天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐在熱定形機(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）

在2020年9月的聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，中國(guó)鄭重承諾在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰值，爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2021年3月5日，中國(guó)提出“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要草案，設(shè)置了8個(gè)約束性指標(biāo)，有7個(gè)集中在“綠色生態(tài)”和“安全保障”方面。目前，印染企業(yè)的熱定形機(jī)排放廢氣中含油霧和染料、助劑，飄落至企業(yè)周圍地面上會(huì)造成環(huán)境污染，并且廢氣內(nèi)的熱量排放到大氣環(huán)境中還會(huì)造成能源浪費(fèi)。所以，應(yīng)用天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐，在印染熱定形機(jī)的烘房加熱過程中，可將烘房中排放的含有害物質(zhì)的熱廢氣直接輸入爐內(nèi)進(jìn)行焚燒凈化處理，被加熱后的高溫導(dǎo)熱油循環(huán)供熱給定形機(jī)的各個(gè)烘房中，用于印染化纖織物的熱定形工藝。另外，設(shè)置廢氣余熱回收利用裝置和煙氣余熱回收裝置，從而可達(dá)到綠色生產(chǎn)及節(jié)能、減排、降耗的效果［1］。

熱風(fēng)拉幅定形是印染后整理工藝中的一道重要工序，棉、毛、絲、麻和化纖等織物浸軋印染助劑后，需要經(jīng)過拉幅、烘燥、定形等工藝，從而達(dá)到印染織物的品質(zhì)要求?；w織物的熱定形過程如下：化纖織物被烘干并使其表面加熱至定形溫度，化纖織物芯部均勻地達(dá)到所需溫度，在定形溫度下保持停留一段時(shí)間使其纖維分子重新取向，冷卻后使纖維分子取向固定。不同的織物因原料成分、組織結(jié)構(gòu)、厚薄不同，在定形過程中有不同的升溫曲線，通過測(cè)試織物溫度變化、調(diào)節(jié)定形機(jī)的車速控制織物的定形時(shí)間，就可以精確、有效地控制織物的定形效果，以確保在最高生產(chǎn)效率下達(dá)到最佳的定形效果。

1 天然氣與廢氣混燒型燃燒器概述

天然氣與廢氣混燒燃燒器主要包括天然氣噴嘴、廢氣噴槍、火焰穩(wěn)定器、燃燒筒、點(diǎn)火系統(tǒng)、火焰檢測(cè)器、風(fēng)門調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)與電機(jī)組、天然氣閥組、天然氣過濾器、廢氣閥組、廢氣過濾器、安全閥、調(diào)節(jié)閥及連接管路等；風(fēng)門電動(dòng)調(diào)節(jié)和燃?xì)忾y組中調(diào)節(jié)器組成燃燒器的天然氣與空氣按照比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并由程序控制器和狀態(tài)控制器發(fā)出指令，實(shí)施各種工況（清掃、點(diǎn)火、負(fù)荷變化、熄火等）的全自動(dòng)調(diào)控和安全聯(lián)鎖保護(hù)，從而保證天然氣與空氣的合理配比和高效率燃燒［2］。為了保護(hù)大氣環(huán)境，可采取煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)，利用燃燒器頭部出口處高溫高速燃燒氣體的引射作用，通過燃燒器噴頭出口小孔及出口洞吸入爐膛內(nèi)的煙氣，即煙氣回流到天然氣中，使燃燒區(qū)域內(nèi)的惰性氣體含量增加。因?yàn)闊煔馕鼰崆医档土搜鯕獾馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)，空氣中的含氧量低于21%，從而使得火焰燃燒速度和溫度降低，NOx排放量降低，約為40 mg/m3，所以燃燒產(chǎn)物中的污染物排放量均符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

天然氣主要成分為甲烷（CH4），燃燒惰性大，即火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?，約為0.38 m/s，所以天然氣與廢氣混燒的燃燒器噴頭采用平行多管式結(jié)構(gòu)，天然氣經(jīng)過多管頂端出口洞及側(cè)面上的小孔噴出，大量天然氣噴射點(diǎn)有利于與助燃空氣均勻混合。燃燒空氣的分配：經(jīng)過火焰穩(wěn)定器（或者旋流盤）的風(fēng)量約為15%，并且要產(chǎn)生中心旋流；其余風(fēng)量（包括廢氣風(fēng)量）經(jīng)過火焰穩(wěn)定器的外環(huán)通道進(jìn)入，外環(huán)氣流也要產(chǎn)生旋流?？傊?，多管結(jié)構(gòu)或者多孔供給的混燒型燃燒器設(shè)計(jì)方案要保證天然氣和助燃空氣快速、均勻混合，燃燒器的中心火焰是濃態(tài)火焰，即天然氣過剩、氧氣不足，從而抑制NOx的生成；但是燃燒器中心火焰的周圍外部補(bǔ)充空氣（或輸入廢氣）為淡態(tài)火焰，即天然氣不足、空氣（或廢氣）過剩，從而降低了周圍外部火焰溫度，抑制NOx的生成。兩組火焰的燃燒產(chǎn)物在爐膛內(nèi)互補(bǔ)，達(dá)到完全燃燒所要求的總空氣系數(shù)，所以總的燃燒效果是使?fàn)t膛內(nèi)的NOx生成量降低20%～40%，清潔環(huán)保效果十分明顯。

