錢蘋生 包德全 徐谷倉(cāng)

摘要：目前用于梭織物連續(xù)式生產(chǎn)的退漿、煮練、漂白汽蒸箱和還原蒸箱的進(jìn)布口多采用汽封口形式，與液封口形式比較有帶液量少、用汽省、車速快等優(yōu)點(diǎn)。本文從蒸箱汽封口的汽封原理、汽封理論計(jì)算、汽封口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用效果比較等方面探討其節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：汽蒸箱；汽封口；節(jié)能；理論計(jì)算

中圖分類號(hào)：TS193.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Discussion on the Energy-saving Effect of Steam Sealing in Steamer

Abstract： At present， desizing， scouring， bleaching and reduction steamers are equipped with the steam sealing form for continuous production of woven fabric. Compared with liquid sealing， steam sealing has the advantages of less liquid and steam using， fast speed， etc. This article discussed the effect of energysaving effect of steam sealing from the view of its principle， calculation theory， structure characteristics and comparison on using effect.

Key words： steamer； steam sealing； energy-saving； theoretical calculation

在國(guó)內(nèi)連續(xù)式印染機(jī)械的發(fā)展過(guò)程中，蒸箱的封口以往多為液封形式，液封具有阻汽效果好，蒸箱內(nèi)壓力穩(wěn)定，不漏汽等優(yōu)點(diǎn)。但是，液封會(huì)使織物帶液量大進(jìn)而容易造成條花，且蒸汽消耗量大，液封槽內(nèi)的溶液濃度容易出現(xiàn)波動(dòng)導(dǎo)致前后帶液不均勻，用還原液做液封時(shí)容易造成溫度升高而使還原液失效等問(wèn)題。

相比之下，采用汽封口形式，則具有織物帶液量少不容易產(chǎn)生條花，蒸汽消耗量小，頭尾色差輕等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)個(gè)別使用汽封口蒸箱的印染廠反映，汽封口漏汽嚴(yán)重，而且不易控制。對(duì)此，本文對(duì)汽封口的汽封原理、理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等進(jìn)行了探討，并就其節(jié)能減排效果進(jìn)行了分析比較。

1 蒸箱汽封口的汽封原理

還原蒸箱漏汽主要是指蒸箱進(jìn)布端汽封口蒸汽外溢的情況。這主要跟蒸箱內(nèi)的蒸汽壓力、汽封口結(jié)構(gòu)、織物帶液量、車速等因素有關(guān)。還原蒸箱內(nèi)的蒸汽，一部分作為熱的載體，將熱量傳遞給含有工作液的織物升溫反應(yīng)；另一部分作為保溫穩(wěn)壓的熱源和壓力源，保持蒸箱內(nèi)維持在102 ℃下的微正壓環(huán)境，防止冷空氣進(jìn)入，破壞還原氣氛。

連續(xù)式印染設(shè)備中的蒸箱汽封口多采用狹縫式結(jié)構(gòu)。其汽封原理主要是利用蒸箱內(nèi)外的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)的；另外，由于熱空氣密度小，重量輕，但具有粘滯度大，不容易流動(dòng)的特點(diǎn)，在蒸箱汽封口處，熱空氣始終處于冷空氣上端，有效阻止冷空氣進(jìn)入。

2 蒸箱汽封口理論計(jì)算

本文主要從汽封口的結(jié)構(gòu)和尺寸角度來(lái)探討汽封阻汽效果。假設(shè)有 3 個(gè)體積不同的還原蒸箱（Va=6 500×3 200×1 600 mm=33.28 m3，Vb=6 300×2 000×1 500 mm=18.90 m3，Vc=6 000×1 800×1 200 mm=12.96 m3；V=L×W×H。）。

根據(jù)理想氣體方程PV=nRT，在100 ℃（373 K），還原蒸箱內(nèi)的壓力與大氣壓相等（101 kPa），升溫至102℃（375 K），產(chǎn)生20 mm水柱的微正壓（101.2 kPa），由于汽封口的阻汽，箱體內(nèi)的物質(zhì)的量n和氣體常數(shù)R保持不變，則有：

