導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)在熱定型機(jī)中的應(yīng)用

汪 琦，張慧芬，俞紅嘯，汪育佑

（上海熱油爐設(shè)計(jì)開發(fā)中心，上海 200042）

熱定型是印染后整理工藝中的一道重要工序，化纖織物浸軋助劑后，經(jīng)過拉幅、烘燥、定型，以實(shí)現(xiàn)印染產(chǎn)品質(zhì)量的品質(zhì)要求。導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)是采用導(dǎo)熱油作為傳輸熱能的中間載體，通過循環(huán)油泵將導(dǎo)熱油送入導(dǎo)熱油爐中，使導(dǎo)熱油被加熱到印染生產(chǎn)所需要的工作溫度后，輸送給熱定型機(jī)進(jìn)行定型，導(dǎo)熱油進(jìn)出口溫差有20～30 ℃，釋放出顯熱后的低溫導(dǎo)熱油再流回導(dǎo)熱油爐中重新被加熱，周而復(fù)始，從而達(dá)到導(dǎo)熱油爐向熱定型機(jī)供熱的目的。

導(dǎo)熱油爐有氣相爐和液相爐兩種類型。氣相爐主要是以聯(lián)苯混合物（聯(lián)苯26.5%和聯(lián)苯醚73.5%）為介質(zhì)，靠氣相爐的蒸汽壓力向外輸送，所以氣相爐是一種自然循環(huán)的道生爐[1]。液相爐中的導(dǎo)熱油靠循環(huán)油泵的壓頭打入循環(huán)供熱系統(tǒng)，以滿足印染定型生產(chǎn)工藝的需要，因此液相爐是一種強(qiáng)制循環(huán)的導(dǎo)熱油爐；另外，由于液相爐的導(dǎo)熱油循環(huán)管道口徑較小，循環(huán)系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油會出現(xiàn)加熱時(shí)膨脹、受冷時(shí)收縮的體積變化，為了緩沖循環(huán)供熱系統(tǒng)中導(dǎo)熱油體積的增減，需要設(shè)置高位膨脹槽。

印染行業(yè)中的導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)主要是由導(dǎo)熱油爐、循環(huán)油泵、高位膨脹槽、低位儲油槽、油氣分離器、過濾器、熱定型機(jī)、熱風(fēng)拉幅機(jī)、焙烘機(jī)等設(shè)備通過管道連接形成的一個(gè)封閉循環(huán)回路[2]。根據(jù)循環(huán)油泵的安裝位置進(jìn)行分類，供熱循環(huán)系統(tǒng)可分為注入式系統(tǒng)流程與抽吸式系統(tǒng)流程；根據(jù)導(dǎo)熱油爐是液相爐還是氣相爐進(jìn)行分類，供熱循環(huán)系統(tǒng)可分為液相加熱系統(tǒng)與氣相加熱系統(tǒng)；根據(jù)高位膨脹槽是否采用惰性氣體（氮?dú)猓┟芊獗Ｗo(hù)裝置、高位膨脹槽是否承受壓力進(jìn)行分類，供熱循環(huán)系統(tǒng)可分為敞開式（常壓）循環(huán)系統(tǒng)與封閉式（承壓）循環(huán)系統(tǒng)。

供給熱定型機(jī)內(nèi)的熱風(fēng)加熱化纖織物的機(jī)理是強(qiáng)制對流放熱，化纖織物中的水分子攝取熱空氣分子的熱量（蒸發(fā)潛熱）而蒸發(fā)，故熱定型機(jī)是染整工序中單機(jī)耗能最大的設(shè)備。在印染生產(chǎn)過程中，熱定型機(jī)內(nèi)存在一定量的蒸汽，其量視單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分及吸入的新鮮空氣而定，因此，為了保持熱定型機(jī)內(nèi)合適的濕度，必須加入大量的新鮮空氣。所以綜合來看，熱定型機(jī)的熱能利用效率并不高，在化纖織物加工定型時(shí)耗用的有效熱能僅為總供熱量的30%左右，而散熱損失則高達(dá)70%左右（其中廢氣排放損失熱量達(dá)55%左右，設(shè)備及壁面散熱量達(dá)11%左右，其他熱量損失為4%左右），因此，印染熱定型機(jī)應(yīng)采用導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能減排和余熱回收利用[3]。

