印染行業(yè)廢水余熱回收

王益靜

（寧波華研節(jié)能環(huán)保安全設(shè)計研究有限公司，浙江 寧波 315800）

1 前言

印染廠在其生產(chǎn)工藝過程中要消耗大量的熱能、電量，尤以熱能的用量最大，其中用于洗滌、漂白、染色等工序的熱能消耗約占整個工藝過程中熱能用量的70%。在染色過程中，蒸汽提供的熱量中約 8%～10%的熱量通過設(shè)備散熱方式損耗，20%的熱量被工藝冷卻水帶走，而其余的熱量則通過廢水被排放。同時在染色過程中又需要將進水用蒸汽加熱，因此如果能把廢水中的熱量進行回收，對進水進行預(yù)加熱，則可減少蒸汽消耗量。另一方面，排放的廢水送至污水處理廠處理，由于排放的染色廢水溫度較高（平均溫度在50 ℃以上），對廢水處理的質(zhì)量影響較大，特別是生化處理工序，過高的水溫將使生化細菌死亡，從而影響廢水處理效果，給廢水達標排放或中水回用帶來嚴重影響。由此可見，在印染廠進行廢水余熱回收是一項非常必要的工作。

2 廢水余熱回收的原理

在自然界中，熱量傳遞是一種普遍存在的現(xiàn)象。兩物體間或同一物體的不同部位間只要存在溫差，就會發(fā)生熱量傳遞，熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)轉(zhuǎn)移，直到各處溫度相同為止。

根據(jù)上述原理，鑒于印染廠廢水溫度高、工藝水溫度低的狀況，可通過熱交換器的熱交換，將廢水中的熱量傳遞給工藝用水，以達到節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率的目的。

3 廢水余熱回收的效益

假設(shè)廢水進水溫度為T1，廢水出水溫度為T2，廢水流量為V，熱量吸收效率按 80%計算，則回收熱量為：回收熱量＝水的比熱×廢水流量×熱量吸收效率×（T1－T2）。

節(jié)約蒸汽量為：節(jié)約蒸汽量＝回收熱量/每噸蒸汽的焓值

經(jīng)濟效益為：經(jīng)濟效益＝節(jié)約蒸汽量×每噸蒸汽的價格

舉例說明：（以每年回收10萬t廢水為例）

廢水量按10萬t計算，水的比熱為4.2×103J/kg·℃，熱量吸收效率按80%計算，經(jīng)熱交換后，每年清水從廢水吸收熱量為4.2×103J/kg·℃×（53－28）℃×100000 t/a×0.8＝0.84×1010 kJ，按蒸汽的焓值2760 kJ/kg來換算成蒸汽量，則每年可減少蒸汽用量3043 t（等價折標煤量347 t），按每噸蒸汽180元計算，節(jié)約的蒸汽折費用可達55萬元/a。

4 廢水余熱回收的制約因素

（1）染整工藝排出廢水一般在50 ℃以上，屬于低品位余熱，且溫壓小，回收這種溫度范圍的余熱難度較大，它要求熱回收裝置本身具傳熱措施。

（2）染整工藝的廢水排出是間歇式。排水量和排水時間都是變化的，這給回收帶來了很大困難。

（3）廢液中的浮游物質(zhì)，如纖維絨固體微粒、染料、溶解物等都易吸附于換熱器的表面，導(dǎo)致熱交換器傳熱效率下降甚至于堵塞。

5 熱交換器的選擇

換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。其中間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。

5.1 板式熱交換器

板式熱交換器由一組波紋不銹鋼金屬板組成稱為傳熱板，傳熱板角上有孔，供傳熱的兩種流體通過。傳熱板片安裝在一個側(cè)面有固定板和活動壓緊板的框架內(nèi)，并用夾緊螺栓夾緊。傳熱板片上裝有密封墊片，將流體通道密封，并引導(dǎo)流體交替地流至各自的通道內(nèi)。流體的流量、物理性質(zhì)、壓力降和溫度差決定了傳熱板片的數(shù)量和尺寸。波紋板不僅提高了湍流程度，且形成許多支撐點，足以承受介質(zhì)間的壓力差。傳熱板和活動壓緊板懸掛在上導(dǎo)桿上并由下導(dǎo)桿定位，而桿端則固定在支撐柱上。

