运用 E-Plate 热交换器的高效废水处理装置
从废水到工艺用水的热传递
许多公司在它们的生产过程中都需要使用高温工艺用水。总部位于德累斯顿（德国）的戴思 DAS Environmental Expert 现在提供了一种创新系统，能够实现从废水到工艺用水的热传递。
造纸行业中的废水热交换器
Schumacher Packaging GmbH 在其位于 Schwarzenberg 的工厂中获得了使用这类热交换器的经验。这家由所有者运营的中型公司专业从事提供使用瓦楞及实心纸板的定制包装解决方案。
Schumacher Packaging GmbH 是位于德国 Ore 山脉中 Schwarzenberg 的一家纸板生产商。它们的经营业务涉及到对用过的纸张进行重新加工。这个工艺过程需要从 Grosse Mittweida 河中抽取大量的水。在冬天里，来水相对较冷，抵达时的温度约为摄氏 5 度。这些水将经历初步净化过程，然后必须要利用外部热源对它进行升温。
现在，Schumacher Packaging GmbH 已经提高了造纸机的产能。这也导致工艺过程温度增高到最多摄氏 55 度，这对于随后的生物废水处理而言是过高的温度。如果水过热，则微生物将会死亡。结果：污水处理装置在这些温度下将不再起作用。为了防止对河流造成损害，摄氏 30 度的正式温度上限也适合用于废水排放。
这就是 Schumacher Packaging GmbH 为什么寻找精密解决方案对废水进行冷却的原因，这将确保生物废水处理系统继续可靠运行，并且允许利用回收的热能对来自于河流的冷水进行预热。
具备最小压力损失与低成本维护的热传递
- 它必须要在压力损失最小的情况下连接现有的重力管线
- 不易受到污染＋堵塞的影响 → 低维护成本
因此，传统的热交换器设计不适合考虑中的这种情况。
传统热交换器的结构形式
数十年来，传统热交换器已经在许多领域的应用中实现了成功、有效的运用。尽管如此，在废水领域中至今尚未找到令人满意的技术解决方案。在接触到实际废水的情况下，传热表面会相对迅速地变脏，如果不对设备进行定期清洗，这就会导致形成迅速生长的生物膜。
这个过程被称为污染，它将导致热传递性能下降，并因此造成系统效能水平的急剧退化。因此，在采用标准设备时，必须使用复杂的在线清洗（CIP）过程对传热表面进行清洗，或者必须被打开，甚至在使用板式热交换器的情况下必须进行拆卸，以便允许随后执行大量清洗。
机械过程的效果经常低于充分清洗。举例来说，出现这种不当效果的原因是：水射流无法进入在内部高压清洗过程中应该达到的所有区域——特别是在热交换器较大的情况下。
用于废水的自洁式热交换器
为 Schumacher Packaging GmbH 找出的解决方案所依据的基础是配备不断旋转的刷子系统的换热器以及所谓的热板。这将污染降低到最低限度，并且优化了热传递性能。旋转刷不仅保证传热表面始终保持清洁，而且还促进了高流速以及在高流速情况下的更高热传递水平。
刷子的旋转运动还将导致沿着螺旋路径进行废水循环。这将产生逆流式换热器的效果。这种结构原理允许在不使用附加泵提高压力的情况下在从现有污水处理装置开始的排放装置中进行安装。这也导致不需要使用大量的计量与调节设备。
废水热交换器运行所依据的原理
（清洁）冷却水将被均匀地分布在所有的热板上，并将沿着环形路径在这些热板内流过热交换器一次。热板由凭借在平面区域上进行点焊的方式在边缘完全接合在一起的两个金属热交换器板构成。按这种方式焊接的金属板之后将以液压方式进行扩展，并且配备了用于冷却水入口及出口的连接点。
为了可以凭借旋转刷系统实现永久性清洗，必须使这些热板形成环。增大直径的这些环将大量插入到彼此内部，并与一个容器进行连接。最外面的热板将兼作该容器的外壁。
受污染 废水 将从下方被送入到热交换器内，并且向上在热板之间流动通过容器，从而在顶部被引走。刷子的旋转运动还将实现沿着螺旋路径进行的废水循环（螺旋型换热器）。这将产生逆流式换热器的效果。
在位于 Schumacher 的 Schumacher Packaging GmbH 的废水处理系统上游进行的安装
