污水源热泵技术在承德市污水处理工程中的应用

丁柏顺，郭 强，宫秀学

（河北省承德市城市污水处理有限责任公司，河北 承德067000）

1 工程概况

承德市污水处理工程由承德市城市污水处理有限责任公司为建设方承建。厂区供热系统原来的设计为燃油锅炉。由于原设计燃油锅炉系统从环保角度、安全角度来说存在诸多弊端：对安全操作要求比较高；需专业司炉工24h不间断职守；每年消耗大量宝贵的高质量的燃油且造成一定的大气污染。为促进安全生产、文明生产、和谐生产并适应承德市环境保护的需求，决定不采用燃油锅炉供热系统，而采用既能供热，又能制冷的污水源热泵系统。

污水处理厂建筑分为3部分：①综合楼；②生产区厂房；③厂前区建筑（含机修、仓库、车库、食堂、浴室、警卫室、门卫等）。其中，综合楼内安装的是能够制冷制热的风机盘管，生产区安装的是散热性能良好的暖气片；厂前区除食堂安装2台立式风机盘管外，也全部安装的是散热性能良好的暖气片。厂区实际供暖面积建筑面积为3700m2，按城市供热收费计算方式，厂房超过3m部分需折合成标准供暖面积进行收费。承德污水处理厂整个供暖区域折合成标准供暖面积为5300m2，夏季制冷面积为1900m2。

2 系统原理及设计

冬季，污水温度在11℃～16℃（实际运行监测温度），经过换热器换热后回水温度为7℃～12℃（实际运行监测温度），系统中介水提取污水中的热量作为水源热泵机组的热源，进入热泵机组冷凝器，热泵机组蒸发器与末端水相连，末端水作为供暖系统循环水，供回水温度为45℃～40℃。夏季，污水温度为17℃～22℃（实际运行监测温度）经过换热器换热后的回水温度为19℃～25℃，污水带走冷却水中的热量使之成为水源热泵机组制冷时的冷源，热泵蒸发器仍与末端水系统相连，供回水温度为7℃～12℃。该系统冬、夏季工况的转换通过切换热泵机组系统内四通阀门，改变热泵机组内介质的走向从而达到取暖和制冷方式的切换，所采用的介质是制冷剂R22。

基于以上的前提条件，选择了3台国产水源热泵机组，其特点：①自控程度高，可人工设定参数，无需人员专门值守；②运行稳定，高效节能；③压缩机为世界先进的全封闭涡旋压缩机，保证机组高效可靠的运行；④冷凝器、蒸发器具有特殊的肋型结构，换热效率高；⑤系统流程结构简洁，换热稳定，部件故障少，维修保养简单，高效换热器可保证机组在较低的蒸发温度下也保持较高的能效。

考虑到污水的取水位置在污水处理的预处理构筑物之前，污水中的悬浮物较多，为了保证其在壳管中滞留的时间短，而其流速要求高，权衡多方面利弊，最后选用国产自搅匀切割式潜水污水泵2台 (1用1备，单台流量65m3/h，功率11kW)，定时切换。污水取水池取水通过虹吸取自进入厂区的污水主管道。通过取水管在管道中的适当布置，既保证了大部分比重较大物质不会通过虹吸进入污水取水池，又保证了大部分密度较小物质也不会进入污水取水池。在此情况下，污水取水池的污水中仍含有大量杂质，经自搅匀切割式潜水污水泵搅匀后提升至换热器与中介水进行热交换，然后排入厂区污水管道。 制热、制冷图示[1]见图1、图2。

3 运行情况概述

本工程于2008年10月初开始施工，2008年12底月竣工，2009年1月初调试运行，迄今为止已经过2个采暖季、1个空调季，系统运行正常。在日常运行过程之中，无需专人不间断职守，每隔2h由污水处理厂水区运行工进行巡视，遇到简易故障及时排除，至今没有遇到较大故障。运行过程中，各建、构筑物筑室内温度均能达到设计要求。

