聚酯直接纺丝热媒蒸发器节能设计探讨

许贤才

摘要：利用聚酯装置的热媒站送出的一次高温液相热媒，经过管道输送到达纺丝车间，与热媒蒸发器进行热交换产生气相热媒，为纺丝箱体和部分管道进行加热。本文探讨了一次高温液相热媒通过热交换后产生气相热媒为纺丝箱体加热的方案，与传统的电直接加热热媒蒸发器产生气相热媒为纺丝箱体加热的方案进行了节能降耗和运行成本方面的比较。

关键词：一次热媒系统；热媒蒸发器；初投资；运行成本；节能

中图分类号： TQ342+.2 文献标志码：A

Energy-saving Design of Heating Media Evaporator for Polyester Melt Direct Spinning

Abstract： In polyester direct spinning process， the primary high-temperature heating media from the heating media station of polyester plant is transported via pipes to spinning workshop and after heat exchange with the heating media evaporator， vapor-phase heating media is generated which is used for heating spin beam and some pipes. The article discussed a process for turning primary high-temperature liquid heating media into vapor-phase heating media through heat exchange and compared it with traditional process in which electrically heated heating media evaporator is used with respect to energy-saving and operation costs.

Key words： primary heating media system； heating media evaporator； initial investment； operation cost； energy-saving

化纤生产一直以来是一个能耗较高的行业。随着国家节能减排政策的全面贯彻和提高企业自身竞争力的内在要求，探讨化纤厂的节能降耗显得尤为重要。目前主要是通过产品细化与设备优化、开发新产品与新技术、工程用量的统筹设计与能源的综合利用等方面来实现化纤厂的节能降耗，并取得了显著的成绩。

在纺丝生产流程中，一般采用加热低沸点的导热油产生蒸汽，从而实现纺丝箱体的加热保温。本文对直纺工程中为导热油气化提供能源的两种方式进行了探讨，从而选出节能、综合成本低的方案，为直纺化纤厂节能降耗提供技术支持。

1 两种热媒蒸发器系统介绍

热媒蒸发器的工作原理，如图 1 所示，低沸点导热油在热媒蒸发器中通过与高温热源的换热得到热能，该过程在本文中简称为换热过程，热媒蒸发器中的导热油受热气化，经过管路分配，进入纺丝箱体，释放潜热后变为热媒凝液流回热媒蒸发器，热媒凝液经过加热后再次蒸发，形成热媒蒸汽，又进入纺丝箱体，如此循环，维持纺丝箱体内恒定的温度。本文主要比较换热过程的两种方式，即电加热换热系统和一次高温液相热媒换热系统。

1.1 电加热热媒蒸发器

该系统为传统加热方式，采用加热棒插入导热油中（图 2），通过PLC将热媒蒸发器出口的温度传感器与加热棒的开停连锁来控制温度，此控制精度高，系统配置简单，切片纺和直接纺都适用。

1.2 一次热媒换热蒸发器

以德国吉玛公司和中国纺织工业设计院的聚酯工艺技术为代表，聚酯车间需要用高温液相热媒提供加热能量，并要配套建设热媒站，热媒站最广泛采用的导热油为氢化三联苯。热媒站中320 ℃左右的一次高温热媒通过热媒泵输送到聚酯车间和纺丝车间。在纺丝车间，高温液相热媒进入换热器加热低沸点的导热油（通常是联苯和联苯醚的混合物），通过热媒控制阀控制高温液相热媒的流量来保证气相热媒出口温度控制在工艺需要的温度范围，典型配置见图 3。由于是通过换热器间接换热，换热器两侧的高温热媒和低温热媒都是独立系统，工程适应性非常好，控温精度和电热棒加热系统一样满足工艺要求，此系统一经推出就得到了广泛的应用。

为了便于对两种热媒系统的计算比较，需了解热媒蒸发器的热量平衡计算。由图 1 热媒蒸发器的工作原理可知，对热媒蒸发器来说，不考虑热媒蒸发器本身的热量散失，换热过程的总热量等于纺丝保温过程的总热量，即

Qh = Qfs （1）

式中：Qh — 换热过程总热量（W）；Qfs — 纺丝保温过程的总热量（W）。

为便于研究，假设熔体温度恒定无热量损失，热平衡方程如下：

Qfs = Q1 + Q2 （2）

式中：Q1 — 通过纺丝箱体保温层壁面向周围环境散失的热量（W）；Q2 — 喷丝板板面向周围环境散失的热量（W）。

另有，通过设备壁面散失的热量计算公式如下：

Qi = KSi（TW - TC） （3）

式中：i = 1，2；K — 传热系数（W/（m2？K））；Si — 设备外表面积（m2）；TW — 设备保温层外表面温度（K）；TC— 环境温度（K）。

保温层壁面向周围环境散热主要是以对流和辐射方式进行的，当缺少实验条件时，温度在50 ～ 300 ℃范围内，联合传热系数K可按下列经验公式估算：

K = 9.3 + 0.058TW （4）

3 两种热媒系统初投资和运行成本比较

为了量化计算，以年产20万t的聚酯直接纺丝为例，配10条生产线，每线48个纺丝位，每12位为 1 个单元。采用？95的喷丝板，10头，位距1 350 mm.

