江水源熱泵換熱器污垢動(dòng)態(tài)特性及其影響規(guī)律研究.pdf

1、江水源熱泵是目前大力推廣的可再生能源利用技術(shù)。在水質(zhì)條件較好的情況下，直接式系統(tǒng)因其對(duì)能源利用的高效在工程應(yīng)用中被廣泛采用。但是江水在一定條件下，很有可能產(chǎn)生污垢、磨損、銹蝕以及由于微生物不斷繁殖而產(chǎn)生生物污泥等問(wèn)題，由此將造成管道堵塞、能耗增加、機(jī)組的正常運(yùn)行受到影響、制冷制熱效果降低以及設(shè)備使用壽命縮短等。因此，在利用時(shí)，應(yīng)注意對(duì)水質(zhì)的要求及處理，防止出現(xiàn)換熱、管路腐蝕等問(wèn)題。同時(shí)，要考慮長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)換熱效率下降對(duì)系統(tǒng)的影響。因此，對(duì)

2、直接式水源熱泵系統(tǒng)的機(jī)組換熱器污垢形成機(jī)理及其對(duì)流動(dòng)換熱特性的影響展開(kāi)研究是水源熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。本研究針對(duì)重慶地區(qū)江水源熱泵換熱器，進(jìn)行污垢成因與時(shí)變規(guī)律，及其對(duì)換熱器流動(dòng)換熱特性影響的研究，并得到了相關(guān)結(jié)論。
　　通過(guò)江水水質(zhì)的測(cè)試與分析，得到了水質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)比實(shí)際水質(zhì)狀況與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)水質(zhì)的要求，提出了全年利用江水時(shí)的重點(diǎn)處理對(duì)象。根據(jù)江河水與地下水水質(zhì)的不同，建議江河水源熱泵宜增加COD、電導(dǎo)率以及溶

3、解氧等水質(zhì)指標(biāo)的限定。通過(guò)對(duì)影響江水源熱泵換熱器結(jié)垢的因素分析，發(fā)現(xiàn)其關(guān)鍵因素是含沙量和濁度，引起結(jié)垢的因素不包括藻類(lèi)的作用。參照江水近幾年的泥沙粒徑分布情況，分別配置不同含沙量和濁度的水樣31組，實(shí)測(cè)分析并得到了江水含沙量與濁度的相互關(guān)系。對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)換熱器的實(shí)際污垢分別進(jìn)行烘干灼燒失重分析、EDS能譜掃描分析和掃描電鏡分析，均表明換熱管內(nèi)的污垢以泥沙顆粒污垢為主，附著在換熱管上的污垢密致，質(zhì)地堅(jiān)硬，以小粒徑泥沙為主。
　　在重慶

4、嘉陵江磁器口段的游船上搭建了江水源熱泵換熱器污垢研究試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了熱阻法監(jiān)測(cè)管內(nèi)污垢首次生長(zhǎng)特性實(shí)驗(yàn)和污垢清洗后再次生長(zhǎng)特性實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，首次生長(zhǎng)時(shí)換熱管內(nèi)水流速為0.6m/s、1.0m/s和1.5m/s對(duì)應(yīng)的污垢誘導(dǎo)期分別為55h、74h和86h，并且對(duì)應(yīng)污垢穩(wěn)定熱阻值分別為10×10-5（m2·k）/w、6×10-5（m2·k）/w和5×10-5（m2·k）/w。誘導(dǎo)期與流速成正比關(guān)系，而污垢穩(wěn)定熱阻值與流速成反比關(guān)系。對(duì)于流

5、速為0.6m/s、1.5m/s的換熱管污垢清洗分別采用雙倍流速反沖洗和尼龍刷清洗，分析論證了江水源熱泵換熱器污垢清洗的效果。
　　新?lián)Q熱管管道內(nèi)的污垢生長(zhǎng)特性（忽略誘導(dǎo)期）呈現(xiàn)首次的指數(shù)函數(shù)式緩慢生長(zhǎng)和再次的指數(shù)函數(shù)漸近式特性快速生長(zhǎng)；而除垢后管內(nèi)污垢生長(zhǎng)特性?xún)H呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)漸近式生長(zhǎng)過(guò)程。研究表明，管內(nèi)污垢層是由難以除掉的基層和易于清洗的附著層構(gòu)成，污垢前期的指數(shù)函數(shù)漸近式緩慢增長(zhǎng)特性反映了污垢基層的生長(zhǎng)過(guò)程，而后期的指數(shù)函數(shù)漸近

