摘要：在科学技术不断进步下，目前，污水换热器成为污水源热泵机组的重要组成部分之一。本文设计一种适用于污水源热泵的管壳式换热器，对其3 种结构进行比较。结果表明：结构较为理想，其夏季和冬季的换热能力分别为4759kW和424.3kW，均可较好地满足設计要求，研究结果为污水源热泵机组的换热器设计和相关领域技术人员提供参考。
关键词：污水源热泵；管壳式换热器；换热器设计；对流换热
引言
污水处理是城市环境建设的重点，污水处理的好坏关系到城市建设的可持续发展。污水处理过程不仅耗能还能产能。大部分的污水处理厂将含有低温热量的尾水直接排放掉，必然会导致能源浪费的局面。为了更好地对污水进行利用，提高污水处理效果，污水热泵技术的应用日益广泛。
1污水热泵工作原理
污水源热泵体系主要包括冷凝器、蒸发器、压缩机和污水处理体系等。其运行原理主要是冬季通过污水热泵将城市污水中的热能提取出来，通过压缩机系统，消耗少量的电能就能将冬季污水水源中的低位热能提取出来，经污水热泵通过水作为载冷剂，提升热度后送至用户或其他建造物中；夏季要从室内空气中提取热量，释放到污水中，从而使室温降低，达到制冷目的。污水源热泵的能量消耗将热泵运行所消耗的少量电能和吸收的热能一起排放到高温热源，使污水中的低品位余热进行再次利用，从而达到制冷供热的一种创新节能性技术。
2污水换热器简介
换热器共有7 个管程，每个管程之间采用左右布置的横向隔板将其隔开，在横向隔板与纵向隔板之间留有 10cm 的缺口。将横向隔板与纵向隔板构成的空间称为连腔，该空间能够实现管程流体的串接与导流。与使用弯管连接管程的管壳式换热器相比，通过打开该换热器左右两侧的方形连腔可以对其进行快捷便利的清洗，维护简易。该污水换热器在运行时，污水走管程，软化后的清水则作为中介水走壳程。
3系统方案
3.1污水源热泵系统设计
通过实地调研该项目污水源热泵机房分为2部分，分别为取热机房和热泵机房，取热机房设置在河滩路主排水管附近，距项目区1.8km，内设一级污水提升泵、中介水泵、宽流道式污水换热器，取热机房设置流量：Q=1050m3/h，扬程H=32m，电功率110kW的一级污水提升泵6台（3用3备）；宽流道式污水换热器共分为3组，每组设置换热量为500kW的宽流道式污水换热器12台；为防止中介水压力过高，中介水在取热机房和换热机房分别设置水泵，采用接力式供水，取热机房设置流量：Q=950m3/h，扬程H=39m，电功率132kW的变频中介水泵4台（3用1备）。热泵机房设置在本小区地下车库内，内设流量Q=950m3/h，扬程H=32m，电功率110kW的变频中介水泵4台（3用1备）；制热量为2917kW，电功率为548kW的低区离心式热泵机组3台（无极调节）；流量Q=620m3/h，扬程H=35m，电功率90kW的低区变频循环水泵4台（3用1备），制热量为2917kW，电功率为548kW的高区离心式热泵机组3台（无极调节）；流量Q=620m3/h，扬程H=35m，电功率90kW的高区变频循环水泵4台（3用1备）和流量Q=30m3/h，扬程H=60m，电功率15kW的低区变频补水泵2台；流量Q=30m3/h，扬程H=120m，电功率22kW的高区变频补水泵2台以及水处理设备等。
污水由河滩路市政1800×1800污水箱涵经过近300m左右DN200的引水管引入取热机房的污水缓冲调节池后，经设置在水泵间的6台一级污水提升泵（3用3备）加压后进入宽流道式污水换热器，平均14℃的市政污水经换热器换热后，水温下降5℃降为9℃后，污水排入退水池，经退水池泄压后排入室外检查井，最后经300m左右DN300的退水管排入河滩市政污水箱涵。
