除尘废气中能量回收再利用的研究

摘 要 洁净厂房因为工艺的要求，往往都需要恒温恒湿环境，而在除尘处理时，大量的能量又伴随着废气排放到大气中，既浪费了能源，也造成了热污染。如将除尘系统的“能量风”经过滤、去异味等净化处理后，进入空调系统的空气处理机组，作为补充空调新风的一部分，将其能量充分回收并再利用，可实现废气零排放，不仅节约了大量能源，也保护了环境，具有直接的经济利益和良好的社会效益。
关键词 洁净厂房；热污染；能量风；能量回收与再利用
　　1 项目背景
　　以南方某年产量31万大箱卷烟厂为例，由于工艺的要求，其卷接包车间都是恒温恒湿（其温度一般恒定在25℃-26℃间）的，且一般都有工艺除尘、环境除尘和真空清扫等，总排风量很大，除尘后的废气（夏天是“冷气”、冬天是“热气”，即废气中含有能量，以下简称“能量风”）已达到国家一级排放标准，直接排放到大气中，其主要参数为：
　　1）风送及工艺除尘风机6台，实际排风量63000 m3/h，加上环境除尘和成型间除尘，实际排风量85000 m3/h，排风温度：25℃-26℃。
　　2）粉尘含量：≤50 mg/m3。
　　3）每月工作天数：22天，每天工作时间24小时（恒温恒湿环境）。
　　可见，大量能量伴随着废气被白白排放掉了，如能将其回收再利用，不仅节约了能源，也减少了热排放，意义深远；但除尘废气往往具有风量大、温差小、有异味等特点，因此在研究回收方案时，首先必须进行技术经济分析。
　　在排放的废气中，夏天是“冷气”，冬天是“热气”，废热的回收，国内外的案例一般是再利用到锅炉软化水、洗浴热水、空调循环水等，但由于废气和待加热水的温差小，水-气换热效率很低，且锅炉软化水和洗浴热水仅能利用冬天的热气，夏天的冷气没法利用，而锅炉循环水对废热的要求刚好是反的，因此必须寻求新的途径。
　　在调研中我们发现。有恒温需求的工厂都有中央空调，其空调系统需要不断补充大量新风（除尘的排气量仅占空调系统新风量的20%以下），在冬、夏季要对空调系统新风分别进行加热（冷却）、加湿等处理，又需消耗大量的能量，因此，把除尘废气中的能量利用到空调系统中比较合理。
　　2 方案选择
　　根据这个思路，我们考虑了3种方案，并逐一进行了对比分析。
　　方案一：气-气换热，其原理是根据除尘废气的温度与室外空气的温度差（夏天平均约10℃，冬天平均约15℃），通过换热器把能量置换下来，该方案优点是间接换热，不必考虑废气中粉尘及异味，设备简单、造价低；弊端是两种气体的温差不大、空气的传热性能又较差，即算采用高效换热器，换热效率也仅25%-35%左右，回收意义不大。
　　方案二：把“能量风”直接送到生产车间回用，即把已达到国家一级排放标准的“能量风”通过风道又送回到生产车间，直接回用，这种方法的优点是废气中的能量全部回用了，但有以下弊端：①要重新布置输送到卷包车间的风道、风口及风机等，增加了成本投入和施工难度（除尘房一般距生产车间较远且生产车间吊顶内各工艺管道复杂，不便于再增加风道等）；②回收的“能量风”与空调系统送出的风，其温度、湿度等不一致，造成车间内温湿度不均匀，影响生产和人体舒适度；③除尘“能量风”含有微量粉尘和异味，如不经过处理直接回用，影响生产车间的空气质量。
　　方案三：收集除尘房处理达标并直接排放的恒温、恒湿“能量风”，经过空气净化装置再次处理（过滤、除异味）后，送到空调机房用于空气处理机组的新风，然后由空调处理机组将“能量风”和室外普通新风进行处理，最后通过原有的风道和风口等将处理好的空调风送到各生产车间使用。
　　与前两种方案相比，方案三具有以下优点。
　　1）回收利用率高。因本方案是将符合要求的除尘“能量风”是直接回收到空调空气处理机，其中含有的能量全部被回收，基本实现“能量风”零排放。
　　2）更加安全可靠。因本方案中的除尘“能量风”是通过二次除尘净化后再经空调系统的空气处理机组处理的，其粉尘含量和异味完全符合要求，且满足车间的温湿度和人体舒适度要求。
　　3）投资成本和运行费用低。因本方案是利用了生产车间原有空调系统的管道和设备设施，不仅节约了大量的投资成本，也减少了日后的运行维护管理。
　　综上分析，我们选择了第三种方案。
　　3 主要工艺和设备
　　1）除尘废气能量回收工艺流程图：
　　2）主要设备：包括电动碟阀、动态粉尘监测器、空气净化装置（除尘除异味）、控制箱、各种风管等；关键设备为空气净化装置，目前的废气已达到国家排放一级标准，如再采用滤筒除尘及活性炭吸附装置除异味，可保证其完全符合空调新风的要求，且自身携带的能量没有被散失。
　　3）系统控制：动态粉尘监测器安装在除尘器的出口管道上，电动蝶阀安装在风机出口和空气净化装置的进口管道上；经过空气净化装置将“能量风”进行除尘、除味处理后直接进入空调机的新风口；电动碟阀的动作是全自动控制；当动态粉尘监测器检测到经过除尘器的“能量风”符合空调系统空气处理机的新风要求时，空气净化装置进口风管上的电动阀打开，进消声房管道上的电动阀自动关闭，“能量风”进入到空气净化装置；反之，电动阀相反动作，“能量风”直接排放到大气中。保证了进入空调系统空气处理机的“能量风”符合其新风要求；由于进入到空调空气处理机的“能量风”其温度、湿度等较从室外空气进来的新风要恒定，因此可以降低空调处理机冬季加热（夏季冷却）及加湿等处理费用，且保证了除尘“能量风”中含有的能量全部回用，从而很好地达到节能降耗的目的。
　　4 经济效益分析
　　参考文献
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　　[4]张之伟主编，孙德兴主审.热质交换原理与设备[M].中国建筑工业出版社，2006.
　　[5]章熙民，任泽霈，梅飞鸿编著.传热学[M].中国建筑工业出版社，2001.
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