染整设备节能动向yd12612
刘辅庭 (原上海市纺织科学研究院上海200000)
收稿日期：
作者简介：刘辅庭,留日纺研院退休高工,从事技术情报工作50年
原载：染整技术2010/7；1-5
【摘要】本文综述近年来衣料用途的国际节能染整机械,特别是圆筒型及长管型高压气流及液流染色机、喷墨印花机和圆网印花机的节能及环境负荷比较,烘干机及热处理机的节省热能及电能以及能源战略举例。
【关键词】染整机械;节能
【中图分类号】TS190.4 文献标识码:A 文章编号:1005-935O(2010)O7-0001-O5
1 节能概况[1]
地球复暖问题是由于大气中二氧化碳等浓度上升,而地球接受阳光热继续排放于宇宙,但其浓度增加时,阻止地球的排放,促使大气温度上升。
根据IPCC发展,产业革命前的二氧化碳换算浓度是280ppm,到2006年为380ppm,结果世界平均气温上升
为防止地球变暖而开发的染整设备有连续等离子体精练装置(减压下空气等离子体促使棉亲水性)、连续臭氧漂白装置(臭氧促进棉漂白)、喷墨印花装置(提高生产效率和细密性)、二氧化碳超临界染色装置(无水染色加工)、低俗比分批染色装置(染料均匀分散和蒸热发色)、紫外线灯漂白装置(黑灯进行过氧化氢漂白)、分批染浴监视装置(监视染浴中的染料浓度、缩短操作时间),整理时电子射线进行接枝加工(纤维表面修饰加工)等。
1.1 日本制定的能源战略
(1)节能如燃料电池汽车等计划(30%以上消费效率改进);
(2)运输能的下一代计划(石油依存度80%);(如燃料电池汽车等);
(3)新能源计划(如太阳能、风能等);
(4)原子能计划(发电量的比率30%-40%)。
每年进程修正。又为防止地球复暖制定削减二氧化碳排放量计划。
超时空能利用技术如热泵技术(需要温水程度的热能时利用热泵达到节能,用于空调等)。又引用小型流通锅炉(日本现有25万台),并开发小型流通锅炉发电系统,以锅炉为热源,在3t/h蒸汽、锅炉压力和工序压力之比为3的条件下,供给发电量100kW以上。
2 喷墨印花系统的节能网
网印适于大批量生产。喷墨印花的初期费用大及工序少,但所用染料较贵,印花速度较慢,因此喷墨印花适于小批量多品种生产。
圆网印花和喷墨印花的节能比较来看,比较条件是幅宽
圆网和NassengerⅤ喷墨印花条件各为:印花速度
投入资源和排出资源的比较来看,电力削减率57%,糊料97%,水62%,消耗品85%,二氧化碳95%。
可知喷墨印花的环境负荷很小,要因是由于无制版、非接触。
关于纤维制品流通中的节能,圆网印花工序多,交货期需2-4周,而喷墨印花工序少,交货期只需1日-2周。对时尚产品,往往销售计划和销售业绩不一致,所以要追加生产。网印时追加生产相同品质(色)难以再现,为此需要过量预计产量,有时就造成库存损失。喷墨印花易应对追加生产,而保持相同色质,库存损失消除。
因此作为节能、减少环境负荷的技术,喷墨印花有待发展。
3 烘干机及拉幅机的节能[4]
按日本节能法规,节能目标是年平均1%以上削减。烘干机及拉幅机耗能可分为以燃料为热源的热能和作为动力的电能。
3.1 关于热能的节约
例如棉针织物烘干机的供给热量及消费热量的比率来看,排气的放热占88.6%、材料带出热量6.4%、保温板的损失热量2.2%、出口的损失热量1.5%(含水的升温热量1.4%。
又如对聚酯织物热定形的各个消费热量的比率来看,排气进气的损失热量占48.8%(材料不含水分)、拉幅链的损失热量23.9%、材料带出热量14.7%、保温板的损失热量12.5%。
