【正文】 9 北京市 **地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司 再生 水水源水溫 再生 水水源水溫是 再生水源 熱泵系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)， 再生 水 源熱泵系統(tǒng)水源設(shè)計(jì)溫度應(yīng)以多年冬季最低溫度作為設(shè)計(jì)溫度。 再生 水水源水質(zhì) 以下給出的是城市污水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目采用該污水廠排出的二級標(biāo)準(zhǔn)水作為熱泵系統(tǒng)的冷熱源。水中主要有： 1)污雜物：樹葉、塑料、紙片、菜葉、魚鱗、毛發(fā)、短纖維等； 2）懸浮物： 1 微米～數(shù)十毫米； 3）綠苔、藻類、微生物及衍生物 4）無機(jī)化合物：鈣、鎂、鉀、鈉、氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽； 根據(jù) 我 公司和清華大學(xué)熱能系共同完成的國家科技部重點(diǎn)科技攻關(guān)課題――《再生水熱能綜合利用系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究》結(jié)果表明，水質(zhì)對污水源熱泵系統(tǒng)主要會(huì)產(chǎn)生以下三種影響： 1)腐蝕 再生 水中氯根和硫酸根含量較少，腐蝕主要是生物、顆粒、析晶和污垢腐蝕。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可直接指導(dǎo)熱泵系統(tǒng)的過濾器、換熱器等關(guān)鍵設(shè)備、部件的選材的耐腐蝕設(shè)計(jì)。 3）微生物的沉積、生長 **污水處理廠再生水源熱泵工程初步方案 11 北京市 **地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司 二級水中的微生物較多，水溫及水中的化學(xué)成分均有利與微生物的 生長，微生物在換熱器內(nèi)沉積、生長會(huì)影響換熱、降低效率乃至于使系統(tǒng)不能 運(yùn)轉(zhuǎn)。 本系統(tǒng)方案按 三 級排放水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 水源具有腐蝕性，系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備、部件須進(jìn)行耐腐蝕設(shè)計(jì)，須設(shè)計(jì)自清洗過濾系統(tǒng)，須設(shè)計(jì)換熱器自清洗系統(tǒng)。 7）主要設(shè)備選型均滿足 再生 水水源的特性要求，保證設(shè)備安全高效穩(wěn)定運(yùn)行。直接式是 再生 水經(jīng)過處理后直接進(jìn)入熱泵機(jī)組的換熱器作為其冷熱源實(shí)現(xiàn)供熱制冷，而間接式系統(tǒng)的 再生 水需經(jīng)過換熱器進(jìn)行換熱， 再生 水與熱泵機(jī)組沒有直接連通，形成兩個(gè)獨(dú)立環(huán)路。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的主要技術(shù)路線即為直接式與間接式 再生 水源熱泵系統(tǒng)比較、選擇、設(shè)計(jì)。 根據(jù)前面對項(xiàng)目水源條件分析結(jié)果，水源 最 大小時(shí)流量為6700m3/h， 最 小小時(shí)流 量為 6400m3/h， ；水源水溫的設(shè)計(jì)條件 冬季 最高為 17℃，最低為 10℃；無論是直接式系統(tǒng)還是間接式系統(tǒng)水質(zhì)均按三級排放水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；水源具有腐蝕性，系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備、部件須進(jìn)行耐腐蝕設(shè)計(jì)，須設(shè)計(jì)自清洗過濾系統(tǒng)，須設(shè)計(jì)換熱器自清洗系統(tǒng)。 殼管換熱器污水、軟化水間換熱溫差大，一般為 5℃以上， 換熱 效率較低，易受水 量局限， 且造價(jià)高，占地面積大， 一般不推薦該方式。 圖 2 采用板式換熱器的間接式 再生 水源熱泵系統(tǒng)示意圖 間接式系統(tǒng)把 再生 水和熱泵系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立環(huán)路，熱泵空調(diào)系 **污水處理廠再生水源熱泵工程初步方案 14 北京市 **地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司 統(tǒng)只利用 再生 水源的溫差換熱，不受水質(zhì)影響，熱泵主機(jī)為常規(guī)水源熱泵機(jī)組， 機(jī)組效率高， 在系統(tǒng)投資方面具有優(yōu)勢。 