邯鄲市大名縣污水余熱供暖項(xiàng)目研究與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）19-0082-04

Abstract：Inrecentyears，withthetransformationoftheenergyindustrytogreenandlow-carbon，thewinterheating businesshasalsocontinuedtodevelopintermsofcleanheat.Thisprojectcariesoutananalysisoftheheatingstatusand potentialofsewagesourcewasteheatinDamingCounty，HandanCityandcarriesouttheconstructionofasewagewasteheat projectbasedontheheatloadof theheating community.Sewagesource heatpumpextractssewage wasteheattocarryout winterheatinginthecommunity.Practicehasshownthatthetechnologyofusingwasteheatofsewageforheatingisfeasible andefectivelyachievesenergysavingutlization.Thesewagesourceattheprojectsiteissuffcientandstable，andthewaste heatis utilized at 6563 kW;the inlet and outlet temperature of the heat pump unit is 40～45^qC ，which is realized through the thermalcycleofthebostersystem.Userheatinghasachievedgoodresultsandisofgreatsignificanceinreducingcarbon emissions，energy conservation and environmental protection.

Keywords：sewage wasteheat;sewagesource heat pump;heat load;water supplytemperature;returnwater temperature; saving standard coal

近年來(lái)，隨著綠色能源的快速發(fā)展，清潔熱力作為清潔能源在供暖行業(yè)發(fā)揮了重要作用，污水余熱資源屬于綠色低碳的可再生資源，通過(guò)污水源余熱供暖，既是響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召，又是促進(jìn)可再生能源利用發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要。在國(guó)家低碳環(huán)保的發(fā)展背景下，能源企業(yè)在開發(fā)利用化石能源的同時(shí)，也在向綠色可再生能源發(fā)展-3]，遂漸實(shí)現(xiàn)清潔能源利用及發(fā)展。城市污水中具有豐富的低品位熱量且溫度穩(wěn)定的熱源，具有資源廣泛、回收效率高、污染小及低碳環(huán)保的諸多優(yōu)勢(shì)，污水源熱泵機(jī)組利用冬季污水溫度比環(huán)境空氣溫度高的特點(diǎn)，通過(guò)提取污水中的余熱來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物冬季供暖，在北方地區(qū)的冬季供暖具有較好的應(yīng)用潛力及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1項(xiàng)目概況

項(xiàng)目所在的邯鄲市大名縣，冬季屬于北方的供暖區(qū)，位于河北省東南部，年平均氣溫 13.9^°C ，冬季供暖期室外溫度平均 -5.5^°C ，最低可達(dá) -15^°C ，通過(guò)大名縣供暖現(xiàn)狀調(diào)查，開展了污水余熱利用及污水源流量分析，本項(xiàng)目供暖面積 28.7×10⁴m² ，實(shí)施綜合泵房1座，供熱站2座及供暖配套設(shè)施，設(shè)計(jì)供暖熱負(fù)荷 7116kW ，通過(guò)熱泵機(jī)組的運(yùn)行，泵房供水溫度 40～45% ，通過(guò)南北供熱站的增壓補(bǔ)水及熱循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)的居民供暖，在節(jié)能環(huán)保方面具有一定作用。

2工程設(shè)計(jì)及技術(shù)路線

2.1污水源熱泵的工作原理及特點(diǎn)

本項(xiàng)目采用的污水源熱泵機(jī)組主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器及連接管路組成，是一個(gè)以污水作為熱源，通過(guò)熱泵機(jī)組進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖系統(tǒng)，如圖1所示。

其工作原理是取水井經(jīng)過(guò)過(guò)濾后通過(guò)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)入水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器，從污水中提取熱量 Q₁ ，通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)入冷凝器后，在冷凝器中放出熱量 Q （ Q=Q₁+ W），通過(guò)熱量供給供熱系統(tǒng)，供熱系統(tǒng)只消耗少量的電能 W ，便可得到滿足供熱系統(tǒng)所需要的熱量Q。在考慮用熱負(fù)荷及機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性的情況下，采用的膨脹閥實(shí)現(xiàn)了流量的線性變化及連續(xù)的熱量調(diào)節(jié)，避免了回路中的液擊現(xiàn)象。在冬季提取污廢水中的熱量后，經(jīng)管網(wǎng)供給室內(nèi)采暖系統(tǒng)。