1 注入式系統(tǒng)流程與抽吸式系統(tǒng)流程

導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)可分為注入式系統(tǒng)流程和抽吸式系統(tǒng)流程兩種方式，而印染行業(yè)的大部分導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)采用注入式系統(tǒng)流程，即采用循環(huán)油泵將導(dǎo)熱油送入導(dǎo)熱油爐中，極少部分循環(huán)供熱系統(tǒng)采用抽吸式系統(tǒng)流程，即采用循環(huán)油泵將導(dǎo)熱油爐中的導(dǎo)熱油抽出后再送入熱定型機(jī)。注入式系統(tǒng)流程可使循環(huán)油泵在較低工作溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，并且熱定型機(jī)使用的導(dǎo)熱油壓力較低，而抽吸式系統(tǒng)流程則正好相反，但導(dǎo)熱油爐中的導(dǎo)熱油入口壓力較低、爐管內(nèi)壓力較小，并且導(dǎo)熱油爐爐管在高溫下產(chǎn)生的結(jié)焦雜質(zhì)和積垢異物不容易進(jìn)入熱定型機(jī)。

1.1 注入式系統(tǒng)流程

圖1是注入式系統(tǒng)的工藝流程圖。

圖1 注入式循環(huán)供熱系統(tǒng)的工藝流程圖

注入式系統(tǒng)流程要求循環(huán)油泵安裝在導(dǎo)熱油爐的入油口處，也就是導(dǎo)熱油爐的進(jìn)油口與循環(huán)油泵的出油口緊密相連，所以導(dǎo)熱油爐的爐本體工作壓力較高，通常是整個(gè)循環(huán)供熱系統(tǒng)工作壓力最高的區(qū)域，而循環(huán)供熱系統(tǒng)的熱定型機(jī)內(nèi)的導(dǎo)熱油工作壓力就比較低。因?yàn)檠h(huán)供熱系統(tǒng)中的管路回油是經(jīng)過循環(huán)油泵吸入加壓后，才被送進(jìn)導(dǎo)熱油爐的本體中加熱升溫的，所以，循環(huán)油泵的工作溫度較低。另外，油氣分離器布置在整個(gè)循環(huán)管路中壓力最低的區(qū)域，并且通過循環(huán)系統(tǒng)中的膨脹管與高位膨脹槽連通，而高位膨脹槽的作用除了吸收導(dǎo)熱油受熱后的膨脹量、補(bǔ)充循環(huán)供熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱油用量之外，還起到穩(wěn)定循環(huán)供熱系統(tǒng)壓力的作用[4]。要將過濾器緊密連接在循環(huán)油泵的入油口處，以便濾去導(dǎo)熱油在高溫加熱作用下形成的熱縮合物質(zhì)和膠質(zhì)殘?jiān)?。如果循環(huán)供熱系統(tǒng)要求配備氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)裝置，則要求氮?dú)饷芊夤夼c高位膨脹槽互相連通。

1.2 抽吸式系統(tǒng)流程

抽吸式系統(tǒng)流程要求循環(huán)油泵安裝在導(dǎo)熱油爐的出油口處，故導(dǎo)熱油爐本體被布置在整個(gè)循環(huán)供熱系統(tǒng)壓力最低的區(qū)域，所以油氣分離就會在導(dǎo)熱油爐本體中進(jìn)行，而且循環(huán)供熱系統(tǒng)的脫水排汽多數(shù)集中在導(dǎo)熱油爐本體內(nèi)。循環(huán)系統(tǒng)的膨脹管將導(dǎo)熱油爐本體與高位膨脹槽底部直接連通起來，使得循環(huán)系統(tǒng)的膨脹管處在供熱系統(tǒng)中導(dǎo)熱油爐溫度最高的區(qū)段上，因此，抽吸式系統(tǒng)的高位膨脹槽內(nèi)導(dǎo)熱油溫度要比注入式系統(tǒng)高很多。另外，由于循環(huán)油泵的進(jìn)油口與導(dǎo)熱油爐的出油口相連接，所以循環(huán)油泵的工作溫度較高。為了更好地過濾導(dǎo)熱油內(nèi)的結(jié)焦雜質(zhì)和積垢異物，過濾器應(yīng)該連接在循環(huán)油泵的入油口處，故過濾器的工作溫度也比較高。因此，印染行業(yè)的大部分工藝流程采用注入式系統(tǒng)，只有極少部分工藝流程采用抽吸式系統(tǒng)。

1.3 熱定型機(jī)和焙烘機(jī)的能耗成本比較

印染行業(yè)的熱定型機(jī)和焙烘機(jī)采用不同燃料與不同熱源的供熱方式，比較分析其能耗成本，結(jié)果見表1。

表1 熱定型機(jī)和焙烘機(jī)的能耗成本比較

由表1可以看出，采用燃煤導(dǎo)熱油爐供熱或者燃燒廢舊木料導(dǎo)熱油爐供熱，熱定型機(jī)與焙烘機(jī)的能耗成本最低，但從環(huán)境生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本等方面綜合考慮[5]，應(yīng)該采用的供熱方式為：燃燒生物質(zhì)固硫型煤導(dǎo)熱油爐供熱、燃燒生物質(zhì)顆粒導(dǎo)熱油爐供熱、燃燒水煤漿導(dǎo)熱油爐供熱、天然氣直接式熱風(fēng)爐供熱、熱電廠中壓中溫蒸汽供熱，可使熱定型機(jī)與焙烘機(jī)的能耗成本相對比較合理。

