池窯拉絲成形區(qū)空間溫濕度及氣流對(duì)拉絲作業(yè)的影響及控制措施

李 輝，顧建定，吳建洪，張樹(shù)興，魏研佳，曹建強(qiáng)

（巨石集團(tuán)有限公司，桐鄉(xiāng) 314500）

0 前言

近年來(lái)，我國(guó)的玻璃纖維制造業(yè)［1-2］在高速發(fā)展，其生產(chǎn)規(guī)模大幅度提升，玻璃纖維制造是高能耗產(chǎn)業(yè)，隨著國(guó)家“碳達(dá)峰”、“碳中和”的推進(jìn)要求，降能耗及提高單位能耗產(chǎn)值成為行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。拉絲生產(chǎn)作業(yè)能力再提升是提高單位能耗產(chǎn)值的重要途經(jīng)，拉絲作業(yè)環(huán)境作為拉絲作業(yè)的重要組成部分，其空間溫濕度和氣流變化，是拉絲作業(yè)順暢性與穩(wěn)定性的重要因素之一，對(duì)其工藝及控制進(jìn)行深入探討分析具有重要意義。

1 拉絲空調(diào)抽送風(fēng)系統(tǒng)

1.1 拉絲環(huán)境

是指玻璃纖維成形區(qū)直至原絲筒卷繞區(qū)，即拉絲成形過(guò)程的環(huán)境條件，這些條件主要包括壓力、溫度、濕度、氣流等因素。拉絲環(huán)境因素條件對(duì)于拉絲作業(yè)穩(wěn)定性是不可或缺的條件［3］。而為拉絲過(guò)程生產(chǎn)環(huán)境的恒壓恒溫恒濕的有利條件，拉絲空調(diào)抽送風(fēng)系統(tǒng)起到舉足輕重的作用，詳見(jiàn)下圖1所示［4］：

圖1 拉絲空調(diào)抽送風(fēng)系統(tǒng)

1.2 送風(fēng)系統(tǒng)

本文描述池窯粗紗送風(fēng)系統(tǒng)，其送風(fēng)系統(tǒng)一般可分為環(huán)境風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)和工藝風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)，兩者相互獨(dú)立分區(qū)控制，通過(guò)環(huán)境風(fēng)及工藝風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率差異化控制，實(shí)現(xiàn)環(huán)境風(fēng)及工藝風(fēng)風(fēng)量大小和溫濕度差異化控制，確保拉絲開(kāi)臺(tái)數(shù)穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化。

1.3 抽風(fēng)系統(tǒng)

本文描述池窯粗紗抽風(fēng)系統(tǒng)，其抽風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量大小進(jìn)行調(diào)整控制，通過(guò)各區(qū)域抽風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)拉絲生產(chǎn)全區(qū)域均勻分布抽風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)拉絲區(qū)微負(fù)壓（≤0Pa）控制，實(shí)現(xiàn)拉絲生產(chǎn)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化［5］。

2 拉絲成形區(qū)溫濕度控制

為保證拉絲作業(yè)穩(wěn)定性，拉絲過(guò)程通過(guò)空調(diào)控制系統(tǒng)，確保拉絲生產(chǎn)過(guò)程中保持恒溫恒濕的有利條件，且基于四季外界溫濕度實(shí)際變化，對(duì)成形區(qū)溫濕度采取差異化控制［6］，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)摸索，如圖2、圖3所示，其中夏季溫度控制在（22±4）℃，濕度控制在（90±5）%，如圖2；冬季溫度控制在（14±4）℃，濕度控制在（85±5）%，如圖3，在能耗比最優(yōu)下以此保證拉絲作業(yè)穩(wěn)定性；一般情況，環(huán)境風(fēng)風(fēng)速控制（1.5±0.5） m/s范圍，確保拉絲送風(fēng)量穩(wěn)定，確保拉絲成形區(qū)環(huán)境內(nèi)應(yīng)是10 Pa正壓，同時(shí)通過(guò)大型制冷機(jī)和冷卻水泵臺(tái)數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)成形區(qū)內(nèi)恒溫恒濕控制。而漏板工藝風(fēng)速通?？刂疲?.5±0.5） m/s范圍，其風(fēng)量大小主要與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)差異有關(guān)系，通常單纖維直徑偏小產(chǎn)品，工藝風(fēng)風(fēng)速應(yīng)下偏差控制，確保成型過(guò)程絲根冷卻穩(wěn)定，不影響拉絲作業(yè)［7］。