11℃中介水由设置在热泵机房中介水泵加压后，分别进入各个热泵机组蒸发器，温度降至5.5℃后，沿中介水管线进入设置在取热机房的换热器，经换热后温度升至11℃，沿中介水管线进入热泵机房加压。
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用户端40℃的采暖回水经设置在热泵机房采暖循环泵加压后，分别进入各个热泵机组冷凝器，温度升至45℃后，沿采暖管线进入各用热户。
3.2污水源热泵系统自控、节能
（1）冬季采暖期内，最冷月和中期、初期采暖时间长短不同，某市采暖期6个月，在额定流量（100%流量）运行占一个月，小流量（33%流量）运行占一个月，其余4个月均在60%~75%运行流量，为适应采暖期温度变化，本项目采用了分阶段改变流量的质调节，既把整个采暖季分为3个阶段，根据室外温度的高低，按阶段调节机组的开启台数，调节供热系统的流量。在每一阶段中，供热管网的流量保持不变，根据室外温度的变化，采取改变供水温度的质调节。
（2）根据流量与压力的公式可以得到压力与流量的平方成正比，水泵功率与流量的立方成正比，由此可以看出当流量减少时，通过变频调节水泵转速，可降低水泵用电量。本项目热泵机组热泵、中介水循环泵和采暖循环水泵全部采用无级变频，在热泵机房设置气候补偿器，根据室外温度和气候曲线控制热泵机组热泵、中介水循环泵和采暖循环水泵的开启台数和热泵机组、水泵转速，减少水泵的耗电量。
（3）采用无人监管自控设施，实现热泵机组与水泵间的顺序启停，每台机组的循环水进出口管上分别设置一个与机组连锁的水流开关，各水泵间能自动切换。
3.3污水热泵防垢污技术与应用
污水源热泵系统设备结垢后会导致导热性能变差，总的传热率下降。一般冷凝器侧口温度低于25℃就要进行除垢。为防止污垢发生，解决方法可选用合适的换热器形式来进行防垢。
换热器可分为浸没式换热器、淋激式换热器、管壳式换热器，其中浸没式换热器具有良好的防堵塞和防腐蚀性能，淋激式换热器表面流动有效解决了换热器的结垢问题，管壳式换热器易于清洗。除此之外，还可在系统运行时投放除垢剂、缓蚀剂等来控制污水的pH值，使污水的水质不达标。
3.4污水热泵防阻塞技术与应用
城市原生污水分为工业废水和生活废水，污水中成分复杂，多含有大量塑料、毛发等各类悬浮杂物。而城市污水厂的二级出水等都是经过处理减少了污水中的大量杂质，有利于防止污水源热泵系统的堵塞。为了进一步提高污水中的杂质处理效果，国内外针对污水热泵的阻塞现象进行研究并投入使用相应的清污设备。
目前，污水源热泵防治堵塞多使用闭式污水自动清污过滤器和开式自动旋筛过滤器等。闭式污水自动清污原理是可以通过筒状过滤器过滤污水中的杂质，电动机带动滤筛旋转，使滤筛上的各种杂质被刮清除；开式自动旋筛过滤器是滤面水力连续再生装置，作用在旋转孔板的时间周期不同。当每个滤孔进行过滤后，是通过反冲洗恢复过滤功能。
结语
本文针对传统的污水源热泵机组普遍存在的问题进行了创新解决，即在污水源热泵机组中采用冷媒侧切换达到制冷与制热功能的切换、原生污水直接进蒸发冷凝两用满液式换热器等技术，解决了传统原生污水源热泵存在堵塞的问题；并解决了现有风冷热泵的结霜、化霜、运行效率低、四通阀可靠性、能效比低等缺陷；水源热泵工程投资大，对地下水质有破坏隐患。通过在样机上进行性能测试，并与同类产品相比，能效比有了很大的提升，因此具有很好的推广价值。
参考文献：
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论文作者:梁波1,杨蓉2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/6
标签：污水论文; 换热器论文; 热泵论文; 水泵论文; 机组论文; 流量论文; 电功率论文; 《基层建设》2019年第25期论文;