2 天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐在熱定形機(jī)中的應(yīng)用

在紡織印染熱定形機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，織物消耗的熱能僅占29%，定形機(jī)自身消耗的熱能占10%，熱定形機(jī)排放廢氣散發(fā)的熱能達(dá)到61%。而在印染定形工藝的中、后整理過程中需要采用高溫導(dǎo)熱油加熱烘房，尤其是熱定形機(jī)用于化纖織物定形工藝時(shí)，需要提供高達(dá)180～250℃的定形溫度，所以采取天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐應(yīng)用在印染定形工藝過程中，并采用導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)給熱定形機(jī)中的各個(gè)烘房進(jìn)行供熱［3］，再將熱定形機(jī)排放的廢氣直接輸入混燒型導(dǎo)熱油爐內(nèi)進(jìn)行焚燒凈化處理，可以滿足各類印染定形工藝的高溫供熱需求和廢氣焚燒凈化處理要求。另外，廢氣進(jìn)入混燒型導(dǎo)熱油爐的輸入方式是采用防腐蝕、防靜電的送風(fēng)機(jī)將廢氣經(jīng)由廢氣噴槍燒嘴輸送到混燒型導(dǎo)熱油爐內(nèi)，并在廢氣管道上設(shè)置一個(gè)阻火器，廢氣管道與送風(fēng)機(jī)等均應(yīng)采取防靜電措施，以防止氣體爆炸。

天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐通常采用圓筒型結(jié)構(gòu)，有立式布置和臥式布置兩種爐型結(jié)構(gòu)。立式布置時(shí)燃燒器一般安裝在爐子頂部，但大型導(dǎo)熱油爐立式布置時(shí)燃燒器也可以安裝在爐子底部。臥式布置時(shí)燃燒器安裝在爐子前端蓋上，爐管束是由2圈或3圈圓形螺旋盤管組成，內(nèi)圈圓形螺旋盤管構(gòu)成爐膛燃燒室。天然氣與廢氣通過燃燒器混燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠趦?nèi)圈螺旋盤管內(nèi)側(cè)組成的爐膛輻射室中釋放出熱量后，流動(dòng)到爐體的后端蓋處反向折流180°，再向前沖刷進(jìn)入內(nèi)圈盤管外側(cè)與中圈盤管內(nèi)側(cè)的煙氣通道進(jìn)行對(duì)流放熱；然后煙氣流動(dòng)至爐體的前端蓋處再次反向折流180°，向后沖刷進(jìn)入中圈盤管外側(cè)與外圈盤管內(nèi)側(cè)的煙氣通道進(jìn)一步對(duì)流放熱；最后煙氣從爐體后端處的出煙口位置流出，并進(jìn)入煙氣余熱回收裝置和煙氣除塵設(shè)備后，再通過煙囪排向大氣中［4］。另外，在爐體后端蓋上安裝有可拆卸檢修門，使混燒型導(dǎo)熱油爐的內(nèi)部清掃和維修極為方便；并在爐體后端蓋煙箱處設(shè)置有一個(gè)觀察孔，可以全面觀察爐膛內(nèi)火焰燃燒情況，觀察孔的結(jié)構(gòu)采用套管螺紋連接，爐膛內(nèi)部一旦發(fā)生意外情況，可將觀察孔的外套管旋下，把觀察孔當(dāng)作滅火孔使用。而為了混燒型導(dǎo)熱油爐的維修方便，前后爐端蓋與爐殼體均采用殼體法蘭連接結(jié)構(gòu)，同時(shí)在煙箱與爐殼體連接處采用多重密封結(jié)構(gòu)，從而保證不會(huì)泄漏煙氣；并且為了減輕混燒型導(dǎo)熱油爐的質(zhì)量，爐體保溫層采用輕質(zhì)保溫材料，不僅材料密度小，而且其隔熱保溫性能好，能夠降低爐體的散熱損失。同時(shí)在混燒型導(dǎo)熱油爐的煙氣出口管道上安裝有一個(gè)煙氣防爆門，防止在爐子點(diǎn)火爆燃時(shí)能夠迅速起到泄壓的作用，在泄壓后，煙氣防爆門能夠自行恢復(fù)原狀，從而可以提高天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐運(yùn)行操作的安全性。

