能源局入编
银川市污水源热泵供热技术研究及应用示范
为进一步优化公司热源结构，宁夏电投热力有限公司（以下简称热力公司）计划建设污水源热泵系统供热项目。该项目设计供热能力9MW，供热面积20万㎡。项目采用银川市二污水厂污水作为热源，提取污水池内11℃的低品质能源，利用热泵技术，将温度提升至45℃,达到地板辐射供暖要求，为兴洲花园C区及周边区域供热，建设地点为银川市西夏区丽子园北街东侧，四清沟以北处。
项目名称：银川市污水源热泵供热技术研究及应用示范项目类型：可再生能源供暖项目
建设规模：建设规模9MW,供热面积20万㎡。建设热泵机房1座，取水泵站1座，安装4套污水源热泵机组及其配套设施，敷设供热管网1109m（槽长）
总投资：1808.42万元
建成投运时间：项目于2020年12月30日取得了工程竣工验收合格证明书，投入运营。
能源供应消纳条件：项目供热区域为银川市西夏区兴洲花园C区及周边区域，处于学院东路与政通路交叉路西南方向。该区域规划总供热面积50万㎡，现期供热面积约20万㎡，远期预留供热面积约为30万㎡。
可再生能源资源条件：宁夏银川市第二污水处理厂于2016年建设，采用较为先进的污水处理工艺，其设计规模为10万t/d，现先期日处理规模达到5万t/d。服务范围：西起宁朔路，东至包兰铁路，北起同昌路（远期北起同昌路北侧规划路），南至北京路，服务面积36.7km。
项目所在地生态环境：项目建设前期调研了解到，2017年银川市可吸入颗粒物平均浓度为117μg/m³,超出国家年均二级标准0.7倍，与2016年同期相比，可吸附颗粒物年均浓度上升5.4%。全市细颗粒物年均浓度49μg/m³,超出国家年均二级标准0.4倍。二氧化硫浓度超出国家年均二级标准1.15倍，二氧化氮浓度超出国家年均二级标准0.05倍，生态环境不容乐观。
图1示范点建设厂房实景图
二、技术路线及工艺流程
（一）负荷情况
项目建成投产为银川市西夏区兴洲花园C区及周边区域的城市居民提供冬季供暖所用供热热负荷，总计供热面积20万㎡。
兴洲花园C区及周边区域位于银川市西夏区，处于学院东路与政通路交叉路西南方向。该区域规划总供热面积50万㎡，根据兴洲花园C区及周边区域设计单位设计图纸，现阶段兴洲花园C区及周边区域总供热面积20万㎡，其中低区供热面积10.4万㎡，高区9.6万㎡。该区域均为新建小区，最高建筑高度54m（18层）。远期预留供热面积约为30万㎡。
根据热负荷和供暖期不同的室外平均温度，计算出不同室外平均温度下的热负荷值，本项目实施全年供暖耗热量如下：
全年供暖总耗热量：79859.85GJ；
全年供暖h数：3624h；
全年供暖最大利用h数：2470h
（二）技术路线
本项目的技术应用是通过热泵技术，开发利用清洁环保节能的新能源，来降低污染物的排放。项目技术核心设备为热泵机组。热泵机组是热泵系统中的核心设备，又称“主机”。该机组是通过制冷工质的压缩、冷凝、膨胀、蒸发四个循环步骤来完成冷热量的提取与输出过程：冬季蒸发器吸收污水中的热量，冷凝器将热量传输给末端散热设备，实现制热供暖。机组的运行过程需要电能来驱动。工艺流程如下图所示：
本项目设计根据污水源热泵系统热源的分类，对污水源热泵系统的热源进行对比分析，研究了城市污水中自然污水与污水处理厂中水或一级出水作为热源的特点，得出使用污水厂处理的中水作为热源是可行的，比自然污水具有一定优势。用以电力作为驱动能源的污水源热泵系统，回收城市污水处理厂中的热能在理论上是完全可行的，也是比自然污水更具有优势的热源。
在项目实施之前，根据污水处理水质报告，结合现阶段热泵机组性能，项目小组反复推敲实验，决定取消疏导式换热器，在热泵机组定制前段安装Y型过滤器、在线除污器。该创新大幅降低了设备购置成本，经过三个供暖期运行验证，完全符合本地污水状况，将在本地大力推广。取消疏导式换热器后的工艺流程如下图所示：
城市污水的排放量稳定、水温相对恒定，冬暖夏凉，可利用的热能较多，是一种非常适合作为承担城市建筑物供热的能量来源，所以项目在技术应用上是有很强的可行性。
（三）系统配置
本项目设计供热供回水温度45℃/35℃、污水源热泵机组四台，单台名义制热量2160kW；另配置污水取水泵、供热循环泵、补水泵、在线除污器、以及配电和电气自控系统。热泵机组设计使用寿命20年。该项目热泵机组及系统调试、试运行、日常运行较为稳定，系统运行性能可靠，达到了建设目的。主要配置设备如下：
