生產廢水余熱回收技術應用探討

曲學明

【摘 要】生產廢水余熱回收利用節能降耗，減排增效，投資回收期短，經濟和社會效益顯著。

【關鍵詞】廢水；余熱；回收技術

0 前言

能源是人類賴以生存和發展的基礎，但是隨著經濟的發展，能源越來越緊張，這個問題在我國表現的尤為突出。一方面，我國人均可采儲量能源遠低于世界平均水平，如石油、天然氣、煤炭人均可采儲量分別為世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%；另一方面，我國能源利用效率比經濟合作與發展組織（OECD）國家落后20年，相差10個百分點。

國家出臺多項政策鼓勵企業開發利用可回收低品味能源。2010年4月2日國務院下發《關于加快推行合同能源管理促進節能服務產業發展的意見》，要求加快推行合同能源管理，積極發展節能服務產業，同時加大資金支持力度和實行稅收扶持政策；在《當前國家鼓勵發展的環保產業設備（產品）目錄》中，鼓勵發展用于電力、石化、冶金、鋼鐵、水泥建材、印染、造紙、地熱、糖酒工業等廢熱、余熱回收利用發電設備；《節能中期專項規劃》中明確將“余熱余壓利用工程”列為重點工程之一；《“十一五”十大重點節能工程實施意見》要求研究制定鼓勵利用余熱余壓發電、供熱和制冷的優惠政策，并在鋼鐵、水泥行業推廣利用。

在生產過程中產生的余熱就是其中一種低品味能源。它包括高溫廢氣、冷卻介質、廢汽廢水、高溫產品和爐渣、化學反應、可燃廢氣廢液和廢料以及高壓流體的余熱等。據調查，各行業的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%，由此可見余熱資源潛力巨大。

利用余熱可以生產潔凈的熱空氣、熱水，也可發電、制冷等，既節省燃料，降低生產成本，又減少大氣污染。

在此，把在生產過程中遇到的一個生產廢水余熱回收利用項目同大家探討一下。

1 項目背景

山東國泰布業公司每天排放70℃的生產污水約1800m3，廢水經過過濾凈化，達到國家排放標準后直接排放，廢水中的余熱白白浪費掉；相反該公司的生產線每天需要60～70℃的熱水約1000m3，而這熱水需要使用100T—150T、壓力0.8MPa的蒸汽去加熱；也就是說該生產線一邊浪費低品位熱量，一邊需求高品位熱量。

通過現場考察分析我們認為，可以用該廠低品位的生產廢水加熱自來水，達到生產工藝需求的溫度后送入生產線，這樣既節約蒸汽用量，降低生產成本，同時減少煤的使用，降低了大氣污染。

2 技術方案

2.1 換熱原理

利用污水泵把帶有余熱的生產廢水從廢水池中抽至籠式過濾桶，經過過濾后進入換熱機組一側；自來水從換熱機組另一側進入進行加熱。降溫后的生產廢水再經過一系列化學工藝處理，達到國家標準后排放，升溫后的自來水送至生產線滿足生產需要。

該廢水熱能回收系統分為兩部分，第一部分為固液分離系統。通過雙轉籠式過濾器將生產廢水中的花毛、棉結、竹夾等固體顆粒物去除；第二部分為熱量回收系統。通過高效的換熱結構，使等量的廢水與等量的自來水進行蜂窩式傳導，將廢水中的熱量以約90%的效率傳遞給清水，達到降低蒸汽消耗，節約生產成本的目的。

2.2 雙轉籠式過濾器

2.2.1 雙轉籠式過濾器技術特點

采用高密度過濾網，去除印染廢水中的花毛、棉結等固體顆粒物，由于濾網循環轉動，將保留在過濾網上部大顆粒物質，通過毛刷棍的作用，將其清理下來，實現了過濾自動化，保證交換主機正常運行。

可以根據不同的工藝環境選擇不同的濾網通經，達到最佳去除效果。

2.2.2 過濾器主要技術參數

（1）過濾通量：130T/h

（2）電機功率：3kW

（3）過濾形式：循環籠式。

2.2.3 過濾器技術條件

（1）支撐墻板選用SUS304-2B δ2.5mm厚不銹鋼板。

（2）毛刷輥的直徑Φ150mm，軸頭為Φ50mm1Cr18Ni9Ti鋼制作，刷毛為尼龍材料，刷毛粗度0.2mm。

（3）過濾網選用不銹鋼SUS316材料，濾網密度為40～80目。

2.3 換熱機組

2.3.1 換熱機組技術特點：通過逆向交換，兩種液體在蜂窩式結構中運行，從而達到最佳的傳遞效果，熱效率最高能夠達到90%，甚至更高。在得到了高溫水的同時，又降低了排放廢水的溫度和COD，減輕了廢水處理的負擔。

2.3.2 通過PLC控制、液晶顯示并可對有關數據加以設定，達到全機運行自動化。全機結構緊湊，占地僅常規設備的1/3～1/4.

