提升熱風(fēng)烘干機能效的實踐

張振林，馬美華，夏 輝，岳 鵬，劉廣亮

(魯泰紡織股份有限公司，山東 淄博 255100)

1 熱風(fēng)烘干機工作原理

熱風(fēng)烘干機由干燥缸、加熱器、冷卻器、冷凝器、熱風(fēng)機、控制系統(tǒng)及相關(guān)管路閥門組成。其工作原理為：自然風(fēng)經(jīng)蒸汽加熱器加熱到烘干機所需溫度后，由循環(huán)鼓風(fēng)機將熱風(fēng)吹入干燥缸底部，干燥缸底部連接筒子架，熱風(fēng)從筒子架中間由內(nèi)向外吹出，將筒子紗所含水分帶走，濕熱空氣經(jīng)冷卻器冷凝排水，再經(jīng)冷卻器和分離器深度除濕，除濕后的熱風(fēng)經(jīng)加熱器加熱到所需溫度后吹入干燥缸，循環(huán)往復(fù)直至將筒子紗烘干到要求的濕度[1-2]。熱風(fēng)烘干機工作流程如圖1所示。

圖1 熱風(fēng)烘干機工作流程

筆者公司的熱風(fēng)烘干機于2000年開始使用，受當(dāng)時技術(shù)水平制約，加熱器和冷凝器的換熱效果較差，壓力脫水后紗線含水率在120%以上，影響后序熱風(fēng)烘干效果；且冷凝器對經(jīng)過紗線的濕熱空氣的冷凝效果未達(dá)預(yù)期，在加熱器將濕熱空氣加熱到設(shè)定溫度后，重新進入紗線的熱風(fēng)含水量增加，需要將烘干時間延長到約90 min，才能使紗線含水率達(dá)到5%～8%，造成烘干周期長、效率低和能源消耗大等問題。因此，對熱風(fēng)烘干機進行能效提升改造尤為重要。

2 熱風(fēng)烘干機現(xiàn)狀

2.1 外觀結(jié)構(gòu)

采用豎式結(jié)構(gòu)，占地面積較大，影響行車操作、紗架擺放，且存在燙傷危險。

2.2 電氣控制部分

a) 采用溫度控制器和時間繼電器控制，控制簡單，可靠性差。

b) 風(fēng)機電機采用星三角控制，無法自動控制速度，能耗較高。

c) 電控柜電氣元件多，線路雜亂，隨著元件老化，故障率增大。

d) 開蓋安全門鎖保護需要人為來判斷。當(dāng)缸內(nèi)壓力已超過安全壓力、缸內(nèi)溫度已超過安全溫度或者風(fēng)機還在運行時，缸蓋仍然能夠打開，存在較大的安全隱患。

3 改造方案

3.1 外觀結(jié)構(gòu)

機器改造前采用豎式結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)在缸體內(nèi)的風(fēng)阻較大，需穿過管道、爬坡轉(zhuǎn)彎等導(dǎo)致升溫或冷凝效率降低；機器改造后采用臥式結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)在缸體內(nèi)的風(fēng)阻變小，水平穿過每個結(jié)構(gòu)，路徑變短，升溫或冷凝效率提高。

3.2 加熱器

機器改造前蒸汽走加熱器管內(nèi)，其換熱面積為78 m2；改造后蒸汽走加熱器管外，換熱面積增大為83.3 m2，換熱面積較改造前增大，改造之后加熱器加熱效率提高。

3.3 電控柜

機器改造前采用溫度控制器、時間繼電器和星三角控制；機器改造后采用德國Setex707型電腦和PLC模塊、變頻器控制風(fēng)機，可設(shè)定多個烘干工藝，適用于不同品種的紗線[3]。PLC模塊的使用，不僅提高了設(shè)備穩(wěn)定性、降低了維修率，而且各種傳感器都可以接入控制，進行數(shù)據(jù)跟蹤和優(yōu)化；變頻器的應(yīng)用，可實現(xiàn)不同階段的速度調(diào)節(jié)，節(jié)約能耗。

3.4 風(fēng)機控制

機器改造前風(fēng)機的電機采用星三角控制，無法自動控制速度，能耗較高；機器改造后風(fēng)機的電機采用變頻器控制，根據(jù)染程設(shè)定變頻器控制速度，可實現(xiàn)自動調(diào)速。

3.5 壓力控制

壓力控制采用壓力開關(guān)保護和壓力傳感器控制模式，以提高壓力控制的準(zhǔn)確性。機器改造前烘干的工作壓力為低壓0.38 MPa，缸內(nèi)傳播載體空氣的密度低，可用于熱量交換、冷凝的介質(zhì)偏少，烘干時間約為90 min；改造后烘干的工作壓力為0.40 MPa～0.44 MPa，缸內(nèi)傳播載體空氣的密度增加，可用于熱量交換、冷凝的介質(zhì)增加，烘干時間約為60 min，縮短了1/3。

