李國彪湖南省輕工紡織設計院湖南長沙（410002）

論輕工紡織行業(yè)工程設計中的熱能節(jié)能

李國彪湖南省輕工紡織設計院湖南長沙（410002）

根據(jù)輕工、紡織企業(yè)的特點，論述了在新建、改擴建工程設計中采用的一些操作性強且實用的熱能節(jié)能技術，對輕紡企業(yè)普遍存在的問題提出并探討了一些解決方法。

輕工；紡織；節(jié)能；熱能；余熱利用

前言

從鋼鐵企業(yè)到輕工、紡織企業(yè)，全世界工業(yè)部門消耗的能源占大約1／3。輕紡（如造紙廠、陶瓷廠、紡織印染廠等）行業(yè)是我國能源消耗大戶之一，節(jié)能潛力很大。目前各行業(yè)節(jié)能技術研究和推廣得到各級政府、行業(yè)以及企業(yè)的高度重視，無論是新建或改擴建工程，在清潔生產、節(jié)能、環(huán)保等方面，都有嚴格的法規(guī)和政策要求。輕紡企業(yè)中的耗熱設施是使用煤、燃油、燃氣、電等作為能源，其節(jié)能可以根據(jù)耗能和節(jié)能的方式分成熱能節(jié)能、電能節(jié)能、水節(jié)能、管理節(jié)能以及工藝節(jié)能等幾個方面。熱能節(jié)能包括了鍋爐系統(tǒng)節(jié)能、傳熱系統(tǒng)節(jié)能、耗熱設備節(jié)能以及余熱利用等方面。我院在輕紡行業(yè)有50多年的工程咨詢、設計歷史，在工程中采用先進技術、方法和節(jié)能產品方面積累了一定的經驗，取得了良好的經濟效益和社會效益。本文根據(jù)自己多年來主持和參與大中型輕紡工程項目設計過程中的一些認識和體會，將輕紡企業(yè)熱能節(jié)能的有關問題進行系統(tǒng)分析和論述，介紹一些操作性強、實用的熱能節(jié)能技術和方法。

1 鍋爐系統(tǒng)節(jié)能

在輕紡企業(yè)中，鍋爐系統(tǒng)可分為蒸汽鍋爐和熱載體鍋爐，鍋爐所使用的燃料有燃煤、燃氣和油類。目前，大多數(shù)是以燃煤為主，還有一部分是以木屑、谷殼生物質為燃料。

1.1 蒸汽多級利用

在輕紡企業(yè)生產中，大多數(shù)以蒸汽為熱源，能耗量大的企業(yè)都有熱電聯(lián)產機組，有熱電聯(lián)產機組的企業(yè)，可以多次分級利用蒸汽，提高蒸汽熱焓的利用率。如圖1所示。

圖1 某紡織印染企業(yè)蒸汽多級利用的實例

在實際生產中，要做到蒸汽多級利用需要產生高品位的蒸汽，然后在分級利用過程降溫降壓，使熱能得到充分的利用。在蒸汽多級利用的設計過程中應該考慮到以下因素：

⑴.供汽的距離；

⑵.輕紡工藝主要設備（如：熱定型機）的配置情況是否適應；

⑶.各種蒸汽的需求量和壓力情況；

⑷.各種設備的場地環(huán)境情況。

除了以上因素外，還應該考慮人員和輔助設備的配套情況。

1.2 熱載體鍋爐的利用

熱載體鍋爐加熱的介質是高溫導熱油。使用高溫導熱油作為導熱介質具有一定的優(yōu)點，即可以較好地利用介質的余熱。同時，高溫導熱油不會冷凝，供熱穩(wěn)定，容易控制。如某紡織印染企業(yè)同時需要蒸汽和高溫導熱油供熱，為了減少鍋爐的數(shù)量，采用熱載體鍋爐產生蒸汽。其工作流程如圖2所示。

從原理上討論，該工作流程在產生蒸汽過程中需要兩步熱轉換，即燃煤－加熱導熱油－蒸汽，與常規(guī)的蒸汽鍋爐相比較增加了一個環(huán)節(jié)，降低了熱能利用率。但是，由于充分利用了高溫導熱油的余熱，同時，蒸汽和高溫導熱油的負荷與熱載體鍋爐的負荷相匹配，減少了部分無效能耗，簡化了管理?？梢哉f該企業(yè)的情況是一個特例。

