摘 要 文章根據圓筒烘燥機及熱風烘燥機的熱平衡測定,論述了提高熱能利用水平的諸多實用方案:烘前織物的少含水,烘房20%濕度的控制,蒸汽凝結水無泵高背壓的的回收應用,落布回潮率控制防止過烘,應用多功能導布輥的脫水,節能效果明顯。
關鍵詞 染整;生產;濕度;烘燥;節能;回潮率;低給液;脫水;控制
1 前 言
清潔生產是指既可滿足人們的需要,又可合理使用自然資源和能源,并保護環境的實用生產方法和措施,其實質量是一種物耗和能耗最少的人類生產活動的規劃和管理,將廢物減量化、資源化、無害化或消滅在生產過程之中。染整行業實施清潔生產是持續發展的重要舉措。
染整全程工藝中,織物需經過4~9次的烘燥加工,烘燥熱源采用蒸汽、熱油、電、紅外輻射、微波等,烘筒烘燥機及熱風烘燥機(熱風拉幅定形機)是常用的烘燥設備,節能的潛力很大。
2 烘筒烘燥機與熱風烘燥機的熱平衡測定
所謂烘燥,即對含水的織物加熱,使其水分蒸發的過程。對烘燥設備熱能利用水平的技術指標是用來衡量設備的耗能多少,用能水平和能源科學管理完善程度的指標。對烘燥設備熱平衡測定 ,是了解熱能利用水平的方法。
2.1 圓筒烘燥機是間接蒸汽加熱設備,可用匯集,冷凝回汽水進行稱重的方法,得到簡單、正確的熱平衡數據。
經有關單位測定,圓筒烘燥機熱量消耗:織物加工有效熱占60.75%;烘燥機外壁散熱占23.26%;泄漏熱占3.64%;回汽水排放熱占11.07%;正反熱平衡計算誤差占1.28%。由數據可知圓筒烘燥機的節能一是減少外壁散熱;二是烘筒內的凝結水排放利用。
2.2 熱風拉幅烘燥機中,蒸汽通過翅片式加熱器加熱新鮮空氣,噴咀將高速熱風噴射到織物上,迅速地蒸發水分。大部分氣體被循環使用,一部分氣體為控制機內濕度而排出。由熱平衡計算,烘干時的總熱量消耗為:水份蒸發所需要熱量占65%~70%;加熱織物所消耗熱能占3%~5%;機體熱損耗3%;排氣熱損耗占25%~30
3 減少烘燥織物上非結合水的節能
織物上的水分有結合水和非結合水兩種形式。前者指織物上以化學形式與纖維相結合的水,它需要熱量破環化學鍵后脫水;后者指由表面張力不很牢固地附著在織物上的水分,可由機械式脫水。織物進入烘燥設備前減少非結合水,降低織物含水率,提高織物溫度將獲得明顯的節能效果。
3.1 烘燥進布熱軋水的節能
水的粘度隨溫度升高急劇下降,粘度下降就有更多的水分從織物中軋壓出來。在一個大氣壓(0.1MPa)下水的運動粘度,從20℃粘度1.004×10-6 m2/s。降低至水溫升至100℃時0.3×10-6m2/s。實測表明軋水時,95℃水溫比20℃的脫水效果提高8%~20%,而純棉府綢常規軋輥壓力由1.8MPa,提高到5.4MPa/㎝2,軋余率才降了7%,而5.4Mpa/㎝2的擠壓力對織物的強度,手感皆會帶來負面效果。
某單位的短環烘燥機,將烘房的蒸汽冷凝水注入軋槽內,軋液由10℃~20℃提高到65℃~75℃,熱軋水使布面軋余率下降,布面溫度增高,改善了因預熱而使烘房溫度的降低,從而使烘房溫度由110℃~115℃提高到120℃~125℃,最終使烘燥速度平均提高9m/min。
該機臺每小時生產2000m,耗電115kW·h,耗熱汽1200kg,按每年工作6000小時計,可多生產324萬米,節電186300 kW·h,節省蒸汽1944t。
3.2 應用加壓吹散型氣流脫水技術節能
一種專利技術的多功能導布輥具有加熱洗液、去雜、脫水功能。在一定的蒸汽壓力下,蒸汽通過網狀導布輥內的噴嘴加速可達到音速。在軋水機后面裝上一支多功能導布輥,高速蒸汽穿過待烘燥的織物,產生驟熱汽化效應,所含水分用很少熱量轉換就可去
3.3 烘燥機的蒸發負荷與織物進入烘房時的帶液量成正比,低給液技術的應用有利于烘燥節能
