CN102759289A - 大管径壳管式流化床污水换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大管径壳管式流化床污水换热装置，设置了污水流道与清水流道之间存在通过管壁进行热交换的区域。本发明改进在于，污水流道位于热交换区域，污水管道选用直径为50~120mm的大管径；而且在污水大管径流道的入水口处另设固体颗粒导入口，固体颗粒导入口后端连接固体颗粒存储、输送组件；其中，固体颗粒直径为2~8mm；固体颗粒体积分率为2%~8%；密度大于污水。本发明彻底解决了污水或地表水冷热源利用中的污杂物堵塞换热器与换热性能不好的缺点，可为热泵提供冷热源，也可用于冷却大型设备的循环用水，或用于供暖、空调、生活用水等场合，具有明显的环保经济效益。

Description

大管径壳管式流化床污水换热装置

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，涉及到一种利用污水或地表水冷热源的可自动除污、强化换热与防抑垢的换热装置。

背景技术

污水或地表水冷热源的利用，可以缓解目前能源紧张的形势，有着良好的节能效果、环保效益与经济效益，将节约日益紧缺的淡水资源，为能源利用开辟新的领域，为综合全面利用水资源提供一条新的思路。而这些冷热源之所以没有大面积使用与推广主要是因为其水质不能满足目前水循环系统中所要求的水质标准，在实际运行的工程当中往往是这些污物堵塞水泵与换热器，造成系统性能明显下降，甚至不能运行。在实际运行中往往是污物堵塞水泵与换热器，为此笔者所获得CN200410020630.1与CN200420031799.2两项专利，采用自动反洗装置将大的污杂物去除，在很大程度上减轻了污物对水泵与换热器的堵塞问题，但上述两项专利不足在于其处理后的水源中仍然含有小型颗粒与毛发类污物，进入换热器的水源仍然满足不了国家标准，换热性能仍然不高，在运行较长时间后仍然出现污垢增长，尤其是毛发类污杂物堵塞换热管问题。

针对污杂物堵塞问题目前主要方法是采用2.5-3m/s高流速、胶球清洗与自动清洗小刷等方法。增大流速方法虽然能够抑制污垢的集聚，但由于流速的增大造成大量泵耗，其与节能的初衷相违背；胶球清洗与自动清洗小刷由于工艺等原因使用效果并不好，因而更多采用国外设备而造成较大投资。针对换热性能不高的问题，目前主要是加大换热器的面积来解决，但这样将增加系统的投资。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术存在的不足，有效解决污物的堵塞和现有技术为实现防堵塞而导致的工艺流程复杂与占地庞大等问题，提出一种具有换热效率高、抗堵塞、抗污垢、抗腐蚀与容易清洗等特点的换热装置。该发明装置中污水或地表水在垂直的大管径管内流动，含毛发类的污杂物顺畅通过，壳程的清水沿着大管径管的外壁与管程的污水或地表水成逆向流动；污水或地表水进入换热设备之前加入固体颗粒，强化设备换热能力、防止污物堵塞与污垢的生成，在换热设备的污水或地表水出口连接固液分离器，将固体颗粒分离出来依下降管再进入换热设备循环使用；固液分离后的污水或地表排到污水或地表水的下游。

为了达到上述目的，本发明提供一种大管径壳管式流化床污水换热装置，包括污水流道和清水流道，所述污水流道与所述清水流道之间存在通过管壁进行热交换的区域。其中，所述热交换区域的污水流道选用直径为50~120mm的大管径；而且在所述污水大管径流道的入水口处另设固体颗粒导入口，所述固体颗粒导入口后端连接固体颗粒存储、输送组件。此外，所述固体颗粒直径为2~8mm；固体颗粒体积分率为2%~8%；密度大于污水。

优选方式下，所述固体颗粒为沙粒、钢球、铜球或有机塑料球的不溶颗粒。

本发明大管径壳管式流化床污水换热装置，改进在于，所述污水大管径流道的出水口处设置固液分离器；所述固液分离器的固体输出口连通至所述固体颗粒存储、输送组件，向所述固体颗粒导入口输送固体颗粒。其中，所述固液分离器为离心甩干式固液分离设备或沉淀滤除式分离设备。

