直接式污水源热泵系统工艺及性能研究

摘要

利用污水源热泵技术，从污水中提取热能用于供热空调，因其节能环保而具有广阔的应用前景。近年来，污水源热泵技术的研究及应用取得了较大的进展，但主要集中在间接式系统方面，直接式系统因堵塞和污垢问题未能有效解决而无法在工程中应用。为此，本文对直接式系统工艺及其性能作了研究。
　　首先，总结分析已有过滤装置的优缺点，开发出了一种静态连续过滤与还原装置。使用加厚型的过滤面，解决了传统过滤装置容易产生悬浮物缠绕的问题；通过不断改变过滤器中水流的方向，实现了不同过滤器的交替过滤与还原；通过改变热泵机组污水换热器中水流的方向，解决了悬浮物在换热管间的滞留问题。并且，用Fluent模拟了过滤器中的流动状况，当水从同侧进出时，滤孔中水流速分布在0.7m/s～1.5m/s之间，当水从异侧进出时，滤孔中水流速度较为均匀，约1m/s，两种流动方式在滤面附近都没有回流存在，验证了反冲洗的可行性。
　　然后，建立直接式系统相对于间接式系统总费用节省模型，对直接式系统经济性进行了探讨。定义了过热系数 x，它等于蒸发器出水温度与蒸发温度的差值。通过对直接式系统费用节省模型的求解及分析，得出了不同电价及污水类型时的x的经济取值范围。原生污水在电价为0.5元/kWh、0.75元/kWh和1.0元/kWh时，x经济取值范围分别为2℃～5.6℃、2℃～5.8℃、2℃～5.9℃；已处理污水x经济范围在不同电价时均为2℃～6.2℃；工业污水在电价低于0.75元/kWh时，直接式系统经济性不如间接式系统，电价为0.75元/kWh时，x经济范围为2.2℃～4.3℃，电价为1.0元/kWh时，x经济范围为2℃～5℃。
　　其次，建立了机组的数学模型，模拟了 x不同取值时机组的性能，结合上述 x经济取值范围，分析得出不同电价及污水类型的机组设计方案。电价在0.5～1.0元/kWh时，原生污水机组、已处理污水机组和工业污水x的取值范围分别为2℃～4.5℃，2℃～4℃，4℃～5℃，电价较低时，x取较大值；电价较高时，x取较小值。
　　最后，根据机组优化设计方案，设计出3台机组，并进行了变工况下的模拟，得出如下结论：污垢热阻每增加0.1m2?K/kW，机组蒸发温度降低约0.7℃，机组制热量衰减约1.5％～2.2%，功率降低约0.3%～1%，机组COP降低约1%～1.6%；污水进水温度每升高1℃，机组制热量提高2%，功率增加0.7%～1.2%，COP提高1%～1.6%；机组制热量随末端回水温度的升高，衰减得越来越快，末端回水温度从35℃升高到50℃时，末端回水温度每升高1℃，制热量衰减从0.4%增加到0.8%。

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绪论

0.1 引言

0.2 污水源热泵系统两种技术方案

0.3 污水源热泵技术研究现状

0.4 本文主要研究内容

第1章 静态连续过滤与还原装置

1.1 污水堵塞情况及原因分析

1.2 静态连续过滤与还原装置及其工艺

1.3 静态连续过滤与还原装置的设计

1.4 过滤器数值模拟

1.5 小结

第2章 直接式系统经济性探讨

2.1 初投资

2.2 运行费用

2.3 直接式系统费用节省模型

2.4 实现途径

2.5 直接式系统经济性探讨

2.5 小结

第3章 机组数学模型

3.1 蒸汽压缩式热泵循环原理

3.2 蒸汽压缩式热泵循环分析

3.3 压缩机模型

3.4 冷凝器模型

3.5 电子膨胀阀模型

3.6 蒸发器模型

3.7 系统模型

3.8 机组算法

第4章 机组优化设计

4.1 求解工具简介

4.2 传统机组性能

4.3 机组优化设计

4.4 小结

第5章 机组变工况特性

5.1 #1机组变工况特性

5.2 #2机组变工况特性

5.3 #3机组变工况特性

5.4 小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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