6、式生長(zhǎng)特性反映了污垢附著層的形成過(guò)程。對(duì)于新?lián)Q熱管而言，污垢的生長(zhǎng)首先是基層的形成，然后是難以清除的附著層的形成；對(duì)于除污后的換熱管，污垢再次生長(zhǎng)過(guò)程主要是附著層的形成。通過(guò)實(shí)際江水源熱泵換熱器污垢時(shí)變特性的分析，基于Zubair和Sheikh等人提出的漸近增長(zhǎng)模型，針對(duì)管內(nèi)流速為1.0m/s和1.5m/s兩種工況，研究提出了分別包括首次漸近式增長(zhǎng)階段、暫時(shí)平衡階段、再次漸近式增長(zhǎng)階段和再次平衡階段的污垢預(yù)測(cè)模型，并且對(duì)該污垢預(yù)測(cè)模型進(jìn)

7、行了驗(yàn)證分析。
　　對(duì)比分析換熱管內(nèi)流速為0.6m/s、1.0m/s和1.5m/s時(shí)的穩(wěn)定污垢熱阻值，確定重慶嘉陵江水源熱泵穩(wěn)定污垢熱阻值可取5.5×10-5(m2·k)/w。并且對(duì)污垢進(jìn)行火用分析，發(fā)現(xiàn)在水浴溫度一定的條件下（即恒定溫度），不同流速下的變化情況，從與污垢相關(guān)的三項(xiàng)火用損失系數(shù)之和的變化可以看出，就本實(shí)驗(yàn)而言取流速在1.0m/s～1.5m/s之間數(shù)據(jù)比較合適。
　　針對(duì)江水源熱泵在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)換熱器污垢的考慮

8、，試驗(yàn)對(duì)比分析了水源熱泵換熱器目前常用的兩種清洗方法：尼龍刷清洗和小水量強(qiáng)力輪替沖洗。研究指出，尼龍刷清洗存在不能完全回籠的問(wèn)題，而小水量強(qiáng)力輪替沖洗方法只局限于單管程和雙管程殼管換熱器除污，因此均需要更合理的新技術(shù)引進(jìn)。并且根據(jù)實(shí)際江水的變化特點(diǎn)，在江水洪峰到來(lái)時(shí)，換熱管污垢熱阻在極短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定值。因此，需要在洪峰過(guò)后即進(jìn)行除垢處理。而當(dāng)江水水質(zhì)較好，即洪峰到來(lái)之前或之后，江水僅需進(jìn)行一般過(guò)濾即可直接進(jìn)入機(jī)組。
　　本研

9、究完成了重慶地區(qū)嘉陵江和長(zhǎng)江水質(zhì)的空調(diào)制冷期與供暖期的測(cè)試與分析、江水源熱泵換熱器污垢研究試驗(yàn)臺(tái)的搭建、熱阻法監(jiān)測(cè)管內(nèi)污垢首次生長(zhǎng)特性實(shí)驗(yàn)和污垢清洗后再次生長(zhǎng)特性實(shí)驗(yàn)研究，提出了全年利用江水時(shí)的重點(diǎn)處理對(duì)象、影響江水源熱泵換熱器結(jié)垢的關(guān)鍵因素、江水含沙量與濁度的相互關(guān)系、管內(nèi)污垢層的構(gòu)成以及對(duì)應(yīng)的污垢預(yù)測(cè)模型，得到了江河水源熱泵宜增加限定的水質(zhì)指標(biāo)、污垢成份、不同流速下穩(wěn)定污垢熱阻值、新?lián)Q熱管管道內(nèi)的污垢生長(zhǎng)特性、江水源熱泵水源側(cè)換熱管