導熱油供熱系統在印染業中節能效果和經濟效益

汪琦季炳奎俞紅嘯

(1.上海熱油爐設計開發中心2.上海恒欣化工有限公司)

導熱油供熱系統在印染業中節能效果和經濟效益

汪琦*1季炳奎2俞紅嘯1

(1.上海熱油爐設計開發中心2.上海恒欣化工有限公司)

分析了導熱油鍋爐用于印染業中的定形機的節能案例。用導熱油供熱系統代替蒸汽鍋爐供熱，可節約熱能，提高熱效率。論述了熱油爐選型、導熱油供熱系統工藝流程設計、熱油系統工藝管線設計和膨脹系統改進等問題。

導熱油供熱系統節能經濟效益印染業

0 前言

化纖織物經過高溫整理后，有風格好、收縮小、挺括、不皺和手感好等特點。因此，目前印染行業中，經高溫整理的產品品種越來越多。所謂高溫整理，就是使化纖織物經過較高溫度（180～210℃）的烘房處理，讓化纖纖維分子排列朝人們所期待的方向變化，如形態穩定、手感好、染色性能好等方向。以熱定形機為例：化纖織物在控制張力情況下，在高溫烘房（180～210℃）中經歷升溫階段——熱滲透階段——分子鏈調整階段——冷卻階段（已離開烘房）后，破壞了纖維原來長鏈較不穩定的次階交鍵，解放該部位分子鏈段，使它得以自由轉動，取得適當的形態，并逐步建立新的在這種溫度和條件下較穩定的次價交鍵。冷卻后當時的形態就穩定下來了，達到了定形的目的。當今印染廠使用的整理設備，常采用載熱體燃煤加熱爐代替電加熱。最近幾年來，我們幫助一些企業應用導熱油鍋爐對多臺電加熱設備進行了改造。其改造效果無論從滿足生產工藝條件、保障產品質量方面，還是從節約能源、提高企業經濟效益角度來看，都是令人鼓舞的。

油鍋爐加熱，提高印染廠節能效果和經濟效益，主要從以下幾個方面體現出來。

（1）液相循環系統熱損失少，效率高。

油鍋爐采用循環使用的導熱油作傳熱介質，即煤燃燒把油爐內的導熱介質加熱到280℃左右的高溫（該油仍為液態，無汽化），然后經有保溫措施的管道將導熱油送入用熱器（散熱器）。散熱后的“冷油”（實際溫度很高，約230℃）并不廢棄，而是通過油泵把它送回油鍋爐繼續加熱，循環使用。導熱油始終在液相——液相狀態下循環使用，熱量損失少，熱效率高，不像一般蒸汽爐那樣，傳熱過程由熱水變成蒸汽，放熱后再轉成冷凝水或廢汽排出，即液——汽——液循環，熱量不易收回，造成的熱損失較大。

導熱油液相循環的油鍋爐，熱效率較高，可達72%以上（未加余熱回收裝置的情況）。

（2）供能成本低，節能效果大，很快回收設備投資。

用油鍋爐對定形機、高溫拉機等機臺進行煤代電的改造，都取得滿意效果。現以定形機為例，經改造前后的對比計算可知，使用油鍋爐后一年可節省標煤7 997.86 t，節約費用389.24萬元。計算中我們把油鍋爐的維修費用與電加熱設備的電熱棒損耗費用相抵消。我們采用的是1 675 kJ/h的油爐，當時油鍋爐本體、管道、導熱油等附屬設施共耗金額20萬元，改造后2個月就能回收投入的費用。

（3）工藝重現性好，產品質量穩定。

由于油鍋爐運行穩定，溫度波動極小（鏈條爐排更是如此），出口溫度高且極易控制，因此能方便地滿足印染加工工藝條件，工藝重現性好，產品質量穩定可靠。

（4）運行安全系數高。

印染后整理工藝要求較高的溫度，一般進機熱源要求達到280℃左右，而油鍋爐可方便地達到該溫度。如此高的溫度若用飽和蒸汽來供給，那么蒸汽壓力要達6～7 MPa，而油鍋爐壓力僅為0.3 MPa，縮小至蒸汽壓力的4%～5%，大大降低了供熱設備壓力等級。油鍋爐不作為壓力容器，這對企業設備管理工作帶來很多方便。