2 液相供熱系統(tǒng)與氣相供熱系統(tǒng)

2.1 液相供熱系統(tǒng)

液相供熱系統(tǒng)有通過一臺導(dǎo)熱油爐向一臺熱定型機(jī)供熱的簡單液相循環(huán)系統(tǒng)，也有通過一臺導(dǎo)熱油爐向多臺熱定型機(jī)供熱的復(fù)雜液相循環(huán)供熱系統(tǒng)。通常情況下單臺熱定型機(jī)的液相循環(huán)加熱系統(tǒng)應(yīng)用廣泛、操作容易、使用方便，但是采用多臺熱定型機(jī)的液相循環(huán)加熱系統(tǒng)可以進(jìn)行集中供熱，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)約成本的目的。

2.1.1 單臺熱定型機(jī)的液相供熱系統(tǒng)

簡單液相循環(huán)系統(tǒng)采用被加熱的導(dǎo)熱油通過循環(huán)油泵流入熱定型機(jī)，釋放出熱能后再循環(huán)返回導(dǎo)熱油爐，此時(shí)的導(dǎo)熱油爐出口油溫應(yīng)與熱定型機(jī)的使用溫度直接掛鉤，并根據(jù)熱定型機(jī)的需要設(shè)定工作溫度，從而通過調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的供給量控制熱定型機(jī)的工作溫度[6]。當(dāng)流向熱定型機(jī)的導(dǎo)熱油流量需要被限制時(shí)，只要打開旁通管路上的流量調(diào)節(jié)閥門，使一部分導(dǎo)熱油直接流回導(dǎo)熱油爐，流向?qū)嵊蜖t的導(dǎo)熱油一次主循環(huán)流量要比熱定型機(jī)所設(shè)定的二次循環(huán)流量稍大。

與熱定型機(jī)的導(dǎo)熱油供給流量相對應(yīng)，如果導(dǎo)熱油爐的一次主循環(huán)流量減少，則爐管內(nèi)的導(dǎo)熱油流速會下降，局部爐管壁溫度會上升，導(dǎo)熱油就會出現(xiàn)劣化變質(zhì)，甚至還可能出現(xiàn)爐管內(nèi)的導(dǎo)熱油結(jié)焦積垢，從而引起爐管堵塞[7]。因此，導(dǎo)熱油爐制造廠家應(yīng)當(dāng)在導(dǎo)熱油爐的出廠資料中給印染廠家提供以下數(shù)據(jù)：導(dǎo)熱油爐最高液膜溫度、導(dǎo)熱油最低循環(huán)流量和最小限制流速的計(jì)算結(jié)果，并且應(yīng)在導(dǎo)熱油爐結(jié)構(gòu)中帶有自動熄火裝置，從而在出現(xiàn)最低循環(huán)流量時(shí)，可以使燃燒裝置自動停止運(yùn)行，防止?fàn)t管的空燒現(xiàn)象。

2.1.2 多臺熱定型機(jī)的液相加熱系統(tǒng)

多臺熱定型機(jī)的使用溫度可以相同，也可以不同，而導(dǎo)熱油爐的額定供熱負(fù)荷應(yīng)根據(jù)每臺熱定型機(jī)需求的熱負(fù)荷利用率以及使用頻率來進(jìn)行設(shè)計(jì)。多臺熱定型機(jī)全部采用同時(shí)供應(yīng)熱負(fù)荷，還是按照時(shí)間的先后順序給每臺熱定型機(jī)輪流供應(yīng)熱負(fù)荷，每個(gè)設(shè)計(jì)開發(fā)人員必須進(jìn)行詳細(xì)的考慮和計(jì)算分析，保證選購的導(dǎo)熱油爐輸出熱負(fù)荷與印染生產(chǎn)過程的多臺熱定型機(jī)的輸入熱負(fù)荷能夠匹配，從而避免導(dǎo)熱油爐選配的型號過大或過小[8]。

