CN108644747B - 一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明所述的一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，包括印染废水池、离心泵、第一管壳式管热器、第二管壳式管热器、冷水输送泵、复叠式热泵机组、高温热水回收系统、热水输送泵、闪蒸罐、蒸汽压缩机、冷却污水排放池和若干管道。本发明利用印染废水中的大量余热，结合工艺中多个设备的余热，产生再利用的中压高温蒸汽，有利于降低环境污染，节约成本，提高经济效益。本发明利用管壳式换热器改善印染废水对热泵的堵塞和腐蚀，同时管壳式换热器系统可以有效控制管壳式换热器的流量和温度，进一步提高热泵系统的稳定性。

Description

一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统

技术领域

本发明涉及印染工艺余热回收领域，具体为一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统。

背景技术

能源短缺、环境污染和生态破坏是全球三大主要问题，是经济社会发展急需解决的共同问题。目前，工业中的纺织行业迅猛发展，表明我国掌握了过硬的印染技术，并成为世界最大的纺织出口国家。但印染行业本身即湿、热加工行业，“高能耗、高耗水、高污染”的三高标签是印染厂无法避免的问题。

印染厂在其生产工艺流程中要消耗大量的热能，印染余热回收利用尚处摸索阶段，国家对印染行业废水余热排放没有明确的考核，忽视了废水中的能源。此外，废水处理还需要对其进行冷却处理，增加了能耗。目前，我国余热资源利用比例低，大型工业余热资源利用率为30％～50％，余热利用提升潜力大。热泵技术可以从环境中吸取热量，连同所消耗的能量一起传递给需要加热的物体，实现供热的目的，污水源热泵系统通常以未处理的污水作为热源，常用于城市污水提取热能以服务建筑物，实现余热的回收利用。废水的余热利用，特别是通过污水源热泵技术回收利用，国内有很多研究。

2011中国制冷学会学术年会论文集收录的《热泵机组在印染污水废热回收中的应用》中，张信荣、郑秋云就热泵机组在印染污水废热回收中的应用就做了可靠性的分析，实际运行结果表明：高温热泵机组可稳定运行，且出口水温达到90℃以上，证明了印染废水余热回收的可行性。

在中国西安能源动力科技创新研讨会及展示会论文集刊登的《城市污水源热泵系统的发展前景》中，张旭、张秀丽就污水源热泵系统做了相关研究，介绍了以处理污水作为热源和以板式换热器作为热源的污水源热泵系统，分析二级出水或中水为热源的热泵系统的优势，水质较好、处理过程便捷以及中水可循环使用等优势，也提出污水源热泵自动筛滤器所需解决的问题。

《暖通空调》吴荣华、张承虎的《城市污水冷热源应用技术发展状况研究》就污水源热泵的阻塞与污染、流动与换热等问题进行相关的技术探讨和参数对比，总结我国在污水源热泵领域侧重城市污水处理厂的二级出水，但对污水的换热器的结垢污染等问题仍没有解决。

在《常州地区印染行业余热回收现状》中杨蕴敏提出可利用热泵回收排放污水热量，再通过蒸汽加热至印染工艺需求温度，回收热量但也消耗了蒸汽，增加了耗能；板式换热器进行热能转换时，由于污水含杂质较多，板式换热器更易堵塞，且需要考虑设备定期清洗成本。

研究表明，通过热泵技术对印染废水中的余热进行回收利用是高效可行的。然而，现有的印染废水以及污水源热泵技术余热回收技术主要存在以下两个问题：1.污水源热泵技术多用于城市污水处理，工程规模较大，应用技术相对简单和成熟，对未处理的污水的应用较少且一般板式换热器易造成污水源的堵塞。2.现有技术主要通过热泵加热印染工艺中需要的经过处理的河水至60℃左右，在工程应用中，诸多印染企业考虑到印染污水排放量有限，不能连续生产和及时使用热水，再加上设备初投资、回收装置的布局等因素，对热能的回收积极性性不高，特别是中小型印染企业，少有安装余热回收的设备。

中压高温蒸汽是印染厂必不可少的主要热源，在染色过程中，蒸汽提供的热量中约8％～10％的热量通过设备散热方式损耗，20％的热量被工艺冷却水带走，而其余的热量则通过废水被排放，印染工序中烘筒、汽蒸箱和蒸化机等任何一台设备都离不开蒸汽，各个设备对蒸汽的温度、压力要求也有所不同，对蒸汽合理的利用和分配可以有效减少能耗。同时，在印染过程中多个蒸化机、烘干机等设备的冷凝水余热也可以加以回收利用。因此，低品位热能的回收利用效率有待提高，进而减少印染工艺的大量蒸汽能耗。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种环保节能的利用印染余热产生中压高温蒸汽系统。