綜上所述，油鍋爐在印染行業中有非凡的成效，深受企業歡迎。

1 熱油爐選型

（1）準確核算用戶耗熱量。

導熱油供熱系統的主機選型，首先要根據用戶耗熱量的需求，確定有機熱載體爐的大小。需要注意的是，導熱油供熱沒有蒸汽供熱系統的凝結水排放或閃蒸引起的熱損失，不能沿用蒸汽供熱系統耗熱量的計算方法。目前，熱油爐大馬拉小車現象十分普遍。某工程選用1臺4.6 MW燃煤熱油爐，正常運行時，鼓風機、引風機不開就可滿足生產用熱，可見設備選型偏大很多。有的主機選型偏小，以后數次增加有機熱載體爐，擴建熱油爐房，造成了熱油爐房占地面積大、熱油爐運行效率低的現象。因此，設計人員應認真核實用戶的用熱要求，做好有機熱載體爐主機的選型工作。

（2）了解燃料性質，選擇適當的燃燒方式。

有機熱載體爐的燃燒系統與一般蒸汽鍋爐或熱水鍋爐相似，有燃煤、燃油、燃氣、燃用木材廢料和電加熱等多種。燃燒方式的選擇，應根據當地燃料情況、環保要求、工程投資和運行經濟性等綜合比較后確定，應注意燃燒室對燃料的適應性。在現有工程中，有機熱載體爐爐膛選擇不當，造成燃料燃燒不完全的實例并不少見。常用的燃煤有機熱載體爐的設計煤種為煙煤，若改變煤種，應將燃料特性提供給設備制造廠，要求廠方根據實際燃料情況對燃燒室進行適當調整，以確保熱油爐設計的燃燒效率。

