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印染余热转蒸汽技术及装置印染余热转蒸汽技术及装置 山东双合节能环保技术股份有限公司 一、研究内容 印染余热转蒸汽技术及装置主要针对印染等具有高品位废气、废水排放且需要蒸汽的企业而开发的产品。我们在研究该产品的过程中，调研了数家印染企业，了解印染厂排放高温烟气、废水和冷凝水的温度、各工序需要的蒸汽温度及当地废水排放达标温度的要求。我们发现节能意识比较好的企业，仅是通过换热器对高温烟气和废水进行简单的换热来给新水加温，对于高温冷凝水则是回收到其他工序应用，这种方式存在以下几大弊端：一是废热降品利用不能充分提取高温烟气、废水和冷凝中的热量，热交换后的废水温度仍然很高，多数高于40℃，夏季热水过剩直接排放造成浪费大量热能；二是由于排放的废水温度很高，会破坏废水处理中生化细菌的生存环境，不能有效的对废水进行生化处理，达不到环保要求的废水排放标准；三是废水中的绒毛类固体杂质对换热和水处理设备易造成堵塞。 针对上述调研用户急需解决的问题以及印染废水的特点，我们着重进行这几方面内容的研究。 1、高温烟气、废水和冷凝水热能回收转再生蒸汽的工艺及设计研究 印染余热转蒸汽技术及装置是利用大量工业高温烟气和废水的热量，将其中大部分热量传递给软化水（新水）和蒸汽冷凝水，高温软化水通过低压罐闪蒸成低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽经蒸汽压缩机做功增压升温后，再生成符合工艺要求的高温饱和蒸汽并循环往复利用的闪蒸增压设备。 主要原理：水的沸点随压力减小而降低，压力越低沸点越低。当高温软化水压力降低后，就会释放闪蒸蒸汽。当压力降低到一定值，即使在环境温度下，水也能够沸腾。闪蒸就是较高温度的软化水进入负压的容器中，由于压力突然降低，液体变成一部分低温低压饱和蒸汽和低温液的现象。 低温低压饱和蒸汽通过蒸汽压缩机生成符合工艺要求的高温高压饱和蒸汽，在经过气液分离器后，高温蒸汽通过分汽包并入蒸汽管网，没有完全气化的高温水通过闪蒸罐进入蒸汽压缩机，当闪蒸罐液位低于限制液位时，补水系统自动开启，补进经过高温废水换热后的软化水，全部流程由PLC智能控制。 2、一机多能的研究 一机多能的主要思路：一是实现高温烟气、废水和冷凝水热能回收转再生蒸汽，减少蒸汽用量和蒸汽冷凝水排放；二是通过余热回收实现高温废水降温，并可通过联合设备降温使其达到排放标准；三是把精过滤功能设备集成在该装置中。 3、节省空间方便施工 将整体系统的功能设备和配电柜全部科学合理布置，整体撬装在一个基础底盘上，形成一个紧凑的整体，不仅节省布置空间还方便现场一次吊装就位。 4、人机可视界面和5G物联网远程智控系统 控制系统采用PLC可编程控制器加入机可视界面触摸屏控制。利用各感应反馈和执行装置进行数据采集反馈，智能高效。用户只需一名兼职操作人员通过5G物联网智控系统即可实现实时远程监控和远程操作，我公司技术人员也可通过智控中心平台更好的协助用户管理，保障机组正常运行。 通过上述的理论研究，我们确定了印染余热转蒸汽技术及装置工作原理：该装置通过将高温废气、废水和冷凝水的热量经过热功转换，利用负压闪蒸原理最大限度的提取蒸汽，再利用高压比蒸汽压缩机来实现蒸汽再升温，从而实现蒸汽回收再利用，以达到减少蒸汽用量和夏季热水过剩目的，热量降品利用造成的热能浪费和环境污染问题。该技术可回收高温烟气、废水和冷凝水中75%以上的热能，节省了大量的燃料和能源，使热能利用率提高。 该技术突破了以往工业高温废气、废水和冷凝水的余热回收存在的以下问题： 1、以往仅是进行简单的水-水换热、汽-水换热，降品利用不能充分提取其中的热能，导致废水的排放温度高，特别是在夏季，丢失热量更多。 2、以往夏季热水过剩，过剩的高温冷凝水会被排放，浪费大量的清洁水和大量的热能。 3、以往排放废水温度过高（往往高于40℃），度超出生物菌生存极限，给污水处理厂带来很大符合，浪费资金用在降温上。 二、方案论证 从印染企业来分析，其生产工艺复杂，生产过程中消耗大量蒸汽，产生大量高品位废气、废水和蒸汽冷凝水，我们对威海市乳山某印染厂车间进行监测，蒸汽将工艺用水加热到95℃以上，排放的高温废水和冷凝水都在95℃～130℃，但收集后的废水约80℃左右。