T/AHEMA 21-2022 煤矿企业矿井水、洗浴污水余热利用 技术规范

内容简介

本文件适用于煤矿企业新建、扩建和改建时，以矿井水、洗浴污水等原生污水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸汽压缩热泵技术进行制冷、供暖和制取生活热水的系统工程设计、施工及验收
余热利用系统工程的规划设计需要综合考虑当前的技术和经济条件、建筑用能特点、用热性质和水质状况，针对系统经济性进行合理设计、规范施工
为使矿区余热利用在工程设计、施工及验收时，做到技术先进、经济合理、安全可靠，保证工程质量，避免项目实施过程中的盲目性，促进余热利用技术的良性发展，特制定本文件
余热利用系统工程的规划、设计、施工及验收，除应符合本文件外，尚应符合国家现行有关法律、标准和规范的规定
本文件不适用于以城市供热为目的的余热回收系统设计
5余热利用系统设计参数污水设计参数5.1.1污水余热利用在设计前应对污水的全年（每天）最大流量和最小流量、流速、每天排水时间段、以及全年最高水温和最低水温等参数进行现场调查，同时应记录各季节变化情况和典型天的逐时变化数据。5.1.2设计工况下污水源可利用的温降（温升）不宜小于3℃。5.1.3污水源为矿井水时，污水温度宜在25℃左右。5.1.4污水源为洗浴污水时，污水温度宜在35℃左右。污水处理措施5.2.1在低温污水源利用中需要对污水进行处理时，宜采用低成本的物理措施，具体方法的选择应综合考虑污水处理技术效果与换热器运行维护要求等因素，经技术经济分析后确定。5.2.2污水源为洗浴污水时，污水在进入污水取水管路前应设置废水收集池，池前宜设置孔径≤10mm的自动清洗滤网或格栅。且在进入换热设备前应设置具有连续自动除污功能的取水除污器，并满足换热设备使用要求。5.2.3除污器滤网孔眼面积的总和应不小于连接管道截面积的2.0倍，滤网孔眼直径宜采用3mm～4mm，或过滤网眼宜采用10～15目。5.2.4污水源为矿井水，且换热器设置在原水池（沉淀池）与二沉池之间时，在取水管路上宜设置常规过滤装置。集水池设计参数5.3.1集水池有效容积不宜小于最大一台污水泵5min的出水量，且污水泵每小时自动次数不宜超过6次。5.3.2集水池除满足有效容积外，还应满足水泵装置、水位控制器、格栅等安装、检查要求。5.3.3集水池设计最低水位，应满足水泵吸水要求。5.3.4集水池应设置保温盖板。5.3.5集水池底部应设集水坑，污水泵泵池或离心泵吸水管放置在集水坑内；池底宜有不小于5%坡度坡向泵位；集水坑的深度及平面尺寸，一般不小于深度600mm、宽度600mm和长度800mm，也可按水泵类型而定。5.3.6考虑到检修和维护的方便，集水池宜设计2个，中间隔墙用过流洞连通，过流洞安装双向承压阀门，需要排空集水池时可切断上游阀门进水，用移动潜污泵排空清洗。5.3.7集水池平面尺寸应根据水泵工作液位和保护液位之间的容积进行设计，容积不宜太大一面淤积沉淀物。设计时应结合泵的布置形式、联建格栅渠的共璧尺寸、集水池配水渠尺寸以及配水渠与泵的距离等参数确定。5.3.8集水池最高设计水位不得高于重力进水管设计充满度时的水位标高，设计最低水位应满足所选水泵吸水头的要求；自灌式水泵应满足水泵叶轮浸没深度的要求。5.3.9水位设计主要确定如下参数：1)最高水位。一般指水泵正常运行情况下进水达到设计流量时的集水池水位，为“进水+管设计水位-格栅、阀门等设备及沿途水头损失”。对于日处理量小5000t的污水而言，一般去进水干管管底标高。2)集水池有效水深（用于计算有效容积）。指从最高水位到保护液位之间的水深，一般取1.5m～2.0m，每小时启泵次数不得超过6次，因此对于间歇工作的水泵最短工作周期应大于10min。3)正常水位。正常水位指集水池运行中经常保持的水位，一般根据水池有效水深的平均值确定。