我国主要城市污水中可利用热能状况初探

论文类型	技术与工程	发表日期	2001-04-01
来源	《中国给水排水》2001年第4期
作者	尹军,韦新东
关键词	城市污水热(冷)量节能利用
摘要	尹军，韦新东 (吉林建筑工程学院，吉林长春130021) 　　摘　要：对我国北京、上海等47个主要城市污水中所赋存的可利用热能状况进行了分析与探讨，分别计算了这些城市污水中赋存的热(冷)量、可利用的热(冷)量、节能量、可利用的热量密度以及经济效益，并根据城市污水赋存的可利用热量密度与城市热需要量密 ...

标题：

我国主要城市污水中可利用热能状况初探

可见全文

作者：

尹军;韦新东;

发布时间：

2001-4-17

出自：

《中国给水排水》2001年第4期

关键字：

城市污水；热(冷)量；节能；利用

摘要：

简介：

尹军，韦新东
(吉林建筑工程学院，吉林长春130021)

　　摘　要：对我国北京、上海等47个主要城市污水中所赋存的可利用热能状况进行了分析与探讨，分别计算了这些城市污水中赋存的热(冷)量、可利用的热(冷)量、节能量、可利用的热量密度以及经济效益，并根据城市污水赋存的可利用热量密度与城市热需要量密度，将上述47个城市进行了类型化。
　　关键词：城市污水；热(冷)量；节能；利用
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：B
　　文章编号：1000-4602(2001)04-0027-04

　　近年来随着经济和技术的发展，如何充分有效地利用城市废热，日益引起人们的关注。其中，作为城市废热之一而排放的城市污水，由于具有稳定的水量和水温，易于收集，污水中所赋存的热能较高，可作为清洁能源在低温区利用等一系列优点，正在受到越来越多的重视。特别是热泵技术的不断发展，使城市污水热能利用系统日趋成熟，城市污水中所赋存的能量价值已初见端倪。可以说，将城市污水处理与其水量和热量的同时利用相结合，是一种面向21世纪的理想的城市污水综合利用方法。
　　由于国内有关城市污水热能回收利用方面的研究报道很少，根据笔者在国外研究期间所收集的某城市污水处理厂污水热能回收利用系统的实际运行参数和有关数据，对我国北京、上海等主要城市污水中可利用热能状况进行了若干分析和探讨，以供在国内开展此项研究时参考。

　　1　分析方法

　　从是否利用城市污水的热能角度出发，设定和比较了三种在国内外通常采用的采暖制冷系统如下。
　　①未有效利用城市污水热能的采暖系统：
　　煤→锅炉→热交换器→制热
　　②未有效利用城市污水热能的采暖制冷系统：
　　电力→空气源热泵→制热、制冷
　　③有效利用城市污水热能的采暖制冷系统：
　　

　　城市污水中赋存的热(冷)量、可利用热(冷)量、投入能量削减量、节能量、节省运转费用及可利用热量密度等分别用式(1)～(7)计算。在计算分析中，制冷系数及制热系数采用国外某城市污水处理厂污水热能利用系统的实际运转结果，其制冷系数为4.6，制热系数为4.3。
　　　　　A＝B×C　　　　　　　　　　　　　　(1)
　　式中　A ——城市污水中赋存的热(冷)量，4.2GJ/d
　　　　　B——污水流量，m³/d
　　　　　C——污水进、出口温差。制冷时设定为5 ℃，制热时设定为3.3 ℃(此为国外某城市污水处理厂的实际运转值)
　　　　　D＝A·F/(F+1)　　　　　　　　　　　　　　　(2)
　　式中　D——城市污水中赋存的可利用冷量，4.2 GJ/d
　　　　　F——制冷系数，设定为4.6　
　　　　　G＝A·H/(H-1)　　　　　　　　　　　　　　　(3)
　　式中　G ——城市污水中赋存的可利用热量，4.2 GJ/d
　　　　　H——制热系数，设定为4.3
　　　　　I＝D(G)×(1／J-1／F(H))　　　　　　　　　　(4)
　　式中　I ——与空气源热泵相比的投入能量削减量，4.2 GJ/d
　　　　　J——空气源热泵制冷(热)系数，制冷系数设定为4.0，制热系数设定为3.5
　　　　　K＝(1／L-1／M·N)·G　　　　　　　　　　　　　(5)
　　式中　K ——与锅炉相比的节能量，4.2 GJ/d
　　　　　L——锅炉效率，设定为68%
　　　　　M——电力输入效率，设定为28%
　　　　　N＝(1／L-P／H)·G·Q　　　　　　　　　　　　　(6)
　　式中　N ——与锅炉相比的节省运转费用，元/d
　　　　　P——电力单价/燃料单价，设此值为5
　　　　　Q——燃料单价，设此值为0.009 5元/MJ
　　　　　R＝G/S　　　　　　　　　　　　　　　　　　(7)
　　式中　R ——城市污水中赋存的可利用热量密度，4.2 MJ/(km2·d)
　　　　　S——地区面积，km²

