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低温热管能量回收装置在纺织厂中的应用

晨怡热管 周耘 2007-2-28 3:09:30
低温热管能量回收装置可通过易气化工质的相变过程进行热量交换,是一种十分有效的热回收装置,在余热利用、太阳能利用等领域具有广阔的应用前景。本文以应用在潍坊2万吨粘胶短纤维的纺练车间空调通风为例,说明低温热管能量回收装置的使用方法及其效益,供太阳能工作者参考。
一、热管的换热原理
  热管外壳由导热性能良好的铝合金管制成,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,即为低温热管能量回收装置,或称热管换热器(以下简称热管)。热管一端受热时管内工质吸收热量汽化,汽化后的工质向另一端(冷端)流动,进入冷凝区后冷凝液化,放出汽化潜热,液化的工质籍毛细作用和重力作用回流到受热区,受热后再汽化,这样往复循环,即可将大量的热量由受热区传到冷凝区。回收能量的热源温度不同,内部充入的工质不同,以保证具有较高的换热效率。

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  使用时热管换热器的热管可以垂直放置(见图1),也可以斜置(见图2)。前者,工质只能作单向流动,即回收热量或冷量,其特点是工质流动通畅,热效率较高;后者可以通过变换热管角度进行能量回收,当进行热量回收时,Ⅰ为受热区,Ⅱ为冷凝区,此时Ⅰ区比Ⅱ区向下倾斜低5° —7°;在进行冷量回收时,可以将热管转动角度,此时Ⅱ为受热区,Ⅰ为冷凝区,Ⅱ区比Ⅰ区向下倾斜低5° —7°。这样可以使一套热管设备根据不同的情况,在不同的季节进行不同的能量回收,但这样放置由于工质流动速度慢,对热回收效率会有一定的影响。
二、热管在纺织厂车间空调中的应用
  在潍坊2万吨粘胶短纤维纺练车间的空调通风设计中,我们采用了一台热管设备,用以回收干燥机排出的废热。粘胶短纤维纺练车间的工艺流程大致为:纺丝段、精练段、干燥段、打包段,最后入库。由于纺丝工段采用了对人体危害很大的CS2及H2S,除了对工艺设备进行密封外,还要采取排风措施,同时将经空调处理后的新鲜空气(以下简称新风)送入车间。以往冬季采用0.3MPa饱和蒸汽间接加热的方式使新风满足劳动保护要求后送入车间,现在利用热管回收热量与蒸汽加热相结合方法,可以节约大量蒸汽,经济效益十分显著。
1冬季新风所需加热量
  整个纺练车间需要的新风量为37万m3/h,正常情况下配置两套空调系统,即纺丝工段配置一套(K-1)空调机组,通风量为17万m3/h,精练、干燥、打包工段配置一套(K-2)空调机组,通风量为20万m3/h。潍坊冬季室外温度为-3℃,车间要求温度为
20℃。0.3MPa饱和蒸汽汽化潜热为2164.1kJ/kg。两套空调系统冬季所需要的加热蒸汽量分别为:
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  K-1,K-2合计需要的加热功率2864kW,折合0.3MPa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高压蒸汽对短纤维进行加热干燥,干燥机上的局部排风机,将80℃~90℃高温空气排出室外。直接全部排放会造成很大的热量浪费,采用热管可以将这部分热量进行一定的回收利用。

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  潍坊短纤维纺练车间的干燥工段总共采用4台干燥机,其排风状态参数见表1,其总排风量为63508m3/h,排风温度为86.8℃,含热量很高。为回收高温空气的热量,干燥工段热管换热器垂直放置,如图3所示。由该图可见,新风入口温度为T1,出口温度为T2;入口温度为T3,出口温度为T4;新风量为V1;排风量为V2。T1=-3℃,T3=86.8℃,V1=V2=63508m3/h。

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  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η为66%,阻力损失为235Pa,垂直放置。
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  空气27.5℃的饱和含湿量为24.6g/kg,则经热管排出的凝结水为:Δd=7.2t/h,热管系统回收的热功率为Q=1268kW,相当于0.3MPa蒸汽量G=2.11t/h。
  由以上计算结果可知,回收的1057kW的热功率,可将20万m3/h新风的温度提高188℃;或者可以将37万m3/h新风的温度提高10.2℃。
  以潍坊地区为例,该地区室外气温低于+5℃的年平均天数为118天,低于+8℃的年平均天数为143天。若利用热管对室外空气进行加热,达到车间要求的温度(+20℃),且干燥机排风量和空气参数一定,那么针对不同空调机组,其可以使用的天数不同。也就是说,若热管只对K2空调机组的20万m3/h的新风进行加热,则一个冬天可以使用100天左右。若热管同时对K1、K2空调机组37万m3/h的新风进行加热,则一个冬天大约可以使用150天。
3热管能量回收装置的经济效益

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  图4所示为热管能量回收系统示意图。
(1)增加的设备和投资
  a热管一台,17万元。
  b离心通风机一台,45万元;轴流风机一台,0.5万元。
  c多占用车间的面积105m2,按1500元/m2计算,共计15.75万元。
  d耗电增加量(电费按05元/kWh计算):离心通风机功率为11kW,轴流风机功率为11kW。若按一年使用100天计算,则多用电52800kWh,折合人民币2.64万元。若按一年使用150天计算,则多用电79200kWh,折合人民币3.96万元。
  e其它费用10万元。
(2)若只给K2空调机组新风加热,一年使用100天
  使用热管能量回收系统增加的费用(设备投资+基建费+电费+其它费用)为50.39万元,(电费按一年100天计)。回收的热量若由蒸汽供热,则需要蒸汽5570吨。取0.3MPa饱和蒸汽的价格为65元/吨,则所需蒸汽费用为36.2万元。这就是说,热管能量回收装置一年可节省36.2万元,不到两年即可收回全部投资。该装置可正常运行15年,每年仍可节约33.56万元,(36.2万元-电费2.64万元)。
(3)若同时给K、K机组新风加热,一年使用150天
  使用热管能量回收系统增加的费用为52.71万元,可节约蒸汽8355.6吨,折合节约费用54.3万元,不到1年即可收回投资。该装置可正常运行10年左右,每年仍可节约50.34万元(50.34万元-电费3.96万元)。
  通过以上介绍,我们可以看到,热管能量回收装置节能效果明显,经济效益可观,且可在食品、医药、冶金、化工、纺织、化纤等许多领域应用,值得大力推广。

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