印刷廢熱再利用研究

吳 哲

（1.遼寧省交通高等專科學校 遼寧 沈陽 110122；2.長沙理工大學 湖南 長沙 410015）

1 研究的背景

印刷企業生產中，熱能供應是成本增加的很大一個影響因素。 但現實的情況是，在不斷耗能時，邊緣的很多熱量卻無端的浪費掉了。以中華商務印刷（廣東）廠來說，7 臺全自動輪轉膠版印刷機在印刷過程中，消耗很多能量，一部分是因為紙張的干燥需要進行加熱，這方面消耗的熱量并不大；但另一方面，印刷過程中會產生大量苯、酚等的有毒化合物氣體，必須在高溫下將他們分解成無害氣體才能排放，這也就需要消耗大量的原始能量。 因而在它的二次燃燒室中， 溫度高達790℃—890℃，即使在排放的煙氣中，核心溫度也有390℃左右。

2 處理的方法

以往， 高溫氣體將大量的熱量會被直接排到環境中而未被利用，直接轉變為（火無）（anergy），白白浪費掉；為節能環保減碳，我們需要將這部分高溫排煙廢熱回收： 比如可以用來進行空調制冷和熱水供應。

為此我們進行了精確的計算。 為了保證得到比較精確的計算值，我們必須知道：煙氣比熱與溫度的函數關系式C=f (t)。 通常應用的氣體比熱和溫度的函數關系為MC=a+bt+ct2+dt3。 它是應用了量子力學的原理和光譜分析的數據而整理成的公式，用它計算出來的熱量值比較精確可靠。 由此我們可以得到，定壓，煙氣從T2 降到T1，釋放熱量計算式：

式中，MCp 是煙氣的定壓模爾比熱。 單位為千焦/Kmol·k。

兩臺海德堡型號E93-1020，在標準狀況下，最大煙氣量為：L=4006*2=8012 Nm3/h。又根據海德堡公司的資料，回收熱量基于80%的最大排煙量，則2 臺M600 型印刷機的排煙由390℃降到130℃時總計回收熱量為：ΣQ=372.55*8012*80%=2387896.8 千焦/h=664 千瓦時； 同理可知，三臺M600 可回收的熱量為1005 千瓦時;2 臺Sunday2000 可回收的熱量為1390 千瓦時.

3 熱回收利用方案

給職工宿舍衛生熱水以提供洗浴等基本生活用途（負荷205 千瓦時）；給職工食堂空調制冷（負荷398 千瓦時）。

3.1 利用煙氣+熱水熱交換器+遠大單效熱水機

海德堡公司與歐洲在能源回收方面技術領先的公司合作為印刷機排煙熱回收開發了一種煙氣-熱水熱交換器。 采用煙氣—熱水熱交換器熱水溫度不超過94℃，故只能選用單效熱水機.單效機是沒有熱水供應的。 由以上計算得知：兩臺海德堡M600 印刷機廢熱可以回收599 千瓦時。 而查表可得兩臺海德堡093-1020 的熱回收量是710 千瓦時。兩者是基本吻合的。另外，由資料可得，單效熱水機的COP 值為0.75。 因而實際可得制冷量為664*0.75=498 千瓦時。 這對食堂空調有富余。 衛生熱水只能從其他印刷機的廢熱制取。 選用海德堡的另一臺設備回收提供。 產熱量為599 千瓦時；再選用我們所認為比較合適的單效熱水機如遠大的BDH50 與之匹配，則該機組冷量為605 千瓦時。本方案的缺點也是存在的：如果印刷機停轉，那么空調機、熱水供應都將停止，我們必須備用一臺熱水鍋爐以備不時之需。

3.2 利用煙氣直燃機

方案3.1 的缺點是很明顯的，其熱效率也不如直接用煙氣的熱量制冷。 這是因為：我們設定由高溫排煙，中間經過熱交換器，再用熱水與單效熱交換機交換，中間多一道不可避免的傳熱工序。 從理論上來說，每一次不可逆傳熱，總會引起工質的熵增或（火用）損，造成不必要的熱效率降低。 為了避免印刷機停空調停，印刷機不轉熱水不熱的問題，我們選擇了補燃型煙氣直燃機。 它可以同時提供525 千瓦時的空調制冷量和245 千瓦時的生活用衛生熱水量，完全可以滿足日常的空調、衛生熱水的要求。 而印刷機停止運行時，則可以完全燃氣負荷，即煙氣直燃機變成直燃機。

還有一種解決方法： 將28%的125℃的煙氣和72%的390℃的煙氣混合在一起之后，在排出到室外去之前，再引回到煙氣—熱水熱交換器，進行再一次的熱回收，制成熱水，就可以滿足某些其他用熱能的地方如熱風干燥車間。

3.3 選用單效煙氣機

較之煙氣直燃機， 單效煙氣機可以將664 千瓦時的熱量完全利用， 節能效果更好， 價格比煙氣直燃機也便宜得多。 至于熱水，在Sunday-2000 的排煙管上裝煙氣—熱水熱交換器來提供{200 千瓦時}。BDE50 的制冷量是582 千瓦時，其負荷調節范圍廣：5—115%。這樣對煙氣的流量，溫度的變化有很好的適應能力。它作為最后的選用方案。

4 經濟效益計算

經過計算可知，我們實際上從工藝排煙中共計回收700 千瓦時的熱能，如果印刷工廠每天工作實行普通的兩班制（十六小時），每年總計工作三百天；當地的工廠電價為1.05 元每千瓦時，基本用電電價30元每月* 千瓦時，那么，普通的應用電力制冷，我們每年花費的電費為：0.89*114*16*300+24*114*12=612，852 元人民幣。 職工每日需熱水39T{由14C 加熱到60C}，用電熱鍋爐日耗電量達2000 多度{熱效率按90%計算}，電費需2000 元/日；用液化石油氣則需228KG/d（熱值10800 大卡/公斤， 熱效率按65%）， 氣費需1664 元/日； 柴油則需239kg/d(熱值10300kcal/kg，效率按65%計算)，油費需1554 元/日；管道煤氣需648 立方米/日（熱值3800kcal/m3，熱效率按65%計算），氣費需1005 元/日。 不難算出，從排煙“廢熱”中回收的熱量，無論用來代替哪種能源，一年節省下來的費用在120 萬元左右，所以廢熱回收和利用的回報率是非常高的。

5 結語

5.1 利用排煙廢熱，采用溴化鋰吸收式機組供冷、供熱，與燃氣機或內燃機，發電機組合，形成冷、熱、電聯產（CHP），實現能量的梯級利用，即所謂的分布式能源系統（DES），提供了一種高效的能量利用途徑。 它的熱量利用率可高達90%以上。 這符合我國能源發展的主導政策。

5.2 利用工業廢氣（廢熱）供冷、供熱，提高了能源利用效率并減輕環境污染。 就本項目來說，我們從工藝過程中排出的10580m3/h、399℃的廢氣中撿回了864 千瓦時的熱能用于改善職工的生活。同時也相當于每年減少二氧化硫排放2115kg，減少二氧化碳排放90.5t（碳計）。但是，我們仍將10580m3/h，130℃的煙氣排入自然環境當中。若此時的環境溫度為20℃，我們根據上述計算煙氣的放熱公式：

經過同樣計算過程，可以得出有4204 千瓦時的熱量（火用）轉為（火無）排入環境。當然我們還可以使排入環境的煙氣溫度更進一步降低以增加(火用) 量，但這未必經濟。

［1］李特文.工程與熱力學[M].北京：高等教育出版社，1997.

［2］邱信立，康樂明，等.工程熱力學[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.