废水热回收池壁非稳态换热研究

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1、废水热回收池壁非稳态换热研究第1章绪论1.1研究背景及意义能源问题日益严峻，已成为当前世界各国关注的重大战略性问题。我国涉及的能源问题主要存在于以下几个方面：一方面，随着人口及经济的快速增长，导致了能源的大量消耗并面临日渐枯竭的危险[1-2]。我国的能源消耗量非常巨大[3]，主要消耗煤碳等化石燃料，二氧化碳等温室气体的大量排放导致了酸雨及臭氧层破坏等环境问题，进而危及到人们的生命及财产安全。另一方面，我国能源利用率相对较低，并且能源浪费现象比较严重，这些直接致使环境污染问题日益严峻。我国的能源在实

2、际使用时利用率较低，与发达国家生产相同单位产值的商品时，我国能源的消耗量要比发达国家多出近四倍[4-6]，能源利用率低了近10%。较低的能源利用率不仅导致了大量资源浪费现象严重，而且未充分燃烧的燃料排放的污染物也会造成环境的污染。因此，如何从根本上解决能源匮乏的问题已迫在眉睫。目前，我国主要从节约能源及开发新能源两方面应对这个问题。节约能源是从量的方面考虑，在满足基本需求的基础上避免传统能源的浪费及损失，以减少其消耗量。开发新能源是指利用太阳能、地热能等低位热源代替煤、石油等高位热源，以降低高位能

3、源的消耗，从而达到保护环境的目的。我国有关部门针对日益严峻的环境问题，提高能源利用率，减少污染物的排放，颁布了与环境保护相关的多项法律规定。1997年末，第八届全国人民代表大会通过了《节约能源法》，大会提出要从暖通空调系统、建筑围护结构、可再生能源利用、运行与管理四方面出发，节约建筑能耗。《绿色建筑行动方案》是城乡建设部与国家发展改革委员会于2013年联合颁布的，在这个方案中着重从既有建筑、新建建筑及公共建筑节能管理等方面，强调了建筑节能的重要性。在我们周围的日常生活和工业生产中，存在着大量的可再

4、利用的低位热能，如果能将这些低位热能回收利用，既满足了人们对能源日益增长的需求，又减少了煤炭等传统能源的消耗，同时还保护了生态环境。地位热能中可利用的能源包括地下水、海水等自然界的天然水资源还有如生产及生活用废水等人工资源。其中生产生活用废水中又包括工业废水、洗浴废水和其他生活废水等[7]。.........1.2洗浴废水热回收利用研究现状及应用废水主要包括工业废水、洗浴废水和其他生活用废水等，而洗浴用水的耗能占生活热水的比重不仅很大而且还在逐年增加。由于工业废水中所含化学物质和杂质较多，对这部分

5、废水进行热量回收时一定需要经过过滤等过程，增加了废水回收的成本，而洗浴废水水质较清洁，水流量较大。目前洗浴热水的热源采用的形式主要有燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉、热泵系统等[9-12]。燃煤锅炉的最大优点是可以燃用发热量低、灰分大的劣质煤，为国家节约大量的优质燃料。燃煤锅炉容量通常较大，容易造成炉内燃料燃烧不充分，因此为解决这个问题，通常将煤磨制成煤粉，因而需要的设备较复杂、耗电量较大。由于燃煤锅炉容易在炉膛内结焦，通常需要加大炉膛内的容积。燃煤锅炉燃烧后的烟气中灰分多，为减少在换热过程中换热面的损

6、耗，烟气流速一般较低，热效率也较低，并且由于除尘器无脱硫装置，燃煤锅炉的使用给环境造成了极大的压力[13-14]。基于以上这些特点，燃煤锅炉的投资较大，设备较容易磨损，检修工作量很大。除此之外，储存燃料和灰渣需要的占地面积较大，因此需要建立庞大的储煤场和储灰场。燃气锅炉与燃煤锅炉相比可省去引风、鼓风、省煤器和水磨除尘器等设备，总投资较燃煤锅炉少。供气系统由燃气公司负责管道输送，系统运行较安全且稳定可靠。在多数情况下，燃气锅炉的使用年限能达到15年以上[15-16]。与煤炭等传统燃料相比，燃气中硫、

7、氮的含量较少，燃烧后的烟气中二氧化硫和二氧化氮等污染物的含量相对较少，属于相对较清洁的燃料。政府及相关部门鼓励使用清洁的能源和燃料，以便减少对环境的污染。电锅炉通过将电能转化为热能，以此供给人们所需的热量。合理的采用节能技术可以减少能源耗费。电锅炉可以根据用户的需要设置运行时段，并且可以根据不同时段的工作性质，设置不同类型的功能，满足用户的多种需求[17-18]。电锅炉噪音小，热效率高，与燃煤燃气锅炉相比对环境污染小，并且使用比较方便，温度可根据用户情况调节，占地面积较小，可以同时供暖和供给生活热

8、水。虽然电锅炉的优点很多，但运行费用相对其他锅炉较高，在具有峰谷电价地区的经济性相对较高。..........第2章洗浴废水热回收的数值模型2.1洗浴废水热回收的物理数学模型考虑到换热器中泥垢毛发的堵塞问题、化学物质的腐蚀问题以及细菌微生物等的繁殖问题，因此在洗浴废水回收侧选择池壁换热的方式。具体做法是将洗浴后温度较高的废水，直接引入洗浴废水热回收装置，热回收装置外形类似四方体，因此将洗浴废水热回收装置简化为方腔，环绕腔体外壁四周水平敷设换热盘管，换热盘管内装有低温冷媒，管外敷设保