印染拉幅定型機清潔能源應用及節能技術的發展現狀

張建步，張 健，王賽虎，趙水明，孫 歡

（1.連云港鷹游新立成紡織科技有限公司，江蘇 連云港 222299；2.江蘇鷹游紡機有限公司，江蘇 連云港 222062）

2021年9月以來，國內 “拉閘限電” 現象已波及廣東、浙江、江蘇、山東、遼寧、吉林、黑龍江等省份，多地工業企業被要求 “開三停四” “開二停五” 甚至 “開一停六” 錯峰用電，而9月、10月通常又是國內出口導向型企業訂單高峰期。此次限電對高能耗企業影響巨大，除了影響高能耗企業的正常生產外，也在一定程度上限制了這類企業的盲目擴張。

紡織印染行業在生產過程中能源消耗大、污染物排放多，與節約資源、保護環境之間的矛盾日益凸顯[1]。拉幅定型機是染整環節中能耗最大的設備之一，在保證定型織物品質的基礎上，如何減少拉幅定型機的能耗成為印染行業節能環保和可持續發展的核心問題。

1 拉幅定型機的概述

拉幅定型機作為印染廠中一種非常重要的紡織整理設備，主要用于針織布、機織布的烘干及拉幅定型，利用織物纖維的可塑性能，將織物的幅寬在一定尺寸范圍內緩慢拉至規定尺寸[2]。通過熱風拉幅消除部分內應力，調整經緯紗的狀態，改善織物在織造過程中存在的缺陷，使織物整齊劃一、尺寸穩定[3]。在國內市場上，拉幅定型機的品牌眾多，以立信門富士、布魯克納、三技克朗茨、韓國日星、臺灣立根、浙江遠信、邵陽紡機、江蘇日新等為代表，產品被廣泛使用。拉幅定型機雖然烘房結構形式多樣，但工作原理并無較大差異，織物在拉幅定型機烘房內熱風定型的過程中，既要吸收循環熱風能量，蒸發織物水分，排出高溫廢氣，又要不斷補入干熱空氣，維持烘房的氣壓平衡。

2 拉幅定型機清潔能源應用現狀

拉幅定型機通常以導熱油、蒸汽、天然氣、電等作為熱源，采用直接或間接加熱的方式，為織物在烘房內拉幅定型提供熱量。

（1）早期的拉幅定型機基本上使用煤炭加熱的導熱油作為熱源，利用導熱油翅片式散熱器傳遞熱量，通過導熱油散熱器加熱烘房內空氣進行熱風定型。導熱油加熱是間接加熱，只需控制好導熱油溫度和流量即可，熱定型工藝穩定，定型效果好。隨著經濟的發展和環保要求的不斷提高，更為嚴格的排污標準陸續出臺實施，燃煤導熱油鍋爐已逐步退出歷史舞臺，取而代之的是燃生物質能、燃沼氣、燃天然氣等清潔能源的導熱油鍋爐。生物質顆粒燃點低，易于點火，燃燒時不產生污染物，燃燒后的灰燼還可作為肥料使用；沼氣作為有機物發酵而生的可燃氣混合氣體，燃燒值高，可用于化纖織物的高溫定型；當沒有沼氣的來源時，可選擇天然氣作為熱源[4]。導熱油加熱因熱穩定性好、傳熱效率高、工藝適用范圍廣，在定型機熱源的選擇上仍占據一席之地。

（2）由于印染廠周邊的熱電廠采用集中供熱的方式，可提供2.5~2.8 MPa/260~280 ℃過熱蒸汽，可滿足工藝溫度不高于220 ℃的織物定型要求；熱交換后降壓的0.4~0.6 MPa低壓飽和蒸汽適用于對工作溫度要求較低的印染工藝，實現蒸汽熱能有效梯級利用[5]。中壓蒸汽加熱定型安全可靠，熱循環效率較高，運行成本較低，但蒸汽供熱系統檢修費用較高；此外，蒸汽終端輸出壓力大小對定型溫度的影響較大。

（3）天然氣直接加熱升溫迅速、溫控精準、補償及時，能滿足大部分織物熱風定型的要求，但天然氣直接加熱的烘箱內部散熱不夠充分，導致箱體內溫度分布不均，同時天然氣直接加熱產生的氣體雜質直接接觸布面，織物極易出現左中右色差、黃變等問題。針對天然氣直接加熱存在的問題，李家全等[6-7]提出了一種拉幅定型機天然氣間接加熱裝置，將烘房外燃燒器產生的熱量通過燃燒筒送至散熱機構，熱量主要通過散熱機構，以熱輻射形式對烘房內的織物進行加熱，廢氣經出口管的調節后，由排風機排出。天然氣間接加熱產生的廢氣不接觸織物，避免了織物出現黃變、色差等問題。華文輝[8]提出了定型機烘箱間接加熱燃燒系統，加熱室內部中間通過隔板形成下層加熱空間和上層散熱空間，加熱室內部設有導熱管，導熱管從上層散熱空間貫穿隔板并延伸至下層加熱空間，通過導熱管，將燃燒器產生的熱量傳輸至烘房蝸殼及風管進行熱循環，實現間接加熱。該系統散熱均勻性優于直接加熱，降低了燃燒氣體與織物直接接觸的概率，提高了定型織物的品質。