由于導(dǎo)熱油爐輸出的高溫導(dǎo)熱油出口溫度一般在280～330℃，如果不設(shè)置煙氣余熱回收裝置，則導(dǎo)熱油爐排煙溫度會(huì)達(dá)到330～380℃，從而使導(dǎo)熱油爐運(yùn)行的熱效率降低，并且由于爐子排煙溫度較高，會(huì)對(duì)尾部煙道與引風(fēng)機(jī)等設(shè)備的使用壽命產(chǎn)生一定負(fù)面影響，所以增設(shè)導(dǎo)熱油爐尾部空氣預(yù)熱器或者煙氣余熱水箱都是非常好的節(jié)能降耗措施［5］。天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐的煙氣余熱回收裝置通常安裝設(shè)置一組熱交換器，采用煙氣余熱來加熱工藝用水，冷水被加熱到60～90℃后，可供印染企業(yè)中的染色設(shè)備使用，從而達(dá)到節(jié)能、減排、降耗的效果。導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)的冷油（回油）則從圓形螺旋盤管的后端進(jìn)入爐體內(nèi)的爐管受熱面，在圓形盤管內(nèi)螺旋前進(jìn)，獲得熱量后的高溫導(dǎo)熱油（出油）再?gòu)那岸肆鞒鰻t子，進(jìn)入導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)加熱印染定形機(jī)的各個(gè)烘房［6］。天然氣與廢氣混燒圓筒型導(dǎo)熱油爐的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、基建成本低，特別適合在紡織印染企業(yè)中推廣應(yīng)用。

熱定形機(jī)排出的廢氣進(jìn)入混燒型導(dǎo)熱油爐內(nèi)直接焚燒凈化的處理方法是：利用天然氣在導(dǎo)熱油爐膛內(nèi)燃燒釋放的高溫?zé)崃?，將廢氣焚燒加熱到一定溫度（750～900℃）以上，并且使廢氣在爐膛內(nèi)駐留一定時(shí)間（0.3～0.5 s），從而使廢氣中可燃的有害物質(zhì)經(jīng)高溫焚燒分解后變?yōu)闊o害物質(zhì)［7］。另外，熱定形機(jī)排出的熱廢氣在進(jìn)入混燒型導(dǎo)熱油爐之前，先要進(jìn)入廢氣余熱回收利用裝置和廢氣過濾設(shè)備，因此熱的廢氣先要流入熱交換器加熱新鮮的空氣，從而可以將熱廢氣中的余熱傳遞給新鮮空氣，然后再通過廢氣過濾設(shè)備清除廢氣中的污染物。綜上所述，充分利用熱定形機(jī)排出的熱廢氣余熱去加熱新鮮空氣，可使其預(yù)熱到100～120℃，按照濕度控制比例，補(bǔ)充的新鮮空氣先進(jìn)入一組熱交換器，被加熱后再進(jìn)入熱定形機(jī)的各個(gè)烘房中，可減少熱能的消耗，達(dá)到節(jié)能、減排、降耗的目的［8］。

3 結(jié)束語

《國(guó)家環(huán)境保護(hù)稅法》從2018年1月1日起開始執(zhí)行，根據(jù)該項(xiàng)法律，應(yīng)稅大氣污染物的稅額幅度為每污染當(dāng)量1.2～12.0元，水污染物的稅額幅度為每污染當(dāng)量1.4～14.0元。具體稅額由各地在法定稅額幅度內(nèi)確定，環(huán)境保護(hù)稅的稅額標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高的地方有：北京、上海、天津、河北、山東等。因此，綠色生產(chǎn)是推動(dòng)紡織印染行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的理念引領(lǐng)，節(jié)能、減排、降耗是實(shí)現(xiàn)紡織印染行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，所以，將天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐應(yīng)用于印染熱定形機(jī)中，可以加快提升印染企業(yè)綠色創(chuàng)新能力，并促進(jìn)節(jié)能、減排、降耗技術(shù)在紡織印染行業(yè)中的推廣應(yīng)用。

在印染熱定形機(jī)中采用天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐作為導(dǎo)熱油循環(huán)加熱系統(tǒng)供熱給印染后整理工藝的方法有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以提供高達(dá)180～250℃的定形溫度，充分滿足化纖織物定形工藝的要求；

（2）能夠有效焚燒或凈化熱定形機(jī)排放廢氣中的塵埃顆粒物、有機(jī)物、油煙、短纖維、苯類、醛類等有害物質(zhì)，防止這些有害物質(zhì)排放到大氣環(huán)境中，造成印染企業(yè)周圍地區(qū)的環(huán)境污染，從而更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境；

（3）對(duì)熱定形機(jī)排放廢氣中的熱量進(jìn)行有效的余熱回收利用，并對(duì)天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐排放的中溫?zé)煔庖策M(jìn)行余熱回收利用，達(dá)到節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)的目的。