直 接式 再生水源熱泵系統(tǒng) 直接式 再生 水 源 熱泵系統(tǒng)對熱泵機(jī)組的技術(shù)要求比較高， 必須進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)， 且 在使用季節(jié)的切換時(shí)需對系統(tǒng)進(jìn)行徹底的清洗，同時(shí)進(jìn) 入熱泵前的 再生 水前端處理中，須設(shè)計(jì)自清洗過濾系統(tǒng)，需對系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備、部件須進(jìn)行耐腐蝕設(shè)計(jì)，須設(shè)計(jì)熱泵換熱器自清洗系統(tǒng)。 圖 3 直接式污水源熱泵系統(tǒng)示意圖 將 直接式 再生 水源熱泵系統(tǒng)和間接式 再生 水源熱 泵系統(tǒng) 進(jìn)行 綜合比較 ， 如下表所 示 。 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)為間接式 再生 水源熱泵系統(tǒng)，系統(tǒng)流程描述如下：本系統(tǒng) 再生 水源來自 **污水 處理 廠二級排放水，經(jīng) DN1000 的 水泥 管線，自流 到再生 水源熱泵空調(diào)機(jī)房取水口，最大水量 為 7000m3/h，為保證再生 水水源的穩(wěn)定性， 設(shè)置一個(gè)容積為 4000m3的 再生 水蓄水池， 再生水提升泵從蓄水池中取水，經(jīng)全自動(dòng)自清洗過濾器過濾后 進(jìn)入板式換熱器進(jìn)行換熱，板換二次側(cè)循環(huán)水系統(tǒng)與熱泵 機(jī)組的蒸發(fā)器或冷凝器換熱， 作為熱泵系統(tǒng)的冷熱源 ； 再生 水經(jīng) 板換 取熱或放熱后退回 原河道下游 。因本項(xiàng)目規(guī)模較大，分區(qū)設(shè)立換熱站進(jìn)行供熱。 **污水處理廠再生水源熱泵工程初步方案 16 北京市 **地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司 再生水由 10℃利用到 4℃，可提供熱量： Q= 6700（ 104） = 熱泵機(jī)組制熱效率 (COP)取為 ， 結(jié)合熱泵機(jī)組可為末端提供的熱量為： Q 供 =Q COP/(COP1)= 結(jié)合 上文熱負(fù)荷估算分析， 綜合建筑面積熱指標(biāo)取值 45 W/㎡ （包括 5%的管網(wǎng)損失） ， 將 **污水處理廠污水熱能 結(jié)合熱泵系統(tǒng)全部利用起來可解決 140 萬平米規(guī)劃新建建筑供暖需求。按照以下技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)備選型： 表 5 過濾器設(shè)計(jì)要求 序號 技術(shù)要求 1 工況參數(shù) 冬季 總處理水量： 6700m3/h 水溫： 10℃ 2 過濾器性能指標(biāo) 單臺(tái)設(shè)計(jì)處理水量： ≥ 1200m3/h 過濾精度： 500 181。 過濾器使用壽命：≦ 20 年 持續(xù)供水，過濾器自清洗時(shí)不斷流。 過濾器殼體材料：優(yōu)質(zhì)碳素鋼，內(nèi)外表面加防腐涂層。 排污導(dǎo)管材料：不 銹鋼 316。 本項(xiàng)目最大小時(shí)用水量 6700m3/h，設(shè)計(jì)選擇 六 臺(tái) CBRCWY4S 全自動(dòng)自清洗過濾器，單臺(tái)處理量 1200 m3/h，設(shè)計(jì)為 六 用一備，增加了系統(tǒng)的安全可靠性。 表 6 過濾器 主要零部件材質(zhì) 本體 涂襯環(huán)氧樹脂的碳鋼 372 濾網(wǎng) 不銹鋼 316L（編織） 濾網(wǎng)支架結(jié)構(gòu) PVC 密封圈 橡膠， EPDM 控制單元 黃銅，不銹鋼，鋁 排污閥 鑄鐵、天然橡膠、環(huán)氧樹脂涂布 過濾器機(jī)械部分 滿足以下要求： 1) 過濾器滿 足長期連續(xù)工作，濾網(wǎng)可進(jìn)行自動(dòng)清洗，排污。 **污水處理廠再生水源熱泵工程初步方案 18 北京市 **地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司 3) 產(chǎn)品制造符合設(shè)計(jì)要求，出廠前進(jìn)行組裝、調(diào)試及性能試驗(yàn)。 5) 濾網(wǎng)、排污內(nèi)部導(dǎo)管等采用不銹鋼 316L 材料制造。并且裝有相應(yīng)的進(jìn)、出口壓力表。 3) 自動(dòng)過濾器的沖洗電機(jī)設(shè)過熱保護(hù)機(jī)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)過熱保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)控制柜接受過熱信號，并自動(dòng)切斷沖洗電機(jī)電源，使故障指示燈亮。 