（3）輔機配套。

導熱油供熱系統由導熱油系統、燃燒系統、電器控制系統三大部分組成。

導熱油系統由膨脹槽、儲油槽、熱油循環泵、注油泵、油過濾器、油氣分離器等組成。

燃燒系統由鼓風機、引風機、除塵器、調速箱、上煤機、出渣機、空氣預熱器等組成。

電器控制系統由電器控制柜及其檢測、顯示、控制儀表等組成。

導熱油供熱系統的輔機一般由有機熱載體爐設備制造廠配套供應，設計人員應根據用戶用熱情況，對設備廠配套輔機的型號規格和技術參數進行校核。

2 對導熱油的要求和導熱油的特點

國內外生產導熱油的廠家很多，牌號品種繁雜，因此選用導熱油時應從以下幾點綜合考慮。

（1）良好的導熱性能。熱導率大，比熱容高，傳熱效率高。

（2）較高的極限使用溫度。導熱油是否具有較高的極限使用溫度，是能否滿足干燥工藝的需要，提供良好的穩定性和抗氧化的安定性，使導熱油有較長的使用壽命的關鍵。

（3）具有較高的閃點、自燃點、沸點，以確保導熱油在液態下安全使用。

（4）具有較低的酸值和殘炭量。較低的酸值和殘炭量，能較好地保證系統內設備、管道及附件不發生化學腐蝕作用。

（5）黏度、凝固點要低。黏度低運動阻力小，熱載體流動暢通。凝固點低，適用于較寒冷地區。

（6）導熱油應無毒無害，不污染環境。

應綜合以上幾點，結合加熱工藝要求，選取最佳的導熱油。此外，還要驗證導熱油出廠合格證書。下面擬舉申星HD系列導熱油為例來加以說明。

申星HD系列導熱油的產品特點：

（1）可在低壓力下以液相輸送高溫熱量；

（2）可用于熱回收系統；

（3）可廣泛用于間接加熱或冷卻的循環系統；

（4）無味、無毒、無腐蝕性；

（5）在循環系統中無須采取氮封措施，降低設備投資；

（6）可精確地控制運行溫度，滿足工藝要求；

（7）有良好的抗氧化性，在高溫工業環境中熱穩定性好，使用壽命長；

（8）可與國內外同類導熱油進行混用。

申星HD系列導熱油的使用指南：

（1）在加熱循環系統中必須安裝膨脹槽和貯油槽，并且有一定的容積，以確保系統安全運行。

（2）循環系統管路中的過濾器，應定期清洗和更換。

（3）閥門及法蘭連接處應使用耐油、耐壓和耐高溫石墨類墊片，以防滲漏。

（4）不同類型的導熱油混用，需得到導熱油生產廠家的認可方能進行。

（5）熱油爐開車啟動階段，應參照升溫曲線（見圖1）進行，升溫速度不宜過快。

（6）嚴禁超溫運行。

（7）開車時先啟動循環泵，再點火；停車時須先停火，保持循環泵仍然運轉，直到油溫降至100℃以下時才能停泵。

（8）燃煤導熱油爐如果突然停電，應打開爐門，關閉進油口閥門，打開低位槽閥門，讓油爐中的熱油流到低位槽，同時讓膨脹槽內的冷油流進爐管。

（9）導熱油使用溫度在280℃以上的，其性能指標每半年應進行一次測試；使用溫度低于280℃的，每年測試一次。

圖1 申星HD系列導熱油升溫脫水降溫曲線（該曲線不包括烘爐時間）

3 導熱油供熱系統工藝流程設計

導熱油供熱系統的工藝流程，應根據用戶用熱要求進行設計。典型的導熱油供熱系統工藝流程如圖2所示。

圖2 導熱油供熱系統工藝流程

（1）供熱循環

導熱油由循環泵送入有機熱載體爐加熱，然后送至用熱設備供熱，再經油氣分離器和油過濾器排除導熱油中的氣體和雜質，最后再經循環泵送回有機熱載體爐，從而實現供熱循環。

導熱油供熱方式有一次循環供熱、二次循環供熱和間歇性供熱等幾種。

（2）注油系統

向供熱系統注入導熱油有以下幾種情況。

①將外部導熱油經注油泵注入膨脹槽或儲油槽。

②將儲油槽內的導熱油經注油泵注入膨脹槽。

③將儲油槽內的導熱油用注油泵排至供熱系統外，以更換導熱油。

（3）排氣系統

導熱油供熱循環系統中的氣體或蒸氣經油氣分離器排至膨脹槽，由膨脹槽或儲油槽內的排氣管排至系統外。膨脹槽和儲油槽的排氣管應該至安全地點，以防槽內導熱油因沸騰等原因噴出而釀成火災。

（4）冷油置換系統

遇突然停電緊急停爐時，可將膨脹槽的冷態導熱油經有機熱載體爐放入儲油槽，以防有機熱載體爐內導熱油過熱。

（5）緊急冷卻系統

若導熱油爐為重型爐墻，有機熱載體爐內熱量大，當采用冷油置換無法降低爐溫時，或因用戶停電較頻繁，采用冷油置換不利于保證供熱系統穩定時，需設置緊急冷卻系統，即強制導熱油在有機熱載體爐和冷卻水箱間循環，將有機熱載體爐內的導熱油關入冷卻水箱進行循環冷卻，以確保熱油不超溫變質。另外，冷卻水箱也可兼作供油溫度偏高時的應急冷卻用。

（6）安全排放系統

當系統發生超壓時，可通過安全閥自動泄壓，泄壓的導熱油徑直排入膨脹槽等安全位置。

（7）穩壓旁路系統

當用戶耗熱量變化而調整導熱油供油量時，為保證有機熱載體爐內導熱油流速大于2 m/s（不能降低熱油爐內的供油量），應將一部分導熱油走旁路循環。旁路導熱油流量用自力式穩壓閥進行控制。

4 熱油系統工藝管線設計

（1）設置事故冷卻循環油路

為防止緊急停電事故的發生，可在導熱油循環系統中設置一組事故冷卻循環油路，與基本循環油路并聯（見圖3）。事故油泵6的流量，一般選為油系統流量的1/2。事故油泵由一臺汽油機或柴油機直接帶動，啟動時間在5 min內就行。啟動前開啟事故循環系統閥門，啟動后把基本循環系統閥門關閉，使熱油爐1內高溫導熱油經事故油泵6、冷卻水箱7得到冷卻。冷卻后的回油返回熱油爐1，不斷把熱油爐1內的高溫油冷卻，降至100～130℃后，方可轉移為自然冷卻，從而確保導熱油及設備的安全。

（2）管線設計注意事項

①熱油系統工藝管線中，在最高處應設有排氣閥，最低處應設有排污閥。

②對較長的熱油系統管線，應考慮熱補償設計。為防止熱油泄漏，應選用自然補償形式。

③熱油系統的管線除設備接口、儀表接口或閥門等處必須采用法蘭連接外，其他接口均采用焊接連接。采用法蘭連接處，法蘭面應是標槽面，且公稱壓力不低于1.6 MPa，對于大于300℃的導熱油，則法蘭公稱壓力不低于2.5 MPa。法蘭宜選用對焊形式，不要用平焊形式的法蘭。

