太阳能直接吸收式印染废水余热回收系统

德州学院机电工程学院 李睿芝 郝薏歆 张连山

引言

我国国民经济的日趋发展，带动了印染行业的发展。但是印染行业所用水量较大，其中80%～90%以废水形式排出。排出时，废水中还存有较多的化学杂质和热量，直接排除会对环境和能源利用有较大的损失[1]。废水排放的热量占整个印染厂耗能的比例较大，印染厂在其生产工艺过程中的各个环节的热能消耗中，洗涤、漂白、染色等占比最高，染色耗能热损中废水余热占比达到70%[2]。一方面，染色过程中需要将原水用水蒸汽进行预热，充分利用废水余热来对预热供能，可有效减少蒸汽消耗量。另一方面，排放的废水被运至污水处理时温度较高，对废水处理的质量影响较大，给废水排放或中水回用带来严重影响。

当前已有的印染废水余热回收系统利用换热器或者热泵对废水余热进行回收利用，印染废水余热回收系统大部分都没有针对印染废水的实际情况进行废水余热的梯级回收系统的设计，而且现有的余热回收用吸收式热泵均需要新的热源驱动，无形中又增加了能耗。为解决以上问题，我们设计了太阳能直接吸收式印染废水余热回收系统。将污废水余热回收和太阳能热利用有机结合，实现余热回收梯级利用，有利于印染厂节能降耗。

1 结构设计

太阳能直接吸收式余热回收系统，是以实现印染厂污废水余热的多级回收利用，并减少能源消耗的新一种余热回收装置。主要是通过污水与新水中的热交换和利用太阳能作为能源进行逐级加热，以便达到回收余热和利用新能源的目的，以提高印染厂的热效率。

本产品主要由废水余热转换系统、太阳能直接吸收式热泵系统、蒸汽加热系统、数显式温湿度传感模块、自动控制系统（包括自动排污）与废水回收系统等构成。具体结构如图1所示。

图1 太阳能直接吸收式余热回收系统结构示意图

2 工作原理

本系统将太阳能光热利用、防腐蚀换热器、吸收式热泵技术有机结合在一起，系统原理如图2所示，利用污水换热系统和太阳能直接吸收式热泵系统进行逐级加热，实现印染厂污染废水余热回收和热水供应，提高了系统效率。通过分析污水换热系统和太阳能直接吸收式热泵系统的原理以及系统的组成方式，设计新的污水换热器换热流程，使管程通废水、壳程通中水，在提高换热器传热系数的同时，方便废蒸汽冲刷管内排污。将太阳能集热器作为吸收式热泵中的发生器，直接利用光热作为吸收式热泵的热源驱动。

图2 太阳能直接吸收式余热回收系统工作原理图

（1）废水回收系统包括废水收集箱、液位计、输送泵、过滤装置及自动排污阀等，印染废水进入废水收集箱后，液位计可以自动检测废水温度及水量，当到达一定高度后，开启废水输送阀，通过过滤装置过滤掉掉废水中的杂质，进行换热的废水送入余热转换系统中，其余混有杂质的废水则通过自动排污系统排出。

（2）废水余热转换系统，左与废水输入端相连，右与废水输出端相连，之中喷淋防腐蚀式换热器与冷凝器通过管道联通，设有热源循环泵，回收废水余热用于对中水的预热，实现废水热量的梯级回收利用。其中喷淋防腐蚀换热器设有蒸汽或水汽冲刷系统，当换热管内有沉淀物积聚时，可用蒸汽或水汽冲刷系统进行冲刷，使沉淀物等无法积聚造成腐蚀影响管内流速。

（3）太阳能直接吸收式热泵系统及蒸汽加热系统都是对预热的中水进行进一步加热，预热的中水将进入吸收式热泵系统，太阳能集热器作为吸收式热泵中的发生器，利用光热作为吸收式热泵系统的热源驱动，其中的蒸汽加热系统利用原有的蒸汽对热泵出水进行再次加热，提高了出水温度。

（4）自动控制系统与温湿度传感模块结合，同时又控制整个装置的开关，流量、流速等数据，监控废水温度，智能化控制，实时监控整个装置的工作状况。

3 系统设计计算

本印染废水余热回收系统设计污水流量为40 t/h，每天工作时间12 h，进口污水温度取75 ℃，出口污水温度取20 ℃。净水进口温度取15 ℃，采用防腐蚀换热器和太阳能直接吸收式热泵系统逐级加热后净水出口温度达到60 ℃，整个系统的热损系数0.92，最终可得净水流量为540 t/d。

4 结语

本系统充分利用物联网技术，将自动控制贯穿于整个系统，可以减少整个装置的人工化，提高精准性和工作的高效率性；运用光热、蒸汽等资源以及逐级加热的方式，得到了不同温度的热水，实现了节能减排及能源的可持续利用，最大限度地提高了利用率。对比现有的印染废水余热转换装置，更高效地利用了废水中的热量。同时对于太阳能、蒸汽等可再生能源进行了利用，实现了节能减排。还可以节约印染厂的生产成本，同时又能提高经济收益、社会收益、环境收益。