初定扬程时主要根据集水池正常水位与所需提升的最高水位来计算。但由于水泵在运行过程中，集水池水位在最高与最低水位之间变化，因此校核水泵运行工况时应考虑其在此范围内是否均处于高效段工作。4)最低液位。应该同时满足不高于按照集水池最高水位和集水池有效容积推算的最低水位，以及满足管道、水泵养护管理需要的最低水位。最低液位宜淹没泵体，省去冷却及管理的需要。5)启泵液位。单泵启动水位不仅要结合集水池的构造特点设计，而且要满足但水泵为自动控制时每小时开启水泵不得超过6次的规范要求，因此水泵启动水位到最低水位之间水体的体积至少要满足最大一台水泵最短工作周期（10min）出水量的要求。冷热水、水质及空调设计参数5.4.1冷水的计算温度，应以当地最冷月平均水温资料确定，当无水温资料时，可按10℃～15℃计算。5.4.2热水用水定额、水温和水质应符合GB50015要求。5.4.3生活热水的原水水质应符合GB5749的要求。5.4.4集中热水供应系统的原水的水处理，应根据水质、水量、水温、水加热设备的构造、使用要求等因素按下列要求确定。1)生活日用热水量（按60℃计）大于或等于10m3且原水总硬度（以碳酸钙计）大于300mg/L时，宜进行水质软化或稳定处理。2)经软化处理后的水质总硬度宜为：洗衣房用水：50mg/L～100mg/L；其它用水：75mg/L～120mg/L。3)水质稳定处理应根据水的硬度、适用流速、温度、作用时间或有效管道长度及工作电压等，选择合适的物理处理或化学稳定剂处理方法。5.4.5集中热水供应系统的水加热设备出水温度应根据原水水质、使用要求、系统大小及消毒设施灭菌效果等确定，如达不到本条规定时，应设置致病菌的设施或采取消灭致病菌的措施，并应符合下列规定：1)进入水加热设备的冷水总硬度（以碳酸钙计）小于120mg/L时，水加热设备最高出水温度应小于或等于70℃；冷水总硬度（以碳酸钙计）大于或等于120mg/L时，最高出水温度应小于或等于60℃。2)配水点水温不应低于45℃。5.4.6建筑内冬季采暖、夏季制冷时设计参数应符合DB34/1467和DB34/1466规定。6余热系统设计一般规定6.1.1方案设计前，应对污水参数进行详细调查，应收集尽可能长时间的相关监测调查资料，并对污水输送管线与污水源热泵站选址进行工程勘察。6.1.2利用矿井水作为热源时，通常将污水处理厂内原水池（沉淀池）作为污水收集池。6.1.3洗浴污水作为热源时，在排放口应设置污水收集池。6.1.4水源热泵站选址宜靠近污水水源收集池。6.1.5热泵循环系统宜设计为开式系统，设计为闭式系统时应遵循本文件相关要求。6.1.6热泵机组、循环水泵、换热装置和污水处理器宜设计为一用一备。6.1.7低温污水余热系统设计根据使用特征，应包括污水取水部分、用热水部分、热泵机组性能部分、换热部分、管路部分、空调水部分、控制部分和数据监测部分等设计内容。热泵机组设计6.2.1装机容量设计应根据污水源能够提取的热量为依据，选择水源热泵机组的容量。6.2.2热泵机组台数的选择不宜少于两台；两台以上机组并联运行时，应保持水的平衡，避免偏流。6.2.3水源热泵机组的设计或运行工况与名义工况不一致时，应根据性能曲线对水源热泵机组的制冷量、制热量及实际电机输出功率等参数进行修正。6.2.4水源热泵机组换热器环路中添加防冻液时，应对水源热泵激素的制冷量、制热量和换热器阻力进行修正。6.2.5当热泵机组仅承担建筑物内空调显热负荷时，宜选用高温型水源热泵机组。6.2.6当水源热泵机组不具有夏冬季功能转换阀门时，应在水系统上设置夏冬季节的功能转换阀门，并在转换阀门上做出明显标识。6.2.7污水直接进入污水源热泵机组，机组换热器应采用防腐材质，且机组宜设置自动清洗装置。6.2.8热泵机组COP宜选择在3.5～6.7范围内，系统污水排放温度宜≥9℃。