印刷废热再利用研究

吴 哲

（1.辽宁省交通高等专科学校 辽宁 沈阳 110122；2.长沙理工大学 湖南 长沙 410015）

1 研究的背景

印刷企业生产中，热能供应是成本增加的很大一个影响因素。 但现实的情况是，在不断耗能时，边缘的很多热量却无端的浪费掉了。以中华商务印刷（广东）厂来说，7 台全自动轮转胶版印刷机在印刷过程中，消耗很多能量，一部分是因为纸张的干燥需要进行加热，这方面消耗的热量并不大；但另一方面，印刷过程中会产生大量苯、酚等的有毒化合物气体，必须在高温下将他们分解成无害气体才能排放，这也就需要消耗大量的原始能量。 因而在它的二次燃烧室中， 温度高达790℃—890℃，即使在排放的烟气中，核心温度也有390℃左右。

2 处理的方法

以往， 高温气体将大量的热量会被直接排到环境中而未被利用，直接转变为（火无）（anergy），白白浪费掉；为节能环保减碳，我们需要将这部分高温排烟废热回收： 比如可以用来进行空调制冷和热水供应。

为此我们进行了精确的计算。 为了保证得到比较精确的计算值，我们必须知道：烟气比热与温度的函数关系式C=f (t)。 通常应用的气体比热和温度的函数关系为MC=a+bt+ct2+dt3。 它是应用了量子力学的原理和光谱分析的数据而整理成的公式，用它计算出来的热量值比较精确可靠。 由此我们可以得到，定压，烟气从T2 降到T1，释放热量计算式：

式中，MCp 是烟气的定压模尔比热。 单位为千焦/Kmol·k。

两台海德堡型号E93-1020，在标准状况下，最大烟气量为：L=4006*2=8012 Nm3/h。又根据海德堡公司的资料，回收热量基于80%的最大排烟量，则2 台M600 型印刷机的排烟由390℃降到130℃时总计回收热量为：ΣQ=372.55*8012*80%=2387896.8 千焦/h=664 千瓦时； 同理可知，三台M600 可回收的热量为1005 千瓦时;2 台Sunday2000 可回收的热量为1390 千瓦时.

3 热回收利用方案

给职工宿舍卫生热水以提供洗浴等基本生活用途（负荷205 千瓦时）；给职工食堂空调制冷（负荷398 千瓦时）。

3.1 利用烟气+热水热交换器+远大单效热水机

海德堡公司与欧洲在能源回收方面技术领先的公司合作为印刷机排烟热回收开发了一种烟气-热水热交换器。 采用烟气—热水热交换器热水温度不超过94℃，故只能选用单效热水机.单效机是没有热水供应的。 由以上计算得知：两台海德堡M600 印刷机废热可以回收599 千瓦时。 而查表可得两台海德堡093-1020 的热回收量是710 千瓦时。两者是基本吻合的。另外，由资料可得，单效热水机的COP 值为0.75。 因而实际可得制冷量为664*0.75=498 千瓦时。 这对食堂空调有富余。 卫生热水只能从其他印刷机的废热制取。 选用海德堡的另一台设备回收提供。 产热量为599 千瓦时；再选用我们所认为比较合适的单效热水机如远大的BDH50 与之匹配，则该机组冷量为605 千瓦时。本方案的缺点也是存在的：如果印刷机停转，那么空调机、热水供应都将停止，我们必须备用一台热水锅炉以备不时之需。

3.2 利用烟气直燃机

方案3.1 的缺点是很明显的，其热效率也不如直接用烟气的热量制冷。 这是因为：我们设定由高温排烟，中间经过热交换器，再用热水与单效热交换机交换，中间多一道不可避免的传热工序。 从理论上来说，每一次不可逆传热，总会引起工质的熵增或（火用）损，造成不必要的热效率降低。 为了避免印刷机停空调停，印刷机不转热水不热的问题，我们选择了补燃型烟气直燃机。 它可以同时提供525 千瓦时的空调制冷量和245 千瓦时的生活用卫生热水量，完全可以满足日常的空调、卫生热水的要求。 而印刷机停止运行时，则可以完全燃气负荷，即烟气直燃机变成直燃机。

还有一种解决方法： 将28%的125℃的烟气和72%的390℃的烟气混合在一起之后，在排出到室外去之前，再引回到烟气—热水热交换器，进行再一次的热回收，制成热水，就可以满足某些其他用热能的地方如热风干燥车间。

3.3 选用单效烟气机

较之烟气直燃机， 单效烟气机可以将664 千瓦时的热量完全利用， 节能效果更好， 价格比烟气直燃机也便宜得多。 至于热水，在Sunday-2000 的排烟管上装烟气—热水热交换器来提供{200 千瓦时}。BDE50 的制冷量是582 千瓦时，其负荷调节范围广：5—115%。这样对烟气的流量，温度的变化有很好的适应能力。它作为最后的选用方案。

4 经济效益计算

经过计算可知，我们实际上从工艺排烟中共计回收700 千瓦时的热能，如果印刷工厂每天工作实行普通的两班制（十六小时），每年总计工作三百天；当地的工厂电价为1.05 元每千瓦时，基本用电电价30元每月* 千瓦时，那么，普通的应用电力制冷，我们每年花费的电费为：0.89*114*16*300+24*114*12=612，852 元人民币。 职工每日需热水39T{由14C 加热到60C}，用电热锅炉日耗电量达2000 多度{热效率按90%计算}，电费需2000 元/日；用液化石油气则需228KG/d（热值10800 大卡/公斤， 热效率按65%）， 气费需1664 元/日； 柴油则需239kg/d(热值10300kcal/kg，效率按65%计算)，油费需1554 元/日；管道煤气需648 立方米/日（热值3800kcal/m3，热效率按65%计算），气费需1005 元/日。 不难算出，从排烟“废热”中回收的热量，无论用来代替哪种能源，一年节省下来的费用在120 万元左右，所以废热回收和利用的回报率是非常高的。

5 结语

5.1 利用排烟废热，采用溴化锂吸收式机组供冷、供热，与燃气机或内燃机，发电机组合，形成冷、热、电联产（CHP），实现能量的梯级利用，即所谓的分布式能源系统（DES），提供了一种高效的能量利用途径。 它的热量利用率可高达90%以上。 这符合我国能源发展的主导政策。

5.2 利用工业废气（废热）供冷、供热，提高了能源利用效率并减轻环境污染。 就本项目来说，我们从工艺过程中排出的10580m3/h、399℃的废气中捡回了864 千瓦时的热能用于改善职工的生活。同时也相当于每年减少二氧化硫排放2115kg，减少二氧化碳排放90.5t（碳计）。但是，我们仍将10580m3/h，130℃的烟气排入自然环境当中。若此时的环境温度为20℃，我们根据上述计算烟气的放热公式：

经过同样计算过程，可以得出有4204 千瓦时的热量（火用）转为（火无）排入环境。当然我们还可以使排入环境的烟气温度更进一步降低以增加(火用) 量，但这未必经济。

［1］李特文.工程与热力学[M].北京：高等教育出版社，1997.

［2］邱信立，康乐明，等.工程热力学[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.