回收污水熱能時(shí)水質(zhì)對(duì)換熱設(shè)備腐蝕和結(jié)垢影響的研究.pdf

1、隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源的消耗急劇增長(zhǎng)。能源結(jié)構(gòu)的不合理，常規(guī)能源的使用，導(dǎo)致了環(huán)境污染問(wèn)題的日益突出。在這種情況下，利用清潔的可再生資源成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。利用熱泵技術(shù)來(lái)回收污水中的熱能，具有穩(wěn)定性、環(huán)保性、節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)，得到了更多的關(guān)注。我國(guó)利用熱泵回收污水熱能的技術(shù)起步比較晚，尚未見(jiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，其關(guān)鍵在于污水水質(zhì)的特殊性，使得在回收污水熱能時(shí)換熱設(shè)備的選擇以及水質(zhì)對(duì)換熱設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢都成為其推廣的障礙。

2、 本論文主要是污水水質(zhì)對(duì)污水中換熱設(shè)備腐蝕和結(jié)垢影響的研究。研究主要包括兩個(gè)部份。第一部分是選擇換熱設(shè)備材質(zhì)階段，首先利用生活污水作為實(shí)驗(yàn)用水，對(duì)工程上常用的6種材質(zhì)進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)失重法測(cè)出6種材質(zhì)在生活污水中的腐蝕速率，同時(shí)結(jié)合先進(jìn)的數(shù)碼攝影、SEM電鏡技術(shù)和EDX能譜分析，對(duì)6種材質(zhì)在生活污水中的腐蝕形態(tài)和原理進(jìn)行分析。從中選擇出腐蝕速率較低的材質(zhì)進(jìn)行結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究。其次利用生活污水作為實(shí)驗(yàn)用水，通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬

3、實(shí)驗(yàn)，對(duì)換熱設(shè)備在污水中的傳熱和結(jié)垢規(guī)律進(jìn)行了研究。同時(shí)結(jié)合XRD衍射分析和PAN計(jì)算系統(tǒng)，對(duì)換熱設(shè)備表面上的垢樣進(jìn)行分析，確定出污垢的成分，分析了換熱設(shè)備在污水中結(jié)垢的原理。最后選擇在污水中傳熱性能比較穩(wěn)定的、污垢熱阻漸進(jìn)值較低的黃銅材質(zhì)來(lái)進(jìn)行下一階段的實(shí)驗(yàn)；在研究的第二部分，主要是研究水質(zhì)參數(shù)對(duì)黃銅材質(zhì)的腐蝕和結(jié)垢的影響，確定出影響黃銅腐蝕和結(jié)垢的最顯著的水質(zhì)參數(shù)，為今后的回收污水熱能時(shí)，換熱器的防腐和抗垢工作提供基本的數(shù)據(jù)。

4、 腐蝕實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，污水中碳鋼的腐蝕速率最大，黃銅的腐蝕速率最低。兩種不銹鋼材質(zhì)相比，1Cr18Ni9Ti的腐蝕速率要低于316L的腐蝕速率，同時(shí)316L的點(diǎn)蝕也比較嚴(yán)重。因此，在回收污水熱能時(shí)，從減少腐蝕的角度出發(fā)，建議使用1Cr18Ni9Ti和黃銅HSn70-1B材質(zhì)做成的換熱器。在污水中，碳鋼的腐蝕屬于吸氧腐蝕，碳鋼的腐蝕速率同碳鋼中含碳量的多少關(guān)系不大，在實(shí)驗(yàn)條件相同的條件下，三種碳鋼的腐蝕速率相差不大。不銹鋼在生活污水中

5、的腐蝕主要是吸氧腐蝕和點(diǎn)蝕。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象，不銹鋼材質(zhì)腐蝕速率曲線和污水中Cl-和SO42-離子含量曲線具有很好的相關(guān)性，而黃銅腐蝕速率曲線和污水中NH4+離子含量曲線具有很好的相關(guān)性，由此推斷，污水中的Cl-、SO42-和NH4+可能是影響材質(zhì)腐蝕的重要水質(zhì)參數(shù)。同時(shí)通過(guò)SEM和數(shù)碼相機(jī)觀測(cè)到，腐蝕后的碳鋼、不銹鋼掛片上面有一層黑褐色的粘泥狀物質(zhì)，推測(cè)可能是微生物所分泌的粘泥，因此污水中的COD也是影響材質(zhì)腐蝕的一個(gè)水質(zhì)參數(shù)。

6、 結(jié)垢實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，黃銅換熱器在污水中具有更穩(wěn)定的傳熱性能，30℃時(shí)其污垢熱阻漸進(jìn)值約為3x10-4m2.℃/W，不銹鋼換熱器在30℃時(shí)的污垢熱阻漸進(jìn)值約為5x10-4m2.℃/W。因此，從降低污垢對(duì)換熱影響角度出發(fā)，建議使用黃銅換熱器來(lái)回收污水中的熱能。通過(guò)垢樣減重分析和垢樣X(jué)RD分析發(fā)現(xiàn)，3種材質(zhì)中(碳鋼、不銹鋼和黃銅)，黃銅垢樣中有機(jī)垢所占的比重最小，碳鋼垢樣中有機(jī)垢所占的比重最大。在4d的實(shí)驗(yàn)中，黃銅換熱器表面污垢的成分大

7、多是CuO腐蝕垢，并沒(méi)有晶體垢出現(xiàn)，而不銹鋼換熱器表面污垢的成分則有碳酸鈣等晶體垢出現(xiàn)。而在隨后做的周期為5d的實(shí)驗(yàn)中，黃銅表面則出現(xiàn)了晶體垢，說(shuō)明黃銅換熱器表面污垢的誘導(dǎo)期要比不銹鋼表面污垢的誘導(dǎo)期長(zhǎng)約為1d。通過(guò)垢樣分析也確定了影響換熱器表面污垢的水質(zhì)參數(shù)是污水的硬度、堿度和COD。 研究的第二部分結(jié)果表明，污水中的氨離子是影響黃銅腐蝕的最顯著因素，其次是Cl-和COD，而污水的硬度是影響黃銅換熱器表面結(jié)垢的最顯著因素，其次