浅谈基于典型印染废水余热热泵回收的热力学分析

黄金艳

【摘 要】 本文主要针对当前采用热泵系统回收印染废水余热的现状，通过对典型印染行业印染废水现状和热需求的研究，从能量梯级利用和经济性角度以及废水流量稳定性和废水温度较稳定的角度，运用热力学原理对热泵供热温度和热泵的取热位置进行了探讨，并最终得出了科学的结论。

【关键词】 超滤技术；废水回收；处理应用

引言：

我国印染业在印染煮练、漂白、染色、定型等工序的废水量大，热损失严重，并且印染业年加工布产量呈逐年上升趋势，因而印染废水中排放的热量呈上升趋势。但是目前印染行业的余热回收利用尚处于初始阶段，绝大部分热量都没有回收，而是直接排放，少数大型企业会进行简单的传热型余热回收。

本文主要通过对典型印染行业废水和热需求的调研，进行了印染废水热泵热回收的系统研究，认为从热能梯级利用的角度，需要首先从热泵的最佳提升温度以及废水取热位置等热力学分析入手，才能匹配废热源与热利用过程，取得最佳的效果。

一、典型印染废水和热需求的分析

印染业是湿加工和热加工的行业。通过实地调研，典型的印染工艺过程包括退浆、三次清洗、染色、染色后三次清洗、固色、柔软。印染厂在每个工艺过程都需要热水同时排放含热废水，现有的能量利用方式一般是利用高温蒸汽或化石燃料加热清水（常用处理后的河水）来满足印染各工序所需温度，各工艺废水经集中处理后排放到市政污水系统中。

印染厂每加工100m织物，会产生3.5～5.5t废水，排放的废水温度呈多样化且温度较高。热泵作为一种可从低品位热源取热并提升能量品位的装置，如果能将回收的能量直接回用于印染工序本身，将是一种有效的节能减排技术。

热泵的性能系数与冷凝温度与蒸发温度之差直接相关。当废水温度确定时，冷凝温度越高，热泵提供的水温越高，但热泵的性能系数越低。所以从热泵性能的角度，并不是提升温度越高越好，也有一个最佳热泵提升温度的问题。当采用热泵技术回收废热，用于加热工艺用水时，需要结合工艺热水温度和流量的需求，从能量梯级利用的角度研究最佳的热泵提升温度。

二、热泵的最佳提升温度热力计算

由于热泵的最佳提升温度的计算，牵涉到各种工艺温度和流量需求、两类加热方式（水蒸气、热泵）、被加热工艺用水的初始温度、电价与煤价等多重因素。

对于企业来说供水温度越高则经济性越差。学者多提出采用多级热泵为企业提供高温工序用水，采用热泵直接提升到高温，在经济上并没有优势，况且印染工艺用水90℃以上的热水需求量只占整个工序用水量的10%左右，所以在一般的印染行业采用热泵提升温度时，不必要采用高温型热泵机组。

进一步考虑，如果能将热泵45～60℃的出水直接用于工艺过程中，将得到更大的收益。因此，印染废水源热泵的最佳提升温度应设定在45～60℃。

三、热泵取热位置分析

印染廢水的排放流程是：不同的印染工序排放的不同温度和流量的废水，在不同时间汇集到排水沟，然后经过污水处理过程最后进入排污管网。

由于工序的不同步性和废水流动是在开放的环境下进行的，且污水处理过程一般要经过24h，因此在整个过程中热量耗散很大，致使进入排污管网时废水温度大约35℃左右。

热泵的取热位置，需要综合考虑三个方面：一是废水温度较高，热泵的性能系数较高；二是水量足够且稳定，保障热泵在设计工况稳定运行；三是废水水质要尽可能好，防止结垢影响传热或不得不采用复杂结构影响其可靠性。

学者们提出的采用热泵技术回收废水余热，废水源的设计温度大多都在40℃以上，实际上印染废水的排放由于工序的不同步性、间歇性和废水流动是在开放的环境下进行的等实际情况，使得热泵连续从中高温废水取热受限。而经过污水处理后的废水温度虽降至35℃左右，但废水量可以保证，而且废水温度较稳定。

四、结论

综上所述，通过对印染行业废水热泵热回收的热力学分析。通过热力学理论计算，我们可以得出印染沸水热泵的最佳提升温度为45～60℃。最后基于典型印染废水处理流程，通过对废水水质分析和含热量的热力学分析，以及典型印染工序能流现状和热力学分析，设计出了匹配的废热源与热泵热回收的热利用过程，以此确定热泵的取热位置应选择在废水进排污管网附近。

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