一、前言
熱定型過程是在定型機(jī)的烘箱內(nèi)完,濕織物以一定的速度連續(xù)通過烘箱,供熱設(shè)備提供的熱空氣在設(shè)置于烘箱一側(cè)的大功率鼓風(fēng)機(jī)作用下,經(jīng)過風(fēng)量分配機(jī)構(gòu)的調(diào)整,以一定流量分別進(jìn)入上、下風(fēng)道中。并且在上、下風(fēng)道與印染織物接近的表面上均勻分布有熱風(fēng)噴嘴,當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)鼓入的熱空氣在風(fēng)道內(nèi)經(jīng)熱風(fēng)噴嘴后,會形成一定的風(fēng)速雙向作用于濕織物的整個幅面,從而實現(xiàn)了對印染織物的熨燙。并且熨燙后的濕熱廢氣會經(jīng)過抽氣機(jī)進(jìn)入廢氣換熱器中,通過與常溫的空氣交換熱量之后再排出。一般每臺熱定型機(jī)是由5~10節(jié)烘箱串接而成,每節(jié)烘箱中有一個加熱室,而且整臺定型機(jī)的體積龐大,動力源與熱源數(shù)量眾多,包括熱空氣供熱、導(dǎo)熱油供熱[1]、中壓中溫蒸汽供熱等形式,從而使得熱定型工段的耗能占到整個印染生產(chǎn)過程中的總能耗1/3以上,廢氣排放量占印染廢氣排放總量1/2以上。同時熱定型一般是整個印染過程的最后一道工序,因此熱定型機(jī)在很大程度上會影響著產(chǎn)品的質(zhì)量與性能,而將清潔能源供熱技術(shù)應(yīng)用到熱定型機(jī)中,可以提高熱能的利用效率、降低能耗,提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
二、燃天然氣熱風(fēng)爐供熱
1燃天然氣直接式熱風(fēng)爐供熱
燃天然氣直接式熱風(fēng)爐是使用天然氣作為燃料,最好配置低氮燃燒器,并且采用高速交叉回流旋卷的工作原理進(jìn)行設(shè)計制造,筆者設(shè)計開發(fā)的直接式熱風(fēng)爐是由燃燒室、保溫層、爐殼體等部分組合構(gòu)成的。燃燒室是采用扇形耐火磚、耐熱層和保溫層砌筑而成,同時在燃燒室尾部交叉匯流成為混合段、在熱風(fēng)與摻冷風(fēng)的會聚混合段,需要安裝兩組熱電偶及相應(yīng)二次儀表,以便對燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥進(jìn)行手動和自動控制。
燃天然氣燃燒器的運行方式有單段火、兩段火、兩段漸進(jìn)式以及比例調(diào)節(jié)式。在同等條件下可優(yōu)先采用比例調(diào)節(jié)式;如果燃燒器經(jīng)常在較低負(fù)荷下運行時,應(yīng)針對燃燒工況進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)整。燃天然氣的燃燒器選型時調(diào)節(jié)幅度要大,從而能夠適應(yīng)負(fù)荷變化的需要,以保證在不同工況下完全穩(wěn)定的燃燒;同時還要避免燃燒器反復(fù)起停,以減少熱風(fēng)爐的熱損失。
直接式熱風(fēng)爐的燃燒器可選用雙段滑動式燃燒天然氣型號,并可根據(jù)用戶的具體要求,可以配置冷風(fēng)——天然氣自動比例式調(diào)節(jié)器,這樣就能適應(yīng)熱定型機(jī)對熱風(fēng)溫度的變化需求,從而對燃燒天然氣的氣量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。燃天然氣直接式熱風(fēng)爐可提供溫度低于500℃以下的煙氣式熱風(fēng),熱風(fēng)溫度可以根據(jù)印染定型的生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行設(shè)定,升溫速度快、溫控精度高,可以滿足定型機(jī)的供熱需要,煙氣式熱風(fēng)在熱烘箱內(nèi)可達(dá)到所需的印染定型工藝溫度。
采用燃天然氣直接式熱風(fēng)爐供熱定型機(jī)的能耗比較低,這是因為天然氣直燃式加熱定型機(jī)時,熱能沒有經(jīng)過多次熱交換的過程,所以熱能利用效率會比較高。通常采用天然氣直接式熱風(fēng)爐供熱定型機(jī)的成本,是燃生物質(zhì)固硫型煤導(dǎo)熱油爐加熱定型機(jī)的成本一倍左右。
