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基于污水热利用的管壳式换热器的研究

郭彦玲  
【摘要】:城市生活污水作为一种尚未大规模开发利用的可再生能源,对建筑节能具有重要作用。污水换热问题作为其水冷热资源应用的焦点之一,得到了广泛的关注。壳管式换热器作为传统换热设备,在污水冷热资源开发利用中得到较多应用,开展针对污水用管壳式换热器的研究在可再生能源建筑应用中具有重要的意义。 本文分析了管壳式换热器传热过程,选取适宜污水换热器换热实际的传热系数和流动阻力的计算公式,针对污水管壳式换热器的两种不同流动方式(流动方式1——污水壳程流动、清水管程流动,流动方式2——污水管程流动、清水壳程流动)开展分析研究,对比两种流动方式下管壳式换热器的传热系数、壳程压降和管程压降,探寻有利于增加换热量和减小压降的流动方式;文章还阐述了污水换热器污垢的形成机理和影响因素,提出了污垢的防治方法,最后分析了两种不同流动方式下污垢的结垢位置和变化情况。 为了验证理论分析结果,并进一步比较两种不同流动方式下换热器的换热量、流动阻力和污垢的生长情况,探寻运行过程中换热器的污垢防治方法,本文搭建了污水管壳式换热器的换热实验台,设计了不同的实验工况,进行相关测试和研究。实验分析结果表明: ①相同流动空间流体流量相等,换热器壳程流体流量大于“临界壳程流量”的情况下,采用流动方式1有利于增加污水壳管式换热器的换热量; ②相同换热量下,采用流动方式1使得换热器的管程流动阻力减小、壳程流动阻力增加;本实验系统换热器管程流动阻力的减少量约为0.25-0.5mH2O,而壳程流动阻力的增加量约在0.1-0.3mH2O;就整个换热器而言,在换热量小于分界值时,流动方式1有利于管壳式换热器减小压降。 ③污垢的生成极大地恶化了管壳式换热器的换热效果,本实验中换热器在运行10天左右换热量就下降40%;采用流动方式1对比流动方式2,可以“换热器临界运行时间”之前,可以削弱污垢对换热器换热效果的不利影响。 ④周期性转换流向对延缓污垢热阻的危害有积极意义,可以不断破坏污垢原有生长环境,延长污垢生成周期。对比两种流动方式,周期性换向流动对采用流动方式1的换热器抑垢效果较为明显。 本文提出了改变流动空间,采用新的流动方式在污水管壳式换热器中进行换热,并理论分析和实验测试该流动方式对换热器的换热、流动阻力和污垢生成的影响,对于管壳式换热器在污水冷热资源开发利用具有一定的工程应用价值。


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