最优方式下，所述固液分离器竖向设置；所述固体输出口位于固液分离器的底部，并直接通过管道连至位于下方的所述固体颗粒导入口。

为了增加污水带动颗粒进入导入口的冲击力，优选方式下，所述污水大管径流道的入水口处位于所述固体颗粒导入口的之前设置一段管径变窄的增压管道。

此外，为了增加热交换的区域的热交换率以及减少热交换区域所占据的空间，优选方式下，在所述热交换的区域，所述污水流道呈S型通道设置，而所述清水流道围于所述S型污水流道的外部，通过侧壁板、隔板也隔置成S型通道，此外，所述污水流道与所述清水流道的流向相反，增加换热效率。为了进一步增加热交换的面积，提高热交换率，上述结构的进一步改进在于，所述S型污水流道为由同一污水出口分出的多个并行S型污水流通支路；所述S型清水流道围于全部所述S型污水流通支路的外部。

本发明主要用于污水或地表水的冷热源利用，污水流道内主要流通介质为污水或地表水。

此外，所述热交换的区域的清水流道和污水流道为竖向设置，且污水入口位于下部，清水入口位于上部。

本发明关键技术在于污水或地表水的能量提取过程，即换热性能与污物堵塞问题。同以前已有的技术相比，本发明采用大管径管来防止含毛发类的污物堵塞换热管，加入固体颗粒来强化设备换热能力，清水与污水或地表水成逆流换热。该换热装置具有换热效率高、抗堵塞、抗污垢、抗腐蚀与容易清洗等特点，是污水或地表水水源热泵间接式系统最合理有效的换热设备之一。本发明的益处与效果在于：彻底解决了污水或地表水冷热源利用中的污杂物堵塞换热器与换热性能不好的缺点，可为热泵提供冷热源，也可用于冷却大型设备的循环用水。该系统可用于供暖、空调，还可供生活用水，适于在宾馆、商场、办公楼以及别墅住宅等场合使用，具有明显的环保经济效益。

附图说明

图1为本发明原理示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图1的B-B剖面图；

图4为图1的C-C剖面图；

图5为下降管底部构件的结构放大示意图。

图中：1污水或地表水进水管路、2下降管底部构件、31下端污水或地表水管箱，4大管径管、32上端污水或地表水管箱、51下隔板、52上隔板、6污水或地表水出水管路、7固液分离器、8清水进口管路、9清水出口管路、10下降管、11喷口。

具体实施方式

以下结合附图与技术方案详细叙述本发明的具体实施方式：

如图1-5所示，本发明装置是由污水或地表水进水管路1、下降管底部构件2、下端污水或地表水管箱31，大管径管4、上端污水或地表水管箱32、下隔板51、上隔板52、污水或地表水出水管路6、固液分离器7、清水进口管路8、清水出口管路9、下降管10等组成。其中，大管径管4的管径为50-120mm。污水或地表水依进水管路1进入换热装置之前加入固体颗粒，强化设备换热能力、防止污物堵塞与污垢的生成；污水或地表水依次经过进水管路1、下降管底部构件2、下端污水或地表水管箱31，大管径管4、上端污水或地表水管箱32、污水或地表水出水管路6，出水管路6连接固液分离器7，将这些固体颗粒分离出来，固体颗粒沿着下降管10、下降管底部构件2进入换热装置循环使用，污水或地表水排放或吸收热量后，从固液分离器7上的出口返回污水或地表水的下游；清水依次经过清水进口管路8、下隔板51、上隔板52、清水出口管路9，壳程大管径管外壁的清水与污水或地表水流向始终相反，形成逆流换热。固液分离后的污水或地表排到污水或地表水的下游。

上述固体颗粒直径为2mm-8mm；固体颗粒体积分率为2%~8%（粒子在污水中的体积百分数）；耐磨损，强度好，不易破碎，其密度大于污水或地表水的密度，可采用沙粒、钢球、铜球、有机塑料等。

根据以上论述，本发明大管径壳管式流化床污水换热装置中，污水流道包括图中的污水或地表水进水管路1、下降管底部构件2、下端污水或地表水管箱31，大管径管4、上端污水或地表水管箱32、污水或地表水出水管路6。清水流道包括清水进口管路8、下隔板51、上隔板52、清水出口管路9。图1中右侧区域即为污水流道与清水流道之间通过管壁进行热交换的区域。

如图5所示，污水大管径流道的入水口处另设固体颗粒导入口，结合图1所示，下降管10用作设置固体颗粒导入口的固体颗粒存储、输送组件。而固液分离器7不但用作固体颗粒存储、输送组件的一部分，还用作污水离开热交换区域后分离固体颗粒的设备。其中，固液分离器可选用离心甩干式固液分离设备（原理如洗衣机的甩干桶），或选用沉淀滤除式分离设备（依靠固体颗粒自动沉淀，滤网分离的方式实现）。

