李国彪湖南省轻工纺织设计院湖南长沙（410002）

论轻工纺织行业工程设计中的热能节能

李国彪湖南省轻工纺织设计院湖南长沙（410002）

根据轻工、纺织企业的特点，论述了在新建、改扩建工程设计中采用的一些操作性强且实用的热能节能技术，对轻纺企业普遍存在的问题提出并探讨了一些解决方法。

轻工；纺织；节能；热能；余热利用

前言

从钢铁企业到轻工、纺织企业，全世界工业部门消耗的能源占大约1／3。轻纺（如造纸厂、陶瓷厂、纺织印染厂等）行业是我国能源消耗大户之一，节能潜力很大。目前各行业节能技术研究和推广得到各级政府、行业以及企业的高度重视，无论是新建或改扩建工程，在清洁生产、节能、环保等方面，都有严格的法规和政策要求。轻纺企业中的耗热设施是使用煤、燃油、燃气、电等作为能源，其节能可以根据耗能和节能的方式分成热能节能、电能节能、水节能、管理节能以及工艺节能等几个方面。热能节能包括了锅炉系统节能、传热系统节能、耗热设备节能以及余热利用等方面。我院在轻纺行业有50多年的工程咨询、设计历史，在工程中采用先进技术、方法和节能产品方面积累了一定的经验，取得了良好的经济效益和社会效益。本文根据自己多年来主持和参与大中型轻纺工程项目设计过程中的一些认识和体会，将轻纺企业热能节能的有关问题进行系统分析和论述，介绍一些操作性强、实用的热能节能技术和方法。

1 锅炉系统节能

在轻纺企业中，锅炉系统可分为蒸汽锅炉和热载体锅炉，锅炉所使用的燃料有燃煤、燃气和油类。目前，大多数是以燃煤为主，还有一部分是以木屑、谷壳生物质为燃料。

1.1 蒸汽多级利用

在轻纺企业生产中，大多数以蒸汽为热源，能耗量大的企业都有热电联产机组，有热电联产机组的企业，可以多次分级利用蒸汽，提高蒸汽热焓的利用率。如图1所示。

图1 某纺织印染企业蒸汽多级利用的实例

在实际生产中，要做到蒸汽多级利用需要产生高品位的蒸汽，然后在分级利用过程降温降压，使热能得到充分的利用。在蒸汽多级利用的设计过程中应该考虑到以下因素：

⑴.供汽的距离；

⑵.轻纺工艺主要设备（如：热定型机）的配置情况是否适应；

⑶.各种蒸汽的需求量和压力情况；

⑷.各种设备的场地环境情况。

除了以上因素外，还应该考虑人员和辅助设备的配套情况。

1.2 热载体锅炉的利用

热载体锅炉加热的介质是高温导热油。使用高温导热油作为导热介质具有一定的优点，即可以较好地利用介质的余热。同时，高温导热油不会冷凝，供热稳定，容易控制。如某纺织印染企业同时需要蒸汽和高温导热油供热，为了减少锅炉的数量，采用热载体锅炉产生蒸汽。其工作流程如图2所示。

从原理上讨论，该工作流程在产生蒸汽过程中需要两步热转换，即燃煤－加热导热油－蒸汽，与常规的蒸汽锅炉相比较增加了一个环节，降低了热能利用率。但是，由于充分利用了高温导热油的余热，同时，蒸汽和高温导热油的负荷与热载体锅炉的负荷相匹配，减少了部分无效能耗，简化了管理。可以说该企业的情况是一个特例。

图2 热载体锅炉工作流程图

1.3 平衡供汽

生产过程耗汽不稳定是轻纺企业的一个特点。耗汽不均匀会导致燃烧效率下降，热能利用率降低。这需要在设计中充分考虑各工序的平衡用汽，设置必要的控制程序。大部分企业很难彻底解决平衡供汽的问题。但可通过管理，尤其是通过生产计划和调度，减少供汽的不均匀性。主要的方法有：

调整机台的生产顺序：对于一些配料辅助系统耗汽，可将耗汽峰错开进行。如造纸的配浆、纺织染整的配液、尤其是间歇式染色生产中，耗汽也是间歇式的。因此，通过一定的方法，将各个生产工序的耗量加以平衡配置。

