關于蒸箱汽封口節能效果的探討

錢蘋生 包德全 徐谷倉

摘要：目前用于梭織物連續式生產的退漿、煮練、漂白汽蒸箱和還原蒸箱的進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、車速快等優點。本文從蒸箱汽封口的汽封原理、汽封理論計算、汽封口結構特點、使用效果比較等方面探討其節能效果。

關鍵詞：汽蒸箱；汽封口；節能；理論計算

中圖分類號：TS193.3 文獻標志碼：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

在國內連續式印染機械的發展過程中，蒸箱的封口以往多為液封形式，液封具有阻汽效果好，蒸箱內壓力穩定，不漏汽等優點。但是，液封會使織物帶液量大進而容易造成條花，且蒸汽消耗量大，液封槽內的溶液濃度容易出現波動導致前后帶液不均勻，用還原液做液封時容易造成溫度升高而使還原液失效等問題。

相比之下，采用汽封口形式，則具有織物帶液量少不容易產生條花，蒸汽消耗量小，頭尾色差輕等優點。據個別使用汽封口蒸箱的印染廠反映，汽封口漏汽嚴重，而且不易控制。對此，本文對汽封口的汽封原理、理論計算、結構特點等進行了探討，并就其節能減排效果進行了分析比較。

1 蒸箱汽封口的汽封原理

還原蒸箱漏汽主要是指蒸箱進布端汽封口蒸汽外溢的情況。這主要跟蒸箱內的蒸汽壓力、汽封口結構、織物帶液量、車速等因素有關。還原蒸箱內的蒸汽，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；另一部分作為保溫穩壓的熱源和壓力源，保持蒸箱內維持在102 ℃下的微正壓環境，防止冷空氣進入，破壞還原氣氛。

連續式印染設備中的蒸箱汽封口多采用狹縫式結構。其汽封原理主要是利用蒸箱內外的壓力差來實現的；另外，由于熱空氣密度小，重量輕，但具有粘滯度大，不容易流動的特點，在蒸箱汽封口處，熱空氣始終處于冷空氣上端，有效阻止冷空氣進入。

2 蒸箱汽封口理論計算

本文主要從汽封口的結構和尺寸角度來探討汽封阻汽效果。假設有 3 個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。）。

根據理想氣體方程PV=nRT，在100 ℃（373 K），還原蒸箱內的壓力與大氣壓相等（101 kPa），升溫至102℃（375 K），產生20 mm水柱的微正壓（101.2 kPa），由于汽封口的阻汽，箱體內的物質的量n和氣體常數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。這說明，在正常工作條件下（102 ℃，20 mm水柱微正壓），保證蒸箱內蒸汽不往外泄露，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，即開口垂直向下，有利于防止冷空氣進入和蒸汽外溢。

由于在實際生產過程中，織物保持勻速運行，汽封口處的氣流處于運動狀態。處于動態下的氣流平衡，既能防止蒸汽外溢，又能阻止冷空氣進入而破壞蒸箱內的溫度場和還原氣氛。當車速為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的蒸箱內保持T2=102 ℃（375 K），20 mm水柱微正壓（P2=101.2 kPa），分析汽封口開孔大小D（mm）與耗汽量之間的關系。

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

假設冷空氣進入蒸箱的流速與織物速度相等，則單位時間內進入蒸箱的流量為：

V冷=v×S=v×W×D=2D m3/s

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

由此可以看出，單位時間內，當室外冷空氣隨織物進入蒸箱的體積量，與蒸箱內飽和蒸汽阻止冷空氣進入而往外溢出的體積量達到平衡時，體積量與汽封口的開孔大小呈正比關系，即開孔越大，冷空氣進入越多，相對應的蒸汽外溢量也就越多。當V飽和=1.25V冷時，冷空氣進入量與飽和蒸汽外溢量達到平衡，此時最為節能；當V飽和略大于1.25V冷時，蒸箱內飽和蒸汽微微外溢，并能有效阻止冷空氣進入；當V飽和小于1.25V冷時，室外冷空氣進入蒸箱，破壞溫度場和還原氣氛。

