我國主要城市污水中可利用熱能狀況初探

論文類型	技術與工程	發表日期	2001-04-01
來源	《中國給水排水》2001年第4期
作者	尹軍,韋新東
關鍵詞	城市污水熱(冷)量節能利用
摘要	尹軍，韋新東 (吉林建筑工程學院，吉林長春130021) 　　摘　要：對我國北京、上海等47個主要城市污水中所賦存的可利用熱能狀況進行了分析與探討，分別計算了這些城市污水中賦存的熱(冷)量、可利用的熱(冷)量、節能量、可利用的熱量密度以及經濟效益，并根據城市污水賦存的可利用熱量密度與城市熱需要量密 ...

標題：

我國主要城市污水中可利用熱能狀況初探

可見全文

作者：

尹軍;韋新東;

發布時間：

2001-4-17

出自：

《中國給水排水》2001年第4期

關鍵字：

城市污水；熱(冷)量；節能；利用

摘要：

簡介：

尹軍，韋新東
(吉林建筑工程學院，吉林長春130021)

　　摘　要：對我國北京、上海等47個主要城市污水中所賦存的可利用熱能狀況進行了分析與探討，分別計算了這些城市污水中賦存的熱(冷)量、可利用的熱(冷)量、節能量、可利用的熱量密度以及經濟效益，并根據城市污水賦存的可利用熱量密度與城市熱需要量密度，將上述47個城市進行了類型化。
　　關鍵詞：城市污水；熱(冷)量；節能；利用
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2001)04-0027-04

　　近年來隨著經濟和技術的發展，如何充分有效地利用城市廢熱，日益引起人們的關注。其中，作為城市廢熱之一而排放的城市污水，由于具有穩定的水量和水溫，易于收集，污水中所賦存的熱能較高，可作為清潔能源在低溫區利用等一系列優點，正在受到越來越多的重視。特別是熱泵技術的不斷發展，使城市污水熱能利用系統日趨成熟，城市污水中所賦存的能量價值已初見端倪。可以說，將城市污水處理與其水量和熱量的同時利用相結合，是一種面向21世紀的理想的城市污水綜合利用方法。
　　由于國內有關城市污水熱能回收利用方面的研究報道很少，根據筆者在國外研究期間所收集的某城市污水處理廠污水熱能回收利用系統的實際運行參數和有關數據，對我國北京、上海等主要城市污水中可利用熱能狀況進行了若干分析和探討，以供在國內開展此項研究時參考。

　　1　分析方法

　　從是否利用城市污水的熱能角度出發，設定和比較了三種在國內外通常采用的采暖制冷系統如下。
　　①未有效利用城市污水熱能的采暖系統：
　　煤→鍋爐→熱交換器→制熱
　　②未有效利用城市污水熱能的采暖制冷系統：
　　電力→空氣源熱泵→制熱、制冷
　　③有效利用城市污水熱能的采暖制冷系統：
　　

　　城市污水中賦存的熱(冷)量、可利用熱(冷)量、投入能量削減量、節能量、節省運轉費用及可利用熱量密度等分別用式(1)～(7)計算。在計算分析中，制冷系數及制熱系數采用國外某城市污水處理廠污水熱能利用系統的實際運轉結果，其制冷系數為4.6，制熱系數為4.3。
　　　　　A＝B×C　　　　　　　　　　　　　　(1)
　　式中　A ——城市污水中賦存的熱(冷)量，4.2GJ/d
　　　　　B——污水流量，m³/d
　　　　　C——污水進、出口溫差。制冷時設定為5 ℃，制熱時設定為3.3 ℃(此為國外某城市污水處理廠的實際運轉值)
　　　　　D＝A·F/(F+1)　　　　　　　　　　　　　　　(2)
　　式中　D——城市污水中賦存的可利用冷量，4.2 GJ/d
　　　　　F——制冷系數，設定為4.6　
　　　　　G＝A·H/(H-1)　　　　　　　　　　　　　　　(3)
　　式中　G ——城市污水中賦存的可利用熱量，4.2 GJ/d
　　　　　H——制熱系數，設定為4.3
　　　　　I＝D(G)×(1／J-1／F(H))　　　　　　　　　　(4)
　　式中　I ——與空氣源熱泵相比的投入能量削減量，4.2 GJ/d
　　　　　J——空氣源熱泵制冷(熱)系數，制冷系數設定為4.0，制熱系數設定為3.5
　　　　　K＝(1／L-1／M·N)·G　　　　　　　　　　　　　(5)
　　式中　K ——與鍋爐相比的節能量，4.2 GJ/d
　　　　　L——鍋爐效率，設定為68%
　　　　　M——電力輸入效率，設定為28%
　　　　　N＝(1／L-P／H)·G·Q　　　　　　　　　　　　　(6)
　　式中　N ——與鍋爐相比的節省運轉費用，元/d
　　　　　P——電力單價/燃料單價，設此值為5
　　　　　Q——燃料單價，設此值為0.009 5元/MJ
　　　　　R＝G/S　　　　　　　　　　　　　　　　　　(7)
　　式中　R ——城市污水中賦存的可利用熱量密度，4.2 MJ/(km2·d)
　　　　　S——地區面積，km²