根据公式（1）、公式（2）及公式（3），以一个单元为基准进行计算。保温箱采用岩棉保温，外表面温度50 ℃，环境温度35 ℃；联合传热系数K = 28；每单元 4 个箱体，每个箱体尺寸4 200 mm × 680 mm × 780 mm，总表面积约52 m2，计算出Q1 = 21.8 kW。喷丝板表面温度约280 ℃，环境温度35 ℃；联合传热系数K = 41.4；单个喷丝板面积7.85×10-3 m2，喷丝板的总表面积约 1 m2，计算出Q2 = 9.5 kW，故总Qfs = Q1 + Q2 = 31.3 kW，考虑到部分管道及蒸发器本体的散热，取系数1.25，所以一台蒸发器总散热量约为39 kW。因此10条线纺丝40台蒸发器所需要的总热量大约为1 560 kW。

3.1 电加热换热系统

采用电加热形式的热媒系统，每线需配置80 kW热媒蒸发器 4 台，故40台热媒蒸发器就可满足要求（图 4）。

3.2 一次热媒换热系统（图 5）

采用一次热媒加热的热媒系统，根据换热公式Q = mC（T1-T2） （5）m = ρV （6）

式中：Q — 传热量（kJ）；m — 质量（kg）；ρ — 热媒密度（kg/m3）；V — 热媒体积（m3）；C — 热媒比热容（kJ/（kg？℃））；T1 — 热媒进口温度（℃）；T2 — 热媒出口温度（℃）。

3.4 两种热媒系统运行成本比较

对一次热媒换热系统，使用煤作为燃料，要提供1 560 kW的纺丝用热量及712 kW管道损失热量，按烟煤5 000 kcal/kg，煤炉效率为75%，需要煤的量约为0.519 3 t/h。以当地煤600元/t计，则煤成本约为311元/h，具体的费用见表2。

对于电加热系统，要提供1 560 kW的总热量，一年消耗的电量为1 247万kW？h电，一年的总电费为873万元，具体的费用见表 2。

由表 1 可见，使用一次热媒换热蒸发器初投资成本虽然比电加热换热蒸发器费用高出42.6%，但绝对值仅仅相差145万元；通过表 2 可见，一次热媒换热蒸发器运行成本只有电加热换热蒸发器运行费用的46%。计算表明，使用一次热媒换热蒸发器比电加热蒸发器的加热系统能够明显降低运行成本。

4 结束语

当今社会，企业要生存，节能降耗永远是不变的话题。在聚酯直接纺丝中，通过技术升级，聚合装置的一次热媒系统完全能够满足纺丝对加热的要求。对于纺丝系统的加热，一次热媒换热蒸发器比电加热蒸发器运行成本能节省50%以上。在聚酯直接纺丝中，应大力推荐使用此方案。对聚合装置一次热媒的充分利用，真正实现了节能降耗、节约成本的宗旨。

参考文献

[1] 周全忠，沈玮.化纤厂节能降耗新方法[J].纺织信息周刊，2005，375（33）：16.

[2] 郭大生，王文科.聚酯纤维科学与工程[M].北京：中国纺织科学出版社，2001.

K = 9.3 + 0.058TW （4）

3 两种热媒系统初投资和运行成本比较

为了量化计算，以年产20万t的聚酯直接纺丝为例，配10条生产线，每线48个纺丝位，每12位为 1 个单元。采用？95的喷丝板，10头，位距1 350 mm.

根据公式（1）、公式（2）及公式（3），以一个单元为基准进行计算。保温箱采用岩棉保温，外表面温度50 ℃，环境温度35 ℃；联合传热系数K = 28；每单元 4 个箱体，每个箱体尺寸4 200 mm × 680 mm × 780 mm，总表面积约52 m2，计算出Q1 = 21.8 kW。喷丝板表面温度约280 ℃，环境温度35 ℃；联合传热系数K = 41.4；单个喷丝板面积7.85×10-3 m2，喷丝板的总表面积约 1 m2，计算出Q2 = 9.5 kW，故总Qfs = Q1 + Q2 = 31.3 kW，考虑到部分管道及蒸发器本体的散热，取系数1.25，所以一台蒸发器总散热量约为39 kW。因此10条线纺丝40台蒸发器所需要的总热量大约为1 560 kW。

3.1 电加热换热系统

采用电加热形式的热媒系统，每线需配置80 kW热媒蒸发器 4 台，故40台热媒蒸发器就可满足要求（图 4）。

3.2 一次热媒换热系统（图 5）

采用一次热媒加热的热媒系统，根据换热公式Q = mC（T1-T2） （5）m = ρV （6）

式中：Q — 传热量（kJ）；m — 质量（kg）；ρ — 热媒密度（kg/m3）；V — 热媒体积（m3）；C — 热媒比热容（kJ/（kg？℃））；T1 — 热媒进口温度（℃）；T2 — 热媒出口温度（℃）。

