第25卷第2期煤氣與熱力ol. 25 No. 2005年2月GAs heatFeb.2005污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計計算姚楊,馬最良,趙麗瑩(哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院,黑龍江哈爾濱150090)摘要:設(shè)計了一套污水源熱泵,將經(jīng)過處理后的污水作為低位熱源。對污水源熱泵系統(tǒng)中的淋激式換熱器、板式換熱器、壓縮機、熱力膨脹閥進行設(shè)計和選型計算。關(guān)鍵詞:水源熱泵;污水源熱泵;淋激式換熱器;板式換熱器;壓縮機;熱力膨脹閥中圖分類號:TU995文獻標識碼:A文章編號:1000-4416(2005)02-0039-04Design Calculation of Sewage Source Heat Pump SystemYAO Yang, MA Zui-liang, ZHAO Li-yingSchool of Municipal Environmental Engineering, Haerbin Institute of Technology, haerbinAbstract: A sewage source heat pump is designed, and the treated sewage is used as low-levelheat source. The design and model calculation of sprinkling heat exchanger, plate heat exchanger, com-pressor and thermal expansion valve used in the sewage source heat pump system are made.Key words: water source heat pump; sewage source heat pump; sprinkling heat exchanger;plate heat exchanger; compressor; thermal expansion valve哈爾濱的城市污水中可利用的熱量和城市的熱季供熱,夏季供冷。污水源熱泵機組主要由壓縮機、需要量都非常高,可以優(yōu)先采用城市污水熱能利用淋激式換熱器、板式換熱器、熱力膨脹閥等設(shè)備組系統(tǒng)。1999年,哈爾濱市區(qū)工業(yè)廢水處理量為成。冬季供熱系統(tǒng)設(shè)計供回水溫度為45/40℃,機5124×10·t。哈爾濱某制藥廠排放的廢水主要由組設(shè)計制熱量260kW。為防止地板結(jié)露,夏季供冷生產(chǎn)廢水和生活廢水組成?？诜庈囬g排放的廢水水溫度為16-18℃,供回水溫差2~3℃,機組設(shè)計主要在洗瓶、配劑刷罐、沖洗地面、冷卻等工序中產(chǎn)制冷量230kW。污水源熱泵系統(tǒng)見圖1生,排放量較多且流量穩(wěn)定;片劑、中藥車間排放量適中,流量不穩(wěn)定。生活污水主要為洗滌用水,在夏季時排放量較多。污水全部進入污水處理系統(tǒng),經(jīng)用戶系統(tǒng)二級處理后污水水質(zhì)符合GB8978-96《污水綜合排放標準》規(guī)定的醫(yī)藥污水的排放標準。夏季污水溫度維持在17~22℃,冬季維持在13~17℃,日污水排放量為2745~4770m3/d。將城市污水處理冬季工質(zhì)循環(huán)流向夏季工質(zhì)循環(huán)流向系統(tǒng)與水源熱泵機組相結(jié)合,是一種理想的城市污1壓縮機2四通閥3.淋激式換熱器4高壓貯液器水綜合利用方法。本文對污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計和5.干燥過濾器6熱力膨脹閥7.止回閥8板式換熱器9污水泵設(shè)備選型進行研究。10.污水處理裝置1l氣液分離器12循環(huán)水泵13調(diào)峰鍋1系統(tǒng)的設(shè)計和設(shè)備選型圖1污水源熱泵系統(tǒng)污水源熱泵為廠區(qū)中4000m2的住宅建筑冬F(xiàn)ig. 1 Sewage source heat pump system第2期煤氣與熱力第25卷系統(tǒng)冬季設(shè)計參數(shù)見表1。續(xù)表3表1污水源熱泵系統(tǒng)冬季設(shè)計參數(shù)換熱器總傳熱溫差|5.70換熱器換熱面積/m242.0Tab. 1 Design parameters of sewage source heatpump system in winter淋激密度/(kg·h·m)/50換熱管材料紫銅冷凝溫度℃蒸發(fā)溫度/℃6過冷度/℃過熱度℃10③板式換熱器的設(shè)計計算吸氣溫度/℃16蒸發(fā)器出口溫度/℃11板式換熱器按冬季作為冷凝器進行設(shè)計選型冷凝器出口溫度/℃45設(shè)計參數(shù)見表4注:過熱度中其中有5℃發(fā)生在蒸發(fā)器出口至壓縮機表4板式換熱器的設(shè)計參數(shù)的吸氣管道中Tab 4 Design parameters of plate heat exchan①壓縮機的選型介質(zhì)R2水按供熱工況下的制熱量和表1的設(shè)計參數(shù),求狀態(tài)氣態(tài)液態(tài)得壓縮機的實際排氣量為192.8m3/h,考慮其用于進口溫度/℃出口溫度/℃熱泵機組,可加大5%排氣量作為設(shè)計值,壓縮機的介質(zhì)質(zhì)量流量/kg·s-)_1.3612.45容積效率為0.8,則壓縮機的理論排氣量為253最大允許壓力降/kPam3/h?？