圖2 熱載體鍋爐工作流程圖

1.3 平衡供汽

生產過程耗汽不穩(wěn)定是輕紡企業(yè)的一個特點。耗汽不均勻會導致燃燒效率下降，熱能利用率降低。這需要在設計中充分考慮各工序的平衡用汽，設置必要的控制程序。大部分企業(yè)很難徹底解決平衡供汽的問題。但可通過管理，尤其是通過生產計劃和調度，減少供汽的不均勻性。主要的方法有：

調整機臺的生產順序：對于一些配料輔助系統(tǒng)耗汽，可將耗汽峰錯開進行。如造紙的配漿、紡織染整的配液、尤其是間歇式染色生產中，耗汽也是間歇式的。因此，通過一定的方法，將各個生產工序的耗量加以平衡配置。

建立耗汽預報制度：需要較大量增加或減少蒸汽時，應該及時通知鍋爐房，讓鍋爐房做好準備，根據(jù)需要來增大或減少供汽量。

合理調整鍋爐數(shù)量：在有條件的情況下，合理調整鍋爐的使用數(shù)量也是一種較好的方法。通過調整，盡量使鍋爐運行達到飽和狀態(tài)，提高利用效率。

1.4 其他

鍋爐給水溫度、空氣溫度、爐膛氣流以及水管的除塵等都與鍋爐燃燒效率有關。在此，給出部分有關數(shù)據(jù)供參考。

⑴.給水溫度：給水溫度提高6℃，鍋爐燃料消耗降低1%。

⑵.空氣溫度：助燃空氣溫度提高20℃，可節(jié)約1%的燃料消耗。

⑶.爐膛氣流：0.25mm厚的空氣層的熱阻相當于一面330mm厚的銅墻。

⑷.傳熱面：在傳熱面上一層3mm厚的沉積物會增加2.5%的燃油消耗。

2 供熱系統(tǒng)節(jié)能

供熱系統(tǒng)是指蒸汽輸送管網或高溫熱油的輸送管網。熱能在傳輸過程會發(fā)生熱散失，因此，減少熱能在傳送過程中的損耗就是供熱系統(tǒng)節(jié)能設計中的工作內容。

2.1 保溫

容器設備、管道的保溫是防止或減少熱能在傳送過程中散失的主要方法。關于保溫有以下幾個方面的問題：

⑴保溫部位：在輕紡企業(yè)中，所輸送的蒸汽溫度在120℃以上，高溫熱油的溫度在200－240℃，與室溫相差較大。因此，供熱管網的保溫除了管道以外，還應該對閥門進行保溫。據(jù)預算，一個閥門不保溫，每年造成的熱損失折合標煤為1－3噸。

⑵管道保溫：工程設計中，對需要保熱的管道與容器都會考慮保溫，而且大多數(shù)企業(yè)都會重視。但是，不及時維修已損壞的保溫層這種現(xiàn)象不少。例如，100m長，直徑150mm的蒸汽管道在不保溫的情況下，壓力為8kg時，每年會浪費25000L的燃料油。而且40℃以上的高溫設備、管道表面，還會灼傷、燙傷工作人員。

⑶保溫層的外保護層：保溫效果不僅與保溫層的材料有關，還與保溫層的外保護層材料有關。如果外保護層是軟性的、可吸水的，那么空氣中的水會被保溫層吸收，并傳到設備、管道附近，所吸附的水份會導致熱損失。一般情況，可造成5%－10%總熱量的損失。因此，可以考慮用不銹鋼、工程塑料等不吸水的材料做外保護層。

2.2 蒸汽管道的連接方式

蒸汽管道設計中的連接有多種方式，不同的方式對蒸汽的有效利用有一定的影響。圖3中a方式連接最好，還可考慮管道對溫差的適應性。圖中c的方式雖簡單方便，但是效果不好，不宜采用。

圖3 蒸汽管道的連接方式

2.3 蒸汽輸送壓力

蒸汽在輸送過程中，會產生損失。當蒸汽的輸送量一定時，蒸汽管道直徑越小，輸送過程中所需的壓力越大，蒸汽在輸送過程中的阻力增大，壓力損耗增加。因此，適當?shù)脑龃笳羝艿赖闹睆?，有利于減少輸送過程中的壓力損耗。