2燃天然氣間接式熱風(fēng)爐供熱
燃天然氣直接式熱風(fēng)爐供熱定型機(jī)時,對漂白產(chǎn)品質(zhì)量會有影響,所以為了保證漂白產(chǎn)品的質(zhì)量,需要采用燃天然氣間接式熱風(fēng)爐供熱定型機(jī)。
燃天然氣間接式熱風(fēng)爐是以天然氣為燃料產(chǎn)生清潔空氣式熱風(fēng)的加熱爐,該爐型可以提供溫度低于350℃的清潔干凈熱空氣,因此不會污染定型化纖織物和棉布織物。并且燃天然氣間接式熱風(fēng)爐的供熱能力調(diào)節(jié)范圍大,運行成本較低,運行操作方便,自動控制水平高,控溫精度較高。
燃天然氣間接式熱風(fēng)爐是由天然氣燃燒器、鼓風(fēng)機(jī)、換熱簡體、自動控制系統(tǒng)等部分組成。天然氣經(jīng)過燃燒器高效燃燒后生成了高溫?zé)煔?,再通過換熱簡體或者換熱管子將鼓風(fēng)機(jī)輸入的干凈冷空氣,間接地加熱到定型機(jī)所要求的印染定型溫度,并且供給熱定型機(jī)烘箱所需要的是清潔式高溫?zé)犸L(fēng)。同時爐子的自動控制系統(tǒng)通過對燃燒天然氣的氣量進(jìn)行自動控制調(diào)節(jié),以達(dá)到爐子的輸出熱風(fēng)溫度能夠滿足印染定型溫度的要求。
筆者設(shè)計開發(fā)的燃天然氣間接式熱風(fēng)爐的換熱筒體為煙氣和空氣雙回程輻射——對流換熱器,該換熱筒體是集燃燒與換熱為一體,并使得煙氣和空氣各走其道,最終空氣經(jīng)過爐子被加熱后絕對無污染[2]。同時為了降低煙氣的排出溫度,減少NOx排放量,提高爐子熱效率,在換熱簡體內(nèi)設(shè)計了煙氣再循環(huán)系統(tǒng),即增設(shè)了煙氣回流室,其作用是換熱完成之后的部分煙氣回流,與燃燒器產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)行混合后,再次循環(huán)參加爐子的換熱過程。由于煙氣的回流作用會使得天然氣的燃燒溫度降低,從而減少了向大氣環(huán)境排出的煙氣總量,并且降低了NOx排放量,最終減少了對人氣環(huán)境造成的污染。
三、燃生物質(zhì)能導(dǎo)熱油爐供熱
熱定型機(jī)的平均熱能利用率只有24%~29%左右,大部分熱量會隨熱風(fēng)直接從烘箱中抽山,排放到大氣中,廢氣散發(fā)的熱能達(dá)到61%,故能源浪費十分嚴(yán)重。但是燃生物質(zhì)能導(dǎo)熱油爐卻能夠提供穩(wěn)定的高溫導(dǎo)熱油,再去加熱烘箱中的干凈空氣,故完全可以滿足定型機(jī)的供熱需要,同時還可以為蒸化機(jī)、烘焙機(jī)等其它需要高溫的設(shè)備供熱,而這些高溫設(shè)備的天然氣直燃式熱風(fēng)供熱改造技術(shù)目前還不夠成熟完善。
1燃生物質(zhì)顆粒燃料導(dǎo)熱油爐供熱
生物質(zhì)顆粒燃料作為一種新型的清潔能源,是采用木屑、秸稈、稻殼、玉米芯、樹枝、麥桿、稻草等農(nóng)林廢棄物為原料,經(jīng)過粉碎、烘干、混合、擠壓等工藝,制成的一種顆粒狀可直接燃燒的新型潔凈燃料。由于燃料的形狀為顆粒狀,故壓縮了體積,節(jié)省了儲存空間,同時也便于運輸,減少了運輸成本。另外生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒效率較高,易于完全燃燒,殘留量很少。
臥式鏈條爐排方箱形燃生物質(zhì)顆粒燃料的導(dǎo)熱油爐,是由臥式方箱形爐本體和鏈條爐排燃燒裝置兩部分組成,爐膛內(nèi)輻射受熱面是將直徑相同的數(shù)根爐管密集地沿爐身盤卷而成螺旋長方形盤管密排布置,不僅密封性能好,保溫隔熱材料用量少,而且能較好地與機(jī)械化鏈條爐排燃燒裝置相匹配[3]。對流受熱面采用多組蛇形管片結(jié)構(gòu),并且在爐頂部位布置了多根頂棚管,爐管受熱面和進(jìn)出口集箱互相連接,構(gòu)成了爐本體支撐框架。另外筆者在結(jié)構(gòu)設(shè)計上配備了二次風(fēng)結(jié)構(gòu),二次風(fēng)約占總風(fēng)量的30%,在燃生物質(zhì)顆粒燃料導(dǎo)熱油爐的燃燒中起到十分關(guān)鍵的作用。二次風(fēng)旋流攪拌爐膛內(nèi)氣體使之混合,使?fàn)t內(nèi)煙氣產(chǎn)生漩渦,延長懸浮的飛灰及飛灰可燃物在爐膛內(nèi)的行程,使飛灰量及飛灰可燃物量進(jìn)一步降低。此外,二次風(fēng)對懸浮可燃物提供了新鮮空氣,有利于提高導(dǎo)熱油爐的熱效率,降低導(dǎo)熱油爐初始排煙濃度。由于采用了旋流強(qiáng)化對流換熱技術(shù),使得煙氣低溫差換熱更加優(yōu)化,并且不容易積灰。另外,采用了喉口及爐膛出口煙氣溫度控制技術(shù),可以使導(dǎo)熱油加熱過程更加均衡穩(wěn)定。