5) 過濾器控制系統(tǒng)不僅設(shè)差壓清洗，還設(shè)有定時(shí)清洗功能（沖洗間隔時(shí)間最大約 24 小時(shí)并可調(diào)）及連續(xù)清洗功能，確保清洗效果。 根據(jù) 甲方提供已有 水質(zhì) 參數(shù) ，本項(xiàng)目二級排放水中氯根和硫酸根含量較少，對于不銹鋼材料不構(gòu)成腐蝕威脅；腐蝕另有其它原因；初步判斷引起腐蝕的污垢種類為：生物、顆粒、析晶和腐蝕污垢。根據(jù)得到的不同不銹鋼材質(zhì)在不同的污水環(huán)境中的 電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果， 結(jié)合 本項(xiàng)目的水質(zhì)情況， 初步 選擇適合該項(xiàng)目的性價(jià)比好的板換板材為不銹鋼316。 按照以下技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)備選型： **污水處理廠再生水源熱泵工程初步方案 20 北京市 **地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司 表 8 板式換熱器選型技術(shù)要求 序號 技術(shù)要求 1 形式： 水 /水 板式換熱器 換熱介質(zhì) 一次側(cè) 再生水 (三級出水 ) 二次側(cè) 20%乙二醇溶液 換熱器沖洗方式：反沖洗 2 工況參數(shù) 冬季運(yùn)行工況 一次側(cè)進(jìn) /出口溫度： 10/4℃ 一次側(cè)壓力降： 80 KPa 二次側(cè)進(jìn) /出口溫度： 7/1℃ 二次側(cè)壓力降： 80 KPa 對數(shù)平均溫差： ≤ 3℃ 一次側(cè)設(shè)計(jì)壓力： ；二次側(cè)設(shè)計(jì)壓力： MPa。 4 換熱器材料、工藝要求 板片的材料：優(yōu)質(zhì) AISI316 不銹鋼，原裝進(jìn)口。 墊片材料： NBR 橡膠。 法蘭、接管材料： AISI316 不銹鋼。 夾緊螺柱材料： 45優(yōu)質(zhì)碳素鋼，進(jìn)行表面防銹處理，符合 ISO630 標(biāo)準(zhǔn)。 焊接材料應(yīng)符合 GB/T983 的規(guī)定。 換熱器采用單流程、平行流設(shè)計(jì)。 板換防堵塞、防結(jié)垢設(shè)計(jì) 二級水中的污雜物、懸浮物會(huì)對污水熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生沉積、附著、結(jié)垢、堵塞等不利影響 ，導(dǎo)致?lián)Q熱量下降。 板換的選型計(jì)算書 本方案選擇 7 組 丹麥 SONDEX 的 自由流 板式換熱器（ 6 用 1 備 ）， 每組由兩臺(tái)板換串聯(lián)組成， 材質(zhì)為不銹鋼 316，滿足本項(xiàng)目 再生 水利用的防腐蝕要求。 Datalist PHEType SF160IS10284TLALIQUID Hot side Cold side Flowrate (m3/h) Inlet temperature (176。C) Pressure drop (bar) **污水處理廠再生水源熱泵工程初步方案 22 北京市 **地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司 Heat exchanged (kW) 4231 Thermodynamic properties: Water 20 EtGlycol Density (kg/m179。*K/kW) Dimensioning factor % Inlet branch F1 F3 Outlet branch F4 F2 Design of Frame / Plate: Plate arrangement (passes*channel) 1 x 141 + 0 x 0 Plate arrangement (passes*channel) 1 x 142 + 0 x 0 Number of plates 284 Effective heat surface (m178。*K) 2, 2, Plate material mm AISI 316 Gasket material / Max. temp. NITRIL HT SONDERLOCK (G) / 150 Max. design temperature (176。 Datalist PHEType SF160IS10286TLALIQUID Hot side Cold side Flowrate (m3/h) Inlet temperature (176。C) Pressure drop (bar) Heat exchanged (kW) 3584 **污水處理廠再生水源熱泵工程初步方案 23 北京市 **地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司