印染拉幅定型機(jī)清潔能源應(yīng)用及節(jié)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

張建步，張 健，王賽虎，趙水明，孫 歡

（1.連云港鷹游新立成紡織科技有限公司，江蘇 連云港 222299；2.江蘇鷹游紡機(jī)有限公司，江蘇 連云港 222062）

2021年9月以來(lái)，國(guó)內(nèi)“拉閘限電”現(xiàn)象已波及廣東、浙江、江蘇、山東、遼寧、吉林、黑龍江等省份，多地工業(yè)企業(yè)被要求“開(kāi)三停四”“開(kāi)二停五”甚至“開(kāi)一停六”錯(cuò)峰用電，而9月、10月通常又是國(guó)內(nèi)出口導(dǎo)向型企業(yè)訂單高峰期。此次限電對(duì)高能耗企業(yè)影響巨大，除了影響高能耗企業(yè)的正常生產(chǎn)外，也在一定程度上限制了這類企業(yè)的盲目擴(kuò)張。

紡織印染行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中能源消耗大、污染物排放多，與節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境之間的矛盾日益凸顯[1]。拉幅定型機(jī)是染整環(huán)節(jié)中能耗最大的設(shè)備之一，在保證定型織物品質(zhì)的基礎(chǔ)上，如何減少拉幅定型機(jī)的能耗成為印染行業(yè)節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的核心問(wèn)題。

1 拉幅定型機(jī)的概述

拉幅定型機(jī)作為印染廠中一種非常重要的紡織整理設(shè)備，主要用于針織布、機(jī)織布的烘干及拉幅定型，利用織物纖維的可塑性能，將織物的幅寬在一定尺寸范圍內(nèi)緩慢拉至規(guī)定尺寸[2]。通過(guò)熱風(fēng)拉幅消除部分內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整經(jīng)緯紗的狀態(tài)，改善織物在織造過(guò)程中存在的缺陷，使織物整齊劃一、尺寸穩(wěn)定[3]。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，拉幅定型機(jī)的品牌眾多，以立信門富士、布魯克納、三技克朗茨、韓國(guó)日星、臺(tái)灣立根、浙江遠(yuǎn)信、邵陽(yáng)紡機(jī)、江蘇日新等為代表，產(chǎn)品被廣泛使用。拉幅定型機(jī)雖然烘房結(jié)構(gòu)形式多樣，但工作原理并無(wú)較大差異，織物在拉幅定型機(jī)烘房?jī)?nèi)熱風(fēng)定型的過(guò)程中，既要吸收循環(huán)熱風(fēng)能量，蒸發(fā)織物水分，排出高溫廢氣，又要不斷補(bǔ)入干熱空氣，維持烘房的氣壓平衡。

2 拉幅定型機(jī)清潔能源應(yīng)用現(xiàn)狀

拉幅定型機(jī)通常以導(dǎo)熱油、蒸汽、天然氣、電等作為熱源，采用直接或間接加熱的方式，為織物在烘房?jī)?nèi)拉幅定型提供熱量。

（1）早期的拉幅定型機(jī)基本上使用煤炭加熱的導(dǎo)熱油作為熱源，利用導(dǎo)熱油翅片式散熱器傳遞熱量，通過(guò)導(dǎo)熱油散熱器加熱烘房?jī)?nèi)空氣進(jìn)行熱風(fēng)定型。導(dǎo)熱油加熱是間接加熱，只需控制好導(dǎo)熱油溫度和流量即可，熱定型工藝穩(wěn)定，定型效果好。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，更為嚴(yán)格的排污標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺(tái)實(shí)施，燃煤導(dǎo)熱油鍋爐已逐步退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是燃生物質(zhì)能、燃沼氣、燃天然氣等清潔能源的導(dǎo)熱油鍋爐。生物質(zhì)顆粒燃點(diǎn)低，易于點(diǎn)火，燃燒時(shí)不產(chǎn)生污染物，燃燒后的灰燼還可作為肥料使用；沼氣作為有機(jī)物發(fā)酵而生的可燃?xì)饣旌蠚怏w，燃燒值高，可用于化纖織物的高溫定型；當(dāng)沒(méi)有沼氣的來(lái)源時(shí)，可選擇天然氣作為熱源[4]。導(dǎo)熱油加熱因熱穩(wěn)定性好、傳熱效率高、工藝適用范圍廣，在定型機(jī)熱源的選擇上仍占據(jù)一席之地。