燃生物質(zhì)能導(dǎo)熱油爐輸出的高溫導(dǎo)熱油,經(jīng)由循環(huán)熱油泵輸送到熱定型機(jī)烘箱內(nèi)的翅片式散熱器中,導(dǎo)熱油攜帶的熱量經(jīng)散熱器傳遞給空氣,熱空氣再經(jīng)噴嘴吹到布面上,將熱量傳遞織物,最后由循環(huán)風(fēng)機(jī)抽出。造成熱損失最大的可能因素是定型機(jī)烘箱的排風(fēng)過程,從烘箱排出的高溫廢氣中,只有一部分是水蒸汽,其余的為熱空氣,所以可采用廢氣熱能回收裝置,將烘箱排出的高溫廢氣余熱回收利用。排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可通過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié),當(dāng)排風(fēng)量過大時也可通過排風(fēng)管上的風(fēng)門來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
生物質(zhì)顆粒燃料的特點是:燃燒點低、易于點火、顆粒密度較高,發(fā)熱量在l5900~20100KJ/kg之間,經(jīng)炭化后的發(fā)熱量高達(dá)29300~33500KJ/kg。生物質(zhì)顆粒燃料不含硫、磷,燃燒時不產(chǎn)生二氧化硫和五氧化二磷,因而不會導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生,不會污染大氣環(huán)境,具有很好的環(huán)保效益。燃生物質(zhì)顆粒燃料導(dǎo)熱油爐如果滿負(fù)荷運行時是:純無黑煙,林格曼黑度為0,爐膛揮發(fā)分燃盡率為100%,排出灰渣含碳量為3%~5%,總體燃盡率為95%~97%,故節(jié)能效果顯著。另外,燃燒后的灰燼還可以作為鉀肥直接使用,從而可以更好地為企業(yè)創(chuàng)利??傊镔|(zhì)顆粒燃料作為一種新型的清潔能源,以其特有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和環(huán)保效益,完全符合了可持續(xù)發(fā)展的要求。
2燃生物質(zhì)固硫型煤導(dǎo)熱油爐供熱
生物質(zhì)固硫型煤屬于干式冷態(tài)成型煤,其內(nèi)部加入了纖維狀態(tài)的生物質(zhì),如稻草、玉米稈、秸稈等,生物質(zhì)不僅具有粘結(jié)作用,而且還有助燃作用。生物質(zhì)固硫型煤進(jìn)入導(dǎo)熱油爐的爐膛后,由于爐膛的高溫輻射,生物質(zhì)首先燃燒,并且由于型煤表面形成了蜂窩狀,使氧氣能夠逐漸進(jìn)入型煤內(nèi)部,同時增大了燃燒面積,加快了燃燒速度,故使燃燒充分而完全。燃生物質(zhì)固硫型煤導(dǎo)熱油爐輸出的高溫導(dǎo)熱油,通過熱油循環(huán)泵輸送給熱定型機(jī)烘箱中的翅片式散熱器內(nèi),再加熱空氣,而被加熱后的熱風(fēng)經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)送入噴嘴,吹到濕織物上,蒸發(fā)織物上的水,并且加熱織物使之達(dá)到工藝所需的溫度。
生物質(zhì)固硫型煤采用干式工藝生產(chǎn),煤料干度必須達(dá)到含水<4%,生物質(zhì)含水<7%。生物質(zhì)固硫型煤在導(dǎo)熱油爐中燃燒效果很好,爐渣含碳量可達(dá)8%~10%,同時通過加入消煙固硫劑,還可達(dá)到較好的消煙、固硫效果,脫硫率最高可達(dá)71.9%。
