印刷廢熱再利用研究

吳 哲

（1.遼寧省交通高等?？茖W(xué)校 遼寧 沈陽(yáng) 110122；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 湖南 長(zhǎng)沙 410015）

1 研究的背景

印刷企業(yè)生產(chǎn)中，熱能供應(yīng)是成本增加的很大一個(gè)影響因素。 但現(xiàn)實(shí)的情況是，在不斷耗能時(shí)，邊緣的很多熱量卻無(wú)端的浪費(fèi)掉了。以中華商務(wù)印刷（廣東）廠來(lái)說(shuō)，7 臺(tái)全自動(dòng)輪轉(zhuǎn)膠版印刷機(jī)在印刷過(guò)程中，消耗很多能量，一部分是因?yàn)榧垙埖母稍镄枰M(jìn)行加熱，這方面消耗的熱量并不大；但另一方面，印刷過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量苯、酚等的有毒化合物氣體，必須在高溫下將他們分解成無(wú)害氣體才能排放，這也就需要消耗大量的原始能量。 因而在它的二次燃燒室中， 溫度高達(dá)790℃—890℃，即使在排放的煙氣中，核心溫度也有390℃左右。

2 處理的方法

以往， 高溫氣體將大量的熱量會(huì)被直接排到環(huán)境中而未被利用，直接轉(zhuǎn)變?yōu)椋ɑ馃o(wú)）（anergy），白白浪費(fèi)掉；為節(jié)能環(huán)保減碳，我們需要將這部分高溫排煙廢熱回收： 比如可以用來(lái)進(jìn)行空調(diào)制冷和熱水供應(yīng)。

為此我們進(jìn)行了精確的計(jì)算。 為了保證得到比較精確的計(jì)算值，我們必須知道：煙氣比熱與溫度的函數(shù)關(guān)系式C=f (t)。 通常應(yīng)用的氣體比熱和溫度的函數(shù)關(guān)系為MC=a+bt+ct2+dt3。 它是應(yīng)用了量子力學(xué)的原理和光譜分析的數(shù)據(jù)而整理成的公式，用它計(jì)算出來(lái)的熱量值比較精確可靠。 由此我們可以得到，定壓，煙氣從T2 降到T1，釋放熱量計(jì)算式：

式中，MCp 是煙氣的定壓模爾比熱。 單位為千焦/Kmol·k。

兩臺(tái)海德堡型號(hào)E93-1020，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，最大煙氣量為：L=4006*2=8012 Nm3/h。又根據(jù)海德堡公司的資料，回收熱量基于80%的最大排煙量，則2 臺(tái)M600 型印刷機(jī)的排煙由390℃降到130℃時(shí)總計(jì)回收熱量為：ΣQ=372.55*8012*80%=2387896.8 千焦/h=664 千瓦時(shí)； 同理可知，三臺(tái)M600 可回收的熱量為1005 千瓦時(shí);2 臺(tái)Sunday2000 可回收的熱量為1390 千瓦時(shí).

3 熱回收利用方案

給職工宿舍衛(wèi)生熱水以提供洗浴等基本生活用途（負(fù)荷205 千瓦時(shí)）；給職工食堂空調(diào)制冷（負(fù)荷398 千瓦時(shí)）。

3.1 利用煙氣+熱水熱交換器+遠(yuǎn)大單效熱水機(jī)

海德堡公司與歐洲在能源回收方面技術(shù)領(lǐng)先的公司合作為印刷機(jī)排煙熱回收開(kāi)發(fā)了一種煙氣-熱水熱交換器。 采用煙氣—熱水熱交換器熱水溫度不超過(guò)94℃，故只能選用單效熱水機(jī).單效機(jī)是沒(méi)有熱水供應(yīng)的。 由以上計(jì)算得知：兩臺(tái)海德堡M600 印刷機(jī)廢熱可以回收599 千瓦時(shí)。 而查表可得兩臺(tái)海德堡093-1020 的熱回收量是710 千瓦時(shí)。兩者是基本吻合的。另外，由資料可得，單效熱水機(jī)的COP 值為0.75。 因而實(shí)際可得制冷量為664*0.75=498 千瓦時(shí)。 這對(duì)食堂空調(diào)有富余。 衛(wèi)生熱水只能從其他印刷機(jī)的廢熱制取。 選用海德堡的另一臺(tái)設(shè)備回收提供。 產(chǎn)熱量為599 千瓦時(shí)；再選用我們所認(rèn)為比較合適的單效熱水機(jī)如遠(yuǎn)大的BDH50 與之匹配，則該機(jī)組冷量為605 千瓦時(shí)。本方案的缺點(diǎn)也是存在的：如果印刷機(jī)停轉(zhuǎn)，那么空調(diào)機(jī)、熱水供應(yīng)都將停止，我們必須備用一臺(tái)熱水鍋爐以備不時(shí)之需。

3.2 利用煙氣直燃機(jī)

