关于板式污水换热器的设计对堵塞换热特性的影响研究

摘 要：本文通过对板式污水换热器设计对堵塞换热特性的影响进行研究，并结合实际工程参数，对结构设计进行计算，然后通过分析，得到污水流速对堵塞换热的影响规律。

关键词：板式污水换热器;堵塞换热特性;设计

引言：换热器是污水源热泵系统的重要组成部分，其提取污水能量的方式为间接式热能交换，换热器就是热能交换的主要设备，而普通换热器在进行热能交换时，容易受到污水水质的影响，继而导致堵塞问题的发生，使换热效果降低，不利于污水的有效处理。

一、板式换热器的设计计算

（一）计算工况

工程设计参数主要包括以下几种：一是热负荷：1080kw;二是污水进出口的设计温度：16℃;三是冷媒水进出口温度：12.7℃。

（二）污水侧换热系数计算

我们可以利用下述公式，对板式换热器污水侧换热系数进行计算。

Th=2/1（t1+t2）;

Reh=V1Dg/Uh;

NUI=0.312Reh0.635·Prh0.4;

h1=de/λhNu1;

在公式中，th代表污水的平均温度，而t1是污水进口温度，t2是污水的出口温度;Reh代表污水侧雷诺数;V代表污水的流动速度，d为污水的直径;Uh表示污水的粘度，λh是污水的测导热系数;

二、板式污水换热器的设计对堵塞换热特性的影响分析

本文通过计算的方式，对板式污水换热器设计对堵塞换热特性的影响进行分析，并将污水流动速度假设为每秒0.15米、0.2米和0.25米，对不同污水流速下的堵塞换热系数变化趋势进行了大致分析，并与实验结果进行比较，根据对比结果，发现污水流速与换热系数之间呈正比关系，简言之，随着污水流动速度的不断增加，换热系数会加大[1]。当污水流动速度为每秒0.15米时，污水换热系数达到了920W;在污水流速增加至每秒0.25米的同时，换热系数增加了360W，污水增大量为65%，而换热系数上升比例达到了37%左右。

在分析完污水流速与污水侧换热系数后，我们接下来对污水流速与水侧换热系数的关系进行分析，由图1可以看出，污水流速为每秒0.2m时，会对水侧换热系数造成较大的影响，换热系数从原来的4368W突然上涨至5545W，增加比例约为26.8%，然后污水流动速度继续增加，达到了每秒0.25m，此时的水侧换热系数为6047W，增加值不到10%，继而我们可以得到以下结论，污水流水超过每秒0.2m后，速度增加对水侧换热系数的影响会逐渐减弱。

图2为污水流速对堵塞换热系数的影响，通过观察我们可以得到以下结论：一是当污水流动速度为每秒0.15m时，换热系数大约是686W;二是当污水流速增加至每秒0.2m时，换热系数则来到了850W，换热系数增加比重达到了24%左右;三是污水流速超过每秒0.2m后，换热系数不在发生明显的变化。

图4为污水流速与换热面积的关系，由于可知，随着污水流速的不断提升，换热面积会不断缩减，当污水流速来到每秒0.2m时，此时的换热面积达到了473平方米，相较于污水流速每秒0.15米的换热面积，减少比例为7%左右[2]。由此可以得出结论，0.2m是效果最佳的设计速度。

通过对计算结果和实验结果对比分析，我们可以得出下述几点结论：

第一，随着污水流速的持续增加，换热系数也会随之提升，当污水流动速度为每秒0.15m时，污水侧换热系数大约是920W;当污水流动速度上升至每秒0.25m时，污水侧换热系数上升到了1280W，污水增大比例为67%，换热系数增加的比重为37%左右。

第二，污水流动速度为每秒0.2m时，对于水侧换热系数具有较大的影响，此时，换热系数的增加量为1177，增加比例约为27%，而后随着污水流动速度的进一步增加，水侧换热系数的增加量会逐渐降低，由此可以推断出，污水速度在每秒0.2米后，其速度提高，对水侧换热系数的影响并不显著。

第三，当污水流动速度为每秒0.15米时，堵塞换热系数大约为686W，当污水流動速度增加至每秒0.2m时，换热系数增加值为850-686=164W，增加比率约为24%，而污水 流动速度为每秒0.25米时，换热系数增加比率将会减少。

第四，污水流速与换热面积之间呈负相关，简言之，污水流动速度越大，换热面积就越小，由上述分析中，我们可以看到，当污水流动速度为每秒0.2米时，换热面积的范围达到了472平方米，缩减率为19%;而随着流动速度的进一步增加，这个数值还会呈继续缩减的态势。

结论：综上所述，板式污水热换器作为污水源热泵的重要组成部分，其性能的好坏与否，将会直接影响污水处理和换热的效果。因此，我们需要对板式污水换热器的设计对堵塞换热特性的影响进行分析，并设计合理的污水流动速度，以提高热换器的工作性能。

参考文献：

[1]王营章，朱心悦，刘志强.平板式膜生物反应器处理含海水污水[J].水处理技术，2015，41（12）：93-97.

[2]柴天，傅海燕，严滨，等.柔性板式膜生物反应器处理生活污水的试验研究[J].中国科技信息，2015（23）：18-19.

作者简介：

刘俊成（1987-），男，本科，助理工程师，单位：四平市巨元瀚洋板式换热器有限公司，研究方向：换热器与集成式换热机组的设计与研究