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染色污水热能回用体系设计

本文作者:孙洪刚、孙翠翠 单位:鲁银投资集团、禹城羊绒纺织有限公司

染色污水热能回收与利用是把储存在污水中的热量通过热交换的原理,以热传导的方式将污水中的部分热量传递给常温下的自来水,以使自来水温度提升的技术。染色污水热能回收技术近几年得到了很大的发展,其中最常用的印染行业废水热能回收方法是:将热污水和废弃热蒸汽收集并按各自不同温度直接或间接输送到至少由2个以上换热单元构成的热交换器中,分别与流经箨换热单元自来水进行热交换,再通过PLC控制装置对获热自来水实行分温段保温、贮存,待用水开始时,可以将已经升温过的自来水直接配送至需水机台[2]。

现有技术中,对印染加工过程中废弃污水的热能回收主要采用如下几种回收设备:对含热污水就近安装热交换单机组进行热能交换,并直接把交换产生的洁净热水放进用热水机台。这种方式优点是灵活机动,缺点是机台旁边空间小。无法安置较大的换热设备,换热效率一般很难设计得很高,加上工人的操作空间有限,这样会进一步减少操作空间,使工人工作环境狭窄而恶劣[3]。集中各机台的热污水进入污水交换站再进行热能交换,这种方式优点是选择合适的地方建立交换系统。集中处理,再向各机台分配供应含热自来水[4]。此种技术的换热机组采用的是大型管程或以高效热管技术、或大型热泵机组进行废热回收,但是建设费用会较高,因在使用过程中较易堵塞,对水质有一定的要求。以上2种均可以取得较好的热能回收效果,但是从目前国内的使用情况来说,采用集中换热进行污水热能回收,在热能回收效率上来说,要优于单台热交换机组的热能回收。

染色污水热能回收系统设计

传统印染工艺每天耗蒸汽高达数百吨,工艺所产生的60~90℃废热水均直接排放,废水余热利用潜力巨大,本设计基于目前染色企业的污水排放进行,为污水处理的前道工序。充分利用印染后所排出的高温热水,可以在热污水蓄水池处设置热电偶,当测得废热水温度大于55℃时,发送信号控制软化水供水电磁阀打开,污水水泵启动,使得高温废热水直接进入热交换器进行处理。当温度低于下限温度(软化水温度+10℃)时,系统关闭(当热污水温度高于自来水温度不很高时,系统运行不经济)。为保证设备运行畅通,在热污水出口管路加转除污器,但考虑到换热器长期运行,热水流道内可能积存大量细小杂质,安装压差传感器控制换热器入口电磁阀及水泵关闭,蒸汽吹扫,保证换热器的正常运行。热能回收系统的染色用水管道设计一直是畅通的,不受热能回收系统影响。当贮热缓冲池内没有热软化水时,软化冷水管方可开启。

热能回收分析与计算

基础参量为:水的比热容C=4.2×103J/kg,1t蒸汽含热量Q0:600Kcal=2.51×109J,热污水温度55℃,冷污水温度24℃,即热能回收后污水温度由55℃变化为24℃。冷净水温度18℃,热净水温度45℃,即经加温后冷净水温度由18℃变化为45℃。热污水回收利用率按50%计算,蒸汽价格190元/t。这些基础参量中,各项温度值根据现在多数纺织印染企业热污水排放标准的最低值计算。

以一个中小规模的散毛纤维印染企业举例(年染色量为1000t左右)。①染色每天用蒸汽量40~50t,每天烘干用蒸汽产生的冷凝水约为10t。②染色车间热污水排放量800t/天。③热能回收系统假定回收能力60t/h。

每吨热污水可以转换出的热能Q1=C×m×Δt=4.2×103×1000×(55-24)=1.302×108J,热能回收系统加热每吨冷净水的热能Q2=4.2×103×1000×(45-18)=1.134×108J,系统热能回收效率η=Q2/Q1=87%,系统每天回收的热能Q3=800×50%×Q2=45.3×109J,折算为管道蒸汽,则回收的热能量为=Q3/Q0=45.3×109/(2.51×109)=18t,每天可以创造的直接经济效益:18×190=3420元。

光伏太阳能再加热技术

纺织印染过程中,为了充分发挥染化料及相关助剂的工艺活性,一般都需要高温染色。经过污水热能交换的软化水,虽然温度有了很大的提高,可是离染色水温尚有很大的差距,为了进一步提高水温,可以采用光伏太阳能再加热技术[3]。具体流程如图2所示。随着近年光伏产品价格的大幅下跌,以及国家相关节能减排政策的大力扶植,光伏太阳能再加热技术得到了很大的推广。作为污水热能回收利用的重要补充,越来越多的纺织印染企业尝到了热能回收的甜头。特别是合同能源管理方式走进企业后,纺织印染企业的高耗能、高污染情况得到了明显的改善。

热能回收的意义

纺织印染企业污水热能是尚未有效开发和利用的清洁能源。在当今纺织印染企业成本压力不断上升,盈利能力不断下降,加之环境污染日益引起广泛关注的情况下,有效回收和利用污水热能具有重大的现实意义。污水热能回收具有明显的节能效果,按照本文的计算,一个中小型的印染企业每天可以节约18t蒸汽。污水热能回收具有明显的经济效果,同样通过本文的计量分析,该小型印染企业每天至少可以节约3400元的支出。污水热能回收具有明显的环境效益。

结语

纺织印染企业污水热能回收技术的使用与推广,一方面使印染企业自身获得了可观的经济效益,节约了大量的成本,有利于企业的长远发展。另外一方面,可以有效利用污水中多余的废热资源,减少了多余的能源消耗,对节能减排、环境保护等起到了积极的推动作用。所以说,积极开展纺织印染企业的污水热能技术的回收与利用,加强相关技术的交流与研发,是积极贯彻国家节能减排战略,使企业增收节支的一项利国利民利企的好事。因此应该引起足够的重视,采取有效措施,使污水热能回收最终成为人类获取能源的一种重要手段。


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