随着工业、经济的发展进步,能源危机和环境问题愈演愈烈,能源消费总量及一次能源消费量不断增加,能源利用率低下。我国工业领域能耗体量大,纺织印染行业更是有着大量的用能需求。印染厂内工艺用水,根据不同工艺需要,水温基本在95℃以上,最高可以达到130℃左右,而排出的印染废水平均温度超过70℃。工业生产不受季节的影响,余热量大且集中,废水余热的品位相对较高,利用潜力巨大。本文针对上述问题,对印染废水余热利用管壳式换热器开展了研究,对管壳式换热器进行优化设计,主要工作及结论如下。首先,初步设计了印染废水余热利用系统,梳理了管壳式换热器理论计算步骤。同时,结合江阴某印染厂实际生产状况,初步完成了管壳式换热器选型设计。其次,借助Fluent软件研究在不同类型的换热管、是否内置螺旋纽带、改变流体流速的情况下,对强化换热管的流动与传热特性进行分析。速度场、压力场分析表明,内置螺旋纽带的横纹槽管换热管的速度及管程压降最大。温度场分析表明,流体速度对换热效果具有较大的影响,随着流体流速的增加,换热效果变差。在流体流速为0.1m/s时,内置螺旋纽带的横纹槽管换热管的出口温度最高,可将常温清水的温度加热至51.14℃。对管外污垢堆积情况分析可得,外胀式横纹换热管外壁最不易堆积污垢,且污垢堆积情况受污水流速的影响较小。然后,从壳程直径、管程直径、管程材料、换热管布管方式、折流板间距、换热管结构形式六个方面,对管壳式换热器的传热系数、管程及壳程压降进行单因素分析。换热器的传热系数与壳程直径、折流板间距呈负相关,与管程直径、管程材料的导热系数呈正相关。换热器的壳程压降与壳程直径的增加、管程直径的增大、折流板间距的增大而减小,且减小的速率逐渐趋于平缓。换热管的布管方式仅与壳程压降有关。最后,利用正交试验分析方法,以费用年值为目标函数,设计了六因素四水平共32组试验方案,通过极差分析法分析正交试验结果,最终得出了最佳组合。壳程管径400mm、管程管径19mm、管程材料为铝合金、布管方式为转置正方形、折流板间距为300mm,换热管使用光滑圆管时,为最优组合。分析了余热回收利用系统的综合效益。印染废水余热回收系统每年可节约热量21.91×10~9k J。进行余热回收前,每年将自来水加热至工艺要求的95℃所需要的热量约43.85×10~9k J,余热回收后,仅需21.94×10~9k J则可满足工业使用要求。印染废水余热回收后,每年可节约高温蒸汽9.84×10~3t,节约生产成本高达178.8万元,经济效益显著。将节约的能量全部转化为由常规能源标准煤提供,量化其环境效益,则每年可减少2881.75t二氧化碳、23054kg二氧化硫、9221.6kg氮氧化合物、11527kg粉尘排放,可有效缓解环境压力,具有显著的环境效益。