关于排气损失热量的节能举措,有如排气温度控制系统,检测机内排气的温度,由变频器控制对设定值的偏差,改变排气风扇转速,从而改变排气量来控制机内的温度达到节能。
排热回收装置是有效利用排气中显能量,而烘干机的排气中含有潜热能和显热能,可有效利用其显热能的6O%-70%,但不能利用潜热能。
关于材料带出热量的节能有如布温测定系统,在烘干机出口测定材料的表面温度,超出设定值时发出警报。多品种小批量生产时为防止未干或过干,报警来防止返工从而节能。
关于热源改变后热能的削减方法,烘干机及热处理机的热能来说,以前烘干机主要用蒸汽能,热处理机用热媒体油。现在日本基本上改用气体,采用气体直接加热。锅炉变换效率由85%-70%提升到100%,可节能30%-15%。
防止地球变暖,削减二氧化碳排放,各燃料的排放系数如下:
|
燃料 |
排放系数(kg-C/MJ) |
|
灯油 A重油 B或C重油 液化天然气 液化石油气 城市煤气 |
0.0185 0.0189 0.0195 0.0135 0.0163 0.0138 |
可知液化天然气比A重油,二氧化碳排放约减29%,比液化石油气约减14%。
3.2 关于电能的节约
烘干机及热处理机所用电能以循环送风机为最多。循环送风机所需马力按转速比的3乘方变化,因此转速稍变,所需马力变化大。其静压按转速比的2乘方变化,风量按转速比变化。
循环送风机的变频控制,达到节能。用变频控制,风扇转速可自由变化,在生产时间有余力时,烘干速度稍低,风扇转速降低,从而可减耗电量。在空转时亦可降低风扇转速。在机体入口装有探测材料有无的传感器,无材料时控制低速,材料送入时提高风扇转速到设定值,从而节电。又由多极电动机改为变频控制亦可节电。
拉幅机采用伸缩式喷嘴以节电。伸缩式喷嘴连接拉幅轨,随织物幅宽变化,喷嘴宽度亦自动追踪改变。因此只向织物幅宽部分吹风,织物幅宽小时,喷嘴风速就增加。喷嘴对布面距离为25
减少电动机马力而节电。
自动过滤系统的滤器循环运行,由集尘器自动扫除附于滤片的毛羽,可稳定供给风速,防止烘燥速度降低。并且根据毛羽发生状态可自由调整运转时间。
4 各种节能染整机械[5]
4.1 连续净洗
节水可提升节能效果。基本要素是逆流净洗、密闭高温洗槽、利用夹点或真空、布张力低及隔离效果。
例如Convi-Tex净洗机耗水量5
Injecta高效节水节能型(Benninger公司)利用蒸汽使糊料等瞬时膨润而溶解。
高压下
对针织物及伸缩弹性材料,多用大辊低张力型,节水节能机如Sintensa(Go11er公司)。
4.2 从净洗排水回收热和水
从连续精练机回收水和热5O%,如Brubo-Mafic机(Brugman公司),利用废液过滤和热交换进行回收。
4.3 连续练漂装置(10年前完成)
Kusters公司开发练漂一步法,节水节能20%(布速
Ben漂白系统由五单元构成,进行合理的净洗,控制轧液率,采用联合蒸箱(最佳反应时间3-50min)
。
Brubo-Sat机(Brugman公司)的小浴槽给液均匀和计量系统及导带无空气蒸箱促使布运行顺畅,为节能节资源进行12道控制,提高效率,并由交流电动机驱动,控制布速和张力。
4.4 丝光化
Ben Dimensa丝光机(Benninger公司)应用短和热的理论,显著缩短加工时间而有节能效果。苛性钠迅速渗透和棉纤维迅速均匀膨润,处理时间可缩短,无需冷却。
4.5 松弛加工
对聚酯长丝强捻薄织物可用高压圆辊水洗机,采用大型蒸箱,提高效率,缩短时间,有保温效果而节水节能。一般用连续无张力收缩(预松弛)+高压液流染色机,进行分批松弛处理。
为节水节能可用导带型逆流液下机(花山工业公司)。