建立耗汽预报制度：需要较大量增加或减少蒸汽时，应该及时通知锅炉房，让锅炉房做好准备，根据需要来增大或减少供汽量。

合理调整锅炉数量：在有条件的情况下，合理调整锅炉的使用数量也是一种较好的方法。通过调整，尽量使锅炉运行达到饱和状态，提高利用效率。

1.4 其他

锅炉给水温度、空气温度、炉膛气流以及水管的除尘等都与锅炉燃烧效率有关。在此，给出部分有关数据供参考。

⑴.给水温度：给水温度提高6℃，锅炉燃料消耗降低1%。

⑵.空气温度：助燃空气温度提高20℃，可节约1%的燃料消耗。

⑶.炉膛气流：0.25mm厚的空气层的热阻相当于一面330mm厚的铜墙。

⑷.传热面：在传热面上一层3mm厚的沉积物会增加2.5%的燃油消耗。

2 供热系统节能

供热系统是指蒸汽输送管网或高温热油的输送管网。热能在传输过程会发生热散失，因此，减少热能在传送过程中的损耗就是供热系统节能设计中的工作内容。

2.1 保温

容器设备、管道的保温是防止或减少热能在传送过程中散失的主要方法。关于保温有以下几个方面的问题：

⑴保温部位：在轻纺企业中，所输送的蒸汽温度在120℃以上，高温热油的温度在200－240℃，与室温相差较大。因此，供热管网的保温除了管道以外，还应该对阀门进行保温。据预算，一个阀门不保温，每年造成的热损失折合标煤为1－3吨。

⑵管道保温：工程设计中，对需要保热的管道与容器都会考虑保温，而且大多数企业都会重视。但是，不及时维修已损坏的保温层这种现象不少。例如，100m长，直径150mm的蒸汽管道在不保温的情况下，压力为8kg时，每年会浪费25000L的燃料油。而且40℃以上的高温设备、管道表面，还会灼伤、烫伤工作人员。

⑶保温层的外保护层：保温效果不仅与保温层的材料有关，还与保温层的外保护层材料有关。如果外保护层是软性的、可吸水的，那么空气中的水会被保温层吸收，并传到设备、管道附近，所吸附的水份会导致热损失。一般情况，可造成5%－10%总热量的损失。因此，可以考虑用不锈钢、工程塑料等不吸水的材料做外保护层。

2.2 蒸汽管道的连接方式

蒸汽管道设计中的连接有多种方式，不同的方式对蒸汽的有效利用有一定的影响。图3中a方式连接最好，还可考虑管道对温差的适应性。图中c的方式虽简单方便，但是效果不好，不宜采用。

图3 蒸汽管道的连接方式

2.3 蒸汽输送压力

蒸汽在输送过程中，会产生损失。当蒸汽的输送量一定时，蒸汽管道直径越小，输送过程中所需的压力越大，蒸汽在输送过程中的阻力增大，压力损耗增加。因此，适当的增大蒸汽管道的直径，有利于减少输送过程中的压力损耗。

2.4 蒸汽管道的泄漏

蒸汽管道的泄漏是生产中蒸汽损耗的主要部分。部分企业的员工认为不可能杜绝蒸汽的泄漏，这种认识是不对的。举例，蒸汽压为7kg时，直径3mm的漏洞每年会浪费约3.8吨标准煤的热量。

2.5 蒸汽疏水阀

蒸汽疏水阀的状况对蒸汽的损耗有着一定的影响。疏水阀损坏可导致蒸汽的直接泄漏。因此，在实际操作中，需要对各个耗汽设备的疏水阀进行定期的检查、维修和保养，以减少泄漏损失。一个损坏的疏水阀一年可以导致4－9吨标准煤的热量损失。

2.6 蒸汽冷凝水热能的有效利用

根据水蒸汽的热力特征，蒸汽的有效利用率有一个极限，其最大值就是在一定条件下，蒸汽潜热与全热的比值，即：

以轻纺企业圆筒烘燥机为例，饱和蒸汽带着全热（i"）进入烘筒内，释放出全部汽化潜热（r，约占全部热量80%），使附着在烘筒表面织物中的水分获得蒸发所必需的热量，然后以饱和水的状态带着显热（i＇）从设计安装好的疏水器排出。圆筒烘燥机设备热效率为60%左右，外壁热损失占供入热20%左右，而冷凝水排放热损失就占20%左右。据测算一个有420只烘筒、4台拉幅机的染整厂其排放的冷凝水（出口温度100℃）有6t/h，含热量达251×104kJ/h，全部让它流入下水道，热量的浪费、水（软水）的浪费，长年积累数字是惊人的。

图4是在疏水器前的压力P1=0.5MPa（表压）条件下制作的。该图反映了疏水器的泄漏率以及冷凝水利用温度的高低与热损失的关系。由图4可见，当泄漏率X=0,100℃利用时，冷凝水的热损失为10%；而当50℃使用时，损失率就达到55%。

图4 疏水热损失计算图

3 耗热设备节能

这里耗热设备是指以蒸汽或高温热油为热源的生产设备。在设计实践过程中发现，耗热设备的热利用率常常只有30%－42%。因此，耗热设备的节能对企业减少热能的消耗有着重要的意义。

3.1 耗热设备的保温

耗热设备的保温不仅可以直接减少热能的消耗，还可以改善生产车间的环境，减少车间降温所消耗的电能。现在，有的生产现场，一边耗热设备散发出大量的热能，另一边为了降低车间的温度，用电扇甚至用冰进行降温。结果是增大了热能的损失。