在設(shè)計(jì)開發(fā)多臺熱定型機(jī)的液相供熱系統(tǒng)時(shí)，如果每臺熱定型機(jī)的工作溫度都等于或稍低于導(dǎo)熱油爐的出口油溫，就需要縮小每臺熱定型機(jī)的出口、入口導(dǎo)熱油溫差，可以采用并聯(lián)管路[9]，即設(shè)置多個(gè)分支回路（二次循環(huán)回路），并加大每個(gè)分支回路的二次循環(huán)油泵的循環(huán)油量。此時(shí)應(yīng)檢測二次循環(huán)油泵的出口油溫，同時(shí)為了保證每臺熱定型機(jī)的導(dǎo)熱油溫度（印染生產(chǎn)工藝溫度）不發(fā)生變化，需要從主循環(huán)管路（一次循環(huán)回路）內(nèi)吸取一部分高溫導(dǎo)熱油，同時(shí)再以同等體量的低溫導(dǎo)熱油由二次循環(huán)回路配管內(nèi)返回一次循環(huán)主管路。設(shè)計(jì)開發(fā)分支回路系統(tǒng)時(shí)，需要在每臺熱定型機(jī)的進(jìn)出口端安裝接受大容量循環(huán)的大口徑配管，在導(dǎo)熱油爐的進(jìn)出口端安裝較小口徑的配管，以大幅度降低導(dǎo)熱油爐的設(shè)備制造費(fèi)用及維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

2.2 氣相供熱系統(tǒng)

聯(lián)苯混合物是由26.5%的聯(lián)苯（C6H5—C6H5）和73.5%的二苯醚（C6H5—O—C6H5）所組成的低熔點(diǎn)混合物，簡稱二苯混合物。聯(lián)苯混合物在常壓下的沸點(diǎn)為258 ℃，凝固點(diǎn)為12.3 ℃，臨界溫度為528 ℃，臨界壓力為4.02 MPa（絕），在液態(tài)時(shí)為無色，具有天竺葵花的氣味，與水幾乎不混溶。聯(lián)苯混合物具有足夠的熱穩(wěn)定性，能在385 ℃下長期操作，在400 ℃下短期操作，且具有較低的蒸汽壓力。聯(lián)苯混合物在250 ℃的飽和蒸汽壓力為0.098 MPa（絕）左右，在350 ℃的飽和蒸汽壓力只有0.52 MPa（絕）。另外，聯(lián)苯混合物的熱穩(wěn)定性比礦物型導(dǎo)熱油好很多，但稍有毒性，滲透性強(qiáng)，對密封性要求非常高。所以，在低于385 ℃的高溫下，采用聯(lián)苯混合物飽和蒸汽加熱是一種有效且經(jīng)濟(jì)合理的氣相加熱方法。

氣相供熱系統(tǒng)是將聯(lián)苯爐加熱產(chǎn)生的聯(lián)苯混合物飽和蒸汽輸送給熱定型機(jī)，放出潛熱后蒸汽冷凝，熱定型機(jī)得到均勻加熱的氣相供熱系統(tǒng)。冷凝后聯(lián)苯混合物液體通過液位差返回聯(lián)苯加熱爐，或者經(jīng)過閃蒸罐以及回流泵返回聯(lián)苯爐，所以氣相供熱系統(tǒng)是一個(gè)封閉的循環(huán)供熱系統(tǒng)。由于氣相供熱系統(tǒng)存在配管口徑尺寸較大、需要設(shè)置冷凝液返回裝置等，除了在一些特殊的印染生產(chǎn)工藝場合使用外，絕大部分印染生產(chǎn)加工企業(yè)還是采用液相循環(huán)供熱系統(tǒng)[10]。另外，氣相供熱系統(tǒng)在運(yùn)行停止時(shí)還會出現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)，使得外界的氣體很容易混進(jìn)去，而與聯(lián)苯混合物的分子質(zhì)量相比，混入的其他氣體分子質(zhì)量很小，容易在整個(gè)氣相供熱系統(tǒng)的上部區(qū)域蓄積起來，所以，在整個(gè)循環(huán)供熱系統(tǒng)開車運(yùn)行時(shí)，必須設(shè)法去除這部分混入氣體，以保證氣相供熱系統(tǒng)的安全運(yùn)行[11]。

2.2.1 自然循環(huán)方式

自然循環(huán)方式是最簡單的氣相供熱系統(tǒng)，將在聯(lián)苯爐內(nèi)加熱后的聯(lián)苯混合物飽和蒸汽供應(yīng)給熱定型機(jī)，放熱冷凝后，通過液位差返回到聯(lián)苯加熱爐。自然循環(huán)方式的缺點(diǎn)是熱定型機(jī)必須要安裝在整個(gè)氣相供熱系統(tǒng)的最高處，但由于液壓差引起的壓力平衡，有可能會出現(xiàn)聯(lián)苯爐內(nèi)的液相聯(lián)苯混合物逆流進(jìn)入熱定型機(jī)的情況。因此有必要在液相回路管上設(shè)置與聯(lián)苯加熱爐氣相部位壓力均衡的均壓管。另外由于自然循環(huán)方式不要求使用循環(huán)泵，從而聯(lián)苯混合物在超過其沸點(diǎn)的條件下運(yùn)行時(shí)也不會引起循環(huán)泵空蝕，還可以在穩(wěn)定狀態(tài)下安全運(yùn)行。但自然循環(huán)方式的缺點(diǎn)是很難做到向多臺熱定型機(jī)同時(shí)供給熱量。