生物質(zhì)固硫型煤使燃燒過程中產(chǎn)生的SO2與固硫劑作用,生成硫酸鹽而被固定在灰渣中,從而減少了SO2的排放量,常用的固硫劑可分為鈣系、鈉系及其他金屬氧化物三大類,鈣系固硫劑如石灰石(CaCO3)或消石灰[Ca(OH)2],因其來源廣、易取得、價格低,故成為工業(yè)加工中最常用的燃煤固硫劑。目前生物質(zhì)固硫型煤常采用石灰石粉作為固硫劑,生物質(zhì)選用破碎的稻草或玉米稈,生物質(zhì)與原料煤的質(zhì)量比通常為15%左右。這樣生產(chǎn)出來的生物質(zhì)固硫型煤具有高熱值、易點燃、不會結(jié)焦、火焰較長、煙塵量較低、環(huán)保效果較好等特點。
筆者設(shè)計開發(fā)的燃生物質(zhì)固硫型煤導(dǎo)熱油爐是將一次能源(煤炭)和可再生能源(生物質(zhì))結(jié)合在一起,是一種把節(jié)能減排技術(shù)與潔凈生物質(zhì)型煤燃燒技術(shù)相結(jié)合的清潔能源產(chǎn)品[4]。燃生物質(zhì)固硫型煤導(dǎo)熱油爐具有如下的優(yōu)點:易點火燃燒,并且燃燒時間長,燃盡率高、熱值高。另外有明顯的固硫、固塵效果,固硫率可達(dá)50%~70%。同時在燃燒過程中,SO2排放可減少60%以上,煙塵排放可減少90%以上,減排效果明顯。如果采用煤泥、煤粉、無煙煤等低質(zhì)原料混配,總節(jié)煤率可達(dá)30%以上,故節(jié)能效果明顯。
3燃沼氣導(dǎo)熱油爐供熱
沼氣是指有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而生成的一種可燃性混合氣體,其主要成份是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2),通常情況下甲烷約占60%、二氧化碳約占40%。此外還有少量氫氣(H2)、氮氣(N2)、一氧化碳(CO)、硫化氫(H2S)和氨氣(NH3)等。沼氣發(fā)酵工藝是指在厭氧條件下,通過沼氣發(fā)酵微生物的活動,處理有機(jī)廢棄物并制取沼氣的過程。沼氣發(fā)酵的工藝流程為:原料收集、預(yù)處理、消化器(厭氧反應(yīng)器)處理、出料后處理、沼氣凈化與儲存。
筆者設(shè)計開發(fā)的燃沼氣導(dǎo)熱油爐是由沼氣燃燒器、爐本體、保溫層、圓筒鋼殼體、鍍鋅彩板外殼、煙氣出口等幾部分組成[5]。爐本體結(jié)構(gòu)采用圓形盤管式結(jié)構(gòu),爐管的受熱面由鋼管盤繞成的具有一定直徑、一定長度的幾組同心管圈組成;管圈中管子與管子無間隙密排布置,管圈既作為受熱面又作為煙氣隔墻。內(nèi)圈盤管包圍的圓柱形空間是燃燒室,沼氣在燃燒室內(nèi)燃燒經(jīng)輻射放熱后,高溫?zé)煔庖来芜M(jìn)入內(nèi)圈盤管與中圈盤管、以及中圈盤管與外圈盤管之間的煙氣通道,經(jīng)兩回程的對流換熱,煙氣由爐體后部進(jìn)入尾部煙氣余熱回收裝置,并經(jīng)環(huán)保處理后,最終引至煙囪排入大氣中。內(nèi)圈盤管的內(nèi)側(cè)為輻射受熱面,而內(nèi)圈盤管的外側(cè)與中圈盤管、外圈盤管的內(nèi)側(cè)表面構(gòu)成對流受熱面。
燃沼氣導(dǎo)熱油爐供熱是燃燒沼氣產(chǎn)生的熱量被爐膛中螺旋盤管內(nèi)的導(dǎo)熱油吸收,再由循環(huán)熱油泵送到定型機(jī)烘箱的熱交換器中,空氣經(jīng)熱交換器加熱后,再經(jīng)噴嘴吹到濕織物的表面上,部分熱風(fēng)帶著從織物上蒸發(fā)的水氣和其他揮發(fā)性物質(zhì),由排風(fēng)機(jī)抽出,并經(jīng)環(huán)保處理后從廢氣管道排到室外。所以,燃沼氣導(dǎo)熱油爐供熱是一項保護(hù)綠色環(huán)境、實現(xiàn)節(jié)能減排的清潔能源供熱技術(shù)。
在印染定型生產(chǎn)工藝的中、后整理過程中間需要進(jìn)行加熱,尤其是熱定型機(jī)需要提供高達(dá)180~250℃的定型溫度,用于化纖織造物定型工藝要求,但如果印染企業(yè)內(nèi)沒有沼氣的來源,也可以采用燃天然氣導(dǎo)熱油爐供熱的方法[6],對熱定型機(jī)烘箱進(jìn)行供熱。
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