太陽能直接吸收式印染廢水余熱回收系統

德州學院機電工程學院 李睿芝 郝薏歆 張連山

引言

我國國民經濟的日趨發展，帶動了印染行業的發展。但是印染行業所用水量較大，其中80%～90%以廢水形式排出。排出時，廢水中還存有較多的化學雜質和熱量，直接排除會對環境和能源利用有較大的損失[1]。廢水排放的熱量占整個印染廠耗能的比例較大，印染廠在其生產工藝過程中的各個環節的熱能消耗中，洗滌、漂白、染色等占比最高，染色耗能熱損中廢水余熱占比達到70%[2]。一方面，染色過程中需要將原水用水蒸汽進行預熱，充分利用廢水余熱來對預熱供能，可有效減少蒸汽消耗量。另一方面，排放的廢水被運至污水處理時溫度較高，對廢水處理的質量影響較大，給廢水排放或中水回用帶來嚴重影響。

當前已有的印染廢水余熱回收系統利用換熱器或者熱泵對廢水余熱進行回收利用，印染廢水余熱回收系統大部分都沒有針對印染廢水的實際情況進行廢水余熱的梯級回收系統的設計，而且現有的余熱回收用吸收式熱泵均需要新的熱源驅動，無形中又增加了能耗。為解決以上問題，我們設計了太陽能直接吸收式印染廢水余熱回收系統。將污廢水余熱回收和太陽能熱利用有機結合，實現余熱回收梯級利用，有利于印染廠節能降耗。

1 結構設計

太陽能直接吸收式余熱回收系統，是以實現印染廠污廢水余熱的多級回收利用，并減少能源消耗的新一種余熱回收裝置。主要是通過污水與新水中的熱交換和利用太陽能作為能源進行逐級加熱，以便達到回收余熱和利用新能源的目的，以提高印染廠的熱效率。

本產品主要由廢水余熱轉換系統、太陽能直接吸收式熱泵系統、蒸汽加熱系統、數顯式溫濕度傳感模塊、自動控制系統（包括自動排污）與廢水回收系統等構成。具體結構如圖1所示。

圖1 太陽能直接吸收式余熱回收系統結構示意圖

2 工作原理

本系統將太陽能光熱利用、防腐蝕換熱器、吸收式熱泵技術有機結合在一起，系統原理如圖2所示，利用污水換熱系統和太陽能直接吸收式熱泵系統進行逐級加熱，實現印染廠污染廢水余熱回收和熱水供應，提高了系統效率。通過分析污水換熱系統和太陽能直接吸收式熱泵系統的原理以及系統的組成方式，設計新的污水換熱器換熱流程，使管程通廢水、殼程通中水，在提高換熱器傳熱系數的同時，方便廢蒸汽沖刷管內排污。將太陽能集熱器作為吸收式熱泵中的發生器，直接利用光熱作為吸收式熱泵的熱源驅動。

圖2 太陽能直接吸收式余熱回收系統工作原理圖

（1）廢水回收系統包括廢水收集箱、液位計、輸送泵、過濾裝置及自動排污閥等，印染廢水進入廢水收集箱后，液位計可以自動檢測廢水溫度及水量，當到達一定高度后，開啟廢水輸送閥，通過過濾裝置過濾掉掉廢水中的雜質，進行換熱的廢水送入余熱轉換系統中，其余混有雜質的廢水則通過自動排污系統排出。

（2）廢水余熱轉換系統，左與廢水輸入端相連，右與廢水輸出端相連，之中噴淋防腐蝕式換熱器與冷凝器通過管道聯通，設有熱源循環泵，回收廢水余熱用于對中水的預熱，實現廢水熱量的梯級回收利用。其中噴淋防腐蝕換熱器設有蒸汽或水汽沖刷系統，當換熱管內有沉淀物積聚時，可用蒸汽或水汽沖刷系統進行沖刷，使沉淀物等無法積聚造成腐蝕影響管內流速。

（3）太陽能直接吸收式熱泵系統及蒸汽加熱系統都是對預熱的中水進行進一步加熱，預熱的中水將進入吸收式熱泵系統，太陽能集熱器作為吸收式熱泵中的發生器，利用光熱作為吸收式熱泵系統的熱源驅動，其中的蒸汽加熱系統利用原有的蒸汽對熱泵出水進行再次加熱，提高了出水溫度。

（4）自動控制系統與溫濕度傳感模塊結合，同時又控制整個裝置的開關，流量、流速等數據，監控廢水溫度，智能化控制，實時監控整個裝置的工作狀況。

3 系統設計計算

本印染廢水余熱回收系統設計污水流量為40 t/h，每天工作時間12 h，進口污水溫度取75 ℃，出口污水溫度取20 ℃。凈水進口溫度取15 ℃，采用防腐蝕換熱器和太陽能直接吸收式熱泵系統逐級加熱后凈水出口溫度達到60 ℃，整個系統的熱損系數0.92，最終可得凈水流量為540 t/d。

4 結語

本系統充分利用物聯網技術，將自動控制貫穿于整個系統，可以減少整個裝置的人工化，提高精準性和工作的高效率性；運用光熱、蒸汽等資源以及逐級加熱的方式，得到了不同溫度的熱水，實現了節能減排及能源的可持續利用，最大限度地提高了利用率。對比現有的印染廢水余熱轉換裝置，更高效地利用了廢水中的熱量。同時對于太陽能、蒸汽等可再生能源進行了利用，實現了節能減排。還可以節約印染廠的生產成本，同時又能提高經濟收益、社會收益、環境收益。