關于板式污水換熱器的設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計對堵塞換熱特性的影響進行研究，并結合實際工程參數，對結構設計進行計算，然后通過分析，得到污水流速對堵塞換熱的影響規(guī)律。

關鍵詞：板式污水換熱器;堵塞換熱特性;設計

引言：換熱器是污水源熱泵系統的重要組成部分，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備，而普通換熱器在進行熱能交換時，容易受到污水水質的影響，繼而導致堵塞問題的發(fā)生，使換熱效果降低，不利于污水的有效處理。

一、板式換熱器的設計計算

（一）計算工況

工程設計參數主要包括以下幾種：一是熱負荷：1080kw;二是污水進出口的設計溫度：16℃;三是冷媒水進出口溫度：12.7℃。

（二）污水側換熱系數計算

我們可以利用下述公式，對板式換熱器污水側換熱系數進行計算。

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是污水進口溫度，t2是污水的出口溫度;Reh代表污水側雷諾數;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是污水的測導熱系數;

二、板式污水換熱器的設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計對堵塞換熱特性的影響進行分析，并將污水流動速度假設為每秒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變化趨勢進行了大致分析，并與實驗結果進行比較，根據對比結果，發(fā)現污水流速與換熱系數之間呈正比關系，簡言之，隨著污水流動速度的不斷增加，換熱系數會加大[1]。當污水流動速度為每秒0.15米時，污水換熱系數達到了920W;在污水流速增加至每秒0.25米的同時，換熱系數增加了360W，污水增大量為65%，而換熱系數上升比例達到了37%左右。

在分析完污水流速與污水側換熱系數后，我們接下來對污水流速與水側換熱系數的關系進行分析，由圖1可以看出，污水流速為每秒0.2m時，會對水側換熱系數造成較大的影響，換熱系數從原來的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，達到了每秒0.25m，此時的水側換熱系數為6047W，增加值不到10%，繼而我們可以得到以下結論，污水流水超過每秒0.2m后，速度增加對水側換熱系數的影響會逐漸減弱。

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

圖4為污水流速與換熱面積的關系，由于可知，隨著污水流速的不斷提升，換熱面積會不斷縮減，當污水流速來到每秒0.2m時，此時的換熱面積達到了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]。由此可以得出結論，0.2m是效果最佳的設計速度。

通過對計算結果和實驗結果對比分析，我們可以得出下述幾點結論：

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

第二，污水流動速度為每秒0.2m時，對于水側換熱系數具有較大的影響，此時，換熱系數的增加量為1177，增加比例約為27%，而后隨著污水流動速度的進一步增加，水側換熱系數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，對水側換熱系數的影響并不顯著。

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

第四，污水流速與換熱面積之間呈負相關，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，當污水流動速度為每秒0.2米時，換熱面積的范圍達到了472平方米，縮減率為19%;而隨著流動速度的進一步增加，這個數值還會呈繼續(xù)縮減的態(tài)勢。

結論：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計對堵塞換熱特性的影響進行分析，并設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：

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

[2]柴天，傅海燕，嚴濱，等.柔性板式膜生物反應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組的設計與研究