2.4 蒸汽管道的泄漏

蒸汽管道的泄漏是生產中蒸汽損耗的主要部分。部分企業(yè)的員工認為不可能杜絕蒸汽的泄漏，這種認識是不對的。舉例，蒸汽壓為7kg時，直徑3mm的漏洞每年會浪費約3.8噸標準煤的熱量。

2.5 蒸汽疏水閥

蒸汽疏水閥的狀況對蒸汽的損耗有著一定的影響。疏水閥損壞可導致蒸汽的直接泄漏。因此，在實際操作中，需要對各個耗汽設備的疏水閥進行定期的檢查、維修和保養(yǎng)，以減少泄漏損失。一個損壞的疏水閥一年可以導致4－9噸標準煤的熱量損失。

2.6 蒸汽冷凝水熱能的有效利用

根據(jù)水蒸汽的熱力特征，蒸汽的有效利用率有一個極限，其最大值就是在一定條件下，蒸汽潛熱與全熱的比值，即：

以輕紡企業(yè)圓筒烘燥機為例，飽和蒸汽帶著全熱（i"）進入烘筒內，釋放出全部汽化潛熱（r，約占全部熱量80%），使附著在烘筒表面織物中的水分獲得蒸發(fā)所必需的熱量，然后以飽和水的狀態(tài)帶著顯熱（i＇）從設計安裝好的疏水器排出。圓筒烘燥機設備熱效率為60%左右，外壁熱損失占供入熱20%左右，而冷凝水排放熱損失就占20%左右。據(jù)測算一個有420只烘筒、4臺拉幅機的染整廠其排放的冷凝水（出口溫度100℃）有6t/h，含熱量達251×104kJ/h，全部讓它流入下水道，熱量的浪費、水（軟水）的浪費，長年積累數(shù)字是驚人的。

圖4是在疏水器前的壓力P1=0.5MPa（表壓）條件下制作的。該圖反映了疏水器的泄漏率以及冷凝水利用溫度的高低與熱損失的關系。由圖4可見，當泄漏率X=0,100℃利用時，冷凝水的熱損失為10%；而當50℃使用時，損失率就達到55%。

圖4 疏水熱損失計算圖

3 耗熱設備節(jié)能

這里耗熱設備是指以蒸汽或高溫熱油為熱源的生產設備。在設計實踐過程中發(fā)現(xiàn)，耗熱設備的熱利用率常常只有30%－42%。因此，耗熱設備的節(jié)能對企業(yè)減少熱能的消耗有著重要的意義。

3.1 耗熱設備的保溫

耗熱設備的保溫不僅可以直接減少熱能的消耗，還可以改善生產車間的環(huán)境，減少車間降溫所消耗的電能?，F(xiàn)在，有的生產現(xiàn)場，一邊耗熱設備散發(fā)出大量的熱能，另一邊為了降低車間的溫度，用電扇甚至用冰進行降溫。結果是增大了熱能的損失。

耗熱設備，如分汽缸、高效蒸化罐、烘筒和窯爐等，尤其是高溫高壓染色機的保溫對減少熱能的消耗具有很大的意義。以滌綸染色為例，對高溫高壓染色機機身進行保溫可以減少約1/3的熱能消耗。

目前市場供應的保溫材料能夠滿足各種熱耗設備的保溫要求。例如，常溫常壓染色機和氣流染色機的體積較大，形狀變化大，可以用涂層涂料進行保溫。對陶瓷廠窯爐的保溫就需要專用保溫材料。

3.2 提高設備的熱利用效率

產生熱利用率低下的原因很多。例如，熱定型機和烘筒烘干機進風量或者排風量過大，導致了熱量的大量散失。因此，要提高這類設備的熱利用率就必須要控制排風量或進風量，避免熱量的過量流失。

3.3 使用熱利用率高的設備

設計中選用高效節(jié)能設備，禁止選用國家發(fā)改委產業(yè)結構調整目錄中淘汰類設備。

4 余熱利用

對于用汽量比較大的輕紡企業(yè)，要較大幅度地提高熱能利用率就必須做好余熱利用工作。一般企業(yè)中，未利用的余熱占總熱耗的40%－30%。就目前的技術水平而言，做好鍋爐煙氣的余熱利用、廢水余熱利用以及造紙機、陶瓷窯爐、熱風拉幅機、熱定型機尾氣余熱利用是有益的、可行的。

