地表水作为热载体其热容量与燃煤的差异在常温状态下,1m3的饱和水、温降5释放的热量为21000kJ.这个值与约1kg工业燃煤充分燃烧所释放的热量相当。1kg燃煤的体积约为1/1000m3.很明显,地表水作为热载体其热容量很小。基于这种情况,其热传递的过程成本相对而言就要较高。比如:在1h内将载有210万kJ热量的地表水输送到沿程距离100m、位差30m的热泵蒸发器内,在考虑机械效率、水管阻力等情况下,此过程应需机械功率约为1729kW(计算过程简略)。就是说动力系统需要配备1台轴功率不小于1729kW的离心水泵。
城市污水作为热载体其物化性能与普通清水存在的差异通过多年的城市污水利用实践发现,城市污水与作为普通工质的清水之间在物化性细节上也存在着很大差异。城市污水具有较强的非牛顿流特性。据有关资料介绍,在原生污水中污杂物密度在263344kg/m3,其中60的污杂物当量直径小于4mm,这就使污水表现出较明显的非牛顿流特性。即在污水充斥的流场内,其摩擦剪力和剪切变形率之间不满足线性关系,污水的动力粘度也要比软化水高出几个数量级,所以,在同比条件下污水的雷诺数远小于清水的雷诺数。
如果流体在管内作强制对流换热,那么液膜传热系数与Re08成正比。这样,与污水动力粘度s、清水动力粘度d的比值相适应,污水的雷诺数Res、污水液膜传热系数s、清水的雷诺数Red、清水液膜传热系数d的数值关系如所示。污水的动力粘度是清水的2倍的时,其雷诺数就要较清水减少50,相应液膜传热系数就降低43.所以如果要使污水保持与软化水相同的流态通过换热器,设计上就要修正(或者说增加)动力配置。这样,污水输送成本偏高的问题就凸显出来。
污水形成、排送和收集的特定过程决定了污水里存在着大量的悬浮物、微生物及孢子。越来越多的文献资料表明,污水在换热器中所形成垢体的主要成分是微生物垢。由于微生物垢是一种带有活性的粘垢,因此其污垢系数很低且不稳定。垢体本身对换热器金属结构的危害程度比一般的析晶垢(主要成分为CaO2、CaCO3和CaSO4等)要严重得多,其显著特点是腐蚀速度快,且积聚力强,易导致破坏力较强的点蚀直至穿孔。
污水源热泵辅助系统的特点及配置51城市污水作为热泵机组低品位热源的特点(1)城市污水是热容量较低的热资源,其热输出是一个较温和的过程,火用损小,但输送成本偏高;(2)城市污水具有很强的非牛顿流特性,动力粘度较大,虽比热容较高,但使其高效热交换的初始条件较为苛刻;(3)城市污水在换热器内所形成的垢体是典型的活性微生物粘性垢,它对总传热系数的衰减力、对换热器机体的损坏力均很大且叵测。
污水源热泵系统的针对性配置(1)污水沉降系统。由污水沉降池、污水引入-上清液输送装置和多级挡板-沉降阶梯构成。作用是通过系统结构来实现总溶解固体量的物理沉降以降低污水的动力粘度,减缓其非牛顿流特性。污水沉降系统的污水总容量应不小于污水上清液输送泵小时流量的710倍。由壳体、旋转滤网和筒内挡板组成。可将污水中不小于4mm的固体和悬浮物截留,并让完成换热的污水返回到污水阻垢器的另一通道,会同被截留的污杂物一起回到污水沉降系统。污水阻垢器的阻垢能力应与系统对低品位热源的需求量相协调。
污水源热泵系统(3)前置换热器。前置换热器有管壳换热器和板式换热器两种形式。前者传热系数不高、结构笨重,但流阻小、耐压大、流量高、故障率低。后者传热系数高、结构紧凑,但相对而言流阻大、耐压有限、流道小、故障率略高。前置换热器的换热能力应是蒸发器换热量的1315倍,并应按一用一备配置。由洗涤液池、净液池和正反冲洗系统组成。其作用是适时清洗前置换热器热侧的污垢。这是针对城市污水存在热容量小、非牛顿流性、污垢形成快等问题的一个针对性解决方案,以此可大限度地保证污水源热泵系统始终都能运行在经济的工作状态之内。