松弛加工适用长管高压液流染色机,布在液流管内相互冲突所起松弛效果好。
4.6 喷射染色机[6]
高效节水节能首推圆筒型染色机。
高温下水的粘性改变,表面张力也降低,因此成雾而均匀染色。浴比极小,水、热及药剂大幅度削减,节水节能效果高。染料迅速瞬染,吸尽率提高,活性染料的水解也少。并且进行快速法以节水和缩短加工时间,实现急速加热和冷却。最近,染浴槽无染液,再降低浴比,达到高度节水节能目的。
德国Then公司2007年开发圆筒箱气流增效染色机,染浴槽内无染液,染浴消失浴比1:1.5～2,布速
其特点是聚四氟乙烯滑棒、扩布和落布整合、高升布架使布高速运行,热滴成雾染色。
又如长管气流荷叶型染色机,用于长丝高密薄织物。
Thies公司的气流染色机Luftroto-p1us II型,落布幅分三阶段18种(
染缸为圆筒状(主要适用厚织物和大批量生产),又有长管状(适于多品种和薄织物),而圆筒状染色机的节水节能效果较好。
圆筒型高压液流染色机(量产型)
代表性如多流(头)染色机(MCS公司),大染缸直径
12头,容布量3.6t,浴比1:3(合纤)-5(棉),并可两台连接,容布量可达7.2t,适于节能大批量生产。
大量大型染色机各流通必需均匀供给布量、染料、温度及药剂,需要精密控制系统。
合理的节水节能中量液流染色机如生态Master(Thies公司),采用二步染液喷射渗透方式,浴比合纤1:3,棉1:5.随布类(厚度及尺寸),可调节布运行状态,应对少批量长丝薄织物,采用水洗CCR系统,节水并缩短水洗时间。
节能理想浴比为1:6,如生态88P机(Fongs公司),两头布运行,采用聚四氟乙烯导棒使布畅通运行。
4.7 其它染色机等
(1)高压卷染色机如高温卷染机Tiro(Thies公司),新技术有染浴循环、按布运行长度控制染料药剂注入、由热交换器加热使染液循环及布张力控制。浴槽小,布移入贮管,保持浴比1.2。
(2)高压经轴染色机如Rotora经轴回转生态染色机(A1liance公司),布
(3)有机溶剂净洗机如Nova,特点是快速净洗疏水性污物,分散染料染色物等干摩擦色牢度提升。有机溶剂表面张力低,易渗透到纤维组织内,蒸发所需热量为水的1/12,且溶剂回收率高。对有机硅油剂、酯化油等净洗力大。迅速渗透到纤维界面,使表面附着的分散染料脱落,因此,染后还原净洗可省略,提高干摩擦色牢度,并降低成本。节水节能效率高,五年前世界上已有238台。
总之，节能染色机械的开发在于: (1)染色机构造开发,促使染色液量低浴比化; (2)提高容布效率,大容量取得节水省能; (3)缩短染色时间来节能。
今后开发的理想目标是染色浴比1:2-3和1:1以下。浴比1:3的染色技术,如气流染色机现已实用。1:1以下浴比的开发如绳状织物经均匀轧染而发色的印花技术,以及接近连续染色的染色方法。己开发聚酯织物的极低浴比气流减量装置,聚酯织物在干状态运行,升温同时定量注入苛性钠,轧液率70%-100%(浴比1:1以下)进行减量加工。又如平幅织物经染料轧余率60%-100%并预烘,用气流染色机发色及保持风格,以提高附加值。
考虑到省能节水,染色不用水是理想的。现在超临界二氧化碳流体染色技术基本上确立。用聚酯织物经试验机染色,关于染料种类选定和染色性已完成确认。从实验结果来看,聚酯织物的分散染料染色,机械初始成本及加工成本另作别论,实用化的技术课题已解决。机械规格的设计是
4.8 整理剂处理装置
降低处理液浓度,给予更多处理液是用小浴槽,经常由许多细管补给处理液。抑制处理液的附着差异,也可湿罩湿处理,有节能效果。