本機(jī)組污水側(cè)蒸發(fā)器采用大口徑純鈦管（管內(nèi)水/管外氟），采用鈦復(fù)合管板和316L不銹鋼端蓋和引出管，有效抵抗污水中化學(xué)物質(zhì)腐蝕5。通過(guò)原生污水進(jìn)入系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)級(jí)數(shù)，提高了污水熱量利用效率，通過(guò)穩(wěn)定制造中溫、高溫?zé)崴?，并提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；污水經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器設(shè)備實(shí)現(xiàn)熱量交換后返回污水干渠，通過(guò)密閉循環(huán)，不污染環(huán)境與其他設(shè)備或水系統(tǒng)。

2.2污水源及用熱負(fù)荷情況

項(xiàng)目所在地周邊具有污水主管網(wǎng)，方便污水點(diǎn)的接入，附近的原生污水流量約 2×10⁴m³/d ，冬季溫度穩(wěn)定在15-179C ，具有水源充足的特點(diǎn)。項(xiàng)目供熱站2座，南區(qū)供熱站污水流量穩(wěn)定在 200～240m³h 左右，污水折合流量約0.53×10⁴m³/d ；北區(qū)供熱污水流量穩(wěn)定在 280～300m³/h 污水折合日流量約 0.69×10⁴m³/d，2 站污水流量約 1.12× 10⁴m³/d ，污水利用流量約占總污水流量 56% ，供熱站用水量見表 1 污水全年排放水量相對(duì)穩(wěn)定，溫度波動(dòng)范圍小，為污水源熱泵機(jī)組提供了良好的熱源，使機(jī)組運(yùn)行更可靠、更穩(wěn)定。

所在地區(qū)民用建筑耗熱量所在小區(qū)為節(jié)能建筑，末端形式為地板輻射式，提高供熱保障度，建筑設(shè)計(jì)熱指標(biāo) 30～45W/m² ，下游熱用戶均為分戶控制，且都安裝有鎖閉閥，按照達(dá)產(chǎn)率和收費(fèi)率相等考慮，已建小區(qū)實(shí)地入住率達(dá)到 90% ，供暖穩(wěn)定時(shí)收費(fèi)率 80% 。結(jié)合供暖面積分析供暖熱負(fù)荷為 7116kW 。

2.3 主要技術(shù)路線

供熱站污水源熱泵的供給水來(lái)自市政污水管網(wǎng)，污水主干線處設(shè)取水涵取水，尺寸為 3m×3.5m ，深度 3.5m 。經(jīng)管道進(jìn)入污水提升池，提升后經(jīng)過(guò)濾除污，進(jìn)入集水池，提升后供給各供熱站，經(jīng)供熱利用后的污水再次排入市政管網(wǎng)。從市政污水管道輸送來(lái)的 15～17^°C 污水進(jìn)入綜合泵房，經(jīng)過(guò)初步過(guò)濾后進(jìn)行沉淀、緩沖，隨后由提升泵將污水輸送至南北區(qū)供熱站，利用至 5～7% 后排回至市政污水管網(wǎng)。在供熱站內(nèi)， 15～17^°C 的污水進(jìn)入污水源熱泵，將 35°C 回水加熱至 45°C ，供熱水經(jīng)過(guò)循環(huán)泵進(jìn)行加壓，輸送至用戶進(jìn)行供熱，具體如圖2所示。

北區(qū)供熱站設(shè)計(jì)采用2臺(tái) 1254kW 污水源熱泵機(jī)組及1臺(tái) 1695kW 污水源熱泵機(jī)組，供回水溫度 45/35°C 南區(qū)供熱站采用2臺(tái) 1254kW 污水源熱泵機(jī)組和1臺(tái)816kW 污水源熱泵機(jī)組，供回水溫度為 45/35^°C 。

3實(shí)施效果與應(yīng)用

3.1 污水余熱利用

項(xiàng)目運(yùn)行期間污水源熱泵工況及設(shè)備運(yùn)行正常，已投入供暖季使用，污水供應(yīng)量略高于設(shè)計(jì)預(yù)期，實(shí)際供水量 570～620m³/h ，污水供水溫度平均 18.5^°C ，回水溫度平均 9% 。

水源井采出水通過(guò)管網(wǎng)進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器，通過(guò)提取污水余熱實(shí)現(xiàn)了清潔利用，并有效地實(shí)現(xiàn)了用戶供暖。本項(xiàng)目利用污水供熱量主要由污水的流量、供水溫度、回水溫度等參數(shù)影響，本次污水源供熱量估算具體如下