5.2 管式熱交換器

管式熱交換器也是由不銹鋼制成的，屬于列管式換熱器，即在一根直徑較大的粗管里裝有若干根小細管，這些細管固定在兩端的管板上。該設(shè)備大多采用多套管形式，由一根殼管內(nèi)套多根平行小管而成復(fù)合管，再將多段復(fù)合管連接起來。每一段稱為一程，各程的內(nèi)管用U形管相連接，而外管則用支管相連接。制品在內(nèi)管流動，加熱介質(zhì)在外管逆向流動，通過內(nèi)管壁進行熱交換。每根殼管中的管子數(shù)量和直徑可以變化，以滿足制品性質(zhì)和對熱量的要求。管組內(nèi)外管采用獨特的浮動頭和雙密封設(shè)計，從而無熱膨脹引起的應(yīng)力和避免污染危險，同時便于打開管道進行檢查與維修，更可承受較高的產(chǎn)品壓力。

5.3 熱交換設(shè)備選擇

上述兩種換熱器優(yōu)缺點比較見表1。

表1 板式熱交換器與管式熱交換器的比較

由于板式熱交換器熱效率比管式熱交換器高，且體積小，因此一般換熱設(shè)備采用板式熱交換器。

6 廢水余熱系統(tǒng)的設(shè)計

由于廢水中含有的纖維絨等固體微粒會堵塞換熱器，因此需在廢水換熱前加一級過濾裝置，以便設(shè)備更好的運行。廢水余熱回收系統(tǒng)的管路設(shè)計如下：

廢水流向：廢水進水口→過濾器→泵→過濾器→板式熱交換器→廢水出水口。

清水流向：清水進水口→板式熱交換器→清水出水口。

7 廢水余熱回收系統(tǒng)實例

以慈溪的一家印染企業(yè)為例。根據(jù)企業(yè)的用水用熱情況，設(shè)計換熱器冷、熱水流量分別為60 t/h。清污廢水分別通過換熱器交換熱量，由各染色機排出的廢熱水通過簡單過濾器初步過濾后排放至廢熱水貯蓄池內(nèi)，然后用水泵將廢熱水送至板式熱交換裝置，板式換熱器前裝配—精密過濾器，并且在熱交換裝置的另一側(cè)輸入冷水，兩種流體在裝置內(nèi)進行充分地?zé)峤粨Q后，廢熱水把熱量傳給冷水，本身被降至接近冷水的進水溫度，最后被排至污水處理廠。

廢水流向：廢水池→泵→旋轉(zhuǎn)過濾器→泵→過濾器→板式熱交換器→廢水排放管道。

冷水流向：冷水池→泵→流量計→板式熱交換器→冷卻水及蒸汽冷凝水回用管道→熱水池。

工藝流程圖見圖1。

按實際廢水熱交換流量20 t/h，清水溫度由熱交換前的平均15 ℃提高至40 ℃，水的比熱為4.2×103J/kg·℃。因此經(jīng)熱交換后，每小時清水從廢水吸收熱量為4.2×103J/kg·℃×（40－15）℃×20 t/h＝2100000 kJ，按蒸汽的焓值2760 kJ/kg來換算成蒸汽量，則每小時可減少蒸汽用量0.760 t，每天節(jié)約蒸汽7.6 t（運行10 h），按每噸蒸汽180元計算，節(jié)約的蒸汽折費用可達1368元/d。扣除設(shè)備電費50元/d，企業(yè)每天的實際收益為1368－50＝1313元，按每年工作300 d計算，年收益為39.39萬元。設(shè)備投資費用在40萬左右，則1 a左右可收回投資，效益明顯。

圖1 工藝流程圖

8 結(jié)論

印染行業(yè)的廢水余熱回收技術(shù)在節(jié)約蒸汽及提升后續(xù)水處理率上均有積極意義，因此希望能引起有關(guān)部門的重視，并在印染行業(yè)積極推廣。