方案3.1 的缺點(diǎn)是很明顯的，其熱效率也不如直接用煙氣的熱量制冷。 這是因?yàn)椋何覀冊(cè)O(shè)定由高溫排煙，中間經(jīng)過(guò)熱交換器，再用熱水與單效熱交換機(jī)交換，中間多一道不可避免的傳熱工序。 從理論上來(lái)說(shuō)，每一次不可逆?zhèn)鳠?，總?huì)引起工質(zhì)的熵增或（火用）損，造成不必要的熱效率降低。 為了避免印刷機(jī)?？照{(diào)停，印刷機(jī)不轉(zhuǎn)熱水不熱的問(wèn)題，我們選擇了補(bǔ)燃型煙氣直燃機(jī)。 它可以同時(shí)提供525 千瓦時(shí)的空調(diào)制冷量和245 千瓦時(shí)的生活用衛(wèi)生熱水量，完全可以滿足日常的空調(diào)、衛(wèi)生熱水的要求。 而印刷機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，則可以完全燃?xì)庳?fù)荷，即煙氣直燃機(jī)變成直燃機(jī)。

還有一種解決方法： 將28%的125℃的煙氣和72%的390℃的煙氣混合在一起之后，在排出到室外去之前，再引回到煙氣—熱水熱交換器，進(jìn)行再一次的熱回收，制成熱水，就可以滿足某些其他用熱能的地方如熱風(fēng)干燥車間。

3.3 選用單效煙氣機(jī)

較之煙氣直燃機(jī)， 單效煙氣機(jī)可以將664 千瓦時(shí)的熱量完全利用， 節(jié)能效果更好， 價(jià)格比煙氣直燃機(jī)也便宜得多。 至于熱水，在Sunday-2000 的排煙管上裝煙氣—熱水熱交換器來(lái)提供{200 千瓦時(shí)}。BDE50 的制冷量是582 千瓦時(shí)，其負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣：5—115%。這樣對(duì)煙氣的流量，溫度的變化有很好的適應(yīng)能力。它作為最后的選用方案。

4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，我們實(shí)際上從工藝排煙中共計(jì)回收700 千瓦時(shí)的熱能，如果印刷工廠每天工作實(shí)行普通的兩班制（十六小時(shí)），每年總計(jì)工作三百天；當(dāng)?shù)氐墓S電價(jià)為1.05 元每千瓦時(shí)，基本用電電價(jià)30元每月* 千瓦時(shí)，那么，普通的應(yīng)用電力制冷，我們每年花費(fèi)的電費(fèi)為：0.89*114*16*300+24*114*12=612，852 元人民幣。 職工每日需熱水39T{由14C 加熱到60C}，用電熱鍋爐日耗電量達(dá)2000 多度{熱效率按90%計(jì)算}，電費(fèi)需2000 元/日；用液化石油氣則需228KG/d（熱值10800 大卡/公斤， 熱效率按65%）， 氣費(fèi)需1664 元/日； 柴油則需239kg/d(熱值10300kcal/kg，效率按65%計(jì)算)，油費(fèi)需1554 元/日；管道煤氣需648 立方米/日（熱值3800kcal/m3，熱效率按65%計(jì)算），氣費(fèi)需1005 元/日。 不難算出，從排煙“廢熱”中回收的熱量，無(wú)論用來(lái)代替哪種能源，一年節(jié)省下來(lái)的費(fèi)用在120 萬(wàn)元左右，所以廢熱回收和利用的回報(bào)率是非常高的。

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 利用排煙廢熱，采用溴化鋰吸收式機(jī)組供冷、供熱，與燃?xì)鈾C(jī)或內(nèi)燃機(jī)，發(fā)電機(jī)組合，形成冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)（CHP），實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，即所謂的分布式能源系統(tǒng)（DES），提供了一種高效的能量利用途徑。 它的熱量利用率可高達(dá)90%以上。 這符合我國(guó)能源發(fā)展的主導(dǎo)政策。

5.2 利用工業(yè)廢氣（廢熱）供冷、供熱，提高了能源利用效率并減輕環(huán)境污染。 就本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，我們從工藝過(guò)程中排出的10580m3/h、399℃的廢氣中撿回了864 千瓦時(shí)的熱能用于改善職工的生活。同時(shí)也相當(dāng)于每年減少二氧化硫排放2115kg，減少二氧化碳排放90.5t（碳計(jì)）。但是，我們?nèi)詫?0580m3/h，130℃的煙氣排入自然環(huán)境當(dāng)中。若此時(shí)的環(huán)境溫度為20℃，我們根據(jù)上述計(jì)算煙氣的放熱公式：

經(jīng)過(guò)同樣計(jì)算過(guò)程，可以得出有4204 千瓦時(shí)的熱量（火用）轉(zhuǎn)為（火無(wú)）排入環(huán)境。當(dāng)然我們還可以使排入環(huán)境的煙氣溫度更進(jìn)一步降低以增加(火用) 量，但這未必經(jīng)濟(jì)。

［1］李特文.工程與熱力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1997.

［2］邱信立，康樂(lè)明，等.工程熱力學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.