淺談污水源熱泵系統(tǒng)在城市供熱制冷中的應(yīng)用

宋立堂

山東廣饒康達(dá)環(huán)保水務(wù)有限公司

目前，我國冬季采暖主要為熱電聯(lián)產(chǎn)的燃煤發(fā)電供熱，其用煤占全國煤炭生產(chǎn)總量的50%左右。大約全國90%的SO2排放由煤電產(chǎn)生，80%的CO2排放量由煤電排放。既污染環(huán)境，又供熱成本高。充分利用清潔能源供熱已成為資源再利用的必然，而污水源熱泵在城市供熱，制冷和生活熱水“三聯(lián)供”方面得到廣泛利用，并取得了較好的經(jīng)濟效益。本文以東營市某縣污水處理廠污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計，投資和經(jīng)濟效益為例進(jìn)行了分析。

1 工程概況

東營市某污水處理廠設(shè)計規(guī)模日處理污水7.5×104m3/d，現(xiàn)平均日處理污水5.5×104m3/d。為充分利用現(xiàn)有污水資源，污水廠擬建設(shè)供熱規(guī)模為10萬m2的污水源熱泵系統(tǒng)，向周邊5 km區(qū)域的住宅、辦公、商業(yè)供熱、制冷，工程包括設(shè)備、土建、管網(wǎng)配套等工程。

該污水源熱泵系統(tǒng)包括污水的取水排水系統(tǒng)、污水與介質(zhì)換熱系統(tǒng)和末端循環(huán)系統(tǒng)[1-2]。其工藝流程如圖1所示：

圖1 污水源熱泵供暖系統(tǒng)原理圖

2 設(shè)計計算

2.1 負(fù)荷確定

按節(jié)能建筑熱指標(biāo)40 W/m2建筑面積計算，其熱負(fù)荷為：40 W/m2×100000 m2=4000 kW。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計與運行參數(shù)確定

1）污水引退水設(shè)計

本工程以污水處理廠處理后的污水作為熱源，將換熱機房設(shè)置在出水口附近，通過污水管引向污水源熱泵機房，污水管道管徑為DN1000 mm，管道為鋼筋混凝土管，重力流，流水坡度為5‰。從污水源熱泵機房的退水退入原污水渠，管材為PE管或PVC管，采用壓力流。

2）污水溫度、流量確定

污水處理廠按冬季12 ℃（實際出水溫度要大于12 ℃）、熱指標(biāo)按40 W/m2計算，得出冬季采暖需要污水量為688 m3/h，因此，單獨采暖需要的最大污水量為700 m3/h[3]。

3）機組的確定

根據(jù)建筑物熱負(fù)荷等條件，選擇3臺型號為WM-400A-1型滿液式水源熱泵機組，其主要參數(shù)具體如表1：

表1 WM-400A-1型滿液式水源熱泵機組主要參數(shù)

4）系統(tǒng)運行參數(shù)

具體值見表2：

表2 系統(tǒng)運行參數(shù)

5）室內(nèi)溫度

室內(nèi)溫度可調(diào)可控，冬季溫度為18～22 ℃。

2.3 系統(tǒng)主要設(shè)備及選型

主要設(shè)備及選型見表3：

表3 系統(tǒng)主要設(shè)備及選型表

2.4 工程投資

建筑、室外配套工程投資見表4：

表4 建筑、室外配套工程投資

機房設(shè)備投資見表5：

表5 機房設(shè)備投資

站房設(shè)備安裝工程投資見表6：

表6 站房設(shè)備安裝工程投資

工程總投資=機房土建、室外配套工程+機房設(shè)備+機房設(shè)備安裝投資總計=1095萬元+459.70萬元+180.0萬元=1734.7萬元

2.5 投資回收期

1）運行費

A電費：(制熱功率+附屬設(shè)備功率)×負(fù)荷系數(shù)×調(diào)節(jié)系數(shù)×日運行小時數(shù)×年運行天數(shù)×電價=997.5 kW×0.6×0.6×24 h×120天×0.8024元/kWh=82.98萬元≈83萬元

B人工費：4人×5000元/人×12個月=24萬元

C小計：107萬元

2）采暖費收取：100000 m2×24元/m2=240萬元

3）靜態(tài)投資回收期T：T=1734.7萬元÷(240萬元-107萬元)=13年

若再考慮夏季制冷，其靜態(tài)的投資回收期則將會更短。

3 結(jié)束語

1）原生污水源熱泵系統(tǒng)可冬季供暖和夏季空調(diào)，供熱時省去了燃煤、燃油、燃?xì)獾儒仩t房系統(tǒng)。

2）沒有燃燒過程。避免了排煙污染，制冷時省去了冷卻塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，環(huán)境效益顯著。

3）從靜態(tài)投資回收期分析，污水源熱泵系統(tǒng)的投資回收期為13年，即13年即可把前期投資回收回來。

4）技術(shù)成熟、運行穩(wěn)定，按無人值守有人巡檢設(shè)計，可根據(jù)室外溫度自動運行，節(jié)省人力物力。

污水源熱泵雖然初投資高，但具有節(jié)能、環(huán)保、運行穩(wěn)定等特點，是污水能源再利用的好形式，尤其適用于污水處理廠內(nèi)部建筑物的供暖、制冷，是一項值得推廣的新技術(shù)。