摘要：针对污水的特性,为避免生活污水与热泵工质R22产生交叉污染,从而导致系统不能正常运行的可能性,提出在污水与热泵系统工质R22之间采用一个热管换热器,得出在系统增加了一个热管换热器的情况下,污水流量一定时,热泵制热量,性能系数COP值,热泵系统R22工质蒸发温度,污水废热回收热量随污水进口温度的增大而增大,其中热泵工质蒸发温度的增幅最大,达到65.79%,废热回收热量的增幅最小,为6.8%,污水入口温度一定时,热泵制热量,性能系数COP值,热泵工质蒸发温度,废水回收热量随着污水流量的升高而升高,但是热泵工质蒸发温度的和性能系数COP值的增幅减少,热泵制热量,热管工质蒸发温度以及废水回收热量的增幅缓慢增加。
1 前言
近些年来,全球普遍呈现能源危机,能源问题得到越来越广泛的关注,世界各国都在研究开发新能源,而节约能源在我国被专家视为与煤炭、石油、天然气、电力同等重要的“第五能源”。随着我国城市家庭热水器普及率逐年上升,达到70%以上,洗浴热水能耗占城市民用建筑能耗的20%[1],大量的余热随着洗浴热水的排放而白白浪费,有效合理利用洗浴热水的热水废热回收是污水资源利用化的一条有效途径[2],因此生活污水余热回收热泵技术得到越来越多的研究,在普遍采用的污水余热回收系统中,大都采用污水与热泵工质通过一个换热器直接换热,然而,考虑到生活污水含有杂质等实际情况,直接换热易对换热器造成不利影响,而且若是泄漏的话,污水和制冷剂就会交叉污染,影响整个热泵系统的运行,针对此种情况,提出采用一个热管换热器在污水和热泵制冷剂工质进行换热,以解决这个问题。本文对污水热管废热回收蒸发器在浊水余热回收中的应用进行研究,探讨生活污水余热回收在节能方面的潜力。
2 系统及热管废热回收蒸发器
实验台的生活污水余热回收系统图如图1所示,整个系统分为四个循环,加热水循环系统,热泵系统,分离式热管系统以及污水系统,污水从污水箱中出来,经过一个管壳式换热器与热管废热回收蒸发器中的R22工质进行换热,R22工质再将热量通过一个板式换热器释放给热泵系统中的制冷剂工质R22,工质经压缩机压缩后,由R22在板式冷凝器中将热量传给需要加热的水,加热后的水通过阀门a, b的调节,与污水换热后进入热水箱,然后再作为热水进口水源进入板式冷凝器循环换热,污水循环中,污水换过热后再进入污水箱,采用电加热的方式将温度提高到所需要的温度,然后再进管壳式换热器进行换热,即实现了利用污水余热来加热生活用水的目的。
实验台在污水系统和热泵系统的中间采用了热管换热器,工质为R22,管壳式换热器作为热管换热器的蒸发段,板式换热器作为热管换热器的冷凝段,管壳式换热器壳程的制冷剂R22吸收管内废水的热量蒸发,沿管程上升到板式换热器去热泵系统中的制冷剂R22换热冷凝,之后回流到管壳式换热器循环工作,同时系统制冷剂R22蒸发,即板式换热器既作为热管系统的冷凝器,又作为热泵系统的蒸发器,蒸发段采用管壳式换热器是因为考虑污水含有杂质的情况,不宜采用板式换热器,为避免污水与热泵系统中的制冷剂工质R22交叉污染,采用一个分离式热管换热器作为中间换热器将污水与热泵系统隔离开来,此外由于水量大,因此污水侧宜采用管壳式换热器,管壳式换热器作为分离式热管的蒸发段,管内走污水,管外走R22,避免热泵内的制冷剂R22泄漏,导致整个系统停止运行,即使制冷剂泄漏,只需更换热管换热器的某些部件,即可重新运行,无需使整个系统停止工作,有效的解决了污水回收过程中可能遇到的污水与热泵工质交叉污染的问题,保证了系统的安全运行;而热管冷凝段采用板式换热器,因为其结构紧凑,换热效果好,工质是R22,无需考虑污水的影响,故热管冷凝段采用板式换热器;此外,由于分离式热管具有远距离传热的特点,因此可以远距离联系污水源和热泵系统。基于这些优点,提出了用管壳式换热器作为热管换热器的蒸发段,板式换热器作为热管换热器的冷凝段,整个热管换热器充当污水与热泵系统的之间换热器。热管换热器结构如图2所示[3]。
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