印染拉幅定型机清洁能源应用及节能技术的发展现状

张建步，张 健，王赛虎，赵水明，孙 欢

（1.连云港鹰游新立成纺织科技有限公司，江苏 连云港 222299；2.江苏鹰游纺机有限公司，江苏 连云港 222062）

2021年9月以来，国内“拉闸限电”现象已波及广东、浙江、江苏、山东、辽宁、吉林、黑龙江等省份，多地工业企业被要求“开三停四”“开二停五”甚至“开一停六”错峰用电，而9月、10月通常又是国内出口导向型企业订单高峰期。此次限电对高能耗企业影响巨大，除了影响高能耗企业的正常生产外，也在一定程度上限制了这类企业的盲目扩张。

纺织印染行业在生产过程中能源消耗大、污染物排放多，与节约资源、保护环境之间的矛盾日益凸显[1]。拉幅定型机是染整环节中能耗最大的设备之一，在保证定型织物品质的基础上，如何减少拉幅定型机的能耗成为印染行业节能环保和可持续发展的核心问题。

1 拉幅定型机的概述

拉幅定型机作为印染厂中一种非常重要的纺织整理设备，主要用于针织布、机织布的烘干及拉幅定型，利用织物纤维的可塑性能，将织物的幅宽在一定尺寸范围内缓慢拉至规定尺寸[2]。通过热风拉幅消除部分内应力，调整经纬纱的状态，改善织物在织造过程中存在的缺陷，使织物整齐划一、尺寸稳定[3]。在国内市场上，拉幅定型机的品牌众多，以立信门富士、布鲁克纳、三技克朗茨、韩国日星、台湾立根、浙江远信、邵阳纺机、江苏日新等为代表，产品被广泛使用。拉幅定型机虽然烘房结构形式多样，但工作原理并无较大差异，织物在拉幅定型机烘房内热风定型的过程中，既要吸收循环热风能量，蒸发织物水分，排出高温废气，又要不断补入干热空气，维持烘房的气压平衡。

2 拉幅定型机清洁能源应用现状

拉幅定型机通常以导热油、蒸汽、天然气、电等作为热源，采用直接或间接加热的方式，为织物在烘房内拉幅定型提供热量。

（1）早期的拉幅定型机基本上使用煤炭加热的导热油作为热源，利用导热油翅片式散热器传递热量，通过导热油散热器加热烘房内空气进行热风定型。导热油加热是间接加热，只需控制好导热油温度和流量即可，热定型工艺稳定，定型效果好。随着经济的发展和环保要求的不断提高，更为严格的排污标准陆续出台实施，燃煤导热油锅炉已逐步退出历史舞台，取而代之的是燃生物质能、燃沼气、燃天然气等清洁能源的导热油锅炉。生物质颗粒燃点低，易于点火，燃烧时不产生污染物，燃烧后的灰烬还可作为肥料使用；沼气作为有机物发酵而生的可燃气混合气体，燃烧值高，可用于化纤织物的高温定型；当没有沼气的来源时，可选择天然气作为热源[4]。导热油加热因热稳定性好、传热效率高、工艺适用范围广，在定型机热源的选择上仍占据一席之地。

（2）由于印染厂周边的热电厂采用集中供热的方式，可提供2.5~2.8 MPa/260~280 ℃过热蒸汽，可满足工艺温度不高于220 ℃的织物定型要求；热交换后降压的0.4~0.6 MPa低压饱和蒸汽适用于对工作温度要求较低的印染工艺，实现蒸汽热能有效梯级利用[5]。中压蒸汽加热定型安全可靠，热循环效率较高，运行成本较低，但蒸汽供热系统检修费用较高；此外，蒸汽终端输出压力大小对定型温度的影响较大。

（3）天然气直接加热升温迅速、温控精准、补偿及时，能满足大部分织物热风定型的要求，但天然气直接加热的烘箱内部散热不够充分，导致箱体内温度分布不均，同时天然气直接加热产生的气体杂质直接接触布面，织物极易出现左中右色差、黄变等问题。针对天然气直接加热存在的问题，李家全等[6-7]提出了一种拉幅定型机天然气间接加热装置，将烘房外燃烧器产生的热量通过燃烧筒送至散热机构，热量主要通过散热机构，以热辐射形式对烘房内的织物进行加热，废气经出口管的调节后，由排风机排出。天然气间接加热产生的废气不接触织物，避免了织物出现黄变、色差等问题。华文辉[8]提出了定型机烘箱间接加热燃烧系统，加热室内部中间通过隔板形成下层加热空间和上层散热空间，加热室内部设有导热管，导热管从上层散热空间贯穿隔板并延伸至下层加热空间，通过导热管，将燃烧器产生的热量传输至烘房蜗壳及风管进行热循环，实现间接加热。该系统散热均匀性优于直接加热，降低了燃烧气体与织物直接接触的概率，提高了定型织物的品质。

