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定形机废气热能回用

       染色和漂洗后的纺织品携带大量水分,以及油脂、蜡质和溶剂等有机化合物,在定形机内高温热处理时受热挥发,随废热空气一起排出。定形机废气温度高、湿度大、含油烟且成分复杂,不但污染大气环境,也造成能源和资源的浪费,处理不当还可能引发火灾和爆炸事故。因此,对定形机废气进行热能回收,具有多重效益。对定形机废气进行能量回收和资源利用,是印染行业可持续发展的必然要求,也是印染企业清洁生产和节能减排的重要内容[1]。本文先容了定形机废气热能回收的基本途径和主要方法,探讨了热能回收过程的技术要点,并阐述了定形机热能回收的多重效果和应用前景。
1废气的特性与热回收的必要性
1.1废气的特性
       热定形机是印染后整理的关键设备,是利用热空气对纺织物进行干燥和整理并使之定形的装置,也是纺织行业中主要耗能设备之一[2]。热定形机内的热风温度约为200℃,烟气出口温度一般为100~190℃,排气量约为50~210 Nm3/m in。当废气从排入大气到温度降至露点以下时,其中的水蒸气冷凝,高沸点的有机化合物因降温而凝聚,形成由大量微小粒径、黏稠性颗粒组成的淡蓝色烟雾,并带有难闻气味。废气中挥发性的有机蒸汽和黏稠性油雾颗粒与织物纤维和尘埃等固体颗粒混在一起,是定形机废气的主要污染物。
    废气中所含油雾液滴具有可燃性。当考虑以焚烧技术处理废气时,为求其可燃组分和燃烧热值,对染整工厂排气筒滴落的冷凝油脂进行热值分析f31,可知冷凝油脂中的可燃组分约98%,热值在40 979. 68~43 739. 54 kJ/kg但油脂在废气中的浓度非常低,仅为25~120mg/Nm³。因而采用焚烧法治理时,废气本身的热值可忽略不计。
1.2热回收的必要性
    定形机运行能耗的高低,直接影响染整企业的生产成本和经济效益。如不进行废气热能回收,热定形所用能耗9010以上以废热的形式排放,且散失的热量造成车问环境温度升高。企业不但要支付燃料费,还会增加空调运行成本,造成双重浪费。开展热能回收工作,可减少不合理的能源开支,是增加企业收益最行之有效的方法。
    废热回收利用,是定形机废气治理的重要内容之一。高温烟气通过换热器与新鲜空气进行热交换,温度大幅度降低,同时其中一部分气态碳氢化合物被冷凝成微小颗粒,然后再聚集成大颗粒,有利于后续废气净化单元的稳定运行,提高净化处理效率。废气治理过程中,热回收与油脂回收还可产生良好的经济效益,是促进废气治理技术推广应用的重要因素。
2热能回收途径与方法
2.1热能回收途径
    热定形机废气中余热的回收利用,主要通过以下三种方式
    (1)预热新鲜空气
    采用空气废气热交换器,在换热器的热端通入废气,在其冷端通入新鲜空气作为载体,在两种气体不相接触的情况下实现能量交换。这样,一方面可降低废气温度,有利于后续净化;另一方面,可将冷空气从室温加热到约100~120℃后,送入定形机内以补充定形所需的干热空气。这是热定形机最容易实现的余热回收利用方式。
    (2)预热生产用水
    漂染过程需要大量生产热水,可采用水汽热交换器,使生产用水与高温废气进行热交换,在废气温度下降的同时,使冷水温度上升到so℃以上,可回用于生产或生活,从而实现节能。也可以采用二级换热的方式,在第一级气汽换热后,再采用第二级的水汽换热,将定形机废气热能的回收率提高到30%以上。
    (3)作为助燃空气
    将定形机废气作为助燃空气,引入导热油锅炉进行燃烧,可使废气中的污染物在700℃以上的高温下氧化分解,去除率达99%以上,并可省却后续处理净化单元。但这种方法的节能效果并不理想。由于废气收集和输送管道较长,油性污染物在管壁上冷却凝聚,会形成一层可燃油污垢,极易导致火灾隐患;且高温废气在输送过程中热量损失较大,进入锅炉燃烧时,
温度已经下降。由于燃烧后废气的排出温度比进气温度更高,这样反而使锅炉的热效率降低。
    实际生产过程中,常采用第一种方式即气汽换热进行废气的余热回收,作为定形机废气净化组合工艺中必不可少的预处理单元。
2 2换热方式选择
    根据定形机中的气流工作路线可知,新鲜空气通常从定形机箱体底部进入定形机内,与导热油或蒸汽换热后温度升高,从上、下两个方向同时对织物进行对流烘燥,废气由安装在定形机顶部的引风机排出。气/气热回收过程中,可采用集中换热与分散换热两种方式。
    (1)集中换热
    集中换热方式是将定形机顶部各排气口的高温废气收集后,与新鲜风机提供的空气在一台换热器内进行集中热交换。将定形机前端的1~2个排气口改造为进气口,将温度升高后的新鲜空气从顶部进气口补入定形机内,进行织物的干燥加工。