首先我们对排放的废水各个流经环节进行保温处理，保证到收集水箱的温度在90℃～100℃。印染余热转蒸汽技术及装置将90℃～100 ℃废水热量传递给软化水（新水），高温软化水通过低压罐闪蒸成低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽经蒸汽压缩机压缩后压力和温度同时升高，再生成符合工艺要求的130℃高温高压饱和蒸汽并循环往复利用。废水经提取热量后排放温度在55℃～60℃，并可通过联合设备降温使其达到排放标准。 为防止印染废水中的绒毛纤维堵塞系统，我们采用粗过滤和免维护过滤器对高温废水进行分级过滤处理，免维护过滤器实现自动反冲洗，有效防止堵塞。 为防止废水的硬度和化学药剂对装置造成结垢和腐蚀破坏，采用隔离方式进行热量交换，使废水不直接进入高温废水转蒸汽的核心装置，这样可以保证设备能够高效、长期稳定的运行。 通过上述论证，我们认为我们的技术方案是切实有效可行的。 1.方案设计原则 方案按照技术先进、工艺可靠、经济合理的原则确定技术方案，结合工程的具体情况，编制报重点遵循下述原则： a.遵守国家提倡节约能源的有关标准、规范和政策，如《节约能源法》《节能减排综合性工作案》等。 b.采用高效、运行稳定、管理成熟的换热工艺和技术。 c.根据行业的具体情况，在符合上述条件情况下采取投资最少、运行费用最低的方案。 2.设计方案概述 以公司生产样机为例，生产线上蒸汽为0.27Mpa压力下130℃饱和蒸汽，收集的高温废水90℃～130℃。高温废水通过粗过滤器和免维护过滤器过滤处理后，印染余热转蒸汽技术及装置将90℃～130℃废水热量传递给软化水（新水），高温软化水通过低压罐闪蒸成低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽经蒸汽压缩机压缩后压力和温度同时升高，再生成0.27Mpa的130℃高温高压饱和蒸汽并循环往复利用。废水经提取热量后排放温度在55℃～60℃，并可通过联合设备降温使其达到排放标准。 3.蒸汽转换系统的主要配置 该系统主要由闪蒸罐、真空泵、稳压罐、蒸汽压缩机、稀油站、计量泵、蒸汽过滤器、汽水分离罐、压力变送器、磁翻板液位计和电控系统等组成。通过PLC可编程序控制器，按闪蒸温度、蒸汽压力等设定条件，自动控制系统运行。 4.废水热回收系统主要配置 该系统是由集水箱、废水过滤装置、废水泵、换热器、液位变送器、磁翻板液位计等组成，通过液位和信号控制，由可编程序控制器控制收集废水和废水热量提取，自动控制系统运行。 三、验证样机实测数据 根据烟台市清洁能源检测中心2022年7月25日对“印染余热转蒸汽技术及装置”验证样机检测结论，每小时蒸汽产汽量为0.13吨，每小时耗电量为17.98kW-h，吨蒸汽耗电量138.31 kW-h。测得数据如下： 废水侧进水温度：95℃，流量7m3／h左右； 蒸汽侧蒸汽温度：130℃，蒸汽产汽量0.13吨/h（300m3/h左右）； 吸气压力 (MPa): 0.047MPa-0.17MPa; 闪蒸蒸汽的比例： 1.8; 吨蒸汽耗电量：138.31kW.h。 四、关键技术及创新点 1、再生蒸汽高效节能 该项目研究了负压闪蒸技术与高压比蒸汽压缩机工艺，研发出蒸汽再生系统，回收并利用高温废水中的热能，维持负压罐持续产生低压饱和蒸汽，并通过高压比压缩机对升温加压，再生成符合工艺要求的高温高压饱和蒸汽并循环往复利用，这样就实现蒸汽再生利用，节省了大量的燃料和能源，使热能利用率提高。（相关专利：低温低压蒸汽再生回收装置及方法ZL201811404660.0; 一种高效节能蒸汽再生系统ZL202121058004.7;废气转蒸汽成套设备ZL202221811332.4;工业废水余热复叠热功转换装置及方法ZL201810577156.4; 一种新型闪蒸罐ZL202221324364.1; 一种两用汽水换热器ZL202221680302.4)。 2、节水减排 该项目针对印染工艺中存在大量冷凝水的特点，并研究蒸汽再生工艺中冷凝水如何有效回用问题，开发出节水功能。