生产废水余热回收技术应用探讨

曲学明

【摘 要】生产废水余热回收利用节能降耗，减排增效，投资回收期短，经济和社会效益显著。

【关键词】废水；余热；回收技术

0 前言

能源是人类赖以生存和发展的基础，但是随着经济的发展，能源越来越紧张，这个问题在我国表现的尤为突出。一方面，我国人均可采储量能源远低于世界平均水平，如石油、天然气、煤炭人均可采储量分别为世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%；另一方面，我国能源利用效率比经济合作与发展组织（OECD）国家落后20年，相差10个百分点。

国家出台多项政策鼓励企业开发利用可回收低品味能源。2010年4月2日国务院下发《關于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见》，要求加快推行合同能源管理，积极发展节能服务产业，同时加大资金支持力度和实行税收扶持政策；在《当前国家鼓励发展的环保产业设备（产品）目录》中，鼓励发展用于电力、石化、冶金、钢铁、水泥建材、印染、造纸、地热、糖酒工业等废热、余热回收利用发电设备；《节能中期专项规划》中明确将“余热余压利用工程”列为重点工程之一；《“十一五”十大重点节能工程实施意见》要求研究制定鼓励利用余热余压发电、供热和制冷的优惠政策，并在钢铁、水泥行业推广利用。

在生产过程中产生的余热就是其中一种低品味能源。它包括高温废气、冷却介质、废汽废水、高温产品和炉渣、化学反应、可燃废气废液和废料以及高压流体的余热等。据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%～67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%，由此可见余热资源潜力巨大。

利用余热可以生产洁净的热空气、热水，也可发电、制冷等，既节省燃料，降低生产成本，又减少大气污染。

在此，把在生产过程中遇到的一个生产废水余热回收利用项目同大家探讨一下。

1 项目背景

山东国泰布业公司每天排放70℃的生产污水约1800m3，废水经过过滤净化，达到国家排放标准后直接排放，废水中的余热白白浪费掉；相反该公司的生产线每天需要60～70℃的热水约1000m3，而这热水需要使用100T—150T、压力0.8MPa的蒸汽去加热；也就是说该生产线一边浪费低品位热量，一边需求高品位热量。

通过现场考察分析我们认为，可以用该厂低品位的生产废水加热自来水，达到生产工艺需求的温度后送入生产线，这样既节约蒸汽用量，降低生产成本，同时减少煤的使用，降低了大气污染。

2 技术方案

2.1 换热原理

利用污水泵把带有余热的生产废水从废水池中抽至笼式过滤桶，经过过滤后进入换热机组一侧；自来水从换热机组另一侧进入进行加热。降温后的生产废水再经过一系列化学工艺处理，达到国家标准后排放，升温后的自来水送至生产线满足生产需要。

该废水热能回收系统分为两部分，第一部分为固液分离系统。通过双转笼式过滤器将生产废水中的花毛、棉结、竹夹等固体颗粒物去除；第二部分为热量回收系统。通过高效的换热结构，使等量的废水与等量的自来水进行蜂窝式传导，将废水中的热量以约90%的效率传递给清水，达到降低蒸汽消耗，节约生产成本的目的。

2.2 双转笼式过滤器

2.2.1 双转笼式过滤器技术特点

采用高密度过滤网，去除印染废水中的花毛、棉结等固体颗粒物，由于滤网循环转动，将保留在过滤网上部大颗粒物质，通过毛刷棍的作用，将其清理下来，实现了过滤自动化，保证交换主机正常运行。

可以根据不同的工艺环境选择不同的滤网通经，达到最佳去除效果。

2.2.2 过滤器主要技术参数

（1）过滤通量：130T/h

（2）电机功率：3kW

（3）过滤形式：循环笼式。

2.2.3 过滤器技术条件

（1）支撑墙板选用SUS304-2B δ2.5mm厚不锈钢板。

（2）毛刷辊的直径Φ150mm，轴头为Φ50mm1Cr18Ni9Ti钢制作，刷毛为尼龙材料，刷毛粗度0.2mm。

（3）过滤网选用不锈钢SUS316材料，滤网密度为40～80目。

2.3 换热机组

2.3.1 换热机组技术特点：通过逆向交换，两种液体在蜂窝式结构中运行，从而达到最佳的传递效果，热效率最高能够达到90%，甚至更高。在得到了高温水的同时，又降低了排放废水的温度和COD，减轻了废水处理的负担。

2.3.2 通过PLC控制、液晶显示并可对有关数据加以设定，达到全机运行自动化。全机结构紧凑，占地仅常规设备的1/3～1/4.