（4）李韋鋒等[9]針對現有加熱方式存在的不足，在傳統翅片式電加熱的基礎上，提出了一種烘房風道式電加熱系統，將管狀加熱元件的圓柱面加熱換熱優化為平面加熱換熱，避免了換熱死角，實現了完全換熱，還引入了石墨烯作為遠紅外表面涂層材料，進一步提升了換熱效率。雖然電能轉換熱量效率高，但是轉化成熱風的單位熱能所需要的成本較高。在當前限電環境下，電加熱系統受電力供應影響巨大，應用前景仍不明朗。

將上述清潔能源應用到拉幅定型機上，可以提高熱能的利用效率，減少污染物的排放，提升產品的穩定性，有利于增加印染企業的經濟效益與社會效益。

3 拉幅定型機節能技術的發展現狀

拉幅定型機的能耗主要包含傳動消耗的電能、織物熱風定型消耗的熱能、廢氣排濕帶出的熱能以及定型設備的散熱損失等。

（1）循環風機電機及主傳動電機消耗的電能占定型機傳動消耗電能的70%以上，使用高效節能永磁電機可有效節省電能，降低定型設備的運行成本，在節能降耗的現實要求下，大功率電機改造升級勢在必行。

（2）織物的含水率是烘干過程中非常重要的參數，過度烘干不僅浪費能源，還會影響織物的定型效果，而不充分的烘干則會導致不良品的產生。利用接觸式方法在線檢測織物出布左中右的布面濕度，通過測定織物的導電性來測定其含水率，以控制工藝車速或風機轉速，達到節能效果[10]。侯子云[11]分析了軋車軋余率對拉幅定型機能耗的影響，通過比較不同軋余率所需能耗的差異，在保證軋輥使用效果的前提下，控制軋輥線壓力及軋輥剛度，降低軋余率，提高軋液均勻性，控制織物進入烘箱前的含水率，減少烘干過程所需的熱能，對定型機的節能產生較為顯著的經濟效益。

（3）目前，熱風拉幅定型機熱效率仍比較低，織物在吸收熱量后，表面攜帶的水分與溶劑、油脂等有機物通過排濕管道排出烘房外，同時伴隨著一定數量的干熱空氣被一同排出。定型機在工作中用于織物烘干與定型所消耗的能量不足30%，而廢氣散發的熱能卻能超過60%[12]。陳立秋[13]提出了排氣濕度的最佳值，當排氣濕度低于20%時，能耗急劇增加，而蒸發效率變化甚微。對排氣濕度進行微小的調整，蒸發效率受到的影響很小，而能耗卻顯著減少。朱吉良等[14]提出將排氣濕度控制節能技術應用于定型機排氣濕度控制，通過在烘房頂部安裝排氣濕度控制裝置，實時檢測烘房內的濕度值，在保證定型工藝溫度、產品質量、生產效率的基礎上，實時調整烘箱的濕度，達到節能降耗的目的。此外，通過在烘房排濕管道上方安裝熱能回收裝置[15]，回收熱風烘干定型產生的廢氣熱量，將廢氣的熱能轉化在循環空氣內，使被加熱的新鮮空氣通過除濕管道回到烘箱內，繼續參與熱風烘干定型。

（4）拉幅定型機的散熱損失主要包含烘房表面散發的熱量及烘房出入口散發的熱量，通過增加烘房隔熱板的厚度，提高隔熱板的絕熱效果；改善隔熱板與烘房機架之間的密封性，減少進入烘箱的外冷風，盡可能阻止熱量外散[16-17]。

綜合運用各種節能技術，降低定型設備運行總負載，減少進入烘箱織物的水分，檢測織物出布回潮率，避免過度或不充分烘干，優化定型工藝參數，控制廢氣排出濕度，減少不必要的散熱損失，實現拉幅定型機的節能降耗。

隨著整個社會對環保的越來越重視，應用節能減排新技術、新工藝，提高產品研發和創新能力，對現有設備進行改造升級等措施被大力推行，同時應采取適合可持續發展相關戰略的措施。在此背景下，張國良等[18-19]提出滌綸絨類織物閃染生產方法及閃染生產的成套裝備，致力于滌綸絨類織物免水洗連續化、高速化、高效自動化生產，減少水資源消耗及污染物排放，實現低污染、低成本、低能耗的清潔化生產[20]。

4 結語

智能化是設備發展的必然趨勢，隨著智能制造相關技術在印染領域繼續大力推進，印染行業已從單機單線的智能化朝著系統的自動化、數字化、信息化、模塊化方向發展，充分利用智能制造相關技術，對影響拉幅定型機能耗的關鍵數據（如布面溫度、布面濕度、烘房濕度、排氣濕度等）進行數字化和智能化在線監測控制，并進行數據采集，利用人工智能技術進行分析處理，及時調整工藝參數，實現最優化控制，在保證織物定型效果的基礎上，實現高效節能生產。