關(guān)于板式污水換熱器的設(shè)計對堵塞換熱特性的影響研究

摘 要：本文通過對板式污水換熱器設(shè)計對堵塞換熱特性的影響進(jìn)行研究，并結(jié)合實際工程參數(shù)，對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行計算，然后通過分析，得到污水流速對堵塞換熱的影響規(guī)律。

關(guān)鍵詞：板式污水換熱器;堵塞換熱特性;設(shè)計

引言：換熱器是污水源熱泵系統(tǒng)的重要組成部分，其提取污水能量的方式為間接式熱能交換，換熱器就是熱能交換的主要設(shè)備，而普通換熱器在進(jìn)行熱能交換時，容易受到污水水質(zhì)的影響，繼而導(dǎo)致堵塞問題的發(fā)生，使換熱效果降低，不利于污水的有效處理。

一、板式換熱器的設(shè)計計算

（一）計算工況

工程設(shè)計參數(shù)主要包括以下幾種：一是熱負(fù)荷：1080kw;二是污水進(jìn)出口的設(shè)計溫度：16℃;三是冷媒水進(jìn)出口溫度：12.7℃。

（二）污水側(cè)換熱系數(shù)計算

我們可以利用下述公式，對板式換熱器污水側(cè)換熱系數(shù)進(jìn)行計算。

Th=2/1（t1+t2）;

Reh=V1Dg/Uh;

NUI=0.312Reh0.635·Prh0.4;

h1=de/λhNu1;

在公式中，th代表污水的平均溫度，而t1是污水進(jìn)口溫度，t2是污水的出口溫度;Reh代表污水側(cè)雷諾數(shù);V代表污水的流動速度，d為污水的直徑;Uh表示污水的粘度，λh是污水的測導(dǎo)熱系數(shù);

二、板式污水換熱器的設(shè)計對堵塞換熱特性的影響分析

本文通過計算的方式，對板式污水換熱器設(shè)計對堵塞換熱特性的影響進(jìn)行分析，并將污水流動速度假設(shè)為每秒0.15米、0.2米和0.25米，對不同污水流速下的堵塞換熱系數(shù)變化趨勢進(jìn)行了大致分析，并與實驗結(jié)果進(jìn)行比較，根據(jù)對比結(jié)果，發(fā)現(xiàn)污水流速與換熱系數(shù)之間呈正比關(guān)系，簡言之，隨著污水流動速度的不斷增加，換熱系數(shù)會加大[1]。當(dāng)污水流動速度為每秒0.15米時，污水換熱系數(shù)達(dá)到了920W;在污水流速增加至每秒0.25米的同時，換熱系數(shù)增加了360W，污水增大量為65%，而換熱系數(shù)上升比例達(dá)到了37%左右。

在分析完污水流速與污水側(cè)換熱系數(shù)后，我們接下來對污水流速與水側(cè)換熱系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行分析，由圖1可以看出，污水流速為每秒0.2m時，會對水側(cè)換熱系數(shù)造成較大的影響，換熱系數(shù)從原來的4368W突然上漲至5545W，增加比例約為26.8%，然后污水流動速度繼續(xù)增加，達(dá)到了每秒0.25m，此時的水側(cè)換熱系數(shù)為6047W，增加值不到10%，繼而我們可以得到以下結(jié)論，污水流水超過每秒0.2m后，速度增加對水側(cè)換熱系數(shù)的影響會逐漸減弱。

圖2為污水流速對堵塞換熱系數(shù)的影響，通過觀察我們可以得到以下結(jié)論：一是當(dāng)污水流動速度為每秒0.15m時，換熱系數(shù)大約是686W;二是當(dāng)污水流速增加至每秒0.2m時，換熱系數(shù)則來到了850W，換熱系數(shù)增加比重達(dá)到了24%左右;三是污水流速超過每秒0.2m后，換熱系數(shù)不在發(fā)生明顯的變化。

圖4為污水流速與換熱面積的關(guān)系，由于可知，隨著污水流速的不斷提升，換熱面積會不斷縮減，當(dāng)污水流速來到每秒0.2m時，此時的換熱面積達(dá)到了473平方米，相較于污水流速每秒0.15米的換熱面積，減少比例為7%左右[2]。由此可以得出結(jié)論，0.2m是效果最佳的設(shè)計速度。

通過對計算結(jié)果和實驗結(jié)果對比分析，我們可以得出下述幾點結(jié)論：

第一，隨著污水流速的持續(xù)增加，換熱系數(shù)也會隨之提升，當(dāng)污水流動速度為每秒0.15m時，污水側(cè)換熱系數(shù)大約是920W;當(dāng)污水流動速度上升至每秒0.25m時，污水側(cè)換熱系數(shù)上升到了1280W，污水增大比例為67%，換熱系數(shù)增加的比重為37%左右。

第二，污水流動速度為每秒0.2m時，對于水側(cè)換熱系數(shù)具有較大的影響，此時，換熱系數(shù)的增加量為1177，增加比例約為27%，而后隨著污水流動速度的進(jìn)一步增加，水側(cè)換熱系數(shù)的增加量會逐漸降低，由此可以推斷出，污水速度在每秒0.2米后，其速度提高，對水側(cè)換熱系數(shù)的影響并不顯著。

第三，當(dāng)污水流動速度為每秒0.15米時，堵塞換熱系數(shù)大約為686W，當(dāng)污水流動速度增加至每秒0.2m時，換熱系數(shù)增加值為850-686=164W，增加比率約為24%，而污水 流動速度為每秒0.25米時，換熱系數(shù)增加比率將會減少。

第四，污水流速與換熱面積之間呈負(fù)相關(guān)，簡言之，污水流動速度越大，換熱面積就越小，由上述分析中，我們可以看到，當(dāng)污水流動速度為每秒0.2米時，換熱面積的范圍達(dá)到了472平方米，縮減率為19%;而隨著流動速度的進(jìn)一步增加，這個數(shù)值還會呈繼續(xù)縮減的態(tài)勢。

結(jié)論：綜上所述，板式污水熱換器作為污水源熱泵的重要組成部分，其性能的好壞與否，將會直接影響污水處理和換熱的效果。因此，我們需要對板式污水換熱器的設(shè)計對堵塞換熱特性的影響進(jìn)行分析，并設(shè)計合理的污水流動速度，以提高熱換器的工作性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]王營章，朱心悅，劉志強(qiáng).平板式膜生物反應(yīng)器處理含海水污水[J].水處理技術(shù)，2015，41（12）：93-97.

[2]柴天，傅海燕，嚴(yán)濱，等.柔性板式膜生物反應(yīng)器處理生活污水的試驗研究[J].中國科技信息，2015（23）：18-19.

作者簡介：

劉俊成（1987-），男，本科，助理工程師，單位：四平市巨元瀚洋板式換熱器有限公司，研究方向：換熱器與集成式換熱機(jī)組的設(shè)計與研究