　　2　结果分析

　　根据国家统计部门公布的1996年的有关统计数据，选择了北京、上海等47个国内主要城市，分别计算了这些城市污水中所赋存的热(冷)量、可利用的热(冷)量、投入能量的削减量，以及节能量和可节省的运行费用，其结果见图1～5。

　　由图1～5可见，各城市的污水中赋存热量为0.84～92.82GJ/d，赋存的冷量为1.26～140.28GJ/d，赋存的可利用热量为1.26～132.72GJ/d，赋存的可利用冷量为1.26～115.08GJ/d，投入能量削减量：制热时为0.084～7.14GJ/d、制冷时为0.42～3.78GJ/d，节能量为0.84～84.84GJ/d，可节省的运行费用为4～390 元/d。在以上参数中，最大值与最小值基本相差10倍左右，而且主要和城市规模有关。
　　47个主要城市污水中赋存的可利用热量密度与各城市的热需要指标如图6所示。

　　计算结果表明，在这些城市污水中赋存的可利用热量密度为0.84～64.68MJ/(km²·d)，平均值为16.8 MJ/(km²·d)，而城市热需要量密度为-0.3～13.0(m²·℃)/1 000 km²，平均值为5.7 (m2·℃)/1 000km²。一般说来，城市污水中赋存的可利用热量密度和城市的热需要指标越高，利用城市污水热能的可能性也就越大。
　　为了进一步探讨47个城市利用城市污水热能的可能性，根据所得到的各城市污水中赋存的可利用热量密度和城市热需要量密度，通过矩阵分析进行了城市类型化，其结果如表1所示。
　　由表1可见，上述47个城市分属四种不同类型，各类特征都不同，它从城市的热量供需角度反映了各城市优先采用城市污水能利用系统的位置。如仅以城市的热量供需的类型化进行分析，则第4种类型城市采用城市污水热能利用系统的优先位置最低，但这种热量的供需变化只是从城市宏观总体的热量供需密度进行分类的，而其城市面积又决定着该城市污水中赋存的可利用热量密度和热需要量密度的大小，故实际上即使是对于第4种类型城市，也完全可能在该城市的某一部分存在着可利用热量密度和热需要量密度较大的区域，从而使其成为可优先采用城市污水热能利用系统的区域。

表1　热量供需的类型化

类型	城市名	备注
1类	石家庄、南京、苏州、上海、南通、杭州、合肥、长沙、南昌、西安、广州、汕头	城市污水中赋存的可利用热量密度及热需要量较高。
2类	北京、青岛、郑州、济南、武汉、温州、重庆、福州、成都	城市污水中赋存的可利用热量密度较1类小，但热需要量密度与1类基本相同。
3类	天津、银川、秦皇岛、兰州、大连、太原、西宁、连云港、烟台、宁波、贵阳、呼和浩特、长春、哈尔滨、沈阳、乌鲁木齐	城市污水中赋存的可利用热量密度较 2类小，热需要量密度大小不一致。
4类	厦门、深圳、南宁、昆明、海口、三亚、湛江、珠海、桂林、北海	城市污水中赋存的可利用热量密度及热需要量较小。