关键问题及难点分析

(1)关于防堵问题。

污水换热器或蒸发器若要有防阻塞的功能,就需要污水在换热器内流动时有足够大的过流断面,例如浸没式换热器、淋激式换热器,以及在前面介绍的一种浸没-流道式蒸发器,它们的流通断面都很大,避免了堵塞问题[10]。

然而过流断面很大使得污水的流速很小,甚至接近为零,例如浸没式,它造成污水侧的换热热阻很大,对流换热系数很小,即使污水与制冷剂直接换热,换热效率也很低。

通常要提高污水侧的对流换热系数,往往需要在换热器阻力允许的范围内尽可能地提高污水的换热流速(1m/s以上),即在污水流量与换热条件确定的情况下,需要尽可能地减小污水在换热器内的过流断面面积[11,12]。

故此,防阻塞与提高换热效率首先成为“对抗性”矛盾。解决该矛盾问题无非有以下两个方面的途径:

第一,先对污水做前置的防堵处理(先过滤后换热:连续防堵技术),使污水对足够小的过流断面不再堵塞,以保证污水在1m/s以上的流速条件下换热;

第二,基于大流通断面(不过滤直接换热:疏导式换热),再设法提高效率,例如浸没-流道式蒸发器,采取浸没的方法,利用流道提高流速;

第一个途径是以防堵效率(也包括投资、占地及可操作性等)来衡量污水前置处理技术的优劣;第二个途径是以换热效率(也包括投资、占地等)来衡量换热器的优劣。

(2)关于除垢问题。

污水换热器除了堵塞问题以外,还有严重的污垢问题,需要在上述两个防堵途径的基础上进一步实施清污除垢工艺[13]。

如前所述,污垢增长快,换热器的传热系数衰减幅度大,需要尽可能短时间清洗,甚至在线操作。

现有清水换热器的污垢问题本身是一大难题,污水换热器的污垢问题就更难以应对。因此,要及时、有效、容易地实现短时间或在线清污,污水换热器的结构特征将有别于清水换热器,应具备如下两个方面的结构特点:

第一,污水的流道数目少,流道的断面面积大,清洗工作量小,利于人工清洗和实施在线清洗;

第二,污水的流道以串联为主,最大限度地实施串联,尽可能提高流速和保证较大的流通断面面积,提高换热效率和防堵塞能力。

(3)关于疏导换热。

为实现不过滤直接换热,即疏导换热,其换热工艺或换热器结构必然完全有别于传统换热器:

第一,污水侧的流通断面必然较传统换热器的要适当扩大,以保证悬浮物和杂质能顺利流通,而扩大到什么程度,如何解决好防堵塞与提高换热效率这一“对抗性”矛盾,则是关键难题之一;

第二,当污水侧的流通断面扩大后,其整个换热器的体积较传统换热器的将显著增大,需要采取特殊的、有效的结构形式,以尽可能减小体积和占地;

第三,为使污水侧的流道可定期清洗,需要在污水侧设置可开启的密封门,同时要考虑运行维护的可操作性,以及故障后的可修复性;

第四,由于疏导式换热器的结构已完全不同于传统换热器的结构,在综合考虑上述三个问题后,设备的可靠性问题又成为一个巨大难题,包括加工工艺、设备的承压能力和使用寿命等。

因此,疏导式换热器不仅仅是一个将流通断面扩大的问题。