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定形機廢氣余熱及油蠟回收換熱裝置的設計應用

   定形機廢氣余熱及油蠟回收換熱裝置的設計應用
0 前言 我國紡織印染工業迅速發展,所產生的廢水、廢氣等對環境污染非常嚴重。目前,對于廢水的處理工藝較為成熟,而定形機排放的油煙廢氣存在著排放量大、溫度高、影響大,成分復雜等因素,使得廢氣的熱能回收利用存在一定的困難。熱定形機有機廢氣有強烈的刺激性,不利于人們的身體健康;單臺定形機每小時耗能250.8~418萬kJ,織物加工定形所消耗的熱能占其29%,機體熱損失約占10%,其余大量熱能(60%以上)隨廢氣排放散失到大氣中。對定形機廢氣進行能量回收和資源回收,是印染行業可持續發展的必然要求[1]。 廣州某紡織印染廠一臺定形機排放的廢氣量約15 300m3/h?,F對廢氣進行熱回收和除油煙工程,降低煙溫的同時回收油蠟,達到節能降耗的目的。 1 定形機廢氣的特性及余熱利用方式 1.1 定形機廢氣特性 定形機是印染后整理的關鍵設備,也是紡織行業中主要耗能設備之一[6]。定形機在紡織材料整理加工過程中會排出含有機物、染料助劑的油煙,特別是紗線在織造過程中添加的潤滑油劑,以及織物染色時的染料和助劑,后整理中的防水、阻燃等功能性助劑等,其成分更為復雜,有機混合物在受熱后要分解、揮發,排出有機廢氣。當廢氣從排入大氣到溫度降至露點以下時,其中的水蒸氣冷凝,高沸點的有機化合物因降溫而凝聚,形成由大量微小粒徑、粘稠性顆粒組成的淡藍色煙霧,并帶有難聞的氣味。 2.2 余熱利用方式 1. 氣-氣換熱 氣-氣換熱指定形機排出的廢熱氣體經熱能回收后返回定形機烘箱內的換熱方式。常用換熱器為熱管換熱器,充分利用它的高效傳熱性能。定形機排出的高溫廢煙氣通過換熱器的吸熱側放出熱量,該熱量經熱管快速傳遞到換熱器的放熱側。新鮮空氣通過換熱器的放熱側時吸收熱量,被加熱后的新鮮空氣由定形機烘箱內的負壓吸入烘箱內,從而實現節能目的。 2. 氣-水換熱 氣-水換熱指從定形機排出的廢熱氣體中回收熱能產生熱水實現節能的換熱方式,常用換熱器為列管換熱器。定形機排出的高溫廢煙氣通過換熱器與冷卻水進行熱交換,被加熱后的冷卻水匯入熱水箱,用于生產需要。熱水的熱量是回收利用廢煙氣的熱能,節約了目前加熱所需的燃料(燃煤、燃氣等)或電能,由此實現節能目的。 3 定形機排出廢氣的余熱及油蠟回收方案設計 3.1熱及油蠟回收工藝流程 某紡織印染廠的定形機由8個箱組成, 設有前后兩條排氣管。排氣總量最大約15 300m3/h, 溫度高達190℃,油蠟質含量高。經測試,油蠟熔點約42℃左右。 本方案采用熱回收的同時進行廢氣中油蠟回收的方案。熱回收用于空調水的加熱,可產生65~85℃的空調水。 考慮到處理系統的風管內壁在運行一段時間后會積存大量油漬和纖維塵,使風管的有效直徑縮小,造成排風不暢,加上纖維塵自身在流動中會摩擦帶電,極易引起火災或爆炸,故在廢氣進入換熱設備前應設置安全裝置。 含油廢氣首先經手動換向閥進入熱回收器及旋風除油器進行冷凝和油的初步分離,換向閥可在緊急時實現煙氣的對空排放。在熱回收器煙氣進口處設置防火門,防火門正常工作時是開啟的,當有火災出現時,防火門關閉。換熱器頂部裝有防爆門,以防著火時噴燃泄壓。一旦有火災出現,防火門關閉,防爆門開啟,然后啟動蒸汽噴淋滅火,起到雙重保險作用。 含油廢氣進入熱回收器后溫度由190℃降到90℃,用來加熱空調水,之后冷卻的廢氣進入板式冷卻器進一步由90℃降溫到60℃,同時將常溫的工業用水加熱到52℃;在熱回收器和板式冷卻器上方設置蒸汽噴淋裝置,一方面出現火災時可以及時滅火,另一方面可以用蒸氣來清洗換熱設備。 