技术方案：本发明所述的一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，包括印染废水池、离心泵、第一管壳式管热器、第二管壳式管热器、冷水输送泵、复叠式热泵机组、高温热水回收系统、热水输送泵、闪蒸罐、蒸汽压缩机、冷却污水排放池和若干管道，印染废水池的废水通过离心泵分成第一路水流和第二路水流，第一路水流进入第一管壳式换热器与冷水输送泵输入的水进行热量交换，交换后降温的废水排入所述冷却污水排放池，交换后升温的热水同其它工序得到的热水混合进入高温热水回收系统，通过热水输送泵进入复叠式热泵机组，第二路水流经第二管壳式管热器换热后，降温的废水排入冷却污水排放池，升温的热水也进入复叠式热泵机组，经过复叠式热泵机组加热的热水进入闪蒸罐，一部分热水变为中高温蒸汽进入蒸汽压缩机，另一部分热水变为冷凝水回流入高温热水回收系统，闪蒸罐经由罐内扩容、压力降低在罐内产生的中压高温蒸汽，通过蒸汽压缩机产生不同工况蒸汽以满足不同工艺需求。

其中，复叠式热泵机组包括低温级热泵机组和高温级热泵机组，低温级热泵机组的循环回路上依次包括蒸发器、第一压缩机、第一蒸发冷凝器和第一膨胀阀，高温级热泵机组的循环回路上依次包括第一蒸发冷凝器、第二压缩机、冷凝器和第二膨胀阀。复叠式热泵机组流出的热水温度为93-97℃。

其中，高温热水回收系统包括温度控制器、用于维持高温热水回收系统温度的电加热器和温度显示屏。电加热器的维持温度恒定为45-55℃。低温热泵机组和高温热泵机组的循环工质均为R134a。为了降低运输过程中的热量损失，管道的外表面均设置保温层，保温层为聚苯乙烯泡沫塑料保温层或聚氨酯泡沫塑料保温层。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：本发明利用印染废水中的大量余热，结合工艺中多个设备蒸汽冷凝水的余热，通过多级循环工艺产生再利用的中压高温蒸汽，有利于降低环境污染，节约成本，提高经济效益。本发明利用管壳式换热器改善印染废水对热泵的堵塞和腐蚀，同时管壳式换热器系统可以有效控制管壳式换热器的流量和温度，进一步提高热泵系统的稳定性。本发明通过两级热泵并联的形式提高出水的温度，获得热水，进入闪蒸罐压缩制取的蒸汽，蒸汽经多级压缩制得印染工艺所需的蒸汽。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的复叠式热泵机组6的结构示意图；

图3是本发明的高温热水回收系统7的结构示意图。

具体实施方式

如图1，利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，印染废水池1的废水通过防堵塞的离心泵2分成第一路水流和第二路水流，第一路水流进入第一管壳式换热器与冷水输送泵5输入的水进行热量交换，交换后降温的废水排入所述冷却污水排放池11，交换后升温的热水同其它工序得到的热水12混合进入高温热水回收系统7，通过热水输送泵8进入复叠式热泵机组6的高温热泵机组14，第二路水流经第二管壳式管热器4换热后，降温的废水排入冷却污水排放池11，升温的热水进入复叠式热泵机组6的低温热泵机组13，复叠式热泵机组6流出的热水进入闪蒸罐9，一部分热水变为中高温蒸汽进入蒸汽压缩机10，另一部分热水变为冷凝水回流入高温热水回收系统7，闪蒸罐9经由罐内扩容、压力降低在罐内产生的中压高温蒸汽，通过蒸汽压缩机10产生不同工况蒸汽以满足不同工艺需求。第一管壳式管热器3和第二管壳式管热器4的循环工质均为R134a。为了降低运输过程中的热量损失，管道的外表面均设置保温层，保温层为聚苯乙烯泡沫塑料保温层或聚氨酯泡沫塑料保温层。废水管道内壁粉刷防腐涂层。蒸汽压缩机优选为FTBZ-200B型罗茨蒸汽压缩机，其流量范围为40-78m³/min，进出口压差为80KPa，转速范围为750-1250rpm，进出口口径为DN-250mm，蒸发处理量为1.5t/h，功率为122.58kW。

如图2，复叠式热泵机组6包括低温级热泵机组13和高温级热泵机组14，蒸发器15、第一压缩机16、第一蒸发冷凝器17和第一膨胀阀18依次设置在低温级热泵机组13的循环回路上，第一蒸发冷凝器17、第二压缩机19、冷凝器20和第二膨胀阀21依次设置在高温级热泵机组14的循环回路上。