　　2　結果分析

　　根據國家統計部門公布的1996年的有關統計數據，選擇了北京、上海等47個國內主要城市，分別計算了這些城市污水中所賦存的熱(冷)量、可利用的熱(冷)量、投入能量的削減量，以及節能量和可節省的運行費用，其結果見圖1～5。

　　由圖1～5可見，各城市的污水中賦存熱量為0.84～92.82GJ/d，賦存的冷量為1.26～140.28GJ/d，賦存的可利用熱量為1.26～132.72GJ/d，賦存的可利用冷量為1.26～115.08GJ/d，投入能量削減量：制熱時為0.084～7.14GJ/d、制冷時為0.42～3.78GJ/d，節能量為0.84～84.84GJ/d，可節省的運行費用為4～390 元/d。在以上參數中，最大值與最小值基本相差10倍左右，而且主要和城市規模有關。
　　47個主要城市污水中賦存的可利用熱量密度與各城市的熱需要指標如圖6所示。

　　計算結果表明，在這些城市污水中賦存的可利用熱量密度為0.84～64.68MJ/(km²·d)，平均值為16.8 MJ/(km²·d)，而城市熱需要量密度為-0.3～13.0(m²·℃)/1 000 km²，平均值為5.7 (m2·℃)/1 000km²。一般說來，城市污水中賦存的可利用熱量密度和城市的熱需要指標越高，利用城市污水熱能的可能性也就越大。
　　為了進一步探討47個城市利用城市污水熱能的可能性，根據所得到的各城市污水中賦存的可利用熱量密度和城市熱需要量密度，通過矩陣分析進行了城市類型化，其結果如表1所示。
　　由表1可見，上述47個城市分屬四種不同類型，各類特征都不同，它從城市的熱量供需角度反映了各城市優先采用城市污水能利用系統的位置。如僅以城市的熱量供需的類型化進行分析，則第4種類型城市采用城市污水熱能利用系統的優先位置最低，但這種熱量的供需變化只是從城市宏觀總體的熱量供需密度進行分類的，而其城市面積又決定著該城市污水中賦存的可利用熱量密度和熱需要量密度的大小，故實際上即使是對于第4種類型城市，也完全可能在該城市的某一部分存在著可利用熱量密度和熱需要量密度較大的區域，從而使其成為可優先采用城市污水熱能利用系統的區域。

表1　熱量供需的類型化

類型	城市名	備注
1類	石家莊、南京、蘇州、上海、南通、杭州、合肥、長沙、南昌、西安、廣州、汕頭	城市污水中賦存的可利用熱量密度及熱需要量較高。
2類	北京、青島、鄭州、濟南、武漢、溫州、重慶、福州、成都	城市污水中賦存的可利用熱量密度較1類小，但熱需要量密度與1類基本相同。
3類	天津、銀川、秦皇島、蘭州、大連、太原、西寧、連云港、煙臺、寧波、貴陽、呼和浩特、長春、哈爾濱、沈陽、烏魯木齊	城市污水中賦存的可利用熱量密度較 2類小，熱需要量密度大小不一致。
4類	廈門、深圳、南寧、昆明、海口、三亞、湛江、珠海、桂林、北海	城市污水中賦存的可利用熱量密度及熱需要量較小。