4.1 煙氣的余熱利用

對于鍋爐煙氣余熱，許多企業(yè)通過采用省煤器和空氣預熱器對余熱進行利用。有的企業(yè)煙氣余熱的利用還有一定的空間。例如，對省煤器和空氣預熱器進行保溫，以提高水溫和空氣溫度。另外，部分企業(yè)的省煤器和空氣預熱器的熱交換面積太小，煙氣余熱利用率太低。

4.2 廢水的余熱利用

漿紙、印染生產過程中，部分排放的廢水水溫在60－95℃，含有大量的余熱。廢水的余熱可以通過熱交換器加熱新鮮冷水，利用其余熱。在各種熱交換器中，板式熱交換器的效果最佳，回收效率較高。由于廢水余熱的品位較低，廢水余熱利用的效益與企業(yè)的管理水平有著密切的關系。現(xiàn)場管理不完善，還導致能耗增大，余熱利用效果不理想。

4.3 窯爐、熱定型機和烘干機等尾氣余熱利用

這些設備尾氣的溫度高、排放量很大，因此余熱量也很可觀。工業(yè)窯爐、熱定型機和烘干機尾氣的余熱利用主要的方式是利用尾氣的余熱加熱進風空氣的溫度，減少熱能消耗。

結束語

經過近年來清潔生產、節(jié)能減排、節(jié)能評估工作的推動，輕工、紡織企業(yè)對節(jié)能工作的重視程度有了很大的提高，也使設計中實施的不少節(jié)能項目取得了較好的經濟和社會效益。然而，目前企業(yè)的節(jié)能工作還存在許多誤區(qū)和模糊的認識，需要認真解決。其中最主要有：

1、能源節(jié)約、計量重視不夠。目前，還有少數(shù)企業(yè)似乎只顧眼前短期利益，不考慮持續(xù)發(fā)展，不重視節(jié)能工作。在工程設計中已有的節(jié)能、計量方案往往得不到實施。沒有系統(tǒng)的計量就無法清楚的知道能源消耗狀況，就無法對能源消耗進行考核，就無法有針對性地提出節(jié)能的方法、措施和制度。

2、實施項目帶有盲目性。主要是在項目實施之前沒有做好詳細的調研和分析，改擴建項目沒有記錄必要的原始數(shù)據(jù)，在項目實施后就無法進行比較，其節(jié)能的結果顯得不明確。

3、缺乏系統(tǒng)的、綜合性的考慮。這是目前企業(yè)在節(jié)能工作中普遍存在的問題。大多數(shù)是想到哪里就做到哪里，這樣不僅增大了財力物力投入和工作難度，還會降低經濟效益。例如，廢水余熱利用應該將整個企業(yè)的用水情況綜合考慮，提出適合企業(yè)的系統(tǒng)節(jié)能方法。又如，鍋爐煙氣余熱的利用應該與減少二氧化硫和粉塵結合起來等。

4、重視設備的引進、改進，輕視管理：設備的改進、技術的引進是為節(jié)能工作打下了基礎，提供了硬件。但是，輕視管理仍是無法做好節(jié)能工作的。例如，廢水的余熱回收技術是比較成熟的。但是，如果管理不好，不及時使用交換后的熱水。這樣，不但不能降低熱能的消耗，還會增加電能的消耗。因此，企業(yè)在開展節(jié)能過程中一定要重視管理水平的提高。

5、思想觀念有待改變：目前用能隨意化觀念應改為用能定量化的觀念。當然，更重要的是領導和管理層的觀念改變。觀念的改變有利于提出節(jié)能方案和設想，有利于制定和實施各種節(jié)能制度。

以上就輕工、紡織企業(yè)的熱能節(jié)能方面的問題分別從鍋爐系統(tǒng)節(jié)能、供熱系統(tǒng)節(jié)能、耗熱設備節(jié)能以及余熱利用等方面進行了系統(tǒng)分析和研討，并根據(jù)目前存在的問題和不足，提出建議，介紹一些可行的有關技術、方法，解決一些難題，對輕紡企業(yè)節(jié)能降耗和環(huán)保達標，具有較好的實用價值。在設計中，只有根據(jù)該行業(yè)企業(yè)的具體情況，找出其特征，采用技術可靠、節(jié)能效果、經濟效益較好的利用形式，作出投資決策，積極在工程中實施，生產中加強管理，持續(xù)改進，才能使企業(yè)在節(jié)能工作中真正取得實效。

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2012-5-21