    这种方法的优点是,只需一台大的换热设备,对废气管道的改造工程量较小,改造工程投资较低。其缺点是,由于新鲜空气采用集中补入方式,气流量受到限制,且需要增加新鲜空气风机;高温排气管和集中收集管的热损失严重,需要对管道和设备采取良好的保温措施。
    (2)分散换热
    分散换热方式是不改变定形机顶部原有的排气口布置,每一排气口安装一台换热设备。新鲜空气与废气进行换热后,从新的进气口补入定形室内,经与导热油或蒸汽进一步加温后,沿原来的路线对织物进行烘燥。
    这种方法需采用多台换热设备,一次性设备投资较大;新鲜空气的补入口,也由原来的机体底部改为顶部,废气管道改造工程量大,改造工程耗时较长。然而,采用这种热回收方法,新鲜空气的补入量较大,且不需设置新鲜风机,热回收效率相当高。
2.3换热设备选用
    对于定形机热能的气汽换热回收方式,除列管式换热器外,可选择板式换热器或热管式换热器,应从废热回收效率、压力损失、防止堵塞、清洗简便程度等方面进行综合比较。
    (1)板式换热器
    板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑、体积小、质量轻、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下,其传热系数比管式换热器高3~ 5倍,占地面积为管式换热器的三分之一,换热器的热回收率可高达90%以上。板式换热器可用不锈钢或铝合金板片压制,耐腐蚀胜能好,使用寿命长
    这种换热器的缺点是,由于板片问通道狭窄,当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时,容易堵塞板问通道。
    (2)热管换热器
    热管是一种具有高导热性能的传热组件,它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量,具有极高的导热性和良好的等温性,其冷热两侧的传热面积可任意改变,可远距离传热和温度可控制等一系列优点。热管换热器传热效率高、结构紧凑、流体阻力损失小、冷热流体均在管外流动,有利于控制露点腐蚀;且由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数,非常适用于定形机废气热回收过程。
    热管换热器可以采用中问隔板使冷热介质完全分开,用于易燃易爆、腐蚀性强的流体换热场合,具有很高的可靠性。
2.4经济效益
    以一台废气量为16 000 Nm³/h的定形机为例,进行热回收工程经济效益的估算。采用热回收将废气温度从170℃降到135℃左右,并将4 000 Nm³ /h的新鲜空气,从30℃加热到约120℃,再通过空气管道送入定形机中。定形机废气中可利用热能的回收率达到25. 9%。
    按照能量守衡定律,热能回收装置每小时能回收的热能为464 400 kJ标准煤热值按29 300 kJ/kg计算,锅炉效率按50%计算,则24 h可节省标煤760 kg按一年工作330 d计,则一年可省标煤251若煤价按750元/t计,则一年可以节约燃料费用18 8万元。
3技术要点
3.1油垢沉积与清理
    废气中不但含有油雾,还有织物纤维与灰尘,很容易在换热设备的内部沉积,使得流通阻力增大,换热效果下降,需进行人工清理后才能恢复。因此,做好废气收集与换热设备的保温,防止废气在管道中冷凝沉积,尤为重要。
    在热回收交换器的废气进口处,可安装便于更换清洗的滤网,以有效阻止废气中的纤维,防止堵塞换热器的气体通道。换热器的废气通道可设不必停机也可使用的压缩空气或蒸汽管线,必要时可冲洗沉积的纤维和勃附的油垢。在安装换热器时,应与水平方向呈一定角度,在气流和重力的联合作用下,以便于换热器中冷凝油脂的收集,并从排油管集中排出。
3 2火灾事故的防范
    定形机废气中含有多种可燃成分,当温度过高,气流通道受阻时,极易发生燃烧和爆炸事故。换热器内需设有高温报警,且与消防水阀门联动,防范因废气燃爆和油垢着火导致的定形机火灾事故。
    在换热器的废气管道出口处,控制换热器出口的废气温度不低于110°C,不但可以最有效地利用废热,而且能有效防止过度冷却,确保废气温度在水汽的露点以上,减少油烟在换热设备中冷凝沉积,缓解换热器管路堵塞问题,延长换热器使用周期。既保证废热回收,又降低清理维护费用。
4结语
    (1)定形机废气的热能回收利用,是一项投资少、收益高、见效快的节能环保绿色工程。定形机排出的高温和含油废气,应先进行热能回收,再进行净化处理。
    (2)定形机废热回收的有效途径是采用气汽换热设备,利用废气的余热将新鲜空气加热后补入定形室内,可以减少IOIo一3010一次能源的使用。
    (3)热回收的技术要点是,减少换热设备内部的堵塞隐患,防止发生火灾事故,确保安全稳定运行。
 

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