圖2 夏季成形區(qū)溫濕度控制

圖3 冬季成形區(qū)溫濕度控制

3 拉絲成形區(qū)爐位隔熱板

在拉絲作業(yè)過(guò)程中，漏板產(chǎn)生的熱輻射對(duì)拉絲成型區(qū)域溫度影響大，需要使用大制冷量的空調(diào)機(jī)組送風(fēng)進(jìn)行環(huán)境溫度的控制。同時(shí)拉絲操作工在引頭觀察絲根時(shí)容易受到高溫的炙烤而眼部損傷，以及存在能源的過(guò)多消耗，故設(shè)計(jì)了減輕漏板熱量對(duì)外輻射隔熱和爐位間隔氣流的裝置。具體方案：在上層爐位之間安裝可拆卸式的側(cè)邊隔熱板，在漏板的正前方安裝一塊寬度35 cm的前側(cè)隔熱板，中間鑲嵌一塊長(zhǎng)寬88.5 cm*26.5 cm的耐高溫玻璃作為觀察漏板工況視窗［8］，如圖4拉絲成形區(qū)爐位隔熱板主視圖和圖5拉絲成形區(qū)爐位隔熱板側(cè)視圖，通過(guò)爐位隔熱板安裝，能起到每臺(tái)爐位單區(qū)隔離后氣流穩(wěn)定的效果，同時(shí)隔熱板采用分體拆裝安裝方式，日常拆卸便捷，不影響爐位漏板及涂油器等設(shè)備替換操作［9］。

圖4 拉絲成形區(qū)爐位隔熱板示意圖

圖5 拉絲成形區(qū)爐位隔熱板側(cè)視圖

4 隔熱板安裝后爐位區(qū)域的氣流變化

漏板及上層爐位周邊氣流變化，我們?cè)谕茝V雙流體噴霧后發(fā)現(xiàn)，由于需要使用壓縮空氣來(lái)霧化純凈水，雙流體噴霧的壓縮空氣壓力在0.12～0.13MPa之間，致使漏板下方的氣流量和速度較單流體常規(guī)噴霧有所增加，并且氣流的外竄容易影響附近爐位絲束的穩(wěn)定性。以下是通過(guò)對(duì)安裝雙流體和單流體噴霧工藝測(cè)量的氣流變化圖示，具體如下圖6。

圖6 隔熱板安裝前后的氣流變化

通過(guò)對(duì)漏板下方的幾個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速分布進(jìn)行測(cè)量和干冰霧化模擬風(fēng)向，使用雙流體噴霧后風(fēng)速均有所增大，同時(shí)風(fēng)向也因風(fēng)速的增大而向外擴(kuò)散，因爐位間隔近，兩側(cè)的氣流碰撞后容易產(chǎn)生較強(qiáng)的壓撞，從而有部分氣流被擠壓后沖擊絲束，導(dǎo)致拉絲作業(yè)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。安裝側(cè)邊隔熱板后，爐位間的氣流得到了隔斷，同時(shí)隔板還具有一定的氣流導(dǎo)向作用，將氣流導(dǎo)入上層拉絲區(qū)的下絲口，與抽送風(fēng)流向吻合。因此不再影響附近爐位絲束的波動(dòng)，對(duì)穩(wěn)定拉絲作業(yè)起到了較有效的作用。兩臺(tái)爐位間在使用側(cè)邊隔板之后，氣流的流向變化對(duì)比如下圖7所示。

圖7 隔熱板安裝前后的氣流變化

在安裝了側(cè)邊隔熱板的同時(shí)，為防止漏板熱量正面輻射導(dǎo)致的區(qū)域溫度升高和減輕操作工高溫炙烤的狀況，漏板的前方也安裝了一塊寬度為35cm的熱浪阻擋板來(lái)防止高溫的過(guò)多輻射。我們對(duì)爐位前方區(qū)域的溫度進(jìn)行了對(duì)比測(cè)量，根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，在使用側(cè)邊隔熱板和熱浪阻隔網(wǎng)板之后，在相同環(huán)境下漏板前方半徑為0.5m的扇形面積內(nèi)溫度得到了下降，因此漏板對(duì)成形區(qū)溫度的影響面積得到了一定的縮減。人員在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施上頭拉絲，觀察絲束狀況的環(huán)境得到了較大的改善，有利于上頭操作，具體數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 爐位前方垂直區(qū)域環(huán)境溫度分布

