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廢水源熱泵的工作原理

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廢水源熱泵的工作原理

發布日期:2016-11-17來源:www.boisefiretrucks.com


   廢水源熱泵是利用污水處理廠出水量大,水質穩定,常年溫度在l3~25℃等特點,以廢水作為熱源進行制冷、制熱循環的一種空調裝置。廢水源熱泵具有熱量輸出穩定、COP值高、換熱效果好、機組結構緊湊等優點,是實現廢水資源化的有效途徑。廢水源熱泵比燃煤鍋爐環保,污染物的排放比空氣源熱泵減少40%以上,比電供熱減少70%以上。它節省能源,比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能,比燃煤鍋爐節省l/2以上的燃料。由于廢水源熱泵的熱源溫度全年較為穩定,其制冷、制熱系數比傳統的空氣源熱泵高出40%左右,其運行費用僅為普通中央空調的50%~60%因此,廢水源熱泵有著廣闊的應用前景,但其使用還需解決以下問題:清潔技術的選擇、系統形式的選擇、廢水源水溫流量的問題以及其保證性和經濟性問題。
   1廢水源熱泵工作原理及分類
    廢水源熱泵的技術狀況和經濟性與熱源/熱匯的特點密切相關。對熱泵系統來說,理想的熱源/熱匯應具有以下特點:在供熱季有較高且穩定的溫度,可大量獲得,不具有腐蝕性或污染性,有理想的熱力學特性,投資和運行費用較低。在大多數情況下,熱源/熱匯的性質是決定其使用的關鍵。
   廢水源熱泵采用廢水作為水源熱泵的熱源/熱匯,它具有以下特點:產生量大,幾乎全年保持恒定的流量;夏季溫度低于室外溫度,冬季高于室外溫度,而且在整個供暖季和供冷季,水溫波動不大;含有大量的熱能,據估計,城市社區產生的廢熱40%含在污水中。因此,廢水與熱泵一起使用為區域供熱供冷提供一種理想的熱源/熱匯。
   廢水源熱泵系統其供暖系統原理和普通水源熱泵相同,主要由壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流機構構成一個最簡單的蒸汽壓縮式熱泵裝置作為供熱系統的熱源。它通過蒸發器從污水中吸取熱量Q,在冷凝器中放出熱量Q(Q=Q+w)供給供熱系統。這種供熱系統只要消耗少量的電能W,便可得到滿足房間供熱所需要的熱量Q。
    廢水源熱泵系統按照其使用的廢水的處理狀態可分為以未處理過的廢水作為熱源/熱匯的廢水源熱泵系統和以二級出水或中水作為熱源/熱匯的廢水源熱泵系統;根據廢水與熱泵的熱交換部分是否直接進行熱交換,可分為間接利用系統和直接利用系統;從工況轉換方式上看,大體可分為兩種:一種是通過四通換向閥的換向來實現制熱工況和制冷工況的轉換;另一種是水切換式,即通過閥門改變水流方向來實現工況轉換。
   2與其他熱泵系統的簡單比較
   將廢水熱能利用系統與地下水水源熱泵系統和燃氣鍋爐供熱+普通空冷空調供冷相結合的供能方式進行了比較,其結論從設備投資上看:在計增容費的情況下,廢水熱能利用系統最少,為地下水熱泵系統的84.10%,為燃氣+空冷空調系統的77.08%;在不計增容費的情況下,廢水熱能利用系統的設備投資為地下水水源熱泵系統的81.32%,為燃氣+空冷空調系統的227.08%。從年運行費用上看:燃氣+空冷空調系統的運行費用最高,地下水水源熱泵系統次之,廢水源熱泵系統為最低。3種供能方式的年運行成本以污水熱能系統最低,僅為燃氣+空冷空調系統的46.19%、為地下水熱泵系統的72.50%。在投資有效期內(按20年考慮),綜合比較3種方案的費用,廢水源熱泵系統的總運行費用大約是地下水水源熱泵系統的70%左右,是燃氣+空冷空調系統運行費用的45%左右。由此可見,廢水源熱泵系統比其它兩方案更具經濟性?偟膩碚f,廢水熱能利用系統的經濟性是十分顯著的。
   3廢水源熱泵應用前景
   熱泵技術的研究及應用在國內已進行多年,在油田領域,特別是稠油油田熱污水資源豐富,推廣應用熱泵技術具有較大的潛力。
   (1)在稠油油田開采過程中,油井產液中帶有大量的溫度較高的工業污水,廢水不能全部回用油田注汽鍋爐,部分處理合格后排放或回注到地層,造成大量的熱能浪費。熱泵技術實現低位熱能的資源的再利用,用于供熱站和原油處理站等設備及人員相對集中的工作場所的保溫,實現稠油油田余熱利用的目的;
   (2)在目前91#原油集輸處理站,原油加熱轉輸依靠蒸汽換熱降粘來完成,若對處理后的1.3x104m3/d的50℃左右的污水降低5~6℃,從中可提取8x104kW的熱量用于原油外輸,況且已有使用熱泵進行稠油原油輸送的試驗與應用;
   (3)也可以為供熱站、原油集輸站、綜合采油隊等人員密集的工作場所提供生活用熱水,洗滌化學器皿。

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