6.2.9为防止换热装置和机组内换热器结垢、腐蚀，作为水源热泵机组热媒循环水的水质应符合GB1576要求。必要时可设置反渗透水处理设备。6.2.10机组循环泵的流量应满足机组内蒸发器和冷凝器的流量要求，压力应与机组水阻力相适应。热泵系统设计6.3.1水源热泵系统方案确定时，应综合考虑水源热泵站选址、热泵机组选型、供冷供热管网系统配置、辅助热源运行等技术措施，并应确保冬季热泵供热系统平均COP值不低于3.65。6.3.2水源热泵站位置应根据建筑总体规划、污水取水位置、冷（热）用户位置、环境卫生和管理维护要求等因素确定。6.3.3建筑冷热负荷计算方法应符合国标GB50019、DB34/1466和DB34/1467的有关规定。建筑应进行全年负荷计算分析，并根据分析结果确定热泵机组的选型。水源热泵站为多幢建筑服务时，热泵机组容量应根据各建筑的使用功能考虑同时使用系数。6.3.4应根据建筑或全年负荷量、全年污水温度与污水量、热泵机组的性能和辅助冷热源的形式，经技术经济分析决定是否设置辅助冷热源系统。6.3.5水源热泵系统冷热水设计参数，应通过技术经济比较后确定。宜采用以下数值：1)冷水供水温度：4℃～9℃。2)冷水供回水温差：5℃～10℃。3)热水供水温度：40℃～60℃。4)热水供回水温差：5℃～15℃。6.3.6多个水源热泵站联网运行的系统中，各热泵站的设计供回水温度应一致。6.3.7水源热泵机组热源侧的进出水温差应不小于使用侧的进出水温差。6.3.8当水源热泵站的供冷与供热转换通过热泵机组外部阀门的启闭来实现时，应根据水质状况选择具有良好防腐、密闭性能的转换阀。6.3.9水源热泵站的冷热水系统应按GB50019中6.4节的相应规定执行。换热装置设计6.4.1换热器的传热介质应以水为首选，也可选用不污染环境的防冻液。6.4.2污水水质不能直接进入热泵系统进行换热时，换热器应用于间接式水源热泵系统。6.4.3换热器宜选用多管程固定管式换热器、宽通道板式换热器或其他不易堵塞的高效换热器作为污水专用换热器。6.4.4矿井水换热时，换热器宜置于污水处理厂原水池（沉淀池）中；选择宽通道板式换热器时，宜放置于原水池（沉淀池）和二沉池之间，或置于污水循环水箱和机组之间。6.4.5管式换热器材质宜选用304不锈钢管，结构上采用吸放热效率高的形式，管径不宜过大，适宜的管径在DN32以下。6.4.6热泵机组中冷凝器一般提供的被加热水（热媒）一次温升为10℃左右，当采用间接加热水时，一般可以将冷水循环加热至50℃～55℃，换热器面积应按余热回收量计算得出。6.4.7水源热泵系统应根据水质、污水量和水温等因素选择开式或闭式换热系统。当水质、污水量和水位满足要求时，宜采用开式水换热系统，否则，应采用闭式水换热系统。6.4.8污水源换热系统设计最大释（吸）热量和换热器数量应按设计冷（热）负荷或水源热泵系统承担的冷（热）负荷计算确定。6.4.9开式换热系统宜设置便于拆洗的水-水热交换器，热交换器污水源侧宜设反冲洗装置。6.4.10开式换热系统中水-水热交换器选用板式换热器时，设计接近温度（进换热器的水温和出换热器的热泵侧循环水温度之差）不应大于2℃，中间换热器阻力不应大于70KPa。6.4.11闭式换热器设计计算时，夏季工况换热器的接近温度（换热器出水温度与污水源温度差值）宜取5℃～10℃，冬季工况换热器接近温度以为3～5℃，换热器进水温度：夏季应不高于32℃，冬季宜不低于6℃。6.4.12闭式换热系统宜设置反冲洗装置，冲洗流量宜为工作流量的2倍。6.4.13闭式换热系统污水取水口应设置连续反冲洗防堵装置，通过连续反冲洗防堵装置的污水进水流速宜不小于0.5m/s，出水流速宜不小于2.0m/s。取排水管线设计6.5.1污水取水管线不宜过长，应尽量减少污水管线转弯及阀门安装；污水泵和管道应采取减震降噪措施。