綜合考慮車速v（m/s）、室溫T（K）、設備公稱寬度W（mm）和汽封口開孔大小D（mm）的影響，當達到平衡時，等式可寫成：

V飽和=V熱=374.26 v×D×W/T 式（2）

由式（2）可知，當車速提高，可以通過縮小汽封口開孔大小的辦法防止冷空氣過多進入和阻止飽和蒸汽外溢，達到節能的效果；當室溫降低或公稱寬度增加，耗氣量增加。汽封口開孔不宜太大，否則容易導致耗汽量的增加，產生能源浪費，也不宜太小，否則會影響織物縫頭的順利通過。通常汽封口開孔大小控制在20 ～ 30 mm為宜，如果開孔大小設計為可調節的，則節能效果會更佳。

3 蒸箱汽封口結構特點（圖 1）

（1）汽/液兩用封口設計。為適應不同生產工藝，滿足用戶液封和汽封的雙重需求，將封口設計為汽/液兩用的結構形式，構造簡單，故障率低，操作方便，清潔和維護保養容易。另外，盛液槽為夾套式結構，可通冷卻水為還原液降溫，盛液槽可承受一定水壓，冷卻水可通過密閉管路回收或循環利用。

（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入量，節能環保。

（3）容汽盒容汽：根據熱空氣粘滯性大的物理現象，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，防止冷空氣進入。

（4）防滴設計：在汽封口內設計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，產生水滴印（或水漬），降低次品率。

（5）可調節汽封口：可根據被加工的織物厚薄程度，可精確調節封口大小，有效阻止箱體內蒸汽外溢。在檢修和擦機時，可調式汽封口組件可自由脫開，不影響操作。

（6）防腐材質，壽命長。所有過流部件全采用316L不銹鋼材質，防腐性能優良，使用壽命長。

（7）加強設計，不變形。汽封口全部采用不銹鋼材質，關鍵點加強設計，長時間使用不會變形。

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，染料耗用量平均節省15%左右，固色液減少35%左右，蒸汽消耗量降低25%左右，累計染色成本均攤后可縮減約0.05元/m。按年產量1 000萬m計算，可獲得直接經濟效益達50萬元。另外，由于液封口織物帶液量大，在蒸箱內容易產生條花、左中右不勻、頭尾色差等問題，這在實際生產操作過程中很難控制，成品疵品率遠大于汽封口所加工的產品。

5 結論

（1）蒸箱汽封口的體積與所在蒸箱的容積有關，達到最佳的阻汽和節能效果，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構和汽封口開孔大小有關外，還與織物規格、工藝車速、室溫、蒸汽參數（壓力、溫度、飽和度、流量）等因素密切相關。

（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，累計縮減成本約0.05元/m，且次品率低，設備開臺率高。

（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，同時也節省了蒸汽耗用量，有利于節能、降耗、減排。

參考文獻

[1] 范克倫，任德魁. 還原蒸箱進口汽封和液封的探討[J]. 印染，1980， 6（2）：3-7.

[2] 馮森，邵正元，馬學亞. 活性染料連續軋染節能固色工藝—— 汽封固色[J]. 山西紡織服裝，2008（3）：19-21.

[3] 孫建華. 節能、降耗、減排微正壓汽封固色汽蒸箱[A]. 中國紡織工程學會. 全國中青年染整工作者論壇暨全國染整機電裝備技術發展研討會[C]. 北京：中國紡織信息中心，2008：173-175.

[4] 王建清，陳建榮. 節能降耗的MH950NJ型汽封還原蒸箱[A]. 中國紡織工程學會. 全國中青年染整工作者論壇暨全國染整機電裝備技術發展研討會[C]. 北京：中國紡織信息中心， 2008：333-335.

[5] 陳立秋. 固色蒸箱的創新[J]. 染整技術. 2008，30（5）：51-52.

[6] 馮開雋. 進口履帶汽蒸箱汽封口改為液封口[J]. 印染，1986，12（1）：63-64.