式中： Q 為污水的供熱量， kW;G 為污水的流量， Δth;c 為水的比熱容， ?_kJ/（kg?C）;t₁ 為供水溫度， C;t₂ 為回水溫度， C₀

根據(jù)上式結(jié)合表2中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，參數(shù)的取值情況為：污水的流量平均 595th ，水的比熱容取 4.18kJ/（kg?^°C） 供水溫度 18.5^°C ，回水溫度 9% ，經(jīng)計(jì)算得出本項(xiàng)目污水的供熱量約 6563kW 。

3.2管網(wǎng)溫度及供暖效果

熱泵機(jī)組換熱后經(jīng)過(guò)冷凝散熱，從供熱站向小區(qū)的供暖用戶實(shí)現(xiàn)了熱循環(huán)，經(jīng)過(guò)熱泵機(jī)組數(shù)據(jù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，供熱站熱泵機(jī)組的供水溫度平均 42.5°C ，回水溫度35°C （表3）；經(jīng)管網(wǎng)向用戶端供熱以后，小區(qū)居民的室內(nèi)溫度平均 20.1^qC_?

熱泵機(jī)組平均出水溫度為 42.5^°C ，總體保持平穩(wěn)，符合GB50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.4.1條的規(guī)定（熱水地面輻射供暖系統(tǒng)供水溫度宜采用 35～45% ，不應(yīng)大于 60^cC ，熱泵性能滿足寒冷地區(qū)供暖要求。

對(duì)供暖項(xiàng)目的典型房間及室外環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)溫，統(tǒng)計(jì)供暖季每日的環(huán)境溫度和室內(nèi)平均溫度，供暖效果良好7-8，供暖期間室內(nèi)平均溫度大于 18.5^°C ；在環(huán)境溫度為- -10^°C 左右時(shí)，空氣源熱泵系統(tǒng)的供水溫度約 41°C 最高環(huán)境溫度大部分時(shí)間內(nèi)在 15^°C 以下，最低環(huán)境溫度大部分時(shí)間內(nèi)在 0% 下（圖3）。在這樣的環(huán)境溫度下，通過(guò)熱泵機(jī)組的持續(xù)供暖，室內(nèi)平均溫度為 20.1^°C ，滿足供暖的需要。

3.3環(huán)保及社會(huì)效益

通過(guò)污水余熱在取得供暖效果的同時(shí)，減少了能源的損耗，冬季供暖情況下，標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為 7000kcal/kg 相當(dāng)于 29.307GJ/t 的熱能，結(jié)合表3中參數(shù)，估算每年污水源供熱量 6.8×10⁴GJ ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤 2320.3t ，結(jié)合單位質(zhì)量標(biāo)煤燃燒產(chǎn)生的污染物指標(biāo)情況，污染物排放的減少量見表4。

項(xiàng)目采用污水源熱泵系統(tǒng)后，將直接減少不可再生能源的使用量，從而減少 CO₂.SO₂ 等氣體以及煙塵排放量，具有較好的節(jié)能環(huán)保效果，在節(jié)約資源、減少碳排放及保護(hù)環(huán)境方面具有一定的作用。

4結(jié)論

通過(guò)項(xiàng)目的建設(shè)及實(shí)施，污水余熱供暖系統(tǒng)技術(shù)可行，且具有良好的供暖與節(jié)能降耗的效果。

1）項(xiàng)目所在區(qū)域污水源充足，流量達(dá)到 500m³/h 以上，水源具有連續(xù)穩(wěn)定的特點(diǎn)。

2）污水源供水溫度平均 18.5^°C ，回水溫度平均 9% 具有較好的供熱能力。

3）污水源熱泵通過(guò)供熱站向小區(qū)的供暖用戶實(shí)現(xiàn)了熱循環(huán)，用戶室內(nèi)供暖溫度平均 20.1^qC ，供暖效果好。

4）本項(xiàng)目在用戶供暖的同時(shí)具有低碳環(huán)保的特點(diǎn)，節(jié)約標(biāo)煤 2320.3ta ，可以顯著降低對(duì)傳統(tǒng)化石燃料的需求，值得大力推廣，隨著污水源熱泵系統(tǒng)的升級(jí)及完善，節(jié)能降碳的效果將得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)：

[1]王巧霞.低溫污水源熱泵在污水廠采暖及生化池提溫中的應(yīng)用[J]科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021，11（14）：167-169.

[2]馬曉勇，孫永才，彭學(xué)文，等.以污水為冷源的冷板液冷系統(tǒng)方案構(gòu)想[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（27）：136-138.

[3]索利慧，徐蒙.基于不同元素對(duì)空氣源熱泵機(jī)組制熱功率的影響[J]建設(shè)科技，2021（21）：63-67.