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清洁能源供热技术在印染定型机中的应用研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-02-21  作者:汪琦,张慧芬,俞红啸,汪育佑  浏览次数:329
核心提示:一、前言热定型过程是在定型机的烘箱内完,湿织物以一定的速度连续通过烘箱,供热设备提供的热空气在设置于烘箱一侧的大功率鼓风
一、前言
        热定型过程是在定型机的烘箱内完,湿织物以一定的速度连续通过烘箱,供热设备提供的热空气在设置于烘箱一侧的大功率鼓风机作用下,经过风量分配机构的调整,以一定流量分别进入上、下风道中。并且在上、下风道与印染织物接近的表面上均匀分布有热风喷嘴,当鼓风机鼓入的热空气在风道内经热风喷嘴后,会形成一定的风速双向作用于湿织物的整个幅面,从而实现了对印染织物的熨烫。并且熨烫后的湿热废气会经过抽气机进入废气换热器中,通过与常温的空气交换热量之后再排出。一般每台热定型机是由5~10节烘箱串接而成,每节烘箱中有一个加热室,而且整台定型机的体积庞大,动力源与热源数量众多,包括热空气供热、导热油供热[1]、中压中温蒸汽供热等形式,从而使得热定型工段的耗能占到整个印染生产过程中的总能耗1/3以上,废气排放量占印染废气排放总量1/2以上。同时热定型一般是整个印染过程的最后一道工序,因此热定型机在很大程度上会影响着产品的质量与性能,而将清洁能源供热技术应用到热定型机中,可以提高热能的利用效率、降低能耗,提高产品的稳定性、增加企业的经济效益。
二、燃天然气热风炉供热
1燃天然气直接式热风炉供热
        燃天然气直接式热风炉是使用天然气作为燃料,最好配置低氮燃烧器,并且采用高速交叉回流旋卷的工作原理进行设计制造,笔者设计开发的直接式热风炉是由燃烧室、保温层、炉壳体等部分组合构成的。燃烧室是采用扇形耐火砖、耐热层和保温层砌筑而成,同时在燃烧室尾部交叉汇流成为混合段、在热风与掺冷风的会聚混合段,需要安装两组热电偶及相应二次仪表,以便对燃气调节阀进行手动和自动控制。
        燃天然气燃烧器的运行方式有单段火、两段火、两段渐进式以及比例调节式。在同等条件下可优先采用比例调节式;如果燃烧器经常在较低负荷下运行时,应针对燃烧工况进行适应性的调整。燃天然气的燃烧器选型时调节幅度要大,从而能够适应负荷变化的需要,以保证在不同工况下完全稳定的燃烧;同时还要避免燃烧器反复起停,以减少热风炉的热损失。
        直接式热风炉的燃烧器可选用双段滑动式燃烧天然气型号,并可根据用户的具体要求,可以配置冷风——天然气自动比例式调节器,这样就能适应热定型机对热风温度的变化需求,从而对燃烧天然气的气量进行自动调节。燃天然气直接式热风炉可提供温度低于500℃以下的烟气式热风,热风温度可以根据印染定型的生产工艺条件进行设定,升温速度快、温控精度高,可以满足定型机的供热需要,烟气式热风在热烘箱内可达到所需的印染定型工艺温度。
        采用燃天然气直接式热风炉供热定型机的能耗比较低,这是因为天然气直燃式加热定型机时,热能没有经过多次热交换的过程,所以热能利用效率会比较高。通常采用天然气直接式热风炉供热定型机的成本,是燃生物质固硫型煤导热油炉加热定型机的成本一倍左右。
2燃天然气间接式热风炉供热
        燃天然气直接式热风炉供热定型机时,对漂白产品质量会有影响,所以为了保证漂白产品的质量,需要采用燃天然气间接式热风炉供热定型机。
燃天然气间接式热风炉是以天然气为燃料产生清洁空气式热风的加热炉,该炉型可以提供温度低于350℃的清洁干净热空气,因此不会污染定型化纤织物和棉布织物。并且燃天然气间接式热风炉的供热能力调节范围大,运行成本较低,运行操作方便,自动控制水平高,控温精度较高。
        燃天然气间接式热风炉是由天然气燃烧器、鼓风机、换热简体、自动控制系统等部分组成。天然气经过燃烧器高效燃烧后生成了高温烟气,再通过换热简体或者换热管子将鼓风机输入的干净冷空气,间接地加热到定型机所要求的印染定型温度,并且供给热定型机烘箱所需要的是清洁式高温热风。同时炉子的自动控制系统通过对燃烧天然气的气量进行自动控制调节,以达到炉子的输出热风温度能够满足印染定型温度的要求。