3.4 两种热媒系统运行成本比较

对一次热媒换热系统，使用煤作为燃料，要提供1 560 kW的纺丝用热量及712 kW管道损失热量，按烟煤5 000 kcal/kg，煤炉效率为75%，需要煤的量约为0.519 3 t/h。以当地煤600元/t计，则煤成本约为311元/h，具体的费用见表2。

对于电加热系统，要提供1 560 kW的总热量，一年消耗的电量为1 247万kW？h电，一年的总电费为873万元，具体的费用见表 2。

由表 1 可见，使用一次热媒换热蒸发器初投资成本虽然比电加热换热蒸发器费用高出42.6%，但绝对值仅仅相差145万元；通过表 2 可见，一次热媒换热蒸发器运行成本只有电加热换热蒸发器运行费用的46%。计算表明，使用一次热媒换热蒸发器比电加热蒸发器的加热系统能够明显降低运行成本。

4 结束语

当今社会，企业要生存，节能降耗永远是不变的话题。在聚酯直接纺丝中，通过技术升级，聚合装置的一次热媒系统完全能够满足纺丝对加热的要求。对于纺丝系统的加热，一次热媒换热蒸发器比电加热蒸发器运行成本能节省50%以上。在聚酯直接纺丝中，应大力推荐使用此方案。对聚合装置一次热媒的充分利用，真正实现了节能降耗、节约成本的宗旨。

参考文献

[1] 周全忠，沈玮.化纤厂节能降耗新方法[J].纺织信息周刊，2005，375（33）：16.

[2] 郭大生，王文科.聚酯纤维科学与工程[M].北京：中国纺织科学出版社，2001.

K = 9.3 + 0.058TW （4）

3 两种热媒系统初投资和运行成本比较

为了量化计算，以年产20万t的聚酯直接纺丝为例，配10条生产线，每线48个纺丝位，每12位为 1 个单元。采用？95的喷丝板，10头，位距1 350 mm.

根据公式（1）、公式（2）及公式（3），以一个单元为基准进行计算。保温箱采用岩棉保温，外表面温度50 ℃，环境温度35 ℃；联合传热系数K = 28；每单元 4 个箱体，每个箱体尺寸4 200 mm × 680 mm × 780 mm，总表面积约52 m2，计算出Q1 = 21.8 kW。喷丝板表面温度约280 ℃，环境温度35 ℃；联合传热系数K = 41.4；单个喷丝板面积7.85×10-3 m2，喷丝板的总表面积约 1 m2，计算出Q2 = 9.5 kW，故总Qfs = Q1 + Q2 = 31.3 kW，考虑到部分管道及蒸发器本体的散热，取系数1.25，所以一台蒸发器总散热量约为39 kW。因此10条线纺丝40台蒸发器所需要的总热量大约为1 560 kW。

3.1 电加热换热系统

采用电加热形式的热媒系统，每线需配置80 kW热媒蒸发器 4 台，故40台热媒蒸发器就可满足要求（图 4）。

3.2 一次热媒换热系统（图 5）

采用一次热媒加热的热媒系统，根据换热公式Q = mC（T1-T2） （5）m = ρV （6）

式中：Q — 传热量（kJ）；m — 质量（kg）；ρ — 热媒密度（kg/m3）；V — 热媒体积（m3）；C — 热媒比热容（kJ/（kg？℃））；T1 — 热媒进口温度（℃）；T2 — 热媒出口温度（℃）。

3.4 两种热媒系统运行成本比较

对一次热媒换热系统，使用煤作为燃料，要提供1 560 kW的纺丝用热量及712 kW管道损失热量，按烟煤5 000 kcal/kg，煤炉效率为75%，需要煤的量约为0.519 3 t/h。以当地煤600元/t计，则煤成本约为311元/h，具体的费用见表2。

对于电加热系统，要提供1 560 kW的总热量，一年消耗的电量为1 247万kW？h电，一年的总电费为873万元，具体的费用见表 2。

由表 1 可见，使用一次热媒换热蒸发器初投资成本虽然比电加热换热蒸发器费用高出42.6%，但绝对值仅仅相差145万元；通过表 2 可见，一次热媒换热蒸发器运行成本只有电加热换热蒸发器运行费用的46%。计算表明，使用一次热媒换热蒸发器比电加热蒸发器的加热系统能够明显降低运行成本。

4 结束语

当今社会，企业要生存，节能降耗永远是不变的话题。在聚酯直接纺丝中，通过技术升级，聚合装置的一次热媒系统完全能够满足纺丝对加热的要求。对于纺丝系统的加热，一次热媒换热蒸发器比电加热蒸发器运行成本能节省50%以上。在聚酯直接纺丝中，应大力推荐使用此方案。对聚合装置一次热媒的充分利用，真正实现了节能降耗、节约成本的宗旨。

参考文献

[1] 周全忠，沈玮.化纤厂节能降耗新方法[J].纺织信息周刊，2005，375（33）：16.

[2] 郭大生，王文科.聚酯纤维科学与工程[M].北京：中国纺织科学出版社，2001.