m。采用远距离输送中介水方案，在用户侧建立分散的热泵站。
2．参数设计及设备选型
2.1 温度设计
表2 循环系统各节点温度设计
|
介质 |
进口 |
出口 |
平均温度 |
温度变化 |
平均传热温差 |
||
|
冬 季 |
污水 |
12.7 |
8.7 |
10.7 |
4.0 |
3.33 |
—— |
|
中介水 |
5.0 |
9.0 |
7.0 |
4.0 |
4.0 |
||
|
制冷剂 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
0.0 |
—— |
||
|
末端水 |
40.0 |
45.0 |
42.5 |
5.0 |
—— |
||
|
夏 季 |
污水 |
18 |
24 |
21 |
6 |
6.3 |
—— |
|
中介水 |
31 |
25 |
28 |
6 |
6.0 |
||
|
制冷剂 |
34 |
34 |
34 |
0 |
—— |
||
|
末端水 |
12 |
7 |
9.5 |
5.0 |
—— |
||
注：本文为《地源热泵》“本期专题”连载内容，谢绝转载。如果您对污水源热泵空调方面有任何问题，欢迎来电或给我们发送电子邮件，我们将选择部分典型问题择期在《地源热泵》杂志上统一刊登和解答。
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