城污水源热泵系统运行特性研究.ppt

实验条件下的变工况性能测试 实验装置 性能实验 1 Ljx918@126.com 城市污水源热泵系统 运行特性研究 当前，随着我国城市化进程加快，城市污水总量快速增长，城市建 筑面积快速增加，同时水资源日益短缺、建筑能源需求不断增长，这四个 方面的现实需求，使得污水源热泵技术越来越受到社会各方面的关注，如 何研究开发利用好污水源热泵技术、总结先期实施的相关工程经验，为污 水源热泵技术的推广应用提供基础性数据，更好地从规划前期、工程设计、 施工组织、运行管理等多方面有步骤、有计划地推进污水源热泵这一绿色 节能环保低碳技术的应用就显得十分迫切。 项目背景及课题提出 天津市城市污水源热泵系统运行特性研究 第一部分 污水源热泵研究背景及关键问题 第二部分 污水源热泵传热优化及工质选择 第三部分 污水源热泵系统工程应用的研究 第四部分 污水源热泵的工程设计及应用前景 （ 1 ）总结换热器常见污垢类型﹑成因及危害，介绍污垢形成过程及各 种影响因素，分析并建立污垢积聚基本预测模型； （ 2 ）针对不同换热器，包括套管式换热器，管壳式换热器，板式换热 器等，分析并比较结垢对其换热性能的影响，并提出强化传热的办法； （ 3 ）采集天津市污水温度变化特性，并通过对污水源热泵机组的各参 数测量得到热泵机组的运行特性以及各换热器的换热特性； 本项目主要研究工作 （ 4 ）建立中高温热泵实验台，对实际的污水源热泵运行工况进行模拟， 或者热泵运行的变工况特性； （ 5 ）以提高水源热泵机组本身效率为目的，对制冷剂的选择和换热器 的优化匹配等方面进行研究； （ 6 ）总结在设计污水源热泵机组的过程中应该考虑的问题及其解决办 法，以指导工程设计。 （ 7 ）分析污水源热泵系统的经济性及环境效益，并对污水源热泵的规 模化利用提出合理预测。 本项目主要研究工作 第一部分 污水源热泵研究背景及关键问题 第二部分 污水源热泵传热优化及工质选择 第三部分 污水源热泵系统工程应用的研究 第四部分 污水源热泵的工程设计及应用前景 天津市城市污水源热泵系统运行特性研究 2019/12/24 7 污垢形成机理及分类 结晶垢 颗粒垢 化学垢 腐蚀垢 污垢生长监测方法 热阻法 压降法 温差法 污垢成分及分类 水垢 污泥 腐蚀产物 生物沉积 污垢生长过程表征 起始阶段 输运阶段 附着阶段 剥蚀阶段 污 垢 生 长 及 热 能 表 征 2019/12/24 8 污 垢 生 长 影 响 因 素 流动介质的影响 环境因素的影响 换热材料的影响 污垢热阻预测模型 1924 年 McCabe 和 Robinson 1959 年 Kern 和 Seaton 线性增长型 降率型 幂率型 渐进型 2019/12/24 9 对污水换热而言，污垢的生成将直接导致两方面的后果，一是传热 效率的下降，二是流动阻力的增加。基于动量传递、热量传递及边界层 相似理论分析，可以将建立在污垢生长预测模型基础上的污垢热阻预测 模型，转化为污垢压降预测模型。 根据热流体学理论，对应流动边界层和流动阻力，传热过程中存在 热边界层相似和热阻力的概念。同样的，基于边界层理论和传热流动的 相似理论，可以推导得出污垢热阻模型与污垢压降模型的关联关系，进 而为解决工程实际问题提供了可行的途径。 压降模型的建立及意义 2019/12/24 10 对于实际工程而言，根据压降与热阻的关联相似方法，可以通过测 量污水换热器进出口压差，间接获得污水换热的变化情况，进而比直接 测量污垢热阻更为简便可行，从而为工程运行阶段制定合理的清洗周期 提供重要参考。 同样地，考虑污垢热阻影响后，对换热器选型结果进行了二次修正， 传热系数由 1200 W/m2 修正为 800 W/m2 ，选型面积由 75 m2 增加到 120 m2。在运行期间，当换热器压差增加 25% 时启动清洗程序。 科研指导下的设计工作 2019/12/24 11 《 城 镇 污 水 热 泵 热 能 利 用 水 质 》 科研指导下的设计工作 2019/12/24 12 制冷工质的组分分类 纯工质 共沸工质 近共沸工质 非共沸混合工质 对臭氧层破坏影响 CFCs HCFCs HFCs HC 按毒性安全性分类 有毒 无毒 易燃 不易燃 工质选择原则 冷凝压力 蒸发压力 容积制热量 循环性能系