2.2.2 強(qiáng)制循環(huán)方式

強(qiáng)制循環(huán)方式是對聯(lián)苯混合物進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)的加熱系統(tǒng)。聯(lián)苯混合物在聯(lián)苯爐中被加熱后，通過閃蒸罐產(chǎn)生蒸汽被輸送給熱定型機(jī)釋放潛熱，聯(lián)苯混合物冷凝后變成液體流向冷凝液回流泵的入口側(cè)，并從回流泵的出口側(cè)流出，然后進(jìn)入循環(huán)泵，經(jīng)過循環(huán)泵加壓后被輸送回聯(lián)苯爐進(jìn)行加熱[1]。另外，強(qiáng)制循環(huán)加熱系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)苯混合物存貯量較少，從升溫到產(chǎn)生蒸汽所需要的時(shí)間較短，而且在強(qiáng)制循環(huán)時(shí)，聯(lián)苯爐內(nèi)的聯(lián)苯混合物不會發(fā)生局部過熱，從而可以抑制聯(lián)苯混合物的劣化變質(zhì)。

在強(qiáng)制循環(huán)方式的氣相供熱系統(tǒng)中，當(dāng)超過沸點(diǎn)的聯(lián)苯混合物在循環(huán)泵內(nèi)循環(huán)時(shí)很容易發(fā)生循環(huán)泵空蝕。因此在設(shè)計(jì)強(qiáng)制循環(huán)氣相供熱系統(tǒng)時(shí)，對閃蒸罐的高度設(shè)置、泵凈壓頭的計(jì)算要求特別準(zhǔn)確；另外還要慎重考慮運(yùn)行負(fù)荷的變動容量、變動速度等影響因素，并以此來決定閃蒸罐的形狀與大小。如果閃蒸罐的容量設(shè)計(jì)過小，而熱定型機(jī)的負(fù)荷變動過大，閃蒸罐內(nèi)的聯(lián)苯混合物蒸汽生成速度會比較劇烈，蒸汽起泡會使液面的測定變得非常困難，并且閃蒸罐中的滯留液在短時(shí)間內(nèi)就有可能會蒸發(fā)完，此時(shí)如果循環(huán)泵的入口壓力不足，將會發(fā)生循環(huán)泵空蝕。所以，在設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)需要采用自動控制方法，通過檢測閃蒸罐內(nèi)的蒸汽壓力來控制調(diào)節(jié)聯(lián)苯爐的燃料燃燒量，并通過調(diào)節(jié)回流冷凝液的流量，使閃蒸罐的液面能夠保持在一定區(qū)域。

2.3 導(dǎo)熱油液相集中供熱系統(tǒng)在印染行業(yè)中的應(yīng)用

導(dǎo)熱油爐是印染行業(yè)用于熱定型、熱風(fēng)拉幅、焙烘的一種特殊供熱設(shè)備，一般大中型印染廠家均有多臺熱定型機(jī)、拉幅機(jī)、焙烘機(jī)等設(shè)備，其中用熱的總?cè)萘繛?.00×107～2.52×107kJ/h（240 萬～600 萬kcal/h），如果供熱系統(tǒng)采用分散的單臺導(dǎo)熱油爐供熱給單臺熱定型機(jī)，需要使用多臺小型導(dǎo)熱油爐，這樣不但會增加設(shè)備投資的總費(fèi)用，而且使用操作、油爐維修及設(shè)備管理等方面還會帶來諸多不便，若采用單臺大型導(dǎo)熱油爐集中供熱給多臺熱定型機(jī)，則可以極大地改善上述情況[12]。在采用導(dǎo)熱油液相集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案時(shí)，很多印染廠家都比較擔(dān)心兩個(gè)問題：（1）熱定型機(jī)與焙烘機(jī)的溫度控制；（2）循環(huán)供熱系統(tǒng)的阻力降。

2.3.1 熱定型機(jī)與焙烘機(jī)的溫度控制

由于熱定型機(jī)、熱風(fēng)拉幅機(jī)、焙烘機(jī)等設(shè)備的用熱負(fù)荷與用熱溫度都不相同，所以，在導(dǎo)熱油的總管進(jìn)入各臺熱定型機(jī)的導(dǎo)熱油分支管上需要安裝一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥，然后通過調(diào)節(jié)各個(gè)分支管內(nèi)的導(dǎo)熱油流量來調(diào)節(jié)各臺熱定型機(jī)的用熱負(fù)荷與溫度。與蒸汽供熱系統(tǒng)相比較，導(dǎo)熱油液相供熱系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性更好，因此熱定型機(jī)、焙烘機(jī)烘房內(nèi)各處的溫度均勻性也會好得多，從而印染產(chǎn)品的染色效果好，不會發(fā)生變色現(xiàn)象，這樣印染產(chǎn)品的次品率就會比較低。

