污水源热泵技术大讲堂(连载七)
城市污水源热泵系统换热设备设计方法
张承虎1、杨海滨2、刘京1、孙德兴1
（1．哈尔滨工业大学，哈尔滨150090；2．国内贸易工程设计研究院，北京 100069）
摘要：本文概述了城市污水源热泵系统常用的换热技术与设备及其设计方法。
关键词：污水、热泵、换热器、计算
污水源热泵系统近两年得到了长足发展。由于污水水质差，目前通常的做法是不让污水直接进入热泵机组，而是通过污水换热器将热量换给中介水，再由中介水将热量换给热泵机组。由于污水的流动与换热性能与清水相比有很大的不同，不能套用以往的设计经验和参数，设计人员面临着许多新问题。但据笔者了解，很多设计人员对污水换热的特殊性缺乏了解，直接套用针对清水的设计参数与方法，这对工程质量而言是很危险的。
1、污水换热器的特点与参数
1) 换热器内污水黏度大，换热面污染严重，导致污水侧的阻力大于清水侧，而换热系数小于清水侧。
2) 由于存在堵塞与污染的危险，无法像针对清水那样采取波纹管、内肋片、内插物等增强换热的设施。
3) 受条件限制污水换热器只能以小温差换热。例如在北方严寒地区，冬季污水进口温度只有10 ℃左右，而受热泵机组蒸发温度的限制，中介水温度不能太低，因而污水最大温降只能是3～4 ℃，两级换热每级的温差小于3 ℃。
4) 由于传热温差小，换热系数小，污水的降温需要较长的流程，通常为30 m左右。这就需要对壳管式换热器的内部结构作全新的设计，包括管程的安排、壳空间的结构设计等等，以保证全程逆流换热和换热器内部各处均有理想的换热温差。
5) 要保证在换热器内处处有理想的传热温差，就只有从结构设计的角度实现两种流体的全程逆流。方法有两个：一个是在壳空间加装纵向隔板，另一个是多台换热器串联。
一般而言，换热器设计应追求使用较少的耗材、具有较小的体积、消耗较少的水泵用电来获得预期的换热效果。虽然上述要求相互矛盾，但人们对一般的换热器早已有了成熟的设计经验。而污水换热器要达到上述要求就绝非易事，必须精确计算、精打细算，才能避免耗材过多、体积过大或泵耗过高，才能在各项指标中找到一个最佳至少较佳的平衡点。与耗材、体积、泵耗这三大指标相关的参数不仅有结构参数，诸如管径、管长、管间距、管程数等等，也有运行参数，诸如流速、流量、压降、各节点进出口温度、换热量等等。
本文所述污水换热器的设计方法，主要针对“中介水与污水流量相等”的间接式污水源热泵系统中的壳管式换热器。污水换热系统的温度分布与符号如图1所示。
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