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污水空调技术国内外研究应用进展

时间:2017-12-27 17:01 作者:水空调 点击: 污水空调技术是我国当前各类热泵技术中发展和应用前景被看好的一类技术,节能减排效果显著。

  污水空调技术是我国当前各类热泵技术中发展和应用前景被看好的一类技术,节能减排效果显著。该技术是以城市污水为建筑供热源和排热汇、解决建筑物冬季供暖、夏季空调和全年热水供应的重要技术,也是城市污水资源化开发利用的新思路和有效途径。污水空调系统的节能效果首先表现在一次能源利用效率上;其次污水空调系统具有明显的减排效果。因此,开发利用城市污水低位热能资源,降低建筑冬季供暖、夏季空调和生活热水供应对化石燃料能源资源的消耗,对促进我国建设节约型社会、节约能源、保护环境具有重要的社会发展意义,对促进人与建筑、人与城市环境、建筑与环境的和谐并存和可持续发展具有重要的建筑科学学术发展意义。目前,世界上污水空调技术的研究、开发和应用主要集中在北欧、日本和我国。

  从污水空调系统的规模看,北欧主要发展大型污水空调站,其供热规模总量目前在上处于地位。从污水热能提取方式看,北欧以污水热能直接提取方式为主。从污水换热设备形式看,北欧早期采用喷淋式管束式或板式换热器,随着污水防堵塞技术的成熟,大型壳管式污水换热器的应用越来越多,并成为主导换热器形式。与北欧污水空调技术相比旧本污水空调技术突出的特点在于针对城市原生污水在堵塞和换热过程中的特殊性,开发了闭式污水自动清污过滤器和开式自动旋筛过滤器,保证了城市污水取水的连续性和稳定性;开发了内置滑动毛刷的、具有能够实现换热管内污水流向自动换向功能的自清洗污水换热器,避免了因污水中的污杂物在换热管内的沉积而带来的换热器换热效率降低的问题,提高了污水换热器的换热效率。污水取水和换热是污水空调系统中的关键问题。
  在污水取水技术上,我国已形成具有自主知识产权的多种污水取水技术,成功地解决了城市原生污水和污水厂二级处理污水取水问题。在污水换热技术上,我国则刚刚起步,许多问题亟待解决。首先,由于城市污水的非牛顿特性和复杂性,增加了污水换热器的设计难度。其次,由于污水中小尺度污染物浓度高,极易在换热管内外表面沉积形成薪性污泥层。第三,污水侧换热管内置毛刷和弹簧的清污方法尽管提高了污水换热效率,但也增加了内置物被污泥粘住、发生换热管路堵塞的问题;另外,人们普遍重视该技术工程应用类问题的研究和开发,而对污水取水换热过程中污水流动特性、污泥污垢生长和去除、污水换热和强化换热等关键基础性问题的研究仅处于刚刚起步阶段。
  因此,污水换热器污水侧除污与强化换热是目前污水空调技术在解决稳定取水问题后又一个迫切需要解决的关键问题,它直接关系到水温空调系统在全年运行能耗的高低,关系到该项技术的实际节能效果,关系到污水换热设备结构大小和设备投资,关系到污水空调技术进一步的推广应用。
  一、前置过滤技术
  刷式和反冲洗式过滤装置的基本思想是先用滤网把污水中污杂物过滤掉,然后采用毛刷或污水回水反冲洗的方式清理滤网以实现连续过滤。
  1、刷式自清洗过滤器
  日本开发的污水自动滤筛器装置由筒状旋转滤筛、驱动电机、刮刷和排污阀组成。运行时,电动机带动筒状滤筛旋转,污水中杂质在离心力的作用下甩向筒壁,被过滤筛过滤掉,黏在滤筛上的污杂物被刮刷掉,并被污水反冲排回污水干渠。
  2、反冲洗式自清洗过滤器
  哈尔滨工业大学提出了城市原生污水热能资源化工艺与技术,利用旋转滤面技术发明了污水取水装置。污水首先进入污水取水机的A腔中,经过旋转滤筒的过滤进入B腔中,污杂物被过滤黏在旋转滤筒上,并随着旋转滤筒旋转至C腔处,从污水换热器流出的污水进入C腔中对旋转滤筒进行反冲洗,此时滤面得以。