在 Schumacher Packing 公司的案例中，安装了两个热交换器。它们可以按单独、串联或并联方式运行，因此在系统运行中可以保证高度的灵活性。这具有重要意义，这是因为：如果废水太冷，这也将对生物废水处理系统中微生物的新陈代谢产生有害影响。
已安装热交换器的性能数据
热交换器效能
这些热交换器经过设计，可以在冷却水侧达到 10 bar 的允许工作压力。它们采用 1.4404 不锈钢进行制造。在这个方面，有各种其它材料可供使用，因此，可以根据废水的具体成分，相应选择适当的材料。这些热交换器的结构形式可以有很大的变化，适合用于数量众多的各种应用。对于直角通道，直热板被合并成组件，并且可以根据需要按自洁或单独可伸缩形式进行提供。
所有设计变型也都可以悬浮在现有容器内，从而大大减少安装和管道工程需要的空间。自由悬浮式热交换器的设计没有采用封闭底座，可以按向上流动或向下流动的过程形式运行。
相对于传统热交换器的优势
- 永久性自洁
- 适合用于含有固体的废水
- 压力损失水平低
- 易于检查
- 由于采用旋转刷，达到了高紊流率，因此实现了良好的热传递
使用这些热交换器带来的附加优势
除了直接热量回收产生的节能效果以外，使用这个类型的热交换器，将为废水技术的尺寸选择与运营拓展新的可能性。
用于厌氧反应器的废水加热
在这里要说明的要点是可以使用便于在 35 °C至 38 °C之间的温度下运行的厌氧反应器。厌氧生物段具有的特点是有害物在没有任何氧气供应的情况下被分解。
如果考虑中的废水没有处于要求的温度，则通过巧妙组合出口中热量回收与低于要求温度的废水的同时预热，只需在能源方面付出最小花费的情况下就可以使厌氧反应器保持最佳温度。
厌氧废水处理特别适合受到高度污染的工业废水。相对于需氧工艺过程（即借助于氧气执行）的优势特别在于：显著降低电力需求，减少产生的残留物数量（过剩污泥），达到高生产能力水平并因此实现紧凑的结构设计，最后可以产生生物气。
可以利用生物气的比例保持厌氧反应器中的最佳工作温度。大部分的这种生物气可以用于加热用途，也可以用于在单元式热电站中转换为电力。
面向需氧废水技术的增强性能
借助于安装在上游位置的热交换器，甚至可以使需氧生物段达到最佳工作温度。按照这种方式，可以实现现有系统性能的提升。在建设新的生物污水处理装置时，现在可以在设计和尺寸选择方面使它们变得更小、更加紧凑。
对于公共污水处理装置，能源效率同样是一个重要方面。相应地，目前尝试回收废水中包含的热量已经有一段时间。迄今为止，有许多因素妨碍采用大规模技术实现这一点。
- 在传热表面上迅速形成覆盖层
- 性能迅速下降，并产生与此相关的高维护成本
- 为补偿压力损失采用附加的泵浦设备
这最后一点具有特别重要的意义，这是因为：在许多污水处理装置（工业和公共）的排放出口中，废水处理系统的排放装置与排水口的表面水平之间的高度差非常小。
附加废水技术在很大程度上变得多余
这些附加泵的安装，将具有下列影响：大大降低（或者甚至抵消）热量回收提高能源效益的有益效果。采用传统热交换器时产生的压力损失，是由于有效运行所需要的高流速而造成。同时，为了实现高热传递水平，将保持尽可能小的流道。这反过来会造成更快发生堵塞，并产生更大的压力损失。压力损失的正常值约为 0.5 bar到 1.0 bar——就差异压头而言，这对应于 5－10 米。
在这一点上，在此介绍的自洁式热交换器系统相对于所有其它系统而言最为突出。压力损失的典型值约为 0.01 bar——这对应于 0.1 米的差异压头。
适合用于含有固体的废水
总之，可以这样说：对于含有固体的废水而言，在废水过冷或过暖的情况下，或者如果污水处理运行效率低下，则这些热交换器代表了一种提升效率的解决方案。
在 Schumacher Packaging GmbH 的案例中，热交换器的安装节约了先前所需要天然气量的 40％。这在第一年内就收回了为其付出的投资。
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