一种再生水板式换热器在线抑制和清除污垢的装置及方法，其特点是：该装置包含超声波发生器、超声波换能器、超声波变幅杆和水处理外套管；所述的超声波变幅杆设置在水处理外套管内，超声波变幅杆一端与超声波换能器连接，另一端插入板式换热器再生水进水端口内。采用所述装置的在线清洗方法，其特点是：第一步使用低频率、高功率的超声波，功效为杀灭污垢中的微生物并剥离污垢；第二步使用高频率、低功率的超声波，功效为清除无机污垢及残余微生物膜。本发明专利技术适用于以再生水为换热介质的板式换热器，可在不影响换热器正常运行工况下实现在线式清洗，无环境污染，安装简便，可使板式换热器长周期安全经济运行。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种板式换热器的抑制和清除污垢装置和方法，特别是一种利用超声波作用、实现对以城镇再生水为换热介质的板式换热器抑制和清除污垢的装置及方法。
技术介绍
能源危机的日益加剧促使人们不断加快对于可再生能源开发利用。城镇再生水水体中蕴含着大量的低位热能，以其作为冷、热源的热泵技术具有显著的节能环保效益，已被公认为一项具有很大应用潜力的可再生能源技术。虽然城镇再生水经过污水处理厂多级处理，并达到国标GB18918-2002规定的排放标准，但其水质仍然比较复杂，溶有各种离子、悬浮物，特别是含有数量较高的产粘泥异氧菌。由于这些物质的存在，使得城镇再生水作为换热介质时必将发生结垢和腐蚀危害。板式换热器作为一种高效换热器，其占地面积小，传热系数高，单位造价低，是水体中低位热能回收的首选高效换热设备之一。冬季制热工况下，利用板式换热器从城镇再生水中取热，低位热量经由热泵系统实现品位提升，最终将中高品位的热量供给热用户；夏季制冷工况下，热泵系统将从冷用户取来的热量通过板式换热器释放到城镇再生水中，此时城镇再生水为载冷介质。而由于上述城镇再生水中杂质的存在，将导致板式换热器内结垢现象发生。再生水在板式换热器内形成的污垢主要是以生物污垢为主、析晶污垢、颗粒污垢和腐蚀污垢共存的混合污垢。特别是在夏季制冷工况下，板式换热器内温度非常适宜微生物生长繁殖 (运行温度在25 30°C )，因此污垢生长速率较快。结垢现象的发生一方面导致板式换热器传热效果恶化(夏季制冷工况下，板式换热器连续15天运行，传热系数下降45% )，热泵机组制热系数下降；另一方面污垢在板片上长时间附着将导致垢下腐蚀现象发生，从而缩短板片寿命。因此，板式换热器污垢抑制和清除装置及方法的开发具有实际应用意义。目前国内对于以城镇再生水作为换热介质的板式换热器的清洗方法报道少，对于板式换热器常用的是停机拆开清洗及在位化学药剂清洗。停机拆开清洗即将板式换热器拆卸后对板片直接进行机械或化学清洗。由于城镇再生水板式换热器结垢周期较短，如采用上述清洗方式，必将导致板式换热器的反复拆卸，这种方式一方面严重干扰了系统正常换热过程，另一方面反复拆卸将加速板式换热器密封条失效，带来不必要的经济损失。特别是对于大型再生水源热泵系统，板式换热器体积庞大，拆卸难度大为增加，频繁拆卸无法实现。在线化学药剂清洗，无需对板式换热器进行拆卸，但清洗药剂造成的环境污染、对换热器的腐蚀问题无法根本避免，同时其仍是一种离线的清洗方法，需要在清洗时停止换热设备的运行，造成的停用带来了经济损失。在线物理清洗是城镇再生水板式换热器清洗方式发展方向，其中超声波清洗技术在众多领域展现良好清洗效果，但应用于城镇再生水板式换热器污垢清洗未见报道。从换热器结构考虑，板式换热器由具有波纹凹凸表面的薄金属板叠加形成人字形、球形或斜波纹复杂流道，板片间距小、存在接触点；换热介质在其内流动方向变化迅速，低流速下即可形成强烈湍流，强化传热同时加速污垢形成。而目前超声波清洗的目标大都为管壳式换热器，以圆管内流动为主，流道结构简单，湍流程度低。鉴于流道结构和流动形式差异大，超声波在板式换热器中传播方式、强度、距离等需要专门研究。从污垢成分考虑，城镇再生水板式换热器的运行温度适中，有利于微生物的在换热壁面附着、生长、繁殖，因此城镇再生水板式换热器内污垢为以生物污垢为主的混合污垢，此类污垢与换热器壁面附着力强。而目前超声波清洗的目标大都为析晶污垢和颗粒污垢。鉴于污垢种类差异较大，相关清洗经验可参考性不强。总而言之，鉴于换热器形式、污垢成分和附着状况的特殊性，急需研发针对城镇再生水板式换热器的超声波在线清洗装置及方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供，利用该装置及方法可便捷去除板式换热器表面的污垢，同时无需板式换热器停止运行、无污染， 实现在线式清洗，确保城镇再生水板式换热器经济安全运行。