机组出力控制：在设定好出水温度界限值后，机组的运行出力与末端热负负荷不相等时，若机组出力大，则一段时间后出水温度达到设定值，机组自动停机，末端循环泵连续运行，进水温度等于设定值后，机组起机，如此往复。进出水温度界限值的设定可以根据室外天气进行调整。因此热泵机组的运行是一种定流量质调节间歇运行方式。
管网的循环水泵及补水泵均采用设置变频装置，当系统正常工作时，由补水泵来完成系统的补水和定压，正常补水量按循环水量的1%计算，事故补水量按循环水量的2%计算。补给水泵流量按热水网正常补水量的4～5倍选择。
为控制调节和热计量方便，系统设有热量计量装置和气候补偿仪。为便于今后运行管理和减少运行成本，达到减员增效的目的，同时，为了能更好的满足热用户的需要，保证供热质量，节省能源，热力站按照远程监测无人值守设计建设。
（四）运行情况
该项目已运行3个供暖季（每年11月1日-次年3月31日），在运营管理上，结合设备性能和运行实际进行科学管理。在运行期间，设备运行正常，所供热区域供热质量良好，居民冬季室内温度达到20℃以上。项目通过消耗一定电量，日提取污水达到5万t/d，热泵机组平均热电能效比COP达到4.5左右。2020－2021年供暖季为项目建成投产系统调试优化期，2021－2022年、2022－2023年供暖季运行数据如下：
图2项目建成投运
三、经营模式
该项目建设资金为企业自筹，经营方式为城市集中供暖，按政策价格收取一定供暖费。
四、效益分析
（一）经济效益
该项目由热力公司根据《企业会计准则》及相关财务管理规定进行账务设置和核算。投用后，财务状况良好，不存在资产负债等等不良状况，单位利润12.96元/㎡，年投资收益率为10.77%。
（二）社会效益
《北方地区冬季清洁取暖规划》（2017－2021年）中要求，到2019年，北方地区清洁取暖率达到50%，替代散烧煤（含低效小锅炉用煤）7400万吨。到2021年，北方地区清洁取暖率达到70%，替代散烧煤（含低效小锅炉用煤）1.5亿t。《银川市城市供热总体规划（2016－2025）》明确指出至2025年集中供热普及率83%以上，天然气及电动热泵等分散清洁能源供应占17%，鼓励技术创新，建议积极探索、研究和利用可再生能源供热等新型环保供热方式。本开展示范项目建设，完善了银川市城市市政公共设施，提高居民的生活水平和生活质量。
（三）环境效益
该项目通过利用污水清洁新能源，来降低污染物的排放，实现资源循环利用，变废为宝，充分体现了低碳城市发展的理念，而且对控制大气污染，保护环境，对建设低碳的城市具有重大的现实意义。该项目相比热电联产供热，年可节约标准煤2730.3t/年，省煤率到达80%；年减少二氧化碳排放约6743.8t/年；年减少二氧化硫排放约54.6t/年；年减少粉尘排放约27.3t/年，取得了明显的环境效益和社会效益。同时，项目的实施为今后银川市污水源热泵系统的推广应用奠定基础。
五、突出亮点
（一）技术成熟，并有所创新
本项目立足对污水源热泵供热系统的设计优化，包括采取在线除污器、机组换热采用满液、降膜换热形式，采用紊流防堵塞技术、取消中间换热器等，对换热机组进行换热形式优化、换热机组布置优化的研究，取消疏导式换热器，提高了系统效益，实现了本地化最佳的污水源热泵供热系统建设方案。并针对污水源热泵机组节电运行优化，制定了运行方案、管理制度和操作规程，并纳入公司技术监督体系，运营管理将以标准执行，有据可依，保证了供热机组安全、经济运行。
（二）低碳环保，可持续性、推广性强
污水源热泵供热是一项环保、节能综合应用项目，是城市未来建设重要的基础发展方向，也是城市现代化水平的标志之一。不仅可以完善银川市城市市政公共设施，提高居民的生活水平和生活质量，减轻银川市的环境空气、水体污染程度。目前，银川市中心每天产生的污水量在60万m³左右，污水源热能并未进行有效利用。同时，随着城市发展规模的不断壮大，污水量及建筑能耗也在日益增大，项目推广应用及产业化前景极为广阔。现宁夏电投热力公司自2023年投资银川市三污厂污水源热泵供热项目，目前项目已完成设备采购，正在建设安装中。
六、问题和建议
建议政府尽快出台再生水源热泵供热发展相关政策，将再生水资源利用规范化，保证再生水源热泵供热取水量，并落实清洁能源综合利用有关补贴标准，促进清洁供热高质量发展。
京公网安备 11011502004515号 