  该装置早于2003年9月应用于哈尔滨望江,目前,在哈尔滨、北京、大庆、天津等城市也有工程应用,效果良好。
  采用反冲洗方法的过滤装置还有污水或地表水空调系统转筒式防堵装置,旋转板式自动除污取水装置和旋转筒式自动除污取水装置,污水全自动除污机,都采用了滤面连续的反清洗技术,收到了不错的效果。
  二、疏导式换热技术
  疏导式换热技术即不采用前置过滤装置,污水直接进入换热器或热泵机组换热,悬浮物可以顺畅流过换热设备,而不发生缠绕和滞留。宽流道技术及疏导管式换热技术都是基于这种疏导的思想提出的。
  1、宽流道技术
  宽流道污水换热器每排管由多个方形管并列组成,管内走清水,每两排管之间形成较宽的流道,该流道内走污水,流道宽度可根据污水中污杂物状况而设计,从而可以使其顺畅通过。为了避免污水分流时悬浮物在其内部缠绕,宽流道换热器污水侧流道按单一设计。但由于其流道较宽及其结构的特殊要求,悬浮物滞留问题和结构方面的可靠性问题成为其固有的缺陷。
  2、疏导管式换热技术
  传统管壳式换热器作为污水换热器时污水一般走管内,这样便于污垢的清洗,但是会造成堵塞。疏导管式换热技术是在传统管壳式换热器基础上加大换热管管径,从而可以使悬浮物顺畅通过,而不发生堵塞。同时,为了防止污水分流时悬浮物缠绕,采用了流道分离结构。疏导管式换热器换热面内部无焊口,耐压、无疲劳损伤,无漏水风险。由于增大了换热管的管径,必然会使换热器紧凑性下降,但因不需要使用前置过滤装置,整体上来看设备的占地面积不增反减;而且采用大管径后由于流动阻力减小,水泵能耗也会降低,综合效率提高;由于没有悬浮物滞留,不易积垢,而且相对于传统的管壳式换热器换热管的数量可减少75%左右,因此清洗工作量减少,设备维护简单。
  疏导管式换热技术已大量应用于工程中,它们采用了不同水质的污水,都运行稳定,效果良好,清洗维护周期均在1~2个采暖季以上。
  三、问题分析与结语
  可见,近年来污水空调技术的研究取得了很大进展,但还存在很多不足之处。
  (1)在前置过滤技术方面,现有的前置过滤装置很多,但这些设备都存在的缺陷,如目前常见的基于旋转滤面技术开发的过滤装置普遍存在内泄漏的问题,反冲水混入进水,造成进水温度降低,从而影响系统效率。
  (2)除垢技术方面,针对污水空调的除垢装置基本没有,对于管壳式换热器的除垢措施很多,但很多装置不能在水质较差的原生污水中使用。小水量轮替工艺和循环流化床技术有望应用于污水空调系统中,但尚停留在试验阶段,需要进一步研究。
  (3)无论是前置过滤技术、疏导式换热技术还是除垢技术的应用大多是在间接式系统上,而直接式系统同样需要解决堵塞和结垢的问题。如果采用前置过滤装置,由于污水直接进入机组换热,要使机组不堵塞,对于前置过滤装置的要求必然会高,因此直接式系统可用的前置过滤装置需要进一步研究;若把疏导式换热技术应用于热泵机组,疏导管式技术会造成机组体积增大从而增大系统投资,而宽流道技术中换热器承压以及除垢问题尚需解决。
  因此,对于有前置过滤装置的污水空调系统来说,要保证热泵系统效率,在开发前置过滤装置时应特别注意做好密封,以防止内泄漏的发生;除垢技术方面可以研究小水量轮替工艺和循环流化床技术在污水中的应用。另外,对于直接式污水空调系统的研究,可以着重解决开发前置过滤装置和把疏导式换热技术应用于直入式热泵机组中时所面临的问题。
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