本专利技术的技术方案如下一种再生水板式换热器在线抑制和清除污垢装置，其特征在于该装置包含超声波发生器、与超声波发生器电连接的超声波换能器、超声波变幅杆和水处理外套管；所述的水处理外套管设有进水口和出水口，水处理外套管进水口与板式换热器再生水进水管连接，出水口通过换热器端口法兰与板式换热器的再生水进水端口连接；所述的超声波变幅杆设置在水处理外套管内，超声波变幅杆一端与超声波换能器连接，另一端插入板式换热器再生水进水端口内。本专利技术所述的水处理外套管的进水口通过活接头与再生水进水管连接。水处理外套管通过套管法兰与超声波换能器连接。本专利技术的技术特征还在于所述的超声波换能器的外部设有散热器及护罩。所述的超声波变幅杆插入板式换热器内，且超声波变幅杆末端距板式换热器封口板片的长度为 2mm 5mm0本专利技术提供的一种再生水板式换热器在线抑制和清除污垢的方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)再生水经再生水进水管进入水处理外套管内，再生水流量设定为与正常运行工况相同，开启超声波发生器，并设定超声波频率为15 30kHz，优选频率为15 20kHz，单位换热面积超声功率密度为2 10kW/m2，优选功率密度为5 10kW/m2，流入水处理外套管内的再生水在流经超声波变幅杆的过程中，在超声波的作用下得到预处理；2)经预处理后的再生水流入板式换热器，伸入板式换热器内部的超声波变幅杆发出的超声波沿再生水流动方向传播至整个换热面，超声空化作用引发冲击效应、剪切效应和声流效应，对换热器表面形成的污垢进行挤压、剪切和冲刷，破坏垢层结构，使垢层破碎并脱落，超声作用时间为3 8小时，完成第一步清洗；3)第一步清洗结束后，调整超声波频率至20 40kHz，优选频率为30 40kHz ； 单位换热面积超声功率密度设定为0. 5 5kW/m2，优选功率密度为2 5kW/m2 ；再生水流量设定为与正常运行工况相同，开始第二步清洗，对换热器壁面上污垢的底层物质及残余微生物膜进行清除，超声作用时间为3 8小时；4)第二步清洗结束后，超声波发生器断电，再生水流量设定为与正常运行工况相同；在位清洗周期为4 20天。本专利技术与现有以再生水为换热介质的板式换热器清洗技术相比具有以下优点①本专利技术可应用于城镇再生水板式换热器在线清洗过程，在不拆卸、不挪动设备、 管线的情况下完成对板式换热器的除垢、除锈清洗，可达到恢复板式换热器流动换热性能的目的，且无污染、环境友好；②本专利技术结合了抑垢与除垢两种不同的作用再生水流经超声波变幅杆得到超声处理后，流经板式换热器引起板式换热器结垢的可能性大幅度下降，对污垢的产生起到了抑制作用；超声波变幅杆伸入板式换热器内部，所产生的超声波可以直接作用至板式换热器的板片上，可以使已经在板片上附着的污垢脱离剥落，起到了除垢的作用。本专利技术弥补了传统污垢处理方法仅除垢或者仅抑垢的不足。③本专利技术系统结构简单紧凑，安装于板式换热器时只需将装置中超声波变幅杆插入板式换热器进水口，并将相应的连接固定好即可，安装方便易行，运行稳定，维护简便。附图说明图1为本专利技术提出的板式换热器在线抑制和清除污垢装置的结构示意图。图中1.散热器及护罩；2.超声波换能器；3.水处理外套管；4.超声波变幅杆； 5.套管法兰；6.活接头；7.换热器端口法兰；8.超声波发生器；9.再生水进水管；10.板式换热器；11.再生本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种再生水板式换热器在线抑制和清除污垢装置，其特征在于：该装置包含超声波发生器（８）、与超声波发生器电连接的超声波换能器（２）、超声波变幅杆（４）和水处理外套管（３）；所述的水处理外套管（３）设有进水口和出水口，水处理外套管进水口与再生水进水管（９）连接，出水口通过换热器端口法兰（７）与板式换热器（１０）的再生水进水端口（１１）连接；所述的超声波变幅杆（４）设置在水处理外套管（３）内，超声波变幅杆（４）一端与超声波换能器（２）连接，另一端插入板式换热器（１０）的再生水进水端口（１１）内。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：史琳，田磊，李穹，杨倩鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
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