耗热设备，如分汽缸、高效蒸化罐、烘筒和窑炉等，尤其是高温高压染色机的保温对减少热能的消耗具有很大的意义。以涤纶染色为例，对高温高压染色机机身进行保温可以减少约1/3的热能消耗。

目前市场供应的保温材料能够满足各种热耗设备的保温要求。例如，常温常压染色机和气流染色机的体积较大，形状变化大，可以用涂层涂料进行保温。对陶瓷厂窑炉的保温就需要专用保温材料。

3.2 提高设备的热利用效率

产生热利用率低下的原因很多。例如，热定型机和烘筒烘干机进风量或者排风量过大，导致了热量的大量散失。因此，要提高这类设备的热利用率就必须要控制排风量或进风量，避免热量的过量流失。

3.3 使用热利用率高的设备

设计中选用高效节能设备，禁止选用国家发改委产业结构调整目录中淘汰类设备。

4 余热利用

对于用汽量比较大的轻纺企业，要较大幅度地提高热能利用率就必须做好余热利用工作。一般企业中，未利用的余热占总热耗的40%－30%。就目前的技术水平而言，做好锅炉烟气的余热利用、废水余热利用以及造纸机、陶瓷窑炉、热风拉幅机、热定型机尾气余热利用是有益的、可行的。

4.1 烟气的余热利用

对于锅炉烟气余热，许多企业通过采用省煤器和空气预热器对余热进行利用。有的企业烟气余热的利用还有一定的空间。例如，对省煤器和空气预热器进行保温，以提高水温和空气温度。另外，部分企业的省煤器和空气预热器的热交换面积太小，烟气余热利用率太低。

4.2 废水的余热利用

浆纸、印染生产过程中，部分排放的废水水温在60－95℃，含有大量的余热。废水的余热可以通过热交换器加热新鲜冷水，利用其余热。在各种热交换器中，板式热交换器的效果最佳，回收效率较高。由于废水余热的品位较低，废水余热利用的效益与企业的管理水平有着密切的关系。现场管理不完善，还导致能耗增大，余热利用效果不理想。

4.3 窑炉、热定型机和烘干机等尾气余热利用

这些设备尾气的温度高、排放量很大，因此余热量也很可观。工业窑炉、热定型机和烘干机尾气的余热利用主要的方式是利用尾气的余热加热进风空气的温度，减少热能消耗。

结束语

经过近年来清洁生产、节能减排、节能评估工作的推动，轻工、纺织企业对节能工作的重视程度有了很大的提高，也使设计中实施的不少节能项目取得了较好的经济和社会效益。然而，目前企业的节能工作还存在许多误区和模糊的认识，需要认真解决。其中最主要有：

1、能源节约、计量重视不够。目前，还有少数企业似乎只顾眼前短期利益，不考虑持续发展，不重视节能工作。在工程设计中已有的节能、计量方案往往得不到实施。没有系统的计量就无法清楚的知道能源消耗状况，就无法对能源消耗进行考核，就无法有针对性地提出节能的方法、措施和制度。

2、实施项目带有盲目性。主要是在项目实施之前没有做好详细的调研和分析，改扩建项目没有记录必要的原始数据，在项目实施后就无法进行比较，其节能的结果显得不明确。

3、缺乏系统的、综合性的考虑。这是目前企业在节能工作中普遍存在的问题。大多数是想到哪里就做到哪里，这样不仅增大了财力物力投入和工作难度，还会降低经济效益。例如，废水余热利用应该将整个企业的用水情况综合考虑，提出适合企业的系统节能方法。又如，锅炉烟气余热的利用应该与减少二氧化硫和粉尘结合起来等。

4、重视设备的引进、改进，轻视管理：设备的改进、技术的引进是为节能工作打下了基础，提供了硬件。但是，轻视管理仍是无法做好节能工作的。例如，废水的余热回收技术是比较成熟的。但是，如果管理不好，不及时使用交换后的热水。这样，不但不能降低热能的消耗，还会增加电能的消耗。因此，企业在开展节能过程中一定要重视管理水平的提高。

5、思想观念有待改变：目前用能随意化观念应改为用能定量化的观念。当然，更重要的是领导和管理层的观念改变。观念的改变有利于提出节能方案和设想，有利于制定和实施各种节能制度。

以上就轻工、纺织企业的热能节能方面的问题分别从锅炉系统节能、供热系统节能、耗热设备节能以及余热利用等方面进行了系统分析和研讨，并根据目前存在的问题和不足，提出建议，介绍一些可行的有关技术、方法，解决一些难题，对轻纺企业节能降耗和环保达标，具有较好的实用价值。在设计中，只有根据该行业企业的具体情况，找出其特征，采用技术可靠、节能效果、经济效益较好的利用形式，作出投资决策，积极在工程中实施，生产中加强管理，持续改进，才能使企业在节能工作中真正取得实效。

[1]徐谷仓，陈立秋.染整节能[M].中国纺织出版社，2000.

[2]刘洪斌，王松林，张瑞霞.造纸节能减排技术[M]，化学工业出版社，2010.

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2012-5-21