(1)織物中合成纖維含量較高和纖維素纖維的含量較低時,真空抽吸脫水將更有效。例如對于純聚酰胺織物真空抽吸脫水,可將液體抽至殘余水分約20%,采用軋水機械脫水,殘余水分則為40%;在純棉織物吸足水的情況下,用高性能軋水裝置實施擠壓脫水,殘余水達50%左右,而用真空抽吸脫水只能達到70%左右。實踐表明,棉纖維與化纖混紡織物以50/50為界,棉纖維超過50%采用機械擠壓脫水。除聚酰胺纖維超過50%,采用真空抽吸脫水為好。
某漂染廠滌加白定形工藝,將真空脫水機裝在軋車出布處,取代原工藝設備流程中的電熱紅外預烘機,當真空度為50kPa,織物經真空吸水后,含水率為25.5%,比浸軋后的58.1%降低32.6%;后續熱風烘燥溫度從原來85℃,降到60℃左右。滌加白工藝的采用,消滅了黃白條疵布,提高了產品質量。
(2)中國紡織科學技術開發總公司開發的產品——SPT噴霧給液機,可用于功能性后整理的單面給液和雙面給液。單面給液的帶液率約15%~25%,雙面給液的帶液率約30%~60%,由于帶液少,后續烘干可節省能耗25%~40%,節省化學品25%,且改善了整理的質量。
(3)YS軋車是樹脂整理工藝的節能設備,其給漿輥是照相凹版輥,控制漿液濃度,就可以控制帶液的厚度。用10%~20%的軋余率,就可均勻地把漿液涂附在布上。在布速100m/min,布重120g/m2,每天運行20h,采用YS軋車比傳統工藝每天節省染化料8640kg,蒸汽21t,煤氣300kg。
(4)刀輥給液軋車采用標準印花刮刀給液率為30%~40%
(5)在普通平網印花機上,印制床單、毛巾織物的發泡比1:(3.5~4),可節約活性染料10%~15%,涂料40%左右;烘燥所需熱能可節約50%以上,有益于改善環境污染。泡沫穩定性好,流變性好,泡沫漿不沾刮刀、不拖刀、不易造成糊色等疵點。
4 圓筒烘燥機的節能
4.1 烘筒烘燥無泵背壓凝結水回收
水蒸汽經過輸汽管道進入用汽設備,蒸汽發生相變(即飽和蒸汽凝結成水),釋放出大量“潛熱”生成凝結水。這些凝結水若貯存在烘筒、散熱器及間接加熱蒸汽管內,如不及時排除,將會產生如下后果:
(1)熱交換器件中的熱交換面積極大減少,設備規定的生產工藝溫度下降,造成生產速度慢,影響產品質量。
(2)熱交換設備中蒸汽筒、管內壁形成一層較厚水膜(例如烘筒在較高線速旋轉時),影響熱交換效率。
(3)大量凝結水積存在設備中,若愈積愈多,有可能會引發“水擊”事故。烘筒在較低速度旋轉時,由于多凝結水的積存,將明顯地表現出“動不平衡”,織物在烘筒上易起縐。由上述,所以必須在工藝過程中,及時地排除凝結水,同時又必須防止蒸汽大量泄漏。因此應當在每一臺熱交換設備上,按凝結水生成量和設備排水口的壓力大小,以及排水口接口規格選用合適的優質疏水閥,確保設備熱交換的正常運行。
每臺1800mm幅寬三柱圓筒烘燥機(三十六只筒)的耗汽480kg/h,全年按6000h工作計,耗蒸汽2880t。
凝結水無泵背壓回收,其經濟效益主要有以下三個方面:
(1)應用“李氏”牌疏水閥,比其它疏水閥節汽5%,則年節省蒸汽144t,折算14400元;
(2)若回收的溫度為85℃,與20℃常
(3)回收凝結水減少了自來水及排污開支,以每噸用水5元計,則年節支13680元。
以上三項合計,凝結水回收效益每年為55080元。
凝結水無泵背壓回收系統的投資,約4個月運行后凝結水回收效益應可回報。
“李氏”牌UFO式疏水閥有一應用實例如下:排放的凝結水經過10m左右的水平埋地管,接著垂直拔高至5.7m,再經108 m的水平架空管直接自流到鍋爐間,節省了常用的蓄水池及提升裝置,實現“無泵”回收凝結水,輸送管網中凝結水全封閉流動更有利環璋保護。該疏水閥能做到如此正常排水、遠距離高水柱輸送,原因是其高背壓率≥85%所致。
4.2 刪除圓筒烘燥機的濕——濕工藝
三柱圓筒烘燥機全年6000小時工作消耗蒸汽2880t,如若不用烘燥的話,按100元/t蒸汽計就有28.8萬元的節支。可行否?回答:肯定可行!