        笔者设计开发的燃天然气间接式热风炉的换热筒体为烟气和空气双回程辐射——对流换热器,该换热筒体是集燃烧与换热为一体,并使得烟气和空气各走其道,最终空气经过炉子被加热后绝对无污染[2]。同时为了降低烟气的排出温度,减少NOx排放量,提高炉子热效率,在换热简体内设计了烟气再循环系统,即增设了烟气回流室,其作用是换热完成之后的部分烟气回流,与燃烧器产生的高温烟气进行混合后,再次循环参加炉子的换热过程。由于烟气的回流作用会使得天然气的燃烧温度降低,从而减少了向大气环境排出的烟气总量,并且降低了NOx排放量,最终减少了对人气环境造成的污染。
三、燃生物质能导热油炉供热
        热定型机的平均热能利用率只有24%~29%左右,大部分热量会随热风直接从烘箱中抽山,排放到大气中,废气散发的热能达到61%,故能源浪费十分严重。但是燃生物质能导热油炉却能够提供稳定的高温导热油,再去加热烘箱中的干净空气,故完全可以满足定型机的供热需要,同时还可以为蒸化机、烘焙机等其它需要高温的设备供热,而这些高温设备的天然气直燃式热风供热改造技术目前还不够成熟完善。
1燃生物质颗粒燃料导热油炉供热
        生物质颗粒燃料作为一种新型的清洁能源,是采用木屑、秸秆、稻壳、玉米芯、树枝、麦杆、稻草等农林废弃物为原料,经过粉碎、烘干、混合、挤压等工艺,制成的一种颗粒状可直接燃烧的新型洁净燃料。由于燃料的形状为颗粒状,故压缩了体积,节省了储存空间,同时也便于运输,减少了运输成本。另外生物质颗粒燃料的燃烧效率较高,易于完全燃烧,残留量很少。
        卧式链条炉排方箱形燃生物质颗粒燃料的导热油炉,是由卧式方箱形炉本体和链条炉排燃烧装置两部分组成,炉膛内辐射受热面是将直径相同的数根炉管密集地沿炉身盘卷而成螺旋长方形盘管密排布置,不仅密封性能好,保温隔热材料用量少,而且能较好地与机械化链条炉排燃烧装置相匹配[3]。对流受热面采用多组蛇形管片结构,并且在炉顶部位布置了多根顶棚管,炉管受热面和进出口集箱互相连接,构成了炉本体支撑框架。另外笔者在结构设计上配备了二次风结构,二次风约占总风量的30%,在燃生物质颗粒燃料导热油炉的燃烧中起到十分关键的作用。二次风旋流搅拌炉膛内气体使之混合,使炉内烟气产生漩涡,延长悬浮的飞灰及飞灰可燃物在炉膛内的行程,使飞灰量及飞灰可燃物量进一步降低。此外,二次风对悬浮可燃物提供了新鲜空气,有利于提高导热油炉的热效率,降低导热油炉初始排烟浓度。由于采用了旋流强化对流换热技术,使得烟气低温差换热更加优化,并且不容易积灰。另外,采用了喉口及炉膛出口烟气温度控制技术,可以使导热油加热过程更加均衡稳定。
        燃生物质能导热油炉输出的高温导热油,经由循环热油泵输送到热定型机烘箱内的翅片式散热器中,导热油携带的热量经散热器传递给空气,热空气再经喷嘴吹到布面上,将热量传递织物,最后由循环风机抽出。造成热损失最大的可能因素是定型机烘箱的排风过程,从烘箱排出的高温废气中,只有一部分是水蒸汽,其余的为热空气,所以可采用废气热能回收装置,将烘箱排出的高温废气余热回收利用。排风机的风量可通过风机转速来调节,当排风量过大时也可通过排风管上的风门来进行调节。
生物质颗粒燃料的特点是:燃烧点低、易于点火、颗粒密度较高,发热量在l5900~20100KJ/kg之间,经炭化后的发热量高达29300~33500KJ/kg。生物质颗粒燃料不含硫、磷,燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷,因而不会导致酸雨的产生,不会污染大气环境,具有很好的环保效益。燃生物质颗粒燃料导热油炉如果满负荷运行时是:纯无黑烟,林格曼黑度为0,炉膛挥发分燃尽率为100%,排出灰渣含碳量为3%~5%,总体燃尽率为95%~97%,故节能效果显著。另外,燃烧后的灰烬还可以作为钾肥直接使用,从而可以更好地为企业创利。总之,生物质颗粒燃料作为一种新型的清洁能源,以其特有的经济优势和环保效益,完全符合了可持续发展的要求。
2燃生物质固硫型煤导热油炉供热
