文档介绍：城市污水源热泵关键技术及工程应用
哈尔滨工业大学张承虎,刘晓鑫,庄兆意,孙德兴
摘要:城市污水中蕴含了大量低品位热能,利用成熟的热泵技术将之加以利用,可为建筑物供暖空调并营造舒适健康的室内人工环境,因此污水源热泵技术是一项开发新型建筑环境能源的新技术。由于城市污水属于开式直流水源、水质极其恶劣、水温偏低等特殊性,决定了污水源热泵系统的关键技术有污水取排技术、防阻塞技术、软垢抑除技术、流动与换热工程设计经验公式、大型污水源热泵系统方案等。本文总结介绍了在上述城市污水源热泵关键技术方面的研究历程、方法和成果。
关键词:污水、热能资源化、热泵、关键技术、实例工程
城市污水从能源品位、热容量、换热性能、时空分布和获取难易程度上来说,是一种比较优良的低位冷热源,但恶劣水质和开式循环给工程应用带来了许多难题,比如与恶劣水质有关的腐蚀问题、堵塞问题、软垢问题,与开式循环有关的取排问题、排气问题、水力稳定问题,此外污水的流动与换热特性从热工角度来看也是个新问题。哈工大的孙德兴教授近五年来带领其课题组一直从事污水源热泵关键技术的研究和推广,现将主要成果介绍如下:
1 腐蚀问题
关于腐蚀问题,城市污水对换热设备腐蚀的严重性在一些方案论证的场合往往被夸大了。工程师们通常想到的解决腐蚀问题的方法无非两个,第一就是采用新材质,例如不锈钢、钛合金、氟塑料或氟-石墨塑料,但是它们不但价格昂贵,而且传热系数较小;第二就是采用新涂料,例如纳米涂料,这种方法同样成本提高,而且加工与施工难度增加,质量难以掌控。实际上,城市的生活污水虽然水质极差,但其PH值却近似为7,这就决定了它们对碳钢的腐蚀不会很严重,特别是在系统密闭而不暴露于大气的运行情况下更是如此。因此通过系统方面的设计,保证系统大部分管道和换热设备在运行期间处于充满状态,则可保证碳钢系统的防腐性能。因此,通过我们对已经实施并运行良好的实际工程的观察和测定(最早的工程投运于2003年),我们建议换热设备采用通常的碳钢材质即可。完全不腐蚀是不可能的。轻度的腐蚀仅会些许降低换热系数,假定运行一个相当长的周期后换热器腐蚀到了即将泄漏的程度,换一台换热器也比当初采用合金钢材要经济节省。
2 堵塞问题
通过对城市原生污水的污杂物的分级浓度的测定发现,~ kg/m3之间,其中> kg/m3~,对换热器容易造成堵塞的柔性丝条状杂物普遍集中在>4mm的污杂物内。 kg/m3左右的污杂物浓度是一般普通过滤装置难以承受的,例如,1万m2的某工程大约需要污水150m3/h,,这是传统过滤方法无法承受的。目前在国内许多学者都在进行污水防堵塞换热技术的研究。其中孙德兴教授提出了滤面水力连续再生技术,并在工程实践中广泛采用,并获得了中国发明专利:“城市污水冷热源的应用方法与装置”(专利号:ZL 03 1 )和“设置有滚筒格栅的城市污水水力自清方法与装置”(专利号:)已经成功地解决了这个问题,并已经历了多年工程实际运行的验证。
图1 滤面水力连续再生技术原理图
图1为滤面水力连续再生设备的原理图。滤面连续再生污水取水机是该技术的核心设备,该设备被隔板、旋