3.6 增加多種能耗計量儀表

熱風(fēng)烘干機增加了多種能耗計量儀表，如冷水/熱水統(tǒng)計表、壓縮空氣消耗統(tǒng)計表、電量消耗統(tǒng)計表和蒸汽消耗統(tǒng)計表等，方便企業(yè)計算成本、優(yōu)化相關(guān)機器參數(shù)。

3.7 冷凝器

機器改造前冷卻水走管內(nèi)，冷凝面積為53 m2；改造后冷卻水走管外，冷凝面積為65.2 m2，冷凝面積較改造前增加、冷凝效率提高。同時增加冷卻水水溫監(jiān)測裝置，在機械流程圖上實時顯示當(dāng)前冷卻水出入口的溫度，通過調(diào)節(jié)閥門大小提高冷卻水利用效率，避免浪費；增加單獨的汽水分離裝置，可大幅度提高冷凝后的水汽分離效果。

3.8 增加濕度檢測裝置

機器改造后增加了干燥缸出口濕度計和冷凝器出口濕度計，通過觀察濕度變化決定是否提前結(jié)束烘紗，通過觀察濕度曲線波動率調(diào)整冷卻水供應(yīng)量。濕度在機械流程圖上實時顯示，并提供濕度歷史記錄曲線查詢。

3.9 加裝小冷卻器

機器改造后增加小冷卻器，小冷卻器內(nèi)部有一副由W板組成的冷卻管路，主要作用是在濕熱風(fēng)進入冷凝器之前，進行第1次冷凝，增加冷凝水的凝結(jié)率，縮短整個烘干時間。

3.10 使用電腦智能控制開關(guān)

當(dāng)同時滿足缸內(nèi)壓力低于安全壓力、缸內(nèi)溫度低于安全溫度、以及風(fēng)機和電腦未運行時，缸蓋安全門鎖才能打開，方可開蓋；電腦運行后自動上鎖，避免人為忘記關(guān)閉造成的安全隱患。

3.11 其他優(yōu)化改進

為了進一步提升熱風(fēng)烘干機工作效果，公司還進行了以下改進：

a) 將壓縮空氣管路由干燥缸入口改到小冷卻器頂部位置，壓縮空氣由上注入，增加脫水效果。

b) 冷凝器入口安裝緩沖網(wǎng)板，使熱風(fēng)均勻進入冷凝器。

c) 冷凝器安裝“人”字型過濾網(wǎng)，增加2個觀察口；汽水分離裝置的篩網(wǎng)部分可有效過濾掉冷凝出的大量水分，達(dá)到水汽分離的目的。

d) 在調(diào)試過程中對比發(fā)現(xiàn)，烘干前期用熱水和后期用冷水的冷熱混合方式較為合理，經(jīng)過多批次綜合烘干試驗，最終確定以約50 ℃的冷熱混合中溫水作為冷卻水最佳節(jié)能方案。

4 實施效果

4.1熱風(fēng)烘干機經(jīng)過改造后，烘干時間從90 min減少到60 min，烘干時間縮短了1/3，效率提高了約30%。

4.2相比國產(chǎn)某品牌熱風(fēng)烘干機，改造后的熱風(fēng)烘干機噸紗多用電98.2 kW·h，蒸汽量節(jié)約0.33 t，用水量減少41.7 t，合計每噸紗節(jié)省235元；漂染工廠共4臺熱風(fēng)烘干機：2臺烘干量為200 kg/h，1臺烘干量為90 kg/h，1臺烘干量為300 kg/h，年均烘干量為5149 t紗。2臺200 kg/h熱風(fēng)烘干機改造完成后，每年可為企業(yè)節(jié)約資金約62萬元。

5 結(jié)語

改造后的熱風(fēng)烘干機引入先進的PLC、變頻器和觸摸屏控制方式，增強工藝的分析和追溯功能；采用壓力開關(guān)保護和壓力傳感器的控制模式，提高壓力控制的準(zhǔn)確性；增加各種能耗記錄儀器，在觸摸屏上顯示各項參數(shù)的運行曲線，方便計算成本，優(yōu)化參數(shù)，使整個熱風(fēng)烘干過程實現(xiàn)閉環(huán)管理與控制。同時，考慮設(shè)備的運行安全，使用電腦智能判斷條件控制缸蓋安全鎖，避免人為忘記關(guān)閉缸蓋安全鎖造成的人身安全隱患。綜上，改造后大幅降低了熱風(fēng)烘干機的能源消耗、提升了烘干效率和安全性。