        生物质固硫型煤属于干式冷态成型煤,其内部加入了纤维状态的生物质,如稻草、玉米秆、秸秆等,生物质不仅具有粘结作用,而且还有助燃作用。生物质固硫型煤进入导热油炉的炉膛后,由于炉膛的高温辐射,生物质首先燃烧,并且由于型煤表面形成了蜂窝状,使氧气能够逐渐进入型煤内部,同时增大了燃烧面积,加快了燃烧速度,故使燃烧充分而完全。燃生物质固硫型煤导热油炉输出的高温导热油,通过热油循环泵输送给热定型机烘箱中的翅片式散热器内,再加热空气,而被加热后的热风经循环风机送入喷嘴,吹到湿织物上,蒸发织物上的水,并且加热织物使之达到工艺所需的温度。
       生物质固硫型煤采用干式工艺生产,煤料干度必须达到含水<4%,生物质含水<7%。生物质固硫型煤在导热油炉中燃烧效果很好,炉渣含碳量可达8%~10%,同时通过加入消烟固硫剂,还可达到较好的消烟、固硫效果,脱硫率最高可达71.9%。
生物质固硫型煤使燃烧过程中产生的SO2与固硫剂作用,生成硫酸盐而被固定在灰渣中,从而减少了SO2的排放量,常用的固硫剂可分为钙系、钠系及其他金属氧化物三大类,钙系固硫剂如石灰石(CaCO3)或消石灰[Ca(OH)2],因其来源广、易取得、价格低,故成为工业加工中最常用的燃煤固硫剂。目前生物质固硫型煤常采用石灰石粉作为固硫剂,生物质选用破碎的稻草或玉米秆,生物质与原料煤的质量比通常为15%左右。这样生产出来的生物质固硫型煤具有高热值、易点燃、不会结焦、火焰较长、烟尘量较低、环保效果较好等特点。
       笔者设计开发的燃生物质固硫型煤导热油炉是将一次能源(煤炭)和可再生能源(生物质)结合在一起,是一种把节能减排技术与洁净生物质型煤燃烧技术相结合的清洁能源产品[4]。燃生物质固硫型煤导热油炉具有如下的优点:易点火燃烧,并且燃烧时间长,燃尽率高、热值高。另外有明显的固硫、固尘效果,固硫率可达50%~70%。同时在燃烧过程中,SO2排放可减少60%以上,烟尘排放可减少90%以上,减排效果明显。如果采用煤泥、煤粉、无烟煤等低质原料混配,总节煤率可达30%以上,故节能效果明显。
3燃沼气导热油炉供热
        沼气是指有机物在厌氧条件下经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃性混合气体,其主要成份是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2),通常情况下甲烷约占60%、二氧化碳约占40%。此外还有少量氢气(H2)、氮气(N2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)和氨气(NH3)等。沼气发酵工艺是指在厌氧条件下,通过沼气发酵微生物的活动,处理有机废弃物并制取沼气的过程。沼气发酵的工艺流程为:原料收集、预处理、消化器(厌氧反应器)处理、出料后处理、沼气净化与储存。
        笔者设计开发的燃沼气导热油炉是由沼气燃烧器、炉本体、保温层、圆筒钢壳体、镀锌彩板外壳、烟气出口等几部分组成[5]。炉本体结构采用圆形盘管式结构,炉管的受热面由钢管盘绕成的具有一定直径、一定长度的几组同心管圈组成;管圈中管子与管子无间隙密排布置,管圈既作为受热面又作为烟气隔墙。内圈盘管包围的圆柱形空间是燃烧室,沼气在燃烧室内燃烧经辐射放热后,高温烟气依次进入内圈盘管与中圈盘管、以及中圈盘管与外圈盘管之间的烟气通道,经两回程的对流换热,烟气由炉体后部进入尾部烟气余热回收装置,并经环保处理后,最终引至烟囱排入大气中。内圈盘管的内侧为辐射受热面,而内圈盘管的外侧与中圈盘管、外圈盘管的内侧表面构成对流受热面。
        燃沼气导热油炉供热是燃烧沼气产生的热量被炉膛中螺旋盘管内的导热油吸收,再由循环热油泵送到定型机烘箱的热交换器中,空气经热交换器加热后,再经喷嘴吹到湿织物的表面上,部分热风带着从织物上蒸发的水气和其他挥发性物质,由排风机抽出,并经环保处理后从废气管道排到室外。所以,燃沼气导热油炉供热是一项保护绿色环境、实现节能减排的清洁能源供热技术。
在印染定型生产工艺的中、后整理过程中间需要进行加热,尤其是热定型机需要提供高达180~250℃的定型温度,用于化纤织造物定型工艺要求,但如果印染企业内没有沼气的来源,也可以采用燃天然气导热油炉供热的方法[6],对热定型机烘箱进行供热。
 (因字数限制,完整文章见染整科技2月月刊,感谢支持!)
 
 
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