6.5.2污水取水管道管内壁应光滑，一般可选用碳钢管或塑料管（PP-R管、PB管）等耐腐蚀性的管材。6.5.3在污水泵的总压水管上、污水干管进出热泵机组处及换热器进出口处应安装压力表和温度计；宜选用无表弯的压力表，且朝上安装。6.5.4污水干管的公称管径不宜小于100mm，污水管道中的流速不应低于0.7m/s。6.5.5污水为矿井水时，取水口应设置在污水处理厂原水池内，洗浴污水取水口应设置在建筑外排污水口处，且排污口出宜设置集水池。6.5.6污水流量波动较大，不能满足瞬时冷/热负荷需求时，应修建污水蓄水池，蓄水池的容量应能满足热泵系统供冷/热的需要。污水蓄水池应设置溢流通道和人工或自动排污清污措施。6.5.7应注意取水管线与热泵机房的位置与高差，热泵机房位置较低时，应采取防污水倒灌机房的措施。6.5.8污水取用后应排到取水点下游的矿区污水管道中，且排水管路上宜采取消能措施。污水泵设计6.6.1污水取水泵应选择专用污水泵，并应设计成自灌式。采用清水泵时，进出水管道应高于泵体，以保证泵体内储满水。6.6.2污水泵进口不应设底阀，出口设置止回阀，进口应设置Y型过滤器，水泵进出口均应装设软连接和闸阀。6.6.3污水取水泵的设计流量和设计扬程应满足最大需水工况的流量和扬程要求，在最高与最低流量时，水泵能安全、平稳运行，并符合以下要求：1)水泵选择必须考虑节约能源，除选用高效率泵外，还应考虑运行工况调节。2)污水取水泵不宜少于两台，当不超过三台时，其中一台宜设为备用泵。取水除污器设计6.7.1当使用污水作为热泵的冷热源时，应采用具有自动除污功能的取水除污器去除污水中的大型污杂物。当使用污水处理厂原水池（沉淀池）出水作为热泵的冷热源时，可采用常规过滤器进一步去除污水中的污杂物。6.7.2当使用洗浴污水作为源热泵的冷热源时，应在集水池进口端设置发毛处理器，过滤毛发和杂物。系统管网设计6.8.1单体建筑内的供冷供热管网系统设计应符合GB50019的规定。6.8.2供冷供热管网水力计算的内容应包括确定输配管网各管段的设计流量和管径，循环水泵的流量和扬程；分析管网正常运行时的压力工况，确定定压点位置和定压方式等。定压压力选取应确保各末端用户有足够的资用压头，且系统不超压、不汽化、不倒空。6.8.3计算冷热负荷时应按近期冷热负荷并应考虑计入发展的冷热负荷，对于分期建设的管网，可以留有余地或考虑增设管网的可能性。6.8.4输配管网支干线、支线应按允许压力降确定管径，但介质流速不应大于3.5m/s，支干线比摩阻不应大于300Pa/m。6.8.5管网的公称管径DN不应小于50mm，通向单体建筑的管径不宜小于32mm。6.8.6为避免冬季能耗增加，应分设管网冷热水循环水泵或考虑变频泵，对于大型系统，也可使用多台水泵运行、冬夏采取不同的台数控制策略。6.8.7直埋敷设管道应计算经济绝热层厚度，包括保冷厚度和保温厚度计算，计算保冷层经济厚度后，还应进行外表面凝露校核计算，校核计算应符合GB11790的相关规定。6.8.8计算管道总的散热损失时，由支座、补偿器和其他管路附件所产生的附加热损失系数可按表1给出的值计算。表1管道散热损失附加系数管道敷设方式散热损失附加系数地上敷设0.15～0.20管沟敷设0.15～0.20直埋敷设0.10～0.15注：当管路附件绝热较好、管径较大时，取较小值；当附件绝热较差、管径较小时，取较大值。6.8.9架空、管沟敷设管网允许的冷热损失、管道的经济保温厚度按GB50264计算，尚应符合GB50019的规定。6.8.10直接式连接适用于规模小、建筑高度不高的情况。对于高层建筑，应采取防超压的措施。6.8.11对于有不同供水温度需求的供冷用户，宜采用串联连接，首先满足低温用户的需求，然后连接供水温度较高的用户。6.8.12辐射供冷的末端用户，干线回水温度不低于18℃，可以直接连接到回水上。6.8.13供冷供热管网末端用户应设置平衡阀。