蛇x擇螺桿式壓縮機,使用工質(zhì)為R22,理論冷凝溫度/℃排氣量264m3/h,空調(diào)工況蒸發(fā)、冷凝溫度為5/40換熱量/kW℃下的制冷量為254.2kW,軸功率55kW,配用電根據(jù)表4中的設(shè)計參數(shù),選擇某換熱設(shè)備廠的機功率65kW,電機轉(zhuǎn)速2960人字形波紋板換熱器,它的幾何尺寸為2:單板有②淋激式換熱器的設(shè)計計算效面積0.52m2,單通道截面積0.0015m2,當量直淋激式換熱器按冬季作為蒸發(fā)器進行設(shè)計計徑0.007m,流程長度1m,板寬度0.75m。算,設(shè)計參數(shù)見表2,設(shè)計計算結(jié)果見表3。工質(zhì)R22和水均采用并聯(lián)逆流單通程方式,由表2淋激式換熱器設(shè)計參數(shù)板式換熱器面積的設(shè)計計算得到板片為69片。Tab 2 Design parameters of sprinkling heat exchanger④熱力膨脹閥的設(shè)計計算蒸發(fā)溫度/℃a.設(shè)計參數(shù)過熱度℃由冬季制熱循環(huán)計算可知,冷凝壓力P。=換熱量/kW1942.3kPa(冷凝溫度為50℃),蒸發(fā)壓力p。=工質(zhì)質(zhì)量流量/(kg·s-)602.28kPa(蒸發(fā)溫度為6℃)。經(jīng)相應計算,制冷污水溫降/℃量為212kW。M、為質(zhì)量流量/(kg·hb.熱力膨脹閥兩端壓力差△p表3淋激式換熱器設(shè)計計算結(jié)果Ap=P。-P-Δp,-Ap4-△pb,3 esign calculation result of sprinkling heat exchanger式中Ap—熱力膨脹閥兩端壓力差,Pa換熱管列數(shù)30換熱管排數(shù)換熱管內(nèi)徑/m0014換熱管外徑/m0.016p—冷凝壓力kPa蒸發(fā)壓力,kPa換熱管水平有效長度30每根換熱管總長度279△,—供液管中的壓力降,約為183kP23兩相區(qū)長度/m26.4過熱區(qū)長度/m15Ap—分液器和分液管中的壓力降,約為兩相區(qū)傳熱溫差/℃5.78過熱區(qū)傳熱溫差/℃3.94100kP兩相區(qū)管內(nèi)表面過熱區(qū)管內(nèi)表面Δp—冷凝器或貯液器出液口至膨脹閥入傳熱系數(shù)2847傳熱系數(shù)口之間的液柱壓力,取50kP/(W·m2·K-)/(W·m2.K-1)經(jīng)計算,△p=1007.02kPa污水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)6835(W22,k”84換熱器傳熱系數(shù)c.通過熱力膨脹閥的工質(zhì)質(zhì)量流量qn/(Wqn第2期姚楊,等:污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計計算第25卷式中qn,工質(zhì)質(zhì)量流量,kg/sC—流量系數(shù)A—膨脹閥的通道面積,m2d.熱力膨脹閥選型支架選擇某廠生產(chǎn)的外平衡式熱力膨脹閥“,適用于工質(zhì)R22,名義制冷能力(基于蒸發(fā)溫度為4.4℃,工質(zhì)進口溫度為38℃)為351.6kW,Ap=1103kPa,A1=0.013m2⑤淋激式換熱器的校核計算淋激式換熱器按夏季作為冷凝器進行校核計0.035m算,校核計算參數(shù)見表5,校核計算結(jié)果見表a淋激式換熱器主視圖(虛線為支架)表5淋激式換熱器校核計算參數(shù)Tab. 5 Check calculation parameters of sprinklingheat exchang凝溫度/℃工質(zhì)質(zhì)量流量/(kg·s-)1.3水槽換熱量八W264污水溫升/℃25過冷度/℃5|噴淋污水質(zhì)量流量90600/(kg.h")表6淋激式換熱器校核計算結(jié)果Tab. 6 Check calculation result of sprinkling heat exchanger「換熱管列數(shù)30換熱管排數(shù)換熱管內(nèi)徑/m0014換熱管外徑/m0.016有長30每根換恐管總長度32兩相區(qū)長度/m32.2兩相區(qū)傳熱溫差/℃6.64b.