油煙在熱回收器和板式冷卻器中被冷卻到60℃左右,為保持油脂溫度不低于其熔點42℃,在水側設置溫度調節裝置,使進入熱交換器中的油脂不至于凝結。 采用的離心式旋風除油器可將大的油滴進行分離后收集,集油裝置用加熱后的水來保溫,便于回收的油流動。旋風油分離器出口設置溫度探頭,以保持煙溫能降到60℃左右(此溫度既不能高出油蠟的熔點42℃過多,使油氣不能冷凝,也不能過低于42℃使油氣凝固)。經旋風油分離器出來的煙氣進入靜電除油器進一步除油,吸附油霧后,經引風機排放?;厥赵砣鐖D1所示。 圖1 定形機熱回收及油回收原理示意 3.2 定形機排出廢氣的熱回收方案設計 定形機熱能采用氣/水換熱回收方式,采用列管式換熱器。已知排風管最大風量約為15 300 m3/h(9021 Nm3/h),溫度達130~190℃。冷卻水的進口溫度為65℃,出口溫度85℃;煙氣從190℃的排氣溫度冷卻到90℃,由熱平衡計算可得出回收熱量為330kW。選用φ25×2mm鋼管做基管,外套鋁管通過軋片機在鋁管外表面直接軋制而成,翅片管外徑為φ55,考慮到廢氣的復雜成分及防止堵塞,將列管式換熱器做成U形管式結構,檢修時可抽出清洗。 3.3 用于油蠟回收的冷卻器方案設計 從熱回收器出來的廢氣進入冷卻器進一步冷卻,溫度從90℃降到60℃;冷卻水進口溫度20~25℃,出口溫度為50℃,由熱平衡計算可得換熱量為130kW??紤]到油蠟的熔點為42℃左右,設計時采用回水控制,使進入換熱器的水溫控制在42℃左右,使油蠟保持在熔融態,不至于堵塞換熱器。 該冷卻器采用板式換熱器,在相同壓力損失情況下,其傳熱系數比管式換熱器高3~5倍,熱回收效率可達90%以上。鑒于板式換熱器板片間通道狹窄,容易堵塞的缺點,將煙氣側做成大通道可拆式結構,便于清潔。 4 節能量及經濟效益分析 (1)該熱能回收裝置每小時回收的熱量為(330+130)=460 kW,取標準煤的熱值29260kJ/kg進行折算,則回收的熱量相當于標準煤56.5kg/h; (2)經過對定形機排出廢氣中含有油蠟的現場測試,其含量為50mg/Nm3,可以回收的油蠟為9 021×50×0.85×10-6=0.383 kg/h(按85%的回收率計算)取油蠟的熱值為42803 kJ/kg,相當于標準煤0.56 kg/h。 定形機余熱回收設備按每天運行24小時,一年運行330天計算,則節能效益如下:回收熱量460×24×330=3643200kw,節約標煤451.9 t/a,節約重油316.4 t/a,節約天然氣363.6 km3/a。 標煤發熱量按29260kJ/kg,重油發熱量按41800kJ/kg,天然氣發熱量按36366 kJ/m3,單臺定形機每年節能效益,以燃煤來算一年可省標煤451.9t,若煤價按750元/t 計算,則一年可節約燃料費用451.9×750=33.89萬元。 5 結論 (1)定形機排放的廢氣經兩級冷卻后進入旋風分油器進行油蠟回收,一級冷卻為熱回收可以加熱空調用水,二級冷卻可以加熱工藝用水,節約能源。單臺定形機,以燃煤來算一年可省標煤451.9t,具有較大的經濟效益。 (2)定形機廢氣熱回收及油回收的技術要點為,廢氣在管道內具有可燃性,設計的換熱器內部要減少堵塞,防止發生火災,保證換熱設備的安全運行。 參考文獻 [1]高華生,徐繼榮,楊曉仙,馮輝輝.定形機廢氣熱能回用[J].印染,2011.No.4. [2]陳立秋.染整工業節能減排技術指南[M].北京:化學工業出版社,2009.
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