某廠成功地利用酶的專一性,由L40酶、果膠酶、纖椎素酶及滲透劑組成了最佳工藝處方,實施酶退漿、煮練,雙氧水漂白的棉織物三步法工藝:
(1)L40酶退漿
工藝流程:攤布→縫頭→燒毛→軋L40酶(90℃)→汽蒸(1h90℃)→熱水洗(95℃)→60℃溫水洗→冷水洗→烘干。
工藝處方:L40酶1g/L,滲透劑802:2g/L,WZ-1:2g/L;軋酶溫度90℃,汽蒸時間1h,pH值7.0 -8.0。
(2)果膠酶、纖維素酶煮練
工藝流程:用L40酶退漿后的織物→軋酶(70℃)→堆置(室溫4h)→95℃熱水洗→60℃溫水洗→冷水洗
工藝處方:果膠酶0.5g/L,纖維素酶0.5g/L,滲透劑802:2g/L,pH值8.0-9.0。
(3)氧漂
工藝流程:將煮練后的織物→軋H2O2(室溫)→100℃汽蒸(1h)95℃熱水洗→60℃溫水洗→冷水洗→烘干。
工藝處方:雙氧水6g/L,水玻璃5g/L,滲透劑802 2g/L;汽蒸溫度100℃,汽蒸時間1h,pH值10-11。
該廠采用三步法處理棉織物,退漿率達到90%以上,BOD/COD僅為堿退漿的1/10排放量,半制品手感蓬松、柔軟,毛效、白度、強度皆達標。
上述酶處理退、煮、漂三步法改成三步兩流程濕——濕工藝:
(1)將燒毛浸軋熱水滅火的坯布打卷堆置2-4h后,退卷平幅進布→軋L40酶(高給液,90℃) →汽蒸(1h90℃)→熱水洗(95℃)→溫水洗(70℃)→軋酶(高給液,果膠酶,纖維素酶,70℃)→堆置(4h,室溫)。
(2)退卷平幅進布→熱水洗(95℃)→溫水洗(60℃)→冷水洗→軋H2O2(高給液、室溫)→汽蒸(100℃,1h)→熱水洗(95℃)→溫水洗(60℃提供濕熱絲光半制品)。
工藝處方及有關工藝條件同三步法,所不同的是將三步流程中的三臺三柱圓筒烘燥機刪去,從而形成濕——濕工藝流程;再者軋液皆采用了高給液裝置——濕工藝流程;再者軋液皆采用了高給液裝置,可根據不同織物,在重軋車脫水后,維持化學品總量不變,實施100%-150%均勻透芯、給液。
退、煮、漂三步兩流程濕——濕工藝中的濕布,可供后續實施濕布絲光工藝。
5 熱風拉幅機和熱風烘燥機的節能
在熱風拉幅機及熱風烘燥機中,
E0=KVn(Td-Tw)
式中:E0——在機速度恒速時的蒸發率;
K——噴咀特性系數;
V——噴風速度;
n——速度系數;
Td——噴風的干球溫度;
Tw——氣氛的濕球溫度。
影響拉幅機烘燥效率的主要因素,是噴氣速度、噴氣溫度、噴氣濕度和噴咀形狀及相對于織物運動的方向。在設計設備及選用設備時應注意。
(1)速度系數,噴氣方向垂直于織物,式1中n=0.37;平行氣流n=0.80;當烘房具有垂直氣流兼有平行氣流時n=0.37~0.80。
(2)噴咀覆蓋系數(JCF)噴咀的整個橫截面與其烘燥的織物總面積相比,稱為噴咀覆蓋系數,一般拉幅機上JCF取4%。蒸發率與總噴咀的橫截面積成正比。
(3)噴氣溫度 蒸發率與噴氣的干球溫度成正比,因此,提高噴氣溫度可增加蒸發率。
拉幅機前幾節烘房采用高溫噴氣,織物在恒速烘燥段,干球溫度150℃,烘房介質20%濕度時,濕球溫度約為65℃(Td-Tw值大),烘燥效率高節能;織物烘燥至臨界含水率,進入降速烘燥段,此時織物溫度陡增能達到干球溫度,為防止織物受損,應按工藝降溫。
(4)噴氣濕度 由Td-Tw可知,Tw明顯影響烘燥效率,Tw小,介質濕度低,補充新鮮空氣的加熱能耗高;Tw大,介質濕度高,補充新鮮空氣的加熱能耗低。因此,烘房內最佳濕度烘燥節能的重要指標。通用式如下。
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