淋激式換熱器俯視圖過冷區(qū)長度/m36過冷區(qū)傳熱溫差/℃210過熱區(qū)長度14過熱區(qū)傳熱溫差/℃15.94圖2淋激式換熱器結(jié)構(gòu)及尺寸兩相區(qū)管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/9q1過熱區(qū)管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)Fig 2 Structure and size of sprinkling heat exchanger406/(W·m2·K⑥板式換熱器的校核計算過冷區(qū)管內(nèi)表面污水側(cè)表面板式換熱器按夏季作為蒸發(fā)器時的工況進行校傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)6835/(W. m .K核計算,得到換熱器的板片為57片。取冬季作為冷凝器的設(shè)計結(jié)果69片。換熱器總傳熱溫差6s8換熱器傳熱系數(shù)75/⑦噴淋裝置理想的換熱狀態(tài)是污水從水槽噴淋裝置的小孔(gh·m”/50換熱器換熱面積56淋激到蛇形換熱管上,形成均勻的水膜。如果忽略林激密度污水從小孔中噴出時的體積變化,出流速度可用下?lián)Q熱管材料紫銅式計算5通過校核計算發(fā)現(xiàn),按冬季作為蒸發(fā)器所設(shè)計的淋激式換熱器不能滿足夏季作為冷凝器的設(shè)計要式中n污水的出流速度,m/s求。因此取兩個計算結(jié)果中較大值為設(shè)計結(jié)構(gòu)參g重力加速度,m/s數(shù),淋激式換熱器結(jié)構(gòu)及尺寸見圖2(未嚴格按比例H—一作用壓頭,m繪制)。對于從1個小孔流出的污水的體積流量qp,可第2期煤氣與熱力第25卷用下式計算淋激式換熱器和板式換熱器既作為冷凝器使用又作9v =p(4)為蒸發(fā)器使用,故必須進行兩種情況下的設(shè)計、校核式中q污水體積流量,m3/s計算,取計算結(jié)果中最大值作為結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。μ流量系數(shù),取060-0.62A——小孔的截面積,m2參考文獻:噴水孔采用機械鉆孔,由于彈性形變使孔徑縮1]尹軍,韋新東,我國主要城市污水中可利用熱能狀況小,所以實際的流量系數(shù)H遠遠小于0.60~0.62初探[J.中國給水排水,2001,17(4):27-30現(xiàn)取流量系數(shù)A=0.2。在實際工程中,考慮從污水[2]楊崇林板式換熱器工程設(shè)計手冊[M].北京:機械泵到噴淋裝置的壓力損失,取噴淋裝置中污水的作工業(yè)出版社,1994用壓頭H=10m,則污水的體積流量qp=28A。3]彥啟森.空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)M].北京:中國建筑噴淋裝置的列數(shù)按換熱管的列數(shù)取為30列,則工業(yè)出版社,1985平均每列污水的體積流量為8.4×10-4m3/s。從而4]蔣能照、空調(diào)用熱泵技術(shù)及應用M].北京:機械工計算得到每列的小孔總截面積為3×10-m2,取噴業(yè)出版社,1997水孔徑為000m,可計算得孔數(shù)為43個,取孔數(shù)51野佐一換熱器[M].北京:化學工業(yè)出版社,為50個。取單根噴淋管管長3.5m,則噴水孔間距為70mm作者簡介:姚楊(1963-),女,遼寧開原人,教根據(jù)以上的結(jié)果,可知噴淋裝置上共開有1500授,博士,主要從事熱泵的基礎(chǔ)理論與應個孔,分為30列,每列50個,孔間距70mm。用技術(shù)及暖通空調(diào)系統(tǒng)仿真與節(jié)能的研究工2結(jié)語作對污水源熱泵系統(tǒng)中的淋激式換熱器進行了設(shè)電話:(0451)86283123計計算,對板式換熱器壓縮機、熱力膨脹閥進行了E-mailao-yy@sohu.com選型計算,盡量使各部件達到合理匹配。系統(tǒng)中的收稿日期-11-19信息《煤氣與熱力》的期刊評價指標在同類學科內(nèi)名列前茅中國科學技術(shù)信息研究所編制的2004年版《中國科技期刊引證報告》由科學技術(shù)文獻出版社于2004年10月出版。該報告在與國際評價體系保持一致的基礎(chǔ)上,結(jié)合中國期刊的實際情況,從總被引頻次、影響因子等15項指標對2003年的中國科技期刊進行了定量分析和評價。在該報告的學科分類中,《煤氣與熱力》屬“土木建筑工程”類,代碼為V024?！睹簹馀c熱力的各項統(tǒng)計指標分別為:總被引頻次841,影響因子0.754,即年指標0.087,他引總引比0.08,引用刊數(shù)32,擴散因子38,被引半衰期398,來源文獻量230,參考文獻量1368,平均引文率5.95,平均作者數(shù)277,地區(qū)分布數(shù)23,機構(gòu)分布數(shù)32,基金論文比0.09。其中總被引頻次和影響因子兩項指標在1576種統(tǒng)計源期刊中分別名列第49位和127位,在學科內(nèi)分別排名第三和第二。(本刊通訊員供稿)