江水源熱泵換熱器污垢動態(tài)特性及其影響規(guī)律研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、江水源熱泵是目前大力推廣的可再生能源利用技術。在水質條件較好的情況下,直接式系統(tǒng)因其對能源利用的高效在工程應用中被廣泛采用。但是江水在一定條件下,很有可能產(chǎn)生污垢、磨損、銹蝕以及由于微生物不斷繁殖而產(chǎn)生生物污泥等問題,由此將造成管道堵塞、能耗增加、機組的正常運行受到影響、制冷制熱效果降低以及設備使用壽命縮短等。因此,在利用時,應注意對水質的要求及處理,防止出現(xiàn)換熱、管路腐蝕等問題。同時,要考慮長期運行時換熱效率下降對系統(tǒng)的影響。因此,對

2、直接式水源熱泵系統(tǒng)的機組換熱器污垢形成機理及其對流動換熱特性的影響展開研究是水源熱泵技術推廣應用的重要基礎。本研究針對重慶地區(qū)江水源熱泵換熱器,進行污垢成因與時變規(guī)律,及其對換熱器流動換熱特性影響的研究,并得到了相關結論。
  通過江水水質的測試與分析,得到了水質指標的變化規(guī)律。通過對比實際水質狀況與現(xiàn)行標準中對水質的要求,提出了全年利用江水時的重點處理對象。根據(jù)江河水與地下水水質的不同,建議江河水源熱泵宜增加COD、電導率以及溶

3、解氧等水質指標的限定。通過對影響江水源熱泵換熱器結垢的因素分析,發(fā)現(xiàn)其關鍵因素是含沙量和濁度,引起結垢的因素不包括藻類的作用。參照江水近幾年的泥沙粒徑分布情況,分別配置不同含沙量和濁度的水樣31組,實測分析并得到了江水含沙量與濁度的相互關系。對試驗系統(tǒng)換熱器的實際污垢分別進行烘干灼燒失重分析、EDS能譜掃描分析和掃描電鏡分析,均表明換熱管內的污垢以泥沙顆粒污垢為主,附著在換熱管上的污垢密致,質地堅硬,以小粒徑泥沙為主。
  在重慶

4、嘉陵江磁器口段的游船上搭建了江水源熱泵換熱器污垢研究試驗臺,進行了熱阻法監(jiān)測管內污垢首次生長特性實驗和污垢清洗后再次生長特性實驗研究。研究發(fā)現(xiàn),首次生長時換熱管內水流速為0.6m/s、1.0m/s和1.5m/s對應的污垢誘導期分別為55h、74h和86h,并且對應污垢穩(wěn)定熱阻值分別為10×10-5(m2·k)/w、6×10-5(m2·k)/w和5×10-5(m2·k)/w。誘導期與流速成正比關系,而污垢穩(wěn)定熱阻值與流速成反比關系。對于流

5、速為0.6m/s、1.5m/s的換熱管污垢清洗分別采用雙倍流速反沖洗和尼龍刷清洗,分析論證了江水源熱泵換熱器污垢清洗的效果。
  新?lián)Q熱管管道內的污垢生長特性(忽略誘導期)呈現(xiàn)首次的指數(shù)函數(shù)式緩慢生長和再次的指數(shù)函數(shù)漸近式特性快速生長;而除垢后管內污垢生長特性僅呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)漸近式生長過程。研究表明,管內污垢層是由難以除掉的基層和易于清洗的附著層構成,污垢前期的指數(shù)函數(shù)漸近式緩慢增長特性反映了污垢基層的生長過程,而后期的指數(shù)函數(shù)漸近

6、式生長特性反映了污垢附著層的形成過程。對于新?lián)Q熱管而言,污垢的生長首先是基層的形成,然后是難以清除的附著層的形成;對于除污后的換熱管,污垢再次生長過程主要是附著層的形成。通過實際江水源熱泵換熱器污垢時變特性的分析,基于Zubair和Sheikh等人提出的漸近增長模型,針對管內流速為1.0m/s和1.5m/s兩種工況,研究提出了分別包括首次漸近式增長階段、暫時平衡階段、再次漸近式增長階段和再次平衡階段的污垢預測模型,并且對該污垢預測模型進

7、行了驗證分析。
  對比分析換熱管內流速為0.6m/s、1.0m/s和1.5m/s時的穩(wěn)定污垢熱阻值,確定重慶嘉陵江水源熱泵穩(wěn)定污垢熱阻值可取5.5×10-5(m2·k)/w。并且對污垢進行火用分析,發(fā)現(xiàn)在水浴溫度一定的條件下(即恒定溫度),不同流速下的變化情況,從與污垢相關的三項火用損失系數(shù)之和的變化可以看出,就本實驗而言取流速在1.0m/s~1.5m/s之間數(shù)據(jù)比較合適。
  針對江水源熱泵在實際應用中對換熱器污垢的考慮

8、,試驗對比分析了水源熱泵換熱器目前常用的兩種清洗方法:尼龍刷清洗和小水量強力輪替沖洗。研究指出,尼龍刷清洗存在不能完全回籠的問題,而小水量強力輪替沖洗方法只局限于單管程和雙管程殼管換熱器除污,因此均需要更合理的新技術引進。并且根據(jù)實際江水的變化特點,在江水洪峰到來時,換熱管污垢熱阻在極短時間內即可達到穩(wěn)定值。因此,需要在洪峰過后即進行除垢處理。而當江水水質較好,即洪峰到來之前或之后,江水僅需進行一般過濾即可直接進入機組。
  本研

9、究完成了重慶地區(qū)嘉陵江和長江水質的空調制冷期與供暖期的測試與分析、江水源熱泵換熱器污垢研究試驗臺的搭建、熱阻法監(jiān)測管內污垢首次生長特性實驗和污垢清洗后再次生長特性實驗研究,提出了全年利用江水時的重點處理對象、影響江水源熱泵換熱器結垢的關鍵因素、江水含沙量與濁度的相互關系、管內污垢層的構成以及對應的污垢預測模型,得到了江河水源熱泵宜增加限定的水質指標、污垢成份、不同流速下穩(wěn)定污垢熱阻值、新?lián)Q熱管管道內的污垢生長特性、江水源熱泵水源側換熱管

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