（P1 V1）/T1 =（P2 V2）/T2 式（1）

將P1=101 kPa，P2=101.2 kPa，Va=33.28 m3，Vb=18.90 m3，Vc=12.96 m3，T1=373 K，T2=375 K帶入式（1）得升溫增壓后的氣體體積Va1=33.392 3 m3，Vb1=18.963 8 m3，Vc1=13.003 7 m3。要保證不漏氣，蒸箱內(nèi)氣體體積的增量，恰好就是汽封口的容積。即所需的汽封口容積分別為：Va2=Va1 - Va=0.112 3 m3；Vb2=Vb1 -Vb=0.063 8 m3；Vc2=Vb1 - Vb=0.043 7 m3。

另外，Va/Va2、Vb/Vb2、Vc/Vc2的值均約為300∶1。這說(shuō)明，在正常工作條件下（102 ℃，20 mm水柱微正壓），保證蒸箱內(nèi)蒸汽不往外泄露，還原蒸箱容積與汽封口容積之間存在的一定的比例關(guān)系，其容積比約為300∶1。此外，由于蒸汽比重較空氣小，汽封口宜布置在蒸箱下端，即開(kāi)口垂直向下，有利于防止冷空氣進(jìn)入和蒸汽外溢。

由于在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，織物保持勻速運(yùn)行，汽封口處的氣流處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。處于動(dòng)態(tài)下的氣流平衡，既能防止蒸汽外溢，又能阻止冷空氣進(jìn)入而破壞蒸箱內(nèi)的溫度場(chǎng)和還原氣氛。當(dāng)車速為v=60 m/min（1 m/s），室溫為T1=27 ℃（300 K），大氣壓為P1=101 kPa，公稱寬度W=2 000 mm的蒸箱內(nèi)保持T2=102 ℃（375 K），20 mm水柱微正壓（P2=101.2 kPa），分析汽封口開(kāi)孔大小D（mm）與耗汽量之間的關(guān)系。

由于還原蒸箱出布水封和進(jìn)布汽封口是冷空氣進(jìn)入和蒸汽外溢的唯一通道，蒸箱內(nèi)的溫度和壓力處于平衡狀態(tài)，如果冷空氣隨織物進(jìn)入的體積恰好與蒸箱內(nèi)飽和蒸汽外溢的體積量相等，則正好處于一種動(dòng)態(tài)平衡，既達(dá)到最佳的防止蒸汽外溢效果，又能達(dá)到最佳的阻止冷空氣進(jìn)入的效果。

假設(shè)冷空氣進(jìn)入蒸箱的流速與織物速度相等，則單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入蒸箱的流量為：

V冷=v×S=v×W×D=2D m3/s

冷空氣進(jìn)入蒸箱后，由27 ℃（300 K）加熱至102 ℃（375 K），據(jù)理想氣體方程，體積增加至V熱≈2.5D m3/s，當(dāng)V飽和=V熱=1.25 V冷時(shí)，達(dá)到平衡。

由此可以看出，單位時(shí)間內(nèi)，當(dāng)室外冷空氣隨織物進(jìn)入蒸箱的體積量，與蒸箱內(nèi)飽和蒸汽阻止冷空氣進(jìn)入而往外溢出的體積量達(dá)到平衡時(shí)，體積量與汽封口的開(kāi)孔大小呈正比關(guān)系，即開(kāi)孔越大，冷空氣進(jìn)入越多，相對(duì)應(yīng)的蒸汽外溢量也就越多。當(dāng)V飽和=1.25V冷時(shí)，冷空氣進(jìn)入量與飽和蒸汽外溢量達(dá)到平衡，此時(shí)最為節(jié)能；當(dāng)V飽和略大于1.25V冷時(shí)，蒸箱內(nèi)飽和蒸汽微微外溢，并能有效阻止冷空氣進(jìn)入；當(dāng)V飽和小于1.25V冷時(shí)，室外冷空氣進(jìn)入蒸箱，破壞溫度場(chǎng)和還原氣氛。

綜合考慮車速v（m/s）、室溫T（K）、設(shè)備公稱寬度W（mm）和汽封口開(kāi)孔大小D（mm）的影響，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，等式可寫成：