④熱油系統的法蘭墊片不允許使用石棉橡膠板，應選用金屬纏繞墊或膨脹石墨復合墊片。

⑤熱油系統的閥門應選用不泄漏的波紋管密封閥門。

⑥熱油系統管材，凡同熱油相接觸的，均不得選用鑄鐵或有色金屬材料。

⑦熱油系統應設有安全閥，安全閥宜選用不泄漏的波紋管密封安全閥。

⑧應選用專用的熱油循環泵，而不能用一般熱油泵代替。

圖3 導熱油循環系統

5 膨脹系統的改進設計

導熱油在加熱過程中溫度每升高100℃，體積將有7%左右的膨脹，并產生少量的油蒸氣，必須對此油蒸氣加以釋放，才能保證導熱油在系統中正常循環。目前絕大多數導熱油加熱爐均采用開式膨脹系統來泄壓，其簡要工藝流程如圖4所示。

圖4 熱油爐膨脹系統工藝流程

在系統最高處設一膨脹槽，膨脹管與膨脹槽底部相通，膨脹槽上方設一溢流管與儲油槽相連，儲油槽另設一透氣口與大氣相通以釋放壓力。但是開式膨脹系統使高溫狀態下的導熱油直接接觸到外界空氣，從而使油質迅速惡化，同時熱油蒸氣排出造成了環境污染。

將開式膨脹系統改造成半開式膨脹系統，既能解決上述問題，又能滿足系統膨脹及釋放油蒸氣壓的要求。其具體做法為，將儲油槽從中部隔成左右兩半，下方用U形管連接，使儲油槽中的導熱油通過U形管實現左右互通，膨脹槽的溢流管與儲油槽的左側相連，在儲油槽的右側設置透氣口，其工作原理如下所述。

（1）系統未運行前，膨脹槽及儲油槽內的凈壓為零，儲油槽內左右兩室油位相平，如圖5所示。

圖5 系統運行前的油位

（2）系統開始運轉加熱后，熱油膨脹至膨脹槽，將膨脹槽上方的油氣擠至儲油槽的左側，壓低左側油位，使右側油位提高，從而達到泄壓的目的，如圖6所示。

圖6 系統運轉加熱后的油位

（3）停機降溫后，各部分油位又回到正常，如圖5所示。

此半開式膨脹系統運轉時，高溫導熱油留在膨脹槽內，而熱油蒸氣被儲油罐左側的冷油阻隔，既不與外界大氣接觸，也不排出。降溫后油蒸氣又回到儲油槽內，所以能充分保護油質，且不污染空氣。

6 結束語

熱定形機是印染行業主要設備之一。為了節能，我們對熱定形機的加熱源進行了改造，用導熱油加熱取代整機蒸汽加熱和電加熱。原蒸汽鍋爐傳熱介質是水，鍋爐將水加熱變成蒸汽進入散熱器，經散熱后變成廢汽或冷凝水排出。這種傳熱方式熱量損失大。而熱油爐的傳熱介質是一種特殊性質的導熱油，經加熱后其溫度可高達280～290℃以上，而且并不發生汽化。高溫油通過管路進入散熱器散熱后，不像蒸汽那樣排出爐外，而是通過循環泵強制將導熱油抽回油爐內繼續加熱，然后再將其導入散熱器散熱。這種閉路循環傳熱方式不僅熱損失很少，而且經濟效益較高。熱油爐還具有低壓高溫的工作特性，能在小于0.1 MPa的低壓力下獲得280℃以上的工作溫度，而且這樣高的溫度，工作壓力僅僅相當于飽和蒸汽達到同等溫度所需壓力的1/68，這就可以大大降低用熱設備的壓力等級，所以原機臺上的散熱器稍加改造都可利用。我們對熱定形機的加熱源進行了節能改造，不僅大幅度節電、節汽、節水，還降低了生產成本，緩解了用電緊張情況，取得了較好的節能效益。

Energy Saving Effects and Economic Benefits of the Heat Conducting Oil Heating System in Printing and Dyeing Industry

Wang Qi Ji Bingkui Yu Hongxiao

This paper analyses energy saving cases of heat conducting oil boiler used for setting machines in printing and dyeing industry.Using heat conducting oil heating system instead of steam boiler can save heat energy and increase heat efficiency.It also discusses the selection of hot oil furnace,process design of heat conducting oil heating systems,process piping design of hot oil system and expansion system improvement and other issues.

Heat conducting oil;Heating system;Energy saving;Economic benefits;Printing and dyeing industry

TQ 054

*汪琦，男，1961年10月生，碩士，高級工程師。上海市，200042。

2011-05-04）