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低温热管能量回收装置在纺织厂中的应用

2018-03-15 来源:  浏览:    关键词:天然气锅炉余热回收 热管换热器 换热器 工业节能

在纺织行业中,许多车间由于生产工艺的要求,造成车间内的高热高湿,甚至还可能在车间内弥漫着对人体有害的气体,这样就需要大量的排风才能满足车间内的卫生要求。在这种车间环境下,空调送风必须采用直流式空气调节系统。而直流式空调系统冬季所需要的新风加热量,占车间总供热能量的比率是非常高的,同时排风中的余热如不加处理和利用就将成为一个巨大的能源浪费,同时还会造成对环境的热污染。本文通过在有关工程设计中的一个实例,说明低温热管的应用在这种能源回收中的显著作用。 

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举例说明:

1)印染车间:在印染过程中,对纱或布的处理,是在一定的高温热水和化学药剂混合的条件下在染纱锅内蒸煮完成的,所以染纱锅内水的加热量、加热温度要求稳定可靠。染纱锅内的热水一般采用的是 0.4 MPa 或 0.2 MPa 的饱和蒸汽,通过直接或间接的方式加热。 

    在生产中为了操作方便这些染纱锅通常处于敞开状态。有些工厂在染纱锅上部采用接受式排风罩,使大量水蒸气直接排出车间;而有些工厂则直接将大量水蒸气扩散到车间环境内,这时通常采用墙上安装轴流通风机的方式直接排出室外,而在冬季,由于这些水蒸气中所含化学药剂中有一定的酸、碱成分,不宜回收。为了满足操作工的劳动保护要求,车间内需要采用直流式空气调节系统,夏季送低温风,冬季送干热风。在冬季当室外温度低于 18℃时,送入车间的空调风一般采用 0.2 MPa的饱和蒸汽进行加热,耗热量很大。在北京地区,一个日染色能力将近 10 吨的印染车间,冬季送风量大约为每小时 3 万立方米,送风温度为 22℃,送风加热采用 0.2 MPa的饱和蒸汽,用量为 0.6t/h;而生产工艺此时要求的用汽量为 0.4 MPa 的饱和蒸汽最大量为0.4t/h;0.6 MPa 的饱和蒸汽最大量为 8.4t/h,平均量为 2.9t/h。由此可见,冬季直流式空调系统新风加热所需要的蒸汽量与整个车间所用蒸汽总量相比,其比值还是很高的。因此,如果将冬季散失在车间内的工艺用蒸汽余热量进行回收并再利用,就可以满足车间新风加热所需的热量的要求,减少整个车间蒸汽的用量。 

2):粘胶短纤维的纺练车间:由于生产工艺的需要,纺丝、牵伸工艺的浴液中会挥发出大量的 CS 2 、H 2 S 气体。尽管设备尽量进行了密封,但在运行过程中,仍然会由于操作及密封的问题造成CS 2 、H 2 S 气体的泄漏。为保证车间的空气环境,纺丝车间、精炼车间、烘干车间内的设备均采用局部排风,同时纺丝车间、精炼车间还设有全面排风系统,车间内的总排风量远大于按负荷计算的送风量,所以空气调节系统只能采用直流式系统,造成在冬季新风加热量很大。以某年产两万吨粘胶短纤维的纺练车间为例,车间内总的新风加热总量大约为2864kW, 折合 0.2MPa 饱和蒸汽量为 4.8t/h,同时烘干机采用的是蒸汽盘管烘干纤维,所用的蒸汽为 0.45MPa 的饱和蒸汽,最大量为 7 t/h,设备内的排风机将设备内的湿空气直接排出室外,排风温度均在 85℃~90℃之间,造成极大的浪费。 

    由以上的两个例子可以看到,目前纺织厂在生产中设备排风的热量浪费是十分惊人的。回收排风中的热量用于冬季新风加热,将可能成为纺织厂节能的重要组成部分。 

3、 热管的应用实例:

    现在热回收式新风换气机的种类很多,其中用的比较多的是转轮式全热交换机及低温热管式显热回收装置。前者既可以回收显热又可以回收潜热,后者只可以回收显热,但可以保证新风和排风之间绝对不会互相泄漏。相比之下低温热管显热回收装置更适合于纺织厂的热量回收过程。

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    低温热管显热回收装置是通过工质汽化、冷凝的过程进行热量的交换,是一种非常理想且有效的热回收装置。 

