直接式原生污水源熱泵系統(tǒng)的防堵技術(shù)及換熱特性研究.pdf

1、城市污水中蘊(yùn)含有豐富的低位熱能,將其作為熱泵的冷熱源為建筑供熱空調(diào)具有巨大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。
　　城市污水的水質(zhì)極為惡劣。其熱工與流動(dòng)性能與清水有很大不同。污水處理廠中的二級(jí)出水(排放水)接近清水的水質(zhì),但由于污水處理廠多位于遠(yuǎn)離城市建筑群的郊區(qū),因此真正具有巨大開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的是遍布城區(qū)污水渠中的原生污水。
　　傳統(tǒng)的熱泵空調(diào)機(jī)組對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)格的要求。因此目前在利用原生污水的熱泵系統(tǒng)中多為避免污水直接進(jìn)熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器或冷凝器而

2、設(shè)置一個(gè)中間換熱的措施,即所謂“間接式系統(tǒng)”,這種間接式系統(tǒng)不僅要增加中間換熱設(shè)備而且要增加系統(tǒng)的火用損失,故開(kāi)發(fā)污水直接進(jìn)機(jī)組的熱泵系統(tǒng),即所謂“直接式系統(tǒng)”,從污水源熱泵技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)就對(duì)學(xué)術(shù)與工程界具有巨大的誘惑力。
　　直接式污水源熱泵系統(tǒng)由于污水水質(zhì)的特殊性,必須解決以下關(guān)鍵問(wèn)題:
　　(1)對(duì)過(guò)濾和防阻塞的效率和可靠性提出了更高的要求;
　　(2)必須認(rèn)清污水的流動(dòng)、換熱以及污垢熱阻的特性與規(guī)律;
　　

3、(3)必須認(rèn)清污水蒸發(fā)器、冷凝器的換熱特性;
　　(4)直接式熱泵系統(tǒng)兩換熱器的合理匹配與性能。
　　本文對(duì)此主要進(jìn)行了下述研究工作:
　　直接式污水源熱泵系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)安全換熱,首要前提是必須保證大尺度污物不進(jìn)入機(jī)組的換熱器中。針對(duì)已在間接式污水源熱泵系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的污水防阻設(shè)備,通過(guò)工程實(shí)踐和測(cè)試,總結(jié)發(fā)現(xiàn):
　　(1)絲狀纖維類(lèi)污物是阻塞濾面的最大誘因;
　　(2)參考傳統(tǒng)做法,僅靠過(guò)濾孔直徑難以

4、衡量防阻機(jī)濾面的過(guò)濾與再生能力;
　　(3)不可避免的存在內(nèi)漏混水的情況。
　　論文建立了以纏繞長(zhǎng)度、反沖效率、內(nèi)漏率、換熱保證率為核心的,包括濾孔直徑、反沖面積比、轉(zhuǎn)速、阻力等在內(nèi)的防阻機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)體系,并通過(guò)工程測(cè)試確定了最佳的纏繞長(zhǎng)度、反沖面積比和清潔周期,為防阻的科學(xué)合理設(shè)計(jì)及工程選用提供了合理依據(jù)。
　　設(shè)計(jì)并在哈爾濱太平污水處理廠搭建了城市原生污水性能研究實(shí)驗(yàn)臺(tái),實(shí)驗(yàn)研究了城市原生污水在各種管材圓管內(nèi)紊流流動(dòng)

5、時(shí)的污垢熱阻特性,流動(dòng)阻力特性及對(duì)流換熱特性。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出各種常用換熱管內(nèi)污垢熱阻增長(zhǎng)規(guī)律,以及污垢熱阻穩(wěn)定值與管內(nèi)污水流速的函數(shù)關(guān)系、污水紊流流動(dòng)的阻力系數(shù)計(jì)算式及換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。實(shí)驗(yàn)表明污垢增長(zhǎng)模型為時(shí)間的漸進(jìn)型函數(shù),在同管徑同流速下污水的流動(dòng)阻力系數(shù)約為清水的1.08～1.12倍,對(duì)流換熱系數(shù)約為清水的0.75～0.82倍。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)公式為污水源熱泵系統(tǒng)的換熱設(shè)備研發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等提供了較為可靠的依據(jù)。
　　

6、依據(jù)污水流動(dòng)、換熱及污垢熱阻特性、換熱管污水側(cè)難以強(qiáng)化換熱的特點(diǎn),建立了污水蒸發(fā)器與冷凝器的分布參數(shù)模型,編制了仿真程序并進(jìn)行了大量的數(shù)值研究,給出了污水蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱系數(shù)范圍,以及污水溫度和流量變化對(duì)換熱器換熱特性的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)與常規(guī)水源熱泵的兩換熱器相比,污水蒸發(fā)器與冷凝器內(nèi)污水以四流程為宜,冷凝器內(nèi)蒸汽過(guò)熱段所占比例較大,過(guò)熱對(duì)冷凝換熱影響明顯,為系統(tǒng)換熱器設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)性能分析打下基礎(chǔ)。
　　通過(guò)直接式污水源熱泵系統(tǒng)

7、建模與數(shù)值仿真,給出了直接式系統(tǒng)的效能范圍,以及污水溫度對(duì)效能的影響規(guī)律。規(guī)定了污水源熱泵機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工況,并深入分析了污水蒸發(fā)器、冷凝器面積匹配比與機(jī)組制熱量、制冷量、出力比之間的關(guān)系。由于污水源熱泵機(jī)組具有更大的適宜面積比范圍和出力比范圍,提出不同地區(qū)采取不同面積比進(jìn)行熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)的理念。最后給出了非標(biāo)準(zhǔn)工況下熱泵機(jī)組的特性以及設(shè)計(jì)與選型原則。
　　本文通過(guò)研究主要解決了直接式污水源熱泵系統(tǒng)所面臨的防堵塞可靠性、污水流動(dòng)與換