黃金艷

【摘 要】 本文主要針對當(dāng)前采用熱泵系統(tǒng)回收印染廢水余熱的現(xiàn)狀，通過對典型印染行業(yè)印染廢水現(xiàn)狀和熱需求的研究，從能量梯級利用和經(jīng)濟(jì)性角度以及廢水流量穩(wěn)定性和廢水溫度較穩(wěn)定的角度，運(yùn)用熱力學(xué)原理對熱泵供熱溫度和熱泵的取熱位置進(jìn)行了探討，并最終得出了科學(xué)的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】 超濾技術(shù)；廢水回收；處理應(yīng)用

引言：

我國印染業(yè)在印染煮練、漂白、染色、定型等工序的廢水量大，熱損失嚴(yán)重，并且印染業(yè)年加工布產(chǎn)量呈逐年上升趨勢，因而印染廢水中排放的熱量呈上升趨勢。但是目前印染行業(yè)的余熱回收利用尚處于初始階段，絕大部分熱量都沒有回收，而是直接排放，少數(shù)大型企業(yè)會進(jìn)行簡單的傳熱型余熱回收。

本文主要通過對典型印染行業(yè)廢水和熱需求的調(diào)研，進(jìn)行了印染廢水熱泵熱回收的系統(tǒng)研究，認(rèn)為從熱能梯級利用的角度，需要首先從熱泵的最佳提升溫度以及廢水取熱位置等熱力學(xué)分析入手，才能匹配廢熱源與熱利用過程，取得最佳的效果。

一、典型印染廢水和熱需求的分析

印染業(yè)是濕加工和熱加工的行業(yè)。通過實(shí)地調(diào)研，典型的印染工藝過程包括退漿、三次清洗、染色、染色后三次清洗、固色、柔軟。印染廠在每個工藝過程都需要熱水同時排放含熱廢水，現(xiàn)有的能量利用方式一般是利用高溫蒸汽或化石燃料加熱清水（常用處理后的河水）來滿足印染各工序所需溫度，各工藝廢水經(jīng)集中處理后排放到市政污水系統(tǒng)中。

印染廠每加工100m織物，會產(chǎn)生3.5～5.5t廢水，排放的廢水溫度呈多樣化且溫度較高。熱泵作為一種可從低品位熱源取熱并提升能量品位的裝置，如果能將回收的能量直接回用于印染工序本身，將是一種有效的節(jié)能減排技術(shù)。

熱泵的性能系數(shù)與冷凝溫度與蒸發(fā)溫度之差直接相關(guān)。當(dāng)廢水溫度確定時，冷凝溫度越高，熱泵提供的水溫越高，但熱泵的性能系數(shù)越低。所以從熱泵性能的角度，并不是提升溫度越高越好，也有一個最佳熱泵提升溫度的問題。當(dāng)采用熱泵技術(shù)回收廢熱，用于加熱工藝用水時，需要結(jié)合工藝熱水溫度和流量的需求，從能量梯級利用的角度研究最佳的熱泵提升溫度。

二、熱泵的最佳提升溫度熱力計算

由于熱泵的最佳提升溫度的計算，牽涉到各種工藝溫度和流量需求、兩類加熱方式（水蒸氣、熱泵）、被加熱工藝用水的初始溫度、電價與煤價等多重因素。

對于企業(yè)來說供水溫度越高則經(jīng)濟(jì)性越差。學(xué)者多提出采用多級熱泵為企業(yè)提供高溫工序用水，采用熱泵直接提升到高溫，在經(jīng)濟(jì)上并沒有優(yōu)勢，況且印染工藝用水90℃以上的熱水需求量只占整個工序用水量的10%左右，所以在一般的印染行業(yè)采用熱泵提升溫度時，不必要采用高溫型熱泵機(jī)組。

進(jìn)一步考慮，如果能將熱泵45～60℃的出水直接用于工藝過程中，將得到更大的收益。因此，印染廢水源熱泵的最佳提升溫度應(yīng)設(shè)定在45～60℃。

三、熱泵取熱位置分析

印染廢水的排放流程是：不同的印染工序排放的不同溫度和流量的廢水，在不同時間匯集到排水溝，然后經(jīng)過污水處理過程最后進(jìn)入排污管網(wǎng)。

由于工序的不同步性和廢水流動是在開放的環(huán)境下進(jìn)行的，且污水處理過程一般要經(jīng)過24h，因此在整個過程中熱量耗散很大，致使進(jìn)入排污管網(wǎng)時廢水溫度大約35℃左右。

熱泵的取熱位置，需要綜合考慮三個方面：一是廢水溫度較高，熱泵的性能系數(shù)較高；二是水量足夠且穩(wěn)定，保障熱泵在設(shè)計工況穩(wěn)定運(yùn)行；三是廢水水質(zhì)要盡可能好，防止結(jié)垢影響傳熱或不得不采用復(fù)雜結(jié)構(gòu)影響其可靠性。

學(xué)者們提出的采用熱泵技術(shù)回收廢水余熱，廢水源的設(shè)計溫度大多都在40℃以上，實(shí)際上印染廢水的排放由于工序的不同步性、間歇性和廢水流動是在開放的環(huán)境下進(jìn)行的等實(shí)際情況，使得熱泵連續(xù)從中高溫廢水取熱受限。而經(jīng)過污水處理后的廢水溫度雖降至35℃左右，但廢水量可以保證，而且廢水溫度較穩(wěn)定。

四、結(jié)論

綜上所述，通過對印染行業(yè)廢水熱泵熱回收的熱力學(xué)分析。通過熱力學(xué)理論計算，我們可以得出印染沸水熱泵的最佳提升溫度為45～60℃。最后基于典型印染廢水處理流程，通過對廢水水質(zhì)分析和含熱量的熱力學(xué)分析，以及典型印染工序能流現(xiàn)狀和熱力學(xué)分析，設(shè)計出了匹配的廢熱源與熱泵熱回收的熱利用過程，以此確定熱泵的取熱位置應(yīng)選擇在廢水進(jìn)排污管網(wǎng)附近。

參考文獻(xiàn)：

[1] 閆曉燕.采用熱泵技術(shù)回收工業(yè)循環(huán)水余熱[J].冶金動力. 2014（02）

[2] 李陽.淺談二氧化碳熱泵技術(shù)的發(fā)展[J].職業(yè)技術(shù).2012（02）

[3] 李先瑞，郎四維.熱泵的現(xiàn)狀與展望[J].北京節(jié)能.1999（04）

[4] 劉光遠(yuǎn)，陳興華.俄羅斯熱泵新技術(shù)簡介[J].能源研究與利用. 2001（03）

[5] 陸恩錫，吳震.蒸餾過程熱泵節(jié)能——熱泵基本原理[J].化學(xué)工程.2008（08）質(zhì)量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報.2007（04）

[6] 馬最良.熱泵技術(shù)（上）[J].電力需求側(cè)管理.2003（05）

[7] 唐肇熙，劉克福，黨潔修.熱泵的開發(fā)和應(yīng)用[J].成都大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.1995（02）

[8] 張瑛，張乾生.熱泵的開發(fā)與應(yīng)用[J].無機(jī)鹽工業(yè).1995（03）

[9] 李子君.利用熱泵節(jié)能大有可為[J].江西能源.1998（04）