2.3.3 换热机组主要技术参数

（1）单片有效换热面积：0.90m2/单片

（2）单机安装面积：380m2

（3）单机设计处理量：125m3

2.3.4 换热机组技术条件

（1）板片选用SUS304 δ=0.7mm厚不锈钢板；

（2）橡胶密封垫选用三元乙丙橡胶，由乙烯、丙稀和少量含有不饱和键的第三单元体，在催化作用下，经其聚合反应而形成的规整立构形弹性体。耐大气老化，在蒸汽中可达180℃，同时具有耐碱氨类及盐酸等化学溶剂；

（3）设备有螺栓紧压成形，保养及维护方便简单。

2.4 日常维护

设备安装后只需保证设备区域的干燥，防止设备因锈蚀而减少使用寿命，定期给泵机加润滑油，给设备进行防锈处理，日常维护简单易操作。

3 项目投资

项目其主要设备清单如表1。

项目投资包括机房设备和附件的采购和安装、机房工艺管道采购及安装、设备电缆采购及安装、设备调试及试运行、管道防腐及保温等全部工作内容，还包括室外管道和室外电缆的采购及安装，项目共计投资150万元。

表1

4 经济效益

4.1 每小时将100m3的15℃水加热至65℃，每小时可回收热量499.5万kcal。

其回收热量计算：Q=Cp×M×（T出-T进）=4.18KJ/（kg·℃）×100m3/h×103kg/m3×50℃=20900000kJ/h=4995220kcal/h

其中：Q：每小时回收热量；

M：水的質量；

水密度按103kg/m3；

C：为水的定压比热4.18kJ/（kg·℃）；

T进、T出：分别为自来水前、出水温度。

4.2 回收热量折合标准煤量M′=4995220（kcal/h）/7000（kcal/kg）=713.6kg/h

一年回收的热量折合年标准煤M1=713.6kg/h×16h/日×30日/月×11月=3767.8t

4.3 余热回收项目新增设备每年消耗电量折合标煤量

双转笼式过滤器及交换主机等其他辅机每小时电耗为30kW，且用电设备效率为90%，新上设备年耗标准煤量（计算最终消费时0.404kg/kW·h）

M2=30kW×0.404kg/kW·h×16h/日×30日/月×11月=63.99T

4.4 年节能量折合年标准煤量=M1-M2=3767.8T-63.99T=3703.8T

则项目竣工投产后年节约标准煤3707.83T。

4.5 利润计算

利润=年节约标煤费-项目设备消耗电费-管理费及其他费用

年节约标煤费=3707.8T×850元/t=315万元

工业用电电费按0.82元/kW·h计，项目设备消耗电量的费用=30kW·h×16h/日×30日/月×11月×0.82元/kW·h=12.98万元

管理费、系统维护费用及其他费用一年预计为12万元

利润=315万元-12.98万元-12万元=290万元

4.6 投资回收期

投资回收期为150万元/290万元=0.5年，可见投资回收期为0.5年。

5 经济效益计量验证

在热水输送管道上安装热计量表1块，在新增项目设备输入端加设总电度表一块，定期进行计量读数。

2013.8.30-2014.7.31实测记录如表2所示。

表2

根据公式 实际节能费=热能费（0.15元/kW·h）×热计量表读数（kW·h）-电表读数×电价（0.82元/度）

实际节标准煤量=（热计量表读数-总电表读数）kW·h×860÷7000kcal/kg÷0.8

则年实际节能费=0.15*21077805-0.82*158625=3031598.25（元）=303万元

年节标准煤量=（21077805-158625）*860/7000/1000/0.8=3671（吨）

6 社会效益

利用生产废水中的余热，对自来水加热以满足生产需要，每年可以节约标准煤约3700T；每年减排二氧化碳约3700吨×0.7106=2629吨。

7 结论

生产废水余热回收利用节能降耗，减排增效，投资回收期短，经济和社会效益显著。但我们还应看到，能源管理工作应贯穿于企业的全面管理之中，从最高管理者到所有员工都应全员参入，通过有效的约束机制，一系列规章制度，将节能、用能管理纳入公司的日常管理之中，并在实际工作中按照公司规章制度严格管理、严格奖惩，保证节能目标的实现。

[责任编辑：汤静]