污水换热器的设计参数
- 污水源热泵系统近两年得到了长足发展。由于污水水质差,目前通常的做法是不让污水直接进入热泵机组,而是通过污水换热器将热量换给中介水,再由中介水将热量换给热泵机组。由于污水的流动与换热性能与清水相比有很大的不同,不能套用以往的设计经验和参数,设计人员面临着许多新问题。但据笔者了解,很多设计人员对污水换热的特殊性缺乏了解,直接套用针对清水的设计参数与方法,这对工程质量而言是很危险的。
一般而言,换热器设计应追求使用较少的耗材、具有较小的体积、消耗较少的水泵用电来获得预期的换热效果。虽然上述要求相互矛盾,但人们对一般的换热器早已有了成熟的设计经验。而污水换热器要达到上述要求就绝非易事,必须精确计算、精打细算,才能避免耗材过多、体积过大或泵耗过高,才能在各项指标中找到一个最佳至少较佳的平衡点。
与耗材、体积、泵耗这三大指标相关的参数不仅有结构参数,诸如管径、管长、管间距、管程数等等,也有运行参数,诸如流速、流量、压降、各节点进出口温度、换热量等等。为了给设计计算一个清晰的思路,对这些参数作如下分类。
1)已定或可定参数
①换热量Q。依据需求而定。
②污水流量V与温降(或温升)Δt。这两个参数是在设计污水源热泵系统时确定的。依据公式Q =ρcVΔt(式中c为比热容)可知,确定其中一个量,另一个量可求。
③传热平均温差Δtm依据污水初始温度、中介水温度、蒸发温度等在系统设计中确定,一般为3~4℃。
④管径d。依据经验与定型管材的规格确定,一般选取外径dw为20 mm,内径di为16 mm。
⑤管间距。考虑壳空间的流通面积,一般壳管式换热器管子的排列间距由s/dw=1.5(式中s为管心距)确定,换热管按正三角形排列。在这种布管方式下,管空间与壳空间之比为0.4∶0.6。
2)计算取值参数
①特征温度。由于污水和中介水温度变化不大,其特征温度均可按进口温度选取。
②污水黏度。由实验测得。课题组选用旋转圆筒黏度计测试了不同温度下的污水黏度,测试结果表明换热器设计中,可按污水黏度为清水黏度的2.5倍左右计算。
③壳侧流速。一般换热器设计中,壳侧的推荐流速为管侧的1/2[4]。然而由于污水换热器中装有纵向折流板,在同样的流速下,压降必然高于一般换热器,因而此处推荐流速u2=u1/3(式中u2为壳侧流速,u1为管内流速)。
④污垢热阻。工程经验表明,考虑污垢热阻时,换热器总传热热阻为两侧对流换热热阻的1.2倍。
⑤实验验证糙粒高度Ks取0.001 m时按照希弗林松公式计算所得阻力系数与实测值相近,最大误差在10%以内,
总结一句话而言，要保证在换热器内处处有理想的传热温差,就只有从结构设计的角度实现两种流体的全程逆流。方法有两个:一个是在壳空间加装纵向隔板,另一个是多台换热器串联。相关文章阅读：
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