例如:转辊给湿装置(Weco公司)由高速转辊的离心力作辐射喷雾,是低给液方式,喷雾量可调节。由于非接触,可用于伸缩弹性材料,适于高粘性处理,烘干省略可湿对湿处理,节能省力效果大。
Raco-Yet连续精练机(K1einewefers公司),在外部混和精练剂,用喷嘴作气溶喷雾,是节能给液方式。可低给液和高给液,由药液自动控制进行供给及回收再用。
F1ex nip机(Kusters公司)槽宽
4.9 脱水
节能主要是真空脱水和轧辊。
游动辊轧机(Kusters公司)用高效均匀强压,节能效果大。现在注目的是Matex5000机(Monforts公司),用硬质辊脱水,低给水而节能。
真空脱水在连续脱水,效果好,提高烘干速度和湿对湿处理,可省略烘干,节能效果显著。
根据脱水理论,研发毛细管现象附着的自由水去除机械,如0pti-Vac机(0ptitexma公司)可省略烘干,整理剂处理的节能效果佳。
4.10
烘干
烘筒干燥机如Roto烘干机(CIMI公司),直立型4烘筒单元串联排列,集中加热系统控制(60
热风Thermex6500机(Monforts公司)对棉机织针织物采用连续活性染色法,RH25%-30%、120
Dystar公司的连续染色机,用Exxo热间接加热,消除染料的燃烧气体阻塞。再用能塔7000由排气回用热达30%,并用断热法隔断不必要的热风,达到节能,适用于
预防缩机5型(Santex)用上下交叉配置的直流喷嘴,近距离由循环热风使布波动,以提高热和电的利用效率。再用外气进量控制和自动排气控制以减少耗能。
Dyn气流松弛机6500型(Monforts公司),减少机体的辐射热损失,节能采用连接部分密封和布进出口的气封,以及热风喷射宽度自动控制,节能效果15%以上。
4.11
热定形拉幅机
Econ Air排气系统(Babcock公司)反复利用循环热风,对高污染的后箱改善排气,节能35%。
Montex5000型(Monforts公司)控制喷风宽度,节能20%.又采用Koenig公司的热交换器,交换面净洗好,回用效果15%-35%。
5 关于连续染色加工装置的节能[7]
现在染色加工装置所要求的节能是单位时间内的节能,即保持功能而耗能减少。染色加工技术节能问题在于以水为媒体。因此过去山东铁工所开发了不用水的连续等离子体装置及臭氧漂白装置等。但是时代主流是小批量多品种,分批式加工有优点,而大型连续装置不合时代。
然而,从优质水有限,排水处理费高昂、节能及防止地球变暖等来看,需要连续加工方式。染色加工中水是不可缺少的,而少水化和温排水的废热回收及废水回用,是今后染色加工的必要条件。
与用水多的分批式相比,连续式是有利的。有效用水及节能。引用现代信息技术开发的传感器及控制装置,更助于实现。特别是普及采用降价的变频装置,已引起过去10年间的划时代改观。
6 参考文献
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[2]古谷博秀.日本产业界节能技术战略和二氧化碳排放,抑制技术[J]日本纤维学会志,2009,62(12)；13-16
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[4]木村明彦，烘干机及拉幅机的节能[J]日本纤维机械学会志,2009,62(12)；21-24
[5]山本俊雄，世界节能的染整机械[J]日本纤维机械学会志,2009,62(5)；11-16
[6]渑川正夫，染色机械的节能[J]日本纤维机械学会志,2009,62(5)；22-25
[7]山东幸司，连续染整设备的节能[J]日本纤维机械学会志,2009,62(5)；17-21