该装置通过回收蒸汽冷凝水（蒸汽再生工艺和其他工艺产生的冷凝水均可回收），回用到蒸汽再生工艺中并循环利用，节约了生成蒸汽的用水量，并有效减少了凝水排放量。 （相关专利：低温低压蒸汽再生回收装置及方法ZL201811404660.0; 一种高效节能蒸汽再生系统ZL202121058004.7；一种新型闪蒸罐 ZL202221324364.1；一种两用汽水换热器ZL202221680302.4)。 3、废水降温排放 该项目针对印染厂废水排放温度超标问题，结合该装置运行特点，使其具有联合降温排放功能。高温废水经该装置利用后，排放时水温降低，也可和其他设备联合使排水温度即便在夏季也可控制在40℃以下。因此可完全避免夏季排放到废水处理池的水温度超出生物菌生存极限的危害，减少废水处理的负荷节省处理费用。（相关专利；工业废水余热复叠热功转换装置及方法ZL201810577156.4；一种两用汽水换热器 ZL202221680302.4；集成换热控制装置ZL202221402752.7)。 4、首创高效免维护前处理系统 由山东双合自主研发具有专利产权的前处理过滤系统，含粗、精两道过滤设备，免维护过滤系统及精密过滤系统，均为一用一备。该过滤系统在印染行业早有运行案例，并且运行效果非常稳定， 解决了行业内污水难以过滤，人工干预太多的痛点问题。(相关专利：一种免维护过滤器ZL202121058005.1)。 5、结构紧凑，节省空间 科学合理分区布置，将该系统的功能设备和配电柜分成两个整体撬装单元结构紧凑，不仅节省布置空间还方便现场一次吊装就位。(集成换热控制装置ZL202221402752.7)。 6、系统自动化程度高，结合智慧化控制 该装置可在人工可视化触摸屏上设定条件参数实现自动启停，24小时自动运行，只需一名兼职操作人员通过SG物联网智控系统即可实现时时远程监控和远程操作，我公司技术人员也可通过智控中心平台更好的协助用户管理，保障装置正常运行。（相关专利：集成换热控制装置ZL202221402752.7;集成换热控制系统软件Vl.0 2022SR0707076;高温废水闭式降温余热利用控制系统Vl.0 2022SR0747793)。 五、技术的成熟度及产业化情况 从2021年，我们对印染余热转蒸汽技术及装置立项，到现在产品在部分用户现场使用，这期间我们进行大量的理论设计、建模设计、样机制作、实验测试及改进优化，尤其是通过产品在威海市乳山某印染厂及其他两个印染的运行和监控，我们积累了丰富的运行数据，对运行过程中出现的问题，及时进行改进升级，提升了机组运行的效率及可靠性，技术稳定成熟。目前该技术申请发明专利2项、实用新型专利6项和著作权2项。2023年4月，在江苏省海安市召开的印染余热转蒸汽技术及装置鉴定会上，中纺联鉴定专家委员会一致通过，鉴定该技术达到国际先进水平。 山东双合节能环保技术股份有限公司是山东双轮集团股份有限公司的下属子公司，公司依托母公司的优势资源，长期致力于节能环保技术和产品的研发、制造、推广业务，专注于余热回收、节能减排等相关领域。双轮集团3个厂区占地共670余亩（45万m2），山东双合公司厂区占地200余亩（13万m2），其中厂房面积66600 m2，拥有自动化承重装配流水线1条、检测线1条，符合国家标准的检测试验台1个，NZM-300自动焊接机1套，FH-50管.法兰自动焊接专机2套，ZHJ6焊接机器人2套，F6020激光切割机2套，PC-500D空气等离子切割机4套，卧式镗床2套，数控立式车床l套、德国OBLF直读光谱分析仪1套，变频X射线探伤机2套，超声波探伤机3套，全数字超声波探伤机l套及试压检测等其他设备10余套。采用标准化作业，形成国内余热回收领域的示范基地，成为行业的领跑者。 六、总体性能指标 1、中高温废水温度：>95℃； 2、转化蒸汽温度：120℃～165℃； 3、吸气压力 ( MPa): 0.047 MPa ～0.085 MPa; 4、吸气温度：80℃～95℃； 5、闪蒸蒸汽的比例：1.8～5.4%; 6、蒸汽产汽量：0.5吨/h～2吨/h; 7、吨蒸汽耗电量：140～160kW.h。 