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废水源热泵的工作原理

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废水源热泵的工作原理

发布日期:2016-11-17来源:www.sdylkt.com


   废水源热泵是利用污水处理厂出水量大,水质稳定,常年温度在l3~25℃等特点,以废水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。废水源热泵具有热量输出稳定、COP值高、换热效果好、机组结构紧凑等优点,是实现废水资源化的有效途径。废水源热泵比燃煤锅炉环保,污染物的排放比空气源热泵减少40%以上,比电供热减少70%以上。它节省能源,比电锅炉加热节省2/3以上的电能,比燃煤锅炉节省l/2以上的燃料。由于废水源热泵的热源温度全年较为稳定,其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右,其运行费用仅为普通中央空调的50%~60%因此,废水源热泵有着广阔的应用前景,但其使用还需解决以下问题:清洁技术的选择、系统形式的选择、废水源水温流量的问题以及其保证性和经济性问题。
   1废水源热泵工作原理及分类
    废水源热泵的技术状况和经济性与热源/热汇的特点密切相关。对热泵系统来说,理想的热源/热汇应具有以下特点:在供热季有较高且稳定的温度,可大量获得,不具有腐蚀性或污染性,有理想的热力学特性,投资和运行费用较低。在大多数情况下,热源/热汇的性质是决定其使用的关键。
   废水源热泵采用废水作为水源热泵的热源/热汇,它具有以下特点:产生量大,几乎全年保持恒定的流量;夏季温度低于室外温度,冬季高于室外温度,而且在整个供暖季和供冷季,水温波动不大;含有大量的热能,据估计,城市社区产生的废热40%含在污水中。因此,废水与热泵一起使用为区域供热供冷提供一种理想的热源/热汇。
   废水源热泵系统其供暖系统原理和普通水源热泵相同,主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流机构构成一个最简单的蒸汽压缩式热泵装置作为供热系统的热源。它通过蒸发器从污水中吸取热量Q,在冷凝器中放出热量Q(Q=Q+w)供给供热系统。这种供热系统只要消耗少量的电能W,便可得到满足房间供热所需要的热量Q。
    废水源热泵系统按照其使用的废水的处理状态可分为以未处理过的废水作为热源/热汇的废水源热泵系统和以二级出水或中水作为热源/热汇的废水源热泵系统;根据废水与热泵的热交换部分是否直接进行热交换,可分为间接利用系统和直接利用系统;从工况转换方式上看,大体可分为两种:一种是通过四通换向阀的换向来实现制热工况和制冷工况的转换;另一种是水切换式,即通过阀门改变水流方向来实现工况转换。
   2与其他热泵系统的简单比较
   将废水热能利用系统与地下水水源热泵系统和燃气锅炉供热+普通空冷空调供冷相结合的供能方式进行了比较,其结论从设备投资上看:在计增容费的情况下,废水热能利用系统最少,为地下水热泵系统的84.10%,为燃气+空冷空调系统的77.08%;在不计增容费的情况下,废水热能利用系统的设备投资为地下水水源热泵系统的81.32%,为燃气+空冷空调系统的227.08%。从年运行费用上看:燃气+空冷空调系统的运行费用最高,地下水水源热泵系统次之,废水源热泵系统为最低。3种供能方式的年运行成本以污水热能系统最低,仅为燃气+空冷空调系统的46.19%、为地下水热泵系统的72.50%。在投资有效期内(按20年考虑),综合比较3种方案的费用,废水源热泵系统的总运行费用大约是地下水水源热泵系统的70%左右,是燃气+空冷空调系统运行费用的45%左右。由此可见,废水源热泵系统比其它两方案更具经济性。总的来说,废水热能利用系统的经济性是十分显著的。
   3废水源热泵应用前景
   热泵技术的研究及应用在国内已进行多年,在油田领域,特别是稠油油田热污水资源丰富,推广应用热泵技术具有较大的潜力。
   (1)在稠油油田开采过程中,油井产液中带有大量的温度较高的工业污水,废水不能全部回用油田注汽锅炉,部分处理合格后排放或回注到地层,造成大量的热能浪费。热泵技术实现低位热能的资源的再利用,用于供热站和原油处理站等设备及人员相对集中的工作场所的保温,实现稠油油田余热利用的目的;
   (2)在目前91#原油集输处理站,原油加热转输依靠蒸汽换热降粘来完成,若对处理后的1.3x104m3/d的50℃左右的污水降低5~6℃,从中可提取8x104kW的热量用于原油外输,况且已有使用热泵进行稠油原油输送的试验与应用;
   (3)也可以为供热站、原油集输站、综合采油队等人员密集的工作场所提供生活用热水,洗涤化学器皿。

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