    3.1 热管的换热原理:热管外壳采用的是具有良好导热性能及耐腐蚀的铝合金管制成,管内经清洗并抽真空后注入一定量的工质,多根热管按一定要求排列后组成管束,称为低温热管设备(以下简称热管)。热管一端为蒸发区,工质在蒸发区受热后吸收热量汽化,汽化后的工质向另一端即冷凝区流动;进入冷凝区后,在冷凝区冷凝工质液化,放出汽化潜热,液化的工质在毛细力和重力的作用下回流到受热区受热再汽化,这样往复循环,就可以将大量的热量由蒸发区传到冷凝区。根据回收热量的温度不同,内部充入不同的工质,以保证具有较高的换热效率。 

    3.2热管在粘胶短纤维纺练车间空调设计中的应用:在某厂 2 万吨粘胶短纤维纺练车间的空调通风设计中,采用了一台热管设备,用来回收干燥机排出的废热。

    1)冬季新风所需要的加热量:整个纺练车间需要的新风量为 37 万立方米/小时,正常情况下配置两套空调系统,即纺丝车间配置一套(K-1)空调机组,通风量为 17万立方米/小时;精练、烘干车间配置一套(K-2) 空调机组,通风量为 20 万立方米/小时。当地冬季通风温度为-3℃,车间需要的送风温度为 20℃,0.2MPa 饱和蒸汽汽化潜热为 2163.2kJ/kg。两套空调系统冬季所需要的加热蒸汽量分别为:K-1 空调机组,加热功率为 Q1 为 1316kW,加热所需要的饱和蒸汽量G1 为 2.2t/h;K-2 空调机组:加热功率为 Q2 为 1548kW,加热所需要的蒸汽量 G2 为 2.6T/h;K-1、K-2 合计需要的加热量 2864kW,折合 0.2MPa 饱和蒸汽量为 4.8t/h.。

         2) 热管回收的热量

         纺练车间干燥工段采用0.45MPa 饱和蒸汽经减压后为 0.35MPa 过热蒸汽,对短纤维进行加热烘干,排风温度可达到 80℃~90℃。如果直接将高温空气排出室外,会造成很大的热量浪费。采用热管,则可以将这部分热量进行一定量的回收利用。某厂短纤维纺练车间的干燥工段总共 4 台干燥机,其排风状态参数见表一。

 

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表一 干燥机排风的空气状态

    可以看到其总排风量为63508 m3 /h,混合后的排风温度为 86.8℃。为提高回收效率,将热管垂直放置,如图所示。

    假设新风入口温度为 T1,出口温度为 T2;排风入口温度为 T3,出口温度为 T4;新风量为V1; 排风量为 V2。知:T1=-3℃ T3=86.8℃ V1=V2=63508m3 /h

    根据设计手册上的热管换热效率及阻力损失曲线选取热管。取风速为 3.7m/s、片高11mm、片距 2.4mm,排数 8 排,由此选择热管型号为 KLS-79-8-2.4。热管效率ζ为 66%,阻力损失 235Pa,垂直放置。

    由&=(T1-T2)/(T1-T3)×100%得 T2=T1-&(T1-T3)=-3℃-0.66(-3℃-86.8℃)=56.3℃T4=T3-&(T1-T3)=86.8℃-0.66(-3℃-86.8℃)=27.5℃已知:27.5℃的饱和含湿量为 24.6g/kg 则经热管排出的凝结水量为:∆ d=63508 m3 /h ×1.2 kg/m3×(119.3 g/kg-24.6 g/kg)=7.2t/h热管系统回收的热量为Q=1.2kg/m3 ×63508 m 3 /h×1.01kJ/kg×(56.3+3)℃÷3600=1268kW相当于 0.2Mpa 饱和蒸汽量为 G=1268kW /2163.2kJ/kg=0.6kg/s=2.11t/h

    由此可见,热管热量回收系统节能效果明显,经济效益可观,具有广泛的前景。 

    4、 结论:

    热管作为一种节能产品,经国家有关单位鉴定已发展为多种定型产品,已经广泛应用于食品、医药、精密仪器制造、电子仪表、冶金、化工等领域,节能效果显著,取得了明显的经济效益。这次通过对某厂粘胶短纤维纺练车间空调设计的计算和比较,同样可以看到其在纺织、化纤工业空调设计中使用前景是十分广阔的。采用热管方法回收废热也是比较现实的,在节能和经济效益方面都具有十分重要的意义和广泛的前景。  

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