七、与国内外同类先进技术比较（技术成熟度、对社会和科技进步的意义） 余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，我国能源的利用率也仅为33%左右，国外利用好的，其利用率也仅比我国高出10%左右，50%的能耗以各种余热被直接废弃，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%。像高品位的废水、废气，排走时不仅浪费了大量的热能，还污染了我们的生存环境，如果将能充分提取这种热能，不仅响应国家的节能减排政策，还能产生巨大的社会和经济效益，降低一次能源如煤、石油的能耗，降低C02、S02的排放量。而印染行业，余热回收（资源能源梯级利用）和资源循环利用等方面还处于起步阶段，市场开发前景广阔。 印染行业在我国历史悠久且非常发达，占据国际市场的主要份额。我国广东、福建、江浙等省份都有许多纺织印染工业园区，这些企业都存在着高温印染废水排放和蒸汽凝水回收的问题，随着能源价格的不断攀升和节碳、环保、排放要求越来越高，都迫切需要解决蒸汽再生利用、废水余热回收和降温排放问题。 印染余热转蒸汽技术及装置一旦试制成功必将收到广泛期待，成为市场的宠儿。以广东汕头为例，当地的纺织印染工业园区就有三个，每个园区初具规模的就有近百家或更多，几个印染大省的染整厂规模可见一斑，可见市场前景非常可观的。 经过科技查新，该技术在国际印染行业领域中，还没有公司生产此类产品，也仅有相关论文的发表，但也都处在研究阶段，整个市场还是空白。 因此从国内外在高温废水热能回收制备蒸汽领域的研发状态来看，大家几乎都是处于同一个起跑线上，关键是谁能率先开发出适用于市场的产品，占得先机。随着国内市场此类问题的逐步解决，我们的产品很有机会快速打开国际市场。 八、推广应用前景和条件 以GFZQ-2400型印染余热转蒸汽技术及装置为例，该装置每年节约130℃蒸汽7200吨（节约1800000元，折合节约标煤768.5吨），装置耗电1000800 kW-h(电费650520元，折合消耗标煤136.6 吨)，则综合每年节约蒸汽费用1149480元，折合每年节约标煤631.9吨，减少C02排放1655.58 吨，减少S02排放5.37吨，节能效果和社会效益显著。 据统计，我国能源的利用率仅为33%左右，50%的能耗以各种余热被直接废弃，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%。而印染行业，余热回收（资源能源梯级利用）和资源循环利用等方面还处于起步阶段，市场开发前景广阔。 目前，据不完全统计，仅在我们国家，印染行业成规模的企业就有3000-4000家，每天的蒸汽需求量和废水排放量巨大，随着能源价格的不断攀升和节碳、环保、排放要求越来越高，都迫切需要解决蒸汽再生利用、废水余热回收和降温排放问题。 以中型印染企业的一个印染车间为例，平均每天需要蒸汽用量为130吨(5吨/h)，那么这样一个车间就需要该装置至少1-2套，一个中型印染企业需要该装置至少5-8套，以此估计当30%的大中型印染企业应用该装置，市场销售额将是百亿量级的数据，市场需求巨大。 为了推广印染余热转蒸汽技术及装置，让人们感受到其所能产生的巨大经济利益和社会效益， 们将采取以下措施： 1)加强与行业协会的合作，加强宣传力度，推进印染余热转蒸汽技术及装置的应用。 2)邀请废弃高温废水排放的企业，到山东双合节能环保技术股份有限公司所做的样板业绩工进行参观访问，现场感受到产品所带来的巨大效益。 3)对有些心存疑惑、信心不强的企业，采用合同能源管理的方式开展工作，进行利益分享。 九、存在的问题 目前主要存在的技术问题是印染车间需要排放的废水温度在70℃～130℃之间，而我们能够直接进行余热回收转为蒸汽的废水温度区间只有90℃～130℃，仍有一部分不能直接利用于生成蒸汽。我们正在研究开发新技术，在目前印染余热转蒸汽技术及装置的基础上，分两步走，第一步将可用废水温度降低到80℃～85℃，第二步将增加装置新功能，温度较低废水热能回收制备热水，满足生产工艺用水的要求。这样能够最大限度回收全部温度范围内工艺废水的热能，达到节能减排最佳效果。
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