污水大管径流道的入水口处位于所述固体颗粒导入口的之前设置一段管径变窄的增压管道。如图5所示，下降管底部构件2通过减小水平管路的管径来增压，增大流速，从而将下降管中的固体颗粒带入到换热装置中。下降管与底部构件2连接处采用一定的角度，以便固体粒子可以很好的进入水平管路中。固体粒子要耐磨损，强度好，不易破碎，易采用密度大于污水或地表水的沙子、钢球、铜球、聚四氟乙烯粒子、聚甲醛粒子等。

此外，下端污水或地表水管箱31与上端污水或地表水管箱32将大管径管4形成多管程，每管程可设置多根大管径管；下隔板51与上隔板52将清水侧分成多壳程；污水或地表水在垂直的大管径管内流动，含毛发类的污杂物顺畅通过；壳程大管径管外壁的清水沿着大管径管的外壁与污水或地表水流向始终相反，形成逆流换热。通过这一结构，在热交换的区域，污水流道呈S型通道设置；而所述清水流道围于S型污水流道的外部，通过侧壁板、隔板也隔置成S型通道。图中，由同一污水出口分出的多个并行S型污水流通支路，从而增加换热面积，提高换热效率。

本发明属于能源利用技术领域，涉及到一种利用污水或地表水冷热源的可自动除污、强化换热与防抑垢的换热装置。其特征在于：污水或地表水在垂直的大管径管内流动，含毛发类的污杂物顺畅通过，壳程的清水沿着大管径管的外壁与管程的污水或地表水成逆向流动；污水或地表水进入换热设备之前加入固体颗粒，强化设备换热能力、防止污物堵塞与污垢的生成，在换热设备的污水或地表水出口连接固液分离器，将固体颗粒分离出来依下降管再进入换热设备循环使用；固液分离后的污水或地表排到污水或地表水的下游。该换热装置具有高传热系数、抗堵塞、抗腐蚀与易清洗等特点，是污水或地表水水源热泵间接式系统最合理有效的换热设备之一。本发明的益处与效果是彻底解决了污杂物堵塞与防堵塞导致的工艺复杂和换热设备庞大等问题，大幅提高系统的能源利用效率，可用于将污水或地表水作为低位冷热源利用热泵技术进行供冷供热，或冷却工业设备，具有明显的环保、经济效益。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大管径壳管式流化床污水换热装置，包括污水流道和清水流道，所述污水流道与所述清水流道之间存在通过管壁进行热交换的区域；其特征在于，

所述热交换区域的污水流道选用直径为50~120mm的大管径；而且在所述污水大管径流道的入水口处另设固体颗粒导入口，所述固体颗粒导入口后端连接固体颗粒存储、输送组件；

其中，所述固体颗粒直径为2~8mm；固体颗粒体积分率为2%~8%；密度大于污水。

2.根据权利要求1所述大管径壳管式流化床污水换热装置，其特征在于，所述固体颗粒为沙粒、钢球、铜球或有机塑料球。

3.根据权利要求2所述大管径壳管式流化床污水换热装置，其特征在于，所述污水大管径流道的出水口处设置固液分离器(7)；所述固液分离器(7)的固体输出口连通至所述固体颗粒存储、输送组件，向所述固体颗粒导入口输送固体颗粒。

4.根据权利要求3所述大管径壳管式流化床污水换热装置，其特征在于，所述固液分离器(7)为离心甩干式固液分离设备或沉淀滤除式分离设备。

5.根据权利要求4所述大管径壳管式流化床污水换热装置，其特征在于，所述固液分离器(7)竖向设置；所述固体输出口位于所述固液分离器(7)的底部，并直接通过管道连至位于下方的所述固体颗粒导入口。

6.根据权利要求5所述大管径壳管式流化床污水换热装置，其特征在于，所述污水大管径流道的入水口处位于所述固体颗粒导入口的之前设置一段管径变窄的增压管道。

7.根据权利要求1-6任一所述大管径壳管式流化床污水换热装置，其特征在于，在所述热交换的区域，所述污水流道呈S型通道设置，而所述清水流道围于所述S型污水流道的外部，通过侧壁板、隔板也隔置成S型通道，且所述污水流道与所述清水流道的流向相反。

8.根据权利要求7所述大管径壳管式流化床污水换热装置，其特征在于，所述S型污水流道为由同一污水出口分出的多个并行S型污水流通支路；所述S型清水流道围于全部所述S型污水流通支路的外部。

9.根据权利要求7所述大管径壳管式流化床污水换热装置，其特征在于，所述污水流道内流通的是污水或地表水。

10.根据权利要求7所述大管径壳管式流化床污水换热装置，所述热交换的区域的清水流道和污水流道为竖向设置，且污水入口位于下部，清水入口位于上部。

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