（4）李韦锋等[9]针对现有加热方式存在的不足，在传统翅片式电加热的基础上，提出了一种烘房风道式电加热系统，将管状加热元件的圆柱面加热换热优化为平面加热换热，避免了换热死角，实现了完全换热，还引入了石墨烯作为远红外表面涂层材料，进一步提升了换热效率。虽然电能转换热量效率高，但是转化成热风的单位热能所需要的成本较高。在当前限电环境下，电加热系统受电力供应影响巨大，应用前景仍不明朗。

将上述清洁能源应用到拉幅定型机上，可以提高热能的利用效率，减少污染物的排放，提升产品的稳定性，有利于增加印染企业的经济效益与社会效益。

3 拉幅定型机节能技术的发展现状

拉幅定型机的能耗主要包含传动消耗的电能、织物热风定型消耗的热能、废气排湿带出的热能以及定型设备的散热损失等。

（1）循环风机电机及主传动电机消耗的电能占定型机传动消耗电能的70%以上，使用高效节能永磁电机可有效节省电能，降低定型设备的运行成本，在节能降耗的现实要求下，大功率电机改造升级势在必行。

（2）织物的含水率是烘干过程中非常重要的参数，过度烘干不仅浪费能源，还会影响织物的定型效果，而不充分的烘干则会导致不良品的产生。利用接触式方法在线检测织物出布左中右的布面湿度，通过测定织物的导电性来测定其含水率，以控制工艺车速或风机转速，达到节能效果[10]。侯子云[11]分析了轧车轧余率对拉幅定型机能耗的影响，通过比较不同轧余率所需能耗的差异，在保证轧辊使用效果的前提下，控制轧辊线压力及轧辊刚度，降低轧余率，提高轧液均匀性，控制织物进入烘箱前的含水率，减少烘干过程所需的热能，对定型机的节能产生较为显著的经济效益。

（3）目前，热风拉幅定型机热效率仍比较低，织物在吸收热量后，表面携带的水分与溶剂、油脂等有机物通过排湿管道排出烘房外，同时伴随着一定数量的干热空气被一同排出。定型机在工作中用于织物烘干与定型所消耗的能量不足30%，而废气散发的热能却能超过60%[12]。陈立秋[13]提出了排气湿度的最佳值，当排气湿度低于20%时，能耗急剧增加，而蒸发效率变化甚微。对排气湿度进行微小的调整，蒸发效率受到的影响很小，而能耗却显著减少。朱吉良等[14]提出将排气湿度控制节能技术应用于定型机排气湿度控制，通过在烘房顶部安装排气湿度控制装置，实时检测烘房内的湿度值，在保证定型工艺温度、产品质量、生产效率的基础上，实时调整烘箱的湿度，达到节能降耗的目的。此外，通过在烘房排湿管道上方安装热能回收装置[15]，回收热风烘干定型产生的废气热量，将废气的热能转化在循环空气内，使被加热的新鲜空气通过除湿管道回到烘箱内，继续参与热风烘干定型。

（4）拉幅定型机的散热损失主要包含烘房表面散发的热量及烘房出入口散发的热量，通过增加烘房隔热板的厚度，提高隔热板的绝热效果；改善隔热板与烘房机架之间的密封性，减少进入烘箱的外冷风，尽可能阻止热量外散[16-17]。

综合运用各种节能技术，降低定型设备运行总负载，减少进入烘箱织物的水分，检测织物出布回潮率，避免过度或不充分烘干，优化定型工艺参数，控制废气排出湿度，减少不必要的散热损失，实现拉幅定型机的节能降耗。

随着整个社会对环保的越来越重视，应用节能减排新技术、新工艺，提高产品研发和创新能力，对现有设备进行改造升级等措施被大力推行，同时应采取适合可持续发展相关战略的措施。在此背景下，张国良等[18-19]提出涤纶绒类织物闪染生产方法及闪染生产的成套装备，致力于涤纶绒类织物免水洗连续化、高速化、高效自动化生产，减少水资源消耗及污染物排放，实现低污染、低成本、低能耗的清洁化生产[20]。

4 结语

智能化是设备发展的必然趋势，随着智能制造相关技术在印染领域继续大力推进，印染行业已从单机单线的智能化朝着系统的自动化、数字化、信息化、模块化方向发展，充分利用智能制造相关技术，对影响拉幅定型机能耗的关键数据（如布面温度、布面湿度、烘房湿度、排气湿度等）进行数字化和智能化在线监测控制，并进行数据采集，利用人工智能技术进行分析处理，及时调整工艺参数，实现最优化控制，在保证织物定型效果的基础上，实现高效节能生产。