5 隔熱板安裝后拉絲成形區(qū)整體區(qū)域的溫度影響

安裝漏板隔熱板后，漏板爐位前方的溫度輻射距離得到了一定的縮減，對(duì)整個(gè)成形區(qū)的溫度穩(wěn)定性和溫度下降幅度具有一定的作用。我們對(duì)成形區(qū)溫度的布局進(jìn)行了測(cè)量，如圖8、圖9所示。具體溫度分布如下（注：檢測(cè)高度1.5 m，測(cè)得出風(fēng)口溫度在16.7℃）：從數(shù)據(jù)可以顯示出我們成形區(qū)內(nèi)溫度分布主要分為3個(gè)區(qū)域，區(qū)域1為漏板直接輻射區(qū)，區(qū)域2 為空調(diào)風(fēng)直吹區(qū)，區(qū)域3為中間穩(wěn)定區(qū)。由于我們成形區(qū)采用直吹式制冷的特殊性，根據(jù)與以往成形區(qū)溫度測(cè)量對(duì)比來(lái)看，區(qū)域3內(nèi)的變化并不是十分大，該塊區(qū)域的溫度主要還是取決于外界溫度和制冷設(shè)施。因此對(duì)于裝置使用后對(duì)成型區(qū)溫度的變化主要取決于區(qū)域1和區(qū)域2［10］。

圖8 成形區(qū)東側(cè)平面區(qū)域溫度分布

圖9 成形區(qū)西側(cè)平面區(qū)域溫度

針對(duì)區(qū)域1和區(qū)域2內(nèi)的溫度情況，并結(jié)合抽送系統(tǒng)和漏板熱輻射。成形區(qū)內(nèi)溫度截面和風(fēng)速檢測(cè)如下：由于我們使用的送風(fēng)系統(tǒng)出口在距離漏板約2 m處，在對(duì)漏板下方的風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量來(lái)看，只有距底部1 m以下有風(fēng)速，因此可以判斷冷風(fēng)的流向基本如圖10所示。針對(duì)成形區(qū)域的降溫完全是依靠冷風(fēng)的吹入并且依托底部的抽風(fēng)系統(tǒng)來(lái)將漏板處輻射的熱量帶走。而在安裝了漏板隔熱板后，熱輻射的距離被縮短，因此在上圖區(qū)域3周圍的溫度較未使用隔熱板的爐位要低，成形區(qū)高溫區(qū)域面積則相對(duì)較少，區(qū)域溫度自然就有所下降。

圖10 爐位送風(fēng)風(fēng)速與溫度

6 安裝隔熱板后成形區(qū)與以往溫度對(duì)比

在拉絲成形區(qū)安裝漏板隔熱板后，與上年數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，平均溫度要低近2.2℃。由于成形區(qū)的溫度受多方面因素的影響，如外界氣溫、 制冷機(jī)數(shù)量以及漏板結(jié)構(gòu)等，單從溫度的變化來(lái)看確實(shí)有所下降， 但是其制冷機(jī)數(shù)量和外界氣溫區(qū)別則較大。外界氣溫相比上年要上升3～4 ℃左右（后期），制冷機(jī)相比上年增開(kāi)了1臺(tái)制冷機(jī)。而從制冷溫度下降量來(lái)看，上年平均下降4.5 ℃，當(dāng)年平均下降8.1 ℃。按照理論上來(lái)講，溫度越低，制冷的消耗量越大，而從溫度下降量來(lái)看加開(kāi)一臺(tái)制冷機(jī)后溫度下降率還是接近飽和的。因此可以得出增加隔熱板后有助于對(duì)成形區(qū)域的制冷。

我們拉絲成形區(qū)的溫度控制是利用在上部的送風(fēng)空調(diào)將外部的空氣制冷后送入成形區(qū)內(nèi)再由下部的抽風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部受熱的空氣抽出。在安裝了漏板的隔熱板后，漏板輻射到成形區(qū)的熱量和距離均得到了一定量的縮減，成形區(qū)域內(nèi)的冷空間面積也增大，熱輻射的面積和熱量有所減少。熱輻射的第一溫度帶內(nèi)溫度下降了6.1℃，第二輻射帶內(nèi)的溫度下降了2.1℃，整個(gè)成形區(qū)內(nèi)的輻射面縮短了，溫度也隨之得到了下降。

另外使用隔熱板后原先不規(guī)則的氣流方向得到了引流，順暢了漏板下方到下絲口的風(fēng)向，使之趨于拉絲的作業(yè)方向。同時(shí)也有利于漏板拉絲作業(yè)產(chǎn)生的恒定散熱量的散發(fā)，加快了漏板下方熱量的傳出率，降低了成形區(qū)溫度。因此漏板隔熱板的使用，減緩了區(qū)域空間制冷的壓力，降低了漏板對(duì)成形區(qū)的熱輻射，可促使成形區(qū)溫度的降低。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合近年來(lái)對(duì)拉絲成形區(qū)作業(yè)環(huán)境的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分別從拉絲空調(diào)抽送風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)速、氣流壓力、溫度濕度關(guān)鍵工藝確定、冬夏季差異化控制、隔熱板的制備等方面進(jìn)行關(guān)鍵集束梳理，分析了其控制要點(diǎn)，對(duì)拉絲成形區(qū)作業(yè)環(huán)境的改善和拉絲作業(yè)的提升具有重要意義［11］。