（2）由于印染廠周邊的熱電廠采用集中供熱的方式，可提供2.5~2.8 MPa/260~280 ℃過(guò)熱蒸汽，可滿足工藝溫度不高于220 ℃的織物定型要求；熱交換后降壓的0.4~0.6 MPa低壓飽和蒸汽適用于對(duì)工作溫度要求較低的印染工藝，實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能有效梯級(jí)利用[5]。中壓蒸汽加熱定型安全可靠，熱循環(huán)效率較高，運(yùn)行成本較低，但蒸汽供熱系統(tǒng)檢修費(fèi)用較高；此外，蒸汽終端輸出壓力大小對(duì)定型溫度的影響較大。

（3）天然氣直接加熱升溫迅速、溫控精準(zhǔn)、補(bǔ)償及時(shí)，能滿足大部分織物熱風(fēng)定型的要求，但天然氣直接加熱的烘箱內(nèi)部散熱不夠充分，導(dǎo)致箱體內(nèi)溫度分布不均，同時(shí)天然氣直接加熱產(chǎn)生的氣體雜質(zhì)直接接觸布面，織物極易出現(xiàn)左中右色差、黃變等問(wèn)題。針對(duì)天然氣直接加熱存在的問(wèn)題，李家全等[6-7]提出了一種拉幅定型機(jī)天然氣間接加熱裝置，將烘房外燃燒器產(chǎn)生的熱量通過(guò)燃燒筒送至散熱機(jī)構(gòu)，熱量主要通過(guò)散熱機(jī)構(gòu)，以熱輻射形式對(duì)烘房?jī)?nèi)的織物進(jìn)行加熱，廢氣經(jīng)出口管的調(diào)節(jié)后，由排風(fēng)機(jī)排出。天然氣間接加熱產(chǎn)生的廢氣不接觸織物，避免了織物出現(xiàn)黃變、色差等問(wèn)題。華文輝[8]提出了定型機(jī)烘箱間接加熱燃燒系統(tǒng)，加熱室內(nèi)部中間通過(guò)隔板形成下層加熱空間和上層散熱空間，加熱室內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)熱管，導(dǎo)熱管從上層散熱空間貫穿隔板并延伸至下層加熱空間，通過(guò)導(dǎo)熱管，將燃燒器產(chǎn)生的熱量傳輸至烘房蝸殼及風(fēng)管進(jìn)行熱循環(huán)，實(shí)現(xiàn)間接加熱。該系統(tǒng)散熱均勻性優(yōu)于直接加熱，降低了燃燒氣體與織物直接接觸的概率，提高了定型織物的品質(zhì)。

（4）李韋鋒等[9]針對(duì)現(xiàn)有加熱方式存在的不足，在傳統(tǒng)翅片式電加熱的基礎(chǔ)上，提出了一種烘房風(fēng)道式電加熱系統(tǒng)，將管狀加熱元件的圓柱面加熱換熱優(yōu)化為平面加熱換熱，避免了換熱死角，實(shí)現(xiàn)了完全換熱，還引入了石墨烯作為遠(yuǎn)紅外表面涂層材料，進(jìn)一步提升了換熱效率。雖然電能轉(zhuǎn)換熱量效率高，但是轉(zhuǎn)化成熱風(fēng)的單位熱能所需要的成本較高。在當(dāng)前限電環(huán)境下，電加熱系統(tǒng)受電力供應(yīng)影響巨大，應(yīng)用前景仍不明朗。

將上述清潔能源應(yīng)用到拉幅定型機(jī)上，可以提高熱能的利用效率，減少污染物的排放，提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性，有利于增加印染企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

3 拉幅定型機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

拉幅定型機(jī)的能耗主要包含傳動(dòng)消耗的電能、織物熱風(fēng)定型消耗的熱能、廢氣排濕帶出的熱能以及定型設(shè)備的散熱損失等。

（1）循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)及主傳動(dòng)電機(jī)消耗的電能占定型機(jī)傳動(dòng)消耗電能的70%以上，使用高效節(jié)能永磁電機(jī)可有效節(jié)省電能，降低定型設(shè)備的運(yùn)行成本，在節(jié)能降耗的現(xiàn)實(shí)要求下，大功率電機(jī)改造升級(jí)勢(shì)在必行。