2.3.3 換熱機組主要技術參數

（1）單片有效換熱面積：0.90m2/單片

（2）單機安裝面積：380m2

（3）單機設計處理量：125m3

2.3.4 換熱機組技術條件

（1）板片選用SUS304 δ=0.7mm厚不銹鋼板；

（2）橡膠密封墊選用三元乙丙橡膠，由乙烯、丙稀和少量含有不飽和鍵的第三單元體，在催化作用下，經其聚合反應而形成的規整立構形彈性體。耐大氣老化，在蒸汽中可達180℃，同時具有耐堿氨類及鹽酸等化學溶劑；

（3）設備有螺栓緊壓成形，保養及維護方便簡單。

2.4 日常維護

設備安裝后只需保證設備區域的干燥，防止設備因銹蝕而減少使用壽命，定期給泵機加潤滑油，給設備進行防銹處理，日常維護簡單易操作。

3 項目投資

項目其主要設備清單如表1。

項目投資包括機房設備和附件的采購和安裝、機房工藝管道采購及安裝、設備電纜采購及安裝、設備調試及試運行、管道防腐及保溫等全部工作內容，還包括室外管道和室外電纜的采購及安裝，項目共計投資150萬元。

表1

4 經濟效益

4.1 每小時將100m3的15℃水加熱至65℃，每小時可回收熱量499.5萬kcal。

其回收熱量計算：Q=Cp×M×（T出-T進）=4.18KJ/（kg·℃）×100m3/h×103kg/m3×50℃=20900000kJ/h=4995220kcal/h

其中：Q：每小時回收熱量；

M：水的質量；

水密度按103kg/m3；

C：為水的定壓比熱4.18kJ/（kg·℃）；

T進、T出：分別為自來水前、出水溫度。

4.2 回收熱量折合標準煤量M′=4995220（kcal/h）/7000（kcal/kg）=713.6kg/h

一年回收的熱量折合年標準煤M1=713.6kg/h×16h/日×30日/月×11月=3767.8t

4.3 余熱回收項目新增設備每年消耗電量折合標煤量

雙轉籠式過濾器及交換主機等其他輔機每小時電耗為30kW，且用電設備效率為90%，新上設備年耗標準煤量（計算最終消費時0.404kg/kW·h）

M2=30kW×0.404kg/kW·h×16h/日×30日/月×11月=63.99T

4.4 年節能量折合年標準煤量=M1-M2=3767.8T-63.99T=3703.8T

則項目竣工投產后年節約標準煤3707.83T。

4.5 利潤計算

利潤=年節約標煤費-項目設備消耗電費-管理費及其他費用

年節約標煤費=3707.8T×850元/t=315萬元

工業用電電費按0.82元/kW·h計，項目設備消耗電量的費用=30kW·h×16h/日×30日/月×11月×0.82元/kW·h=12.98萬元

管理費、系統維護費用及其他費用一年預計為12萬元

利潤=315萬元-12.98萬元-12萬元=290萬元

4.6 投資回收期

投資回收期為150萬元/290萬元=0.5年，可見投資回收期為0.5年。

5 經濟效益計量驗證

在熱水輸送管道上安裝熱計量表1塊，在新增項目設備輸入端加設總電度表一塊，定期進行計量讀數。

2013.8.30-2014.7.31實測記錄如表2所示。

表2

根據公式 實際節能費=熱能費（0.15元/kW·h）×熱計量表讀數（kW·h）-電表讀數×電價（0.82元/度）

實際節標準煤量=（熱計量表讀數-總電表讀數）kW·h×860÷7000kcal/kg÷0.8

則年實際節能費=0.15*21077805-0.82*158625=3031598.25（元）=303萬元

年節標準煤量=（21077805-158625）*860/7000/1000/0.8=3671（噸）

6 社會效益

利用生產廢水中的余熱，對自來水加熱以滿足生產需要，每年可以節約標準煤約3700T；每年減排二氧化碳約3700噸×0.7106=2629噸。

7 結論

生產廢水余熱回收利用節能降耗，減排增效，投資回收期短，經濟和社會效益顯著。但我們還應看到，能源管理工作應貫穿于企業的全面管理之中，從最高管理者到所有員工都應全員參入，通過有效的約束機制，一系列規章制度，將節能、用能管理納入公司的日常管理之中，并在實際工作中按照公司規章制度嚴格管理、嚴格獎懲，保證節能目標的實現。

[責任編輯：湯靜]