本文通過一個(gè)實(shí)例的傳熱計(jì)算來分析導(dǎo)熱油液相供熱系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定性。導(dǎo)熱油爐進(jìn)出口的油溫差按照下式計(jì)算：

Q=V×ρ×Cp×(t2-t1)

式中，Q為導(dǎo)熱油爐的供熱負(fù)荷，kcal/h；V為導(dǎo)熱油的流量，m3/h；ρ為導(dǎo)熱油的密度，kg/m3；Cp為導(dǎo)熱油的比熱，kcal/(kg·℃)；t2為導(dǎo)熱油爐的出口油溫，℃；t1為導(dǎo)熱油爐的進(jìn)口油溫，℃。使用2.10×107kJ/h（500 萬kcal/h）導(dǎo)熱油爐，以WD-300 型高溫導(dǎo)熱油為例進(jìn)行傳熱計(jì)算，在油溫為300 ℃時(shí)，ρ=840 kg/m3，Cp=0.66 kcal/(kg·℃)，V=300 m3/h，將數(shù)據(jù)代入上式中可得：

500×104=300×840×0.66×(t2-t1)

油溫差Δt=t2-t1≈30 ℃

即導(dǎo)熱油溫差為1 ℃時(shí)，導(dǎo)熱油供熱負(fù)荷變化為7.00×105kJ/h（16.6 萬kcal/h）；反之，當(dāng)熱定型機(jī)的用熱量變化為7.00×105kJ/h時(shí)，熱定型機(jī)的導(dǎo)熱油溫度變化僅為1 ℃。所以，導(dǎo)熱油爐供熱負(fù)荷越大，導(dǎo)熱油溫度的敏感性也就越“遲鈍”。而在印染生產(chǎn)過程中，熱定型機(jī)烘箱內(nèi)的熱風(fēng)溫度相對導(dǎo)熱油還會有一個(gè)“滯后”現(xiàn)象，通常是導(dǎo)熱油溫差要變化2～3 ℃，熱定型機(jī)烘箱內(nèi)的熱風(fēng)溫度才會變化1 ℃。因此，采用導(dǎo)熱油液相集中供熱系統(tǒng)能使熱定型機(jī)烘箱內(nèi)的熱風(fēng)溫度控制在一個(gè)比較高的精度范圍內(nèi)。

有些印染廠家焙烘機(jī)等設(shè)備的焙烘溫度精度要求較高，特別是在焙烘有些染色布（例如軍綠滌棉布）時(shí)，焙烘溫度變動要求控制在±1 ℃范圍內(nèi)，否則會影響軍綠滌棉布的色差，并影響成品的合格率。在這種情況下應(yīng)該考慮在焙烘機(jī)的導(dǎo)熱油分支管上加裝一個(gè)電動節(jié)流閥來進(jìn)行精確的流量調(diào)節(jié)，從而可以確保焙烘溫度的精度控制要求。

2.3.2 循環(huán)供熱系統(tǒng)的阻力降

紡織印染行業(yè)采用導(dǎo)熱油液相集中供熱方式時(shí)，由于導(dǎo)熱油管道長度增加，供熱管路壓力降隨之增大。以2.10×107kJ/h導(dǎo)熱油爐供熱系統(tǒng)為例，熱油循環(huán)泵的揚(yáng)程為80 m 油柱，導(dǎo)熱油爐壓力降為30 m 油柱，因此，導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)管線、熱定型機(jī)與焙烘機(jī)等設(shè)備尚有50 m 油柱的余量。根據(jù)很多印染廠家的使用經(jīng)驗(yàn)，通常只要具有35 m油柱的揚(yáng)程就能夠滿足使用要求。

導(dǎo)熱油液相循環(huán)供熱管路的阻力降與管道直徑成反比，如果管道變粗，則供熱管路的阻力會相應(yīng)減小，因此2.10×107kJ/h導(dǎo)熱油爐的總管道直徑增加至250 mm，則供熱管路的阻力可相應(yīng)減少1/4。由于熱定型機(jī)與焙烘機(jī)等設(shè)備散熱器內(nèi)的多根管子是采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)連接的，故管道內(nèi)導(dǎo)熱油的流速較低，并且供熱管路的阻力降與管道內(nèi)導(dǎo)熱油流速的平方成正比，即管道內(nèi)導(dǎo)熱油流速越低，其管路內(nèi)阻力降越小。所以，熱定型機(jī)與焙烘機(jī)等設(shè)備散熱器內(nèi)的導(dǎo)熱油阻力很小。