如图3，高温热水回收系统7包括温度控制器22、用于维持高温热水回收系统温度的电加热器23和温度显示屏，加热器23为可调节电辅助加热器。

本发明具体的工作流程为：第一路水流进入第一管壳式换热器，与冷水输送泵5输入的20℃水进行热量交换，交换后废水温度降至26℃左右，并排入冷却污水排放池11。第二路水流进入复叠式热泵机组6，经第二管壳式换热器换热后，废水温度降为26℃左右并排入冷却污水排放池11。由冷水输送泵5输入的20℃水经所述管壳式换热器热量交换后，温度升为50℃左右，进入高温热水回收池，同其它工序得到的热水12混合，并通过所述电加热器23维持恒定温度45-55℃，优选为50℃。50℃热水经热水输送泵8进入复叠式热泵机组6，与复叠式热泵机组6换热后，温度升为93-97℃，优选为95℃。95℃热水进入闪蒸罐9，一部分热水变为中高温蒸汽，随后进入所述蒸汽压缩机10，压缩为不同工况蒸汽，以便适应不同工艺需求，另一部分热水变为冷凝水回流入所述高温热水回收系统7。冷却污水排放池11的废水统一处理排放。

本发明减少了印染企业废水余热回收成本，又增加了蒸汽供应，可以有效解决电力短缺问题和环境保护问题。针对印染工艺对中压高温蒸汽的大量需求，设计如下系统参数：

1、热源设计温度为40℃～56℃；

2、热水出水温度，达到95℃；

3、设计循环水出水量为5t/h，14h连续运作，即60t/天。

利用管壳式换热器系统改善印染废水对热泵的堵塞和腐蚀，同时管壳式换热器系统可以有效控制管壳式换热器的流量和温度，进一步提高热泵系统的稳定性。两级热泵并联的形式提高出水的温度，获得95℃的热水，进入闪蒸罐9压缩制取0.25MPa的蒸汽，所获得闪蒸汽经多级压缩制得印染工艺所需0.35MPa左右的蒸汽。

通过综合效益分析，闪蒸罐9每小时产生蒸汽量1.8t/h，以年运行4800h计，回收蒸汽量8640t，以蒸汽平均价格为160元/t计算，年效益为8640t×160元/t＝1382400元。

年效益节省蒸汽约8640t，相当于节省1021.39t标准煤，而燃烧1t煤会向大气排放12kg粉尘、20kg二氧化硫和7kg氮氧化物，可见回收蒸汽大大降低了环境污染。

综合能耗效益分析，蒸汽热泵系统设备选型，计算初投资，两年可以回收系统初投资成本，且年效益产生中压高温蒸汽理论上可产生利润为74.65万元。

Claims (7)

1.一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，其特征在于：包括印染废水池(1)、离心泵(2)、第一管壳式管热器(3)、第二管壳式管热器(4)、冷水输送泵(5)、复叠式热泵机组(6)、高温热水回收系统(7)、热水输送泵(8)、闪蒸罐(9)、蒸汽压缩机(10)、冷却污水排放池(11)和若干管道，所述印染废水池(1)的废水通过离心泵(2)分成第一路水流和第二路水流，所述第一路水流进入第一管壳式换热器(3)与冷水输送泵(5)输入的水进行热量交换，交换后降温的废水排入所述冷却污水排放池(11)，交换后升温的热水同其它工序得到的热水(12)混合进入高温热水回收系统(7)，通过热水输送泵(8)进入复叠式热泵机组(6)，所述第二路水流经第二管壳式管热器(4)换热后，降温的废水排入冷却污水排放池(11)，升温的热水也进入复叠式热泵机组(6)，经过复叠式热泵机组(6)加热的热水进入闪蒸罐(9)，一部分热水变为中高温蒸汽进入蒸汽压缩机(10)，另一部分热水变为冷凝水回流入高温热水回收系统(7)。

2.如权利要求1所述的一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，其特征在于：所述复叠式热泵机组(6)包括低温级热泵机组(13)和高温级热泵机组(14)，所述低温级热泵机组(13)的循环回路上依次包括蒸发器(15)、第一压缩机(16)、第一蒸发冷凝器(17)和第一膨胀阀(18)，所述高温级热泵机组(14)的循环回路上依次包括第一蒸发冷凝器(17)、第二压缩机(19)、冷凝器(20)和第二膨胀阀(21)。

3.如权利要求1所述的一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，其特征在于：所述复叠式热泵机组(6)流出的热水温度为93-97℃。

4.如权利要求1所述的一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，其特征在于：所述高温热水回收系统(7)包括温度控制器(22)、用于维持高温热水回收系统(7)温度的电加热器(23)和温度显示屏。

5.如权利要求4所述的一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，其特征在于：所述电加热器(23)的维持温度恒定为45-55℃。

6.如权利要求2所述的一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，其特征在于：所述低温热泵机组(13)和高温热泵机组(14)的循环工质均为R134a。

7.如权利要求1所述的一种利用印染废水余热产生中压高温蒸汽系统，其特征在于：所述管道的外表面均设置保温层，所述保温层为聚苯乙烯泡沫塑料保温层或聚氨酯泡沫塑料保温层。