4 项目的优点

4.1 节能

通常，水源热泵每消耗1kJ的能量，用户可以得到4kJ以上的热量或冷量，与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%的电能或70%～90%的燃料内能转换为热量供用户使用，因此水源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃煤锅炉节省1/2以上的能量。由于作为污水水源热泵的热源水，全年温度较为稳定，使污水热泵比传统空调系统运行效率要高20%以上。

4.2 环保

污水源热泵是利用了污水原水作为冷热源，进行制热制冷。供热时省去了燃煤、燃气、燃油等燃料，减少了CO2、SO2、粉尘颗粒等大气污染物的排放；供冷时省去了冷却水塔及其消耗的水量，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染，减少了城市的热导效应；不产生任何废渣、废水、废气和烟尘；不污染地下水，不消耗地下水，有效缓解了环境污染的问题。

4.3 节资[2]

见表1，表2。

表1 2009年11月15日～2010年3月15日（采暖季）实测数据

表2 2010年6月20日～2010年9月30日（空调季）实测数据

4.4 一机多用

该系统经改造还可以集采暖、空调制冷和提供生活热水于一身。1套热泵系统可以替代原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的3套装置或系统，从而增加了经济性。

4.5 效果稳定

污水的温度相对稳定，其波动范围远远小于空气的变动，受环境温度变化的影响较小，是很好的热泵热源和空调冷源，污水温度较恒定的特性，使热泵机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性；不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

4.6 自控程度高

根据系统特点,选用3台热泵机组,根据负荷的波动和人工参数设置，自动选择压缩机的启停，节能的同时，进一步提高了系统运行效率；运行过程中自控程度较高；管理相对容易；安全可靠，无任何爆炸隐患。

5 运行中的难点和解决措施

试运行期间要对水系统（污水系统、中介水系统、末端水系统）、压缩机系统（主要指制冷剂R22系统、四通阀门、气液分离器、干燥过滤器、探头、丝堵）、电控系统、换热系统、仪表系统进行详细调试，确保调试后能够较长时间能够保持稳定运行。

污水泵要每隔14d进行一次切换，最大限度地延长使用寿命。工程因为空调站离粗格栅较远，最后污水取水池定在粗格栅之前，而粗格栅前的污水主管道没有中途泵站，进厂主管道中无格栅，全靠重力自流进入污水处理厂，因含有大量垃圾，一度造成污水泵烧毁情况出现。经过适当改进污水取水池虹吸管道取水点的高度，保证虹吸管取水口在污水主管道中间位置，确保主管道中大部分较重的沉积物和大部分较轻的漂浮物不会被虹吸至污水取水池。同时，对污水取水池增设了清捞垃圾的平台，每月对污水取水池进行1次清捞，有效地防止了污水泵因为堵塞而烧毁，但增加了一定的人工。建议有条件的情况下，污水源空调站污水取水池可与粗格栅之后的提升泵房共用，防止污水泵堵塞的同时，还能够节省大量的电能。

日常运行中，要把热泵机组作为核心设备进行日常维护，遇到故障及时处理。要对每台机组的各种仪表进行监测，保证机组稳定、高效运行。根据日常运行情况和需要及时调整机组的运行参数，以达到进一步经济节能的目的[3]。

6 结语

（1）污水—水源热泵恒温系统具有节水、节能、环保等诸多优点，符合世界各国城市污水再利用和城市水源问题的大趋势。承德市在污水处理工程中采用这一技术，对促进环境保护建设具有重要意义。技术经过深入论证，可以考虑在大型小区内推广使用。

（2）利用未经处理的城市污水作为源水的水源热泵系统在承德市污水处理工程的应用成功，标志着我国污水源热泵应用技术的又一示范工程成功实施。

（3）污水源空调系统取代燃油锅炉系统，消除了燃油系统和贮油系统的消防安全隐患，为保证文明生产、安全生产、清洁生产创造了有利条件。

［1］江雄志，赵会芳，刘炳虎.桥东污水厂污水（中水）源热泵系统设计［J］.中国给水排水，2005，21（12）：74－76.

［2］姚杨，马最良，赵丽莹.污水源热泵系统的设计计算［J］.煤气与热力，2005，25（2）： 39－42.

［3］吴学慧，孙德兴.城市原生污水源热泵经济性分析［J］.暖通空调，2007，37（11）：36－39.