3 敞開式循環(huán)系統(tǒng)與封閉式循環(huán)系統(tǒng)

導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)可以分為敞開式循環(huán)系統(tǒng)和封閉式循環(huán)系統(tǒng)。敞開式循環(huán)系統(tǒng)是指與大氣環(huán)境相通的導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)，該循環(huán)供熱系統(tǒng)中至少應(yīng)該有一處放空管的排放口與大氣環(huán)境直接相通。封閉式循環(huán)系統(tǒng)是指與大氣環(huán)境隔絕的導(dǎo)熱油供熱系統(tǒng)，該循環(huán)供熱系統(tǒng)或是采用惰性氣體（例如氮?dú)猓└采w保護(hù)，或是采用液封裝置與大氣環(huán)境隔離保護(hù)。

3.1 敞開式循環(huán)系統(tǒng)

導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱油內(nèi)含有一定量的氣體：（1）新注入的導(dǎo)熱油中殘存的水分加熱后氣化形成的水蒸氣；（2）供熱系統(tǒng)內(nèi)殘留的空氣；（3）導(dǎo)熱油加熱后揮發(fā)析出的輕組分和揮發(fā)性組分。這些氣體在循環(huán)供熱系統(tǒng)運(yùn)行過程中將會產(chǎn)生“氣阻”，使循環(huán)泵內(nèi)出現(xiàn)抽真空，并造成循環(huán)泵壓力不穩(wěn)、流量下降甚至中斷。因此，導(dǎo)熱油爐和循環(huán)供熱系統(tǒng)在開車啟動時(shí)以及經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后均需要進(jìn)行排氣，以保證導(dǎo)熱油爐和循環(huán)供熱系統(tǒng)的安全運(yùn)行[13]。

根據(jù)高位膨脹槽是否承受壓力可以分為敞開式膨脹槽（常壓）和封閉式膨脹槽（承壓），而印染生產(chǎn)過程中廣泛使用敞開式循環(huán)系統(tǒng)，也就是通過油氣分離裝置把導(dǎo)熱油中的氣體分離出來，并且再通過膨脹管將這些氣體排放到高位膨脹槽（常壓），然后再從敞開式膨脹槽的放空管排放到大氣環(huán)境中[14]。所以，敞開式循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備造價(jià)低、運(yùn)行簡單、操作容易、使用方便。

3.2 封閉式循環(huán)系統(tǒng)

由于導(dǎo)熱油的抗氧化性、熱穩(wěn)定性及工作溫度決定了其在操作條件下發(fā)生氧化變質(zhì)可能性的大小和氧化反應(yīng)的速度。因此，在印染生產(chǎn)過程中無論選擇何種型號的導(dǎo)熱油，在循環(huán)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行操作條件下，利用導(dǎo)熱油自身具有的氧化安定性來抵抗氧化反應(yīng)作用非常有限，尤其是在導(dǎo)熱油工作溫度較高且與空氣直接接觸的敞開式高位膨脹槽內(nèi)，實(shí)際效果更加有限。所以，導(dǎo)熱油的最高允許使用溫度為320 ℃。如果導(dǎo)熱油的工作溫度在操作條件下非常高，則容易導(dǎo)致高位膨脹槽內(nèi)的導(dǎo)熱油發(fā)生氧化反應(yīng)，故應(yīng)該采用封閉式循環(huán)系統(tǒng)[15]。

與敞開式循環(huán)系統(tǒng)相比，封閉式循環(huán)系統(tǒng)減小了直接向外部大氣環(huán)境排放導(dǎo)熱油輕組分和揮發(fā)性組分的排放量，從而提高了導(dǎo)熱油爐和循環(huán)供熱系統(tǒng)的安全性，還能夠有效降低導(dǎo)熱油爐及其循環(huán)供熱系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)熱油氧化變質(zhì)的可能性，同時(shí)還可以延長導(dǎo)熱油的使用壽命。所以，為了防止循環(huán)供熱系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)熱油出現(xiàn)氧化變質(zhì)，可以采用封閉式循環(huán)系統(tǒng)，以阻止空氣進(jìn)入封閉式膨脹槽，即采用惰性氣體密封保護(hù)高位膨脹槽（承壓），且需要設(shè)置惰性氣體的定壓裝置，以保證封閉式膨脹槽內(nèi)惰性氣體工作壓力的穩(wěn)定。如果封閉式膨脹槽內(nèi)惰性氣體的最高壓力不超過0.01 MPa，也可以采用液封裝置限制其超壓。

3.3 熱定型機(jī)與焙烘機(jī)采用導(dǎo)熱油爐循環(huán)供熱方式的優(yōu)點(diǎn)