（2）織物的含水率是烘干過(guò)程中非常重要的參數(shù)，過(guò)度烘干不僅浪費(fèi)能源，還會(huì)影響織物的定型效果，而不充分的烘干則會(huì)導(dǎo)致不良品的產(chǎn)生。利用接觸式方法在線檢測(cè)織物出布左中右的布面濕度，通過(guò)測(cè)定織物的導(dǎo)電性來(lái)測(cè)定其含水率，以控制工藝車速或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能效果[10]。侯子云[11]分析了軋車軋余率對(duì)拉幅定型機(jī)能耗的影響，通過(guò)比較不同軋余率所需能耗的差異，在保證軋輥使用效果的前提下，控制軋輥線壓力及軋輥剛度，降低軋余率，提高軋液均勻性，控制織物進(jìn)入烘箱前的含水率，減少烘干過(guò)程所需的熱能，對(duì)定型機(jī)的節(jié)能產(chǎn)生較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）目前，熱風(fēng)拉幅定型機(jī)熱效率仍比較低，織物在吸收熱量后，表面攜帶的水分與溶劑、油脂等有機(jī)物通過(guò)排濕管道排出烘房外，同時(shí)伴隨著一定數(shù)量的干熱空氣被一同排出。定型機(jī)在工作中用于織物烘干與定型所消耗的能量不足30%，而廢氣散發(fā)的熱能卻能超過(guò)60%[12]。陳立秋[13]提出了排氣濕度的最佳值，當(dāng)排氣濕度低于20%時(shí)，能耗急劇增加，而蒸發(fā)效率變化甚微。對(duì)排氣濕度進(jìn)行微小的調(diào)整，蒸發(fā)效率受到的影響很小，而能耗卻顯著減少。朱吉良等[14]提出將排氣濕度控制節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于定型機(jī)排氣濕度控制，通過(guò)在烘房頂部安裝排氣濕度控制裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)烘房?jī)?nèi)的濕度值，在保證定型工藝溫度、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)調(diào)整烘箱的濕度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。此外，通過(guò)在烘房排濕管道上方安裝熱能回收裝置[15]，回收熱風(fēng)烘干定型產(chǎn)生的廢氣熱量，將廢氣的熱能轉(zhuǎn)化在循環(huán)空氣內(nèi)，使被加熱的新鮮空氣通過(guò)除濕管道回到烘箱內(nèi)，繼續(xù)參與熱風(fēng)烘干定型。

（4）拉幅定型機(jī)的散熱損失主要包含烘房表面散發(fā)的熱量及烘房出入口散發(fā)的熱量，通過(guò)增加烘房隔熱板的厚度，提高隔熱板的絕熱效果；改善隔熱板與烘房機(jī)架之間的密封性，減少進(jìn)入烘箱的外冷風(fēng)，盡可能阻止熱量外散[16-17]。

綜合運(yùn)用各種節(jié)能技術(shù)，降低定型設(shè)備運(yùn)行總負(fù)載，減少進(jìn)入烘箱織物的水分，檢測(cè)織物出布回潮率，避免過(guò)度或不充分烘干，優(yōu)化定型工藝參數(shù)，控制廢氣排出濕度，減少不必要的散熱損失，實(shí)現(xiàn)拉幅定型機(jī)的節(jié)能降耗。

隨著整個(gè)社會(huì)對(duì)環(huán)保的越來(lái)越重視，應(yīng)用節(jié)能減排新技術(shù)、新工藝，提高產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新能力，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)等措施被大力推行，同時(shí)應(yīng)采取適合可持續(xù)發(fā)展相關(guān)戰(zhàn)略的措施。在此背景下，張國(guó)良等[18-19]提出滌綸絨類織物閃染生產(chǎn)方法及閃染生產(chǎn)的成套裝備，致力于滌綸絨類織物免水洗連續(xù)化、高速化、高效自動(dòng)化生產(chǎn)，減少水資源消耗及污染物排放，實(shí)現(xiàn)低污染、低成本、低能耗的清潔化生產(chǎn)[20]。

4 結(jié)語(yǔ)

智能化是設(shè)備發(fā)展的必然趨勢(shì)，隨著智能制造相關(guān)技術(shù)在印染領(lǐng)域繼續(xù)大力推進(jìn)，印染行業(yè)已從單機(jī)單線的智能化朝著系統(tǒng)的自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化、模塊化方向發(fā)展，充分利用智能制造相關(guān)技術(shù)，對(duì)影響拉幅定型機(jī)能耗的關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如布面溫度、布面濕度、烘房濕度、排氣濕度等）進(jìn)行數(shù)字化和智能化在線監(jiān)測(cè)控制，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行分析處理，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，在保證織物定型效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能生產(chǎn)。