V飽和=V熱=374.26 v×D×W/T 式（2）

由式（2）可知，當(dāng)車速提高，可以通過(guò)縮小汽封口開(kāi)孔大小的辦法防止冷空氣過(guò)多進(jìn)入和阻止飽和蒸汽外溢，達(dá)到節(jié)能的效果；當(dāng)室溫降低或公稱寬度增加，耗氣量增加。汽封口開(kāi)孔不宜太大，否則容易導(dǎo)致耗汽量的增加，產(chǎn)生能源浪費(fèi)，也不宜太小，否則會(huì)影響織物縫頭的順利通過(guò)。通常汽封口開(kāi)孔大小控制在20 ～ 30 mm為宜，如果開(kāi)孔大小設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)的，則節(jié)能效果會(huì)更佳。

3 蒸箱汽封口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（圖 1）

（1）汽/液兩用封口設(shè)計(jì)。為適應(yīng)不同生產(chǎn)工藝，滿足用戶液封和汽封的雙重需求，將封口設(shè)計(jì)為汽/液兩用的結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)造簡(jiǎn)單，故障率低，操作方便，清潔和維護(hù)保養(yǎng)容易。另外，盛液槽為夾套式結(jié)構(gòu)，可通冷卻水為還原液降溫，盛液槽可承受一定水壓，冷卻水可通過(guò)密閉管路回收或循環(huán)利用。

（2）狹縫式汽封口：采用狹縫阻汽原理，減少蒸汽外溢和室外冷空氣進(jìn)入量，節(jié)能環(huán)保。

（3）容汽盒容汽：根據(jù)熱空氣粘滯性大的物理現(xiàn)象，利用多道容汽盒，形成階梯汽阻屏障，有效阻止飽和蒸汽外溢，防止冷空氣進(jìn)入。

（4）防滴設(shè)計(jì)：在汽封口內(nèi)設(shè)計(jì)有間接蒸汽加熱盤管，能將飽和蒸汽冷凝后粘附在汽封口狹縫側(cè)壁的冷凝水瞬間汽化，有效防止冷凝水聚集而滴落到織物上，產(chǎn)生水滴?。ɑ蛩疂n），降低次品率。

（5）可調(diào)節(jié)汽封口：可根據(jù)被加工的織物厚薄程度，可精確調(diào)節(jié)封口大小，有效阻止箱體內(nèi)蒸汽外溢。在檢修和擦機(jī)時(shí)，可調(diào)式汽封口組件可自由脫開(kāi)，不影響操作。

（6）防腐材質(zhì)，壽命長(zhǎng)。所有過(guò)流部件全采用316L不銹鋼材質(zhì)，防腐性能優(yōu)良，使用壽命長(zhǎng)。

（7）加強(qiáng)設(shè)計(jì)，不變形。汽封口全部采用不銹鋼材質(zhì)，關(guān)鍵點(diǎn)加強(qiáng)設(shè)計(jì)，長(zhǎng)時(shí)間使用不會(huì)變形。

4 蒸箱封口使用效果比較（表 1）

從表 1 可以看出，蒸箱采用汽封口，用活性染料軋染純棉織物，染料耗用量平均節(jié)省15%左右，固色液減少35%左右，蒸汽消耗量降低25%左右，累計(jì)染色成本均攤后可縮減約0.05元/m。按年產(chǎn)量1 000萬(wàn)m計(jì)算，可獲得直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)50萬(wàn)元。另外，由于液封口織物帶液量大，在蒸箱內(nèi)容易產(chǎn)生條花、左中右不勻、頭尾色差等問(wèn)題，這在實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中很難控制，成品疵品率遠(yuǎn)大于汽封口所加工的產(chǎn)品。

5 結(jié)論

（1）蒸箱汽封口的體積與所在蒸箱的容積有關(guān)，達(dá)到最佳的阻汽和節(jié)能效果，其體積比大約為1∶300。

（2）蒸箱汽封口的阻汽效果除了與其結(jié)構(gòu)和汽封口開(kāi)孔大小有關(guān)外，還與織物規(guī)格、工藝車速、室溫、蒸汽參數(shù)（壓力、溫度、飽和度、流量）等因素密切相關(guān)。

（3）與液封口比較，使用汽封口可降低染料用量15%左右，固色液（或還原液）減少35%左右，蒸汽消耗量降低25%左右，累計(jì)縮減成本約0.05元/m，且次品率低，設(shè)備開(kāi)臺(tái)率高。

（4）蒸箱采用汽封口以后，由于染料使用量減少，固色液（或還原液）耗用量降低，污水排放量隨之減少，同時(shí)也節(jié)省了蒸汽耗用量，有利于節(jié)能、降耗、減排。

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