利用導(dǎo)熱油加熱，并采用導(dǎo)熱油二次循環(huán)供熱系統(tǒng)，可使焙烘房內(nèi)溫差控制在±1 ℃，從而減少染色布的色差。產(chǎn)生染色布色差的因素是多方面的，但充分利用導(dǎo)熱油液相循環(huán)供熱系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定性，使烘房內(nèi)的溫度始終保持一個(gè)相對恒定值，并縮小烘房內(nèi)的瞬時(shí)溫差和各點(diǎn)位置溫差，就可以大幅度減少染色布的前后色差和左中右色差。由于某些分散染料分子在高溫條件下的顯色敏感性特別高，如果烘房內(nèi)的溫度變化超過2～3 ℃，在不同溫度下的染色布顯色后就會明顯不一樣，色差造成的降等次布也會增加。而采用導(dǎo)熱油爐加熱的最大優(yōu)點(diǎn)是可以保證焙烘房內(nèi)溫差在±1 ℃，為減少染色布的色差，提高染色布的產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。

熱定型機(jī)采用導(dǎo)熱油液相循環(huán)供熱系統(tǒng)加熱，可保證烘箱內(nèi)的溫差在±1 ℃，解決烘箱溫度升不高及烘箱內(nèi)各點(diǎn)位置溫差太大，只能生產(chǎn)低檔產(chǎn)品的問題，同時(shí)還可以提高車速20%左右。若按照煤與電的差價(jià)進(jìn)行計(jì)算，一年內(nèi)就可以回收設(shè)備的投資成本。

熱風(fēng)拉幅機(jī)烘房內(nèi)的溫度可以根據(jù)不同織物、不同印染工藝的要求，通過自動閥門調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量來達(dá)到所需要的烘房溫度，在保證印染產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，一般可以提高車速15%～20%，故可以大幅度提高熱能利用率，并且260 ℃左右的導(dǎo)熱油通過散熱器熱交換后僅下降10 ℃左右，然后通過導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)再次返回導(dǎo)熱油爐進(jìn)行重新加熱，反復(fù)循環(huán)、反復(fù)利用，節(jié)能效果非常顯著，一年內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)幾十萬元[16]。

4 結(jié)束語

（1）在設(shè)計(jì)開發(fā)印染行業(yè)的導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)時(shí)，首先按照導(dǎo)熱油是氣相還是液相判定采用氣相供熱系統(tǒng)還是液相供熱系統(tǒng)，其次按照循環(huán)泵和導(dǎo)熱油爐安裝位置的前后順序，選定注入式流程或抽吸式流程，最后按照高位膨脹槽內(nèi)是否采用惰性氣體（例如氮?dú)猓┟芊獗Ｗo(hù)裝置，確定采用敞開式循環(huán)系統(tǒng)或封閉式循環(huán)系統(tǒng)。同時(shí)，設(shè)計(jì)開發(fā)人員應(yīng)根據(jù)選擇的熱定型機(jī)型號、臺數(shù)，導(dǎo)熱油爐的結(jié)構(gòu)型式、燃料燃燒方式，導(dǎo)熱油的類型、工作溫度，高位膨脹槽內(nèi)導(dǎo)熱油溢出現(xiàn)象是否會導(dǎo)致大氣環(huán)境污染、操作人員安全問題，盡量避免導(dǎo)熱油出現(xiàn)氧化變質(zhì)，盡可能延長導(dǎo)熱油的使用壽命，并滿足節(jié)約成本等方面的要求等，安全、規(guī)范、合理地選擇氣相供熱系統(tǒng)或液相供熱系統(tǒng)、注入式流程或抽吸式流程、敞開式循環(huán)系統(tǒng)或封閉式循環(huán)系統(tǒng)。

（2）一般大中型印染廠家會有多條生產(chǎn)線，其中熱定型機(jī)、熱風(fēng)拉幅機(jī)、焙烘機(jī)等設(shè)備少則3～4臺、多則7～8臺，可采用導(dǎo)熱油液相集中供熱系統(tǒng)及二次循環(huán)供熱系統(tǒng)，并采用智能控制熱定型機(jī)進(jìn)油閥門的自動調(diào)節(jié)控制器，既達(dá)到導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)與分配的目的，又能快速開啟、關(guān)閉閥門，從而實(shí)現(xiàn)烘房內(nèi)溫差控制在±1 ℃。同時(shí)通過人工智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)熱定型機(jī)溫度設(shè)定、自動跟蹤、顯示、打印、報(bào)警、產(chǎn)量米長累計(jì)等功能，實(shí)現(xiàn)熱定型機(jī)烘箱內(nèi)溫度的計(jì)算機(jī)自動調(diào)節(jié)，從而達(dá)到顯著的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保效果。