染整设备选型相关的节能减排技术条件yd13814

陈立秋中国纺织工程学会染整专业委员会

原载：《2011年全国染整新技术环保化学品和节能减排实用新技术交流研讨会资料集》；4-10

【摘要】阐述染整设备技改及扩产、更新选型时相关的节能减排技术条件，列举了典型的门幅配合、高给液与低施液、高效水洗、小浴比染色、废水热回收、废气热回收及净化、设备的保温散热防患措施等。

【关键词】染整设备技改选型节能减排

一、前言

设备是染整工艺生产的重要条件之一。为加快印染行业结构调整，推进行业节能减排和可持续发展，根据国家有关法律、法规和产业政策，国家工信部于2010 年6 月1 日发布了修订版的《印染行业准入条件》，明示：“新建或改扩建印染项目应优先选用高效、节能、低耗的连续式处理设备和工艺；连续式水洗装置要求密封性好，并配有逆流高效漂洗及热回收装置；间歇式染色设备浴比要能满足1：8 以下的工艺要求；拉幅定形设备要具有温度、湿度等主要工艺参数在线测控装置，具有废气净化和余热回收装置，箱体隔热板外表面与环境温差不大于15℃。对此，在企业改扩建、技改时，就染整设备选型及相关的节能减排技术提出意见。

二、选型相关的节能技术条件

染整工艺设备选型应符合经济效益、清洁生产和具有工艺的再现性。设备选型应充分体现出投资效益及社会经济效益；实现清洁生产是改善生态环境、印染行业可持续发展的重大举措，这就需要严格的科学管理、优化工艺、选用高效环保型染化料助剂、创新的设备和适用的岗位责别；染整生产要求提高生产循环的准确可靠性，满足生产工艺的可预见性、再生产的重演性和缩短生产周期达到快速响应的能力。这就需要自动的、智能的可控工艺生产。

染整设备应用高新技术更新，应在短流程的功能性、纺织品种的适应性、工艺生产的再现性、印染产品的服用性、节能降耗、环使、安全改善生态环境等方面体现。

2.1 设备幅宽

生产中，工艺设备的幅宽与加工织物门幅的配合往往容易被疏忽，尤其在选购设备时，不按企业实际生产品种的门幅，而超幅宽购置设备，如此，皆会影响到生产用水、电、蒸汽的消耗增加，并非选购设备的幅宽愈宽愈好。

举例来说，在选购烧毛机时，一定要考虑火口燃气幅宽可调的设备。烧毛工序中大家极为关注选用节能火口，例如，采用国产先进的XH 型燃气火口，烧毛质量正、反面均可达到4 级以上，平均耗油（汽油）1.31kg/km 布，年产5000 万米织物，与国际先进的双喷射火口相比，可节约汽油87.95t。这是指幅宽1800mm 的火口加工160cm（63in）的织物。若加工112cm（44in）的织物，则燃油的有效热能仅有62％，按加工2000 万米112cm 的织物计，浪费汽油约10t。火口燃气幅宽可调，则可有效降低无效热能，节省生产成本，有利环境保护。

扬州志成纺织机械有限公司生产的Y 型多混聚喷燃烧器，创新的气动无级调幅，有效地按工艺加工织物幅宽调节火口燃气幅值，达到有效热能的充分利用。

2.2 高给液和低施液

2.2.1 透芯高给液装置

高给液在前处理工艺加工中极为重要。高给液不是织物多浸多轧的表面多带液，高给液织物要求表面不淌水，织物透芯浸轧液。选用高给液设备应了解透芯高给液的机理，一种液下浸轧，气液交换充分，织物组织结构的空隙及毛细管道空腔，因液下轧液而充分脱气，形成微真空状态，在大气压下，工艺液逼迫渗透。透芯高给液可降低工艺液的液度，提高工艺萃取反应能力。

常规二浸二轧、表面驱动收卷、堆置的冷轧堆工艺设备流程，因浸轧带液量低，收卷时挤压浪费大量工艺液，致使化学品的用量比退煮漂三步法工艺多用60％，采用透芯高给液装置所组成的冷轧堆工艺设备化学品用量与三步法及常规冷轧堆对比见表1。

表1 三种工艺化学品用量对比

工艺	三步法	常规冷轧堆	高给液冷轧堆
化学品浓度（％）	100	160	46.6
轧余率（％）	80	80	120
化学品用量（％）	80	128	56
节省（％）	0	-60	＋30

表1 中高给液工艺轧余率120％，A 字架中心驱动，低张力收卷，布面不淌液，比三步法节省化学品30％。

高给液化学品浓疫按80／120×100％-20％＝46.6％配料，其中-20％是对原冷轧堆浪费的工艺液修正。

在轧蒸工艺，织物高给液进蒸箱能有效防患横档、风干、“鸡爪印”、碱斑等弊端。化学品用量按带液量比例调节，采用碱氧工艺的碱含量可适当减少。

江苏新联印染机械有限公司的XLP655 新型浸轧透芯高给液机，已成功投放市场应用在冷轧堆一步法及轧蒸工艺中的轧液。山东源丰印染机械有限公司将高给液轧车应用在松堆丝光机的第一道轧碱，提供碱液进入纤维无定型区的物理压力，导致碱液易进入纤维素纤维的结晶区，促成微胞内溶胀，使天然纤维素Ⅰ更多地转化为纤维素Ⅱ，提高丝光织物的上染性能、增深效果。

2.2.2 低施液装置

低施液装置凸显节能、降耗。染整湿加工中，降低织物带液率有两种方法：脱水以及局部或有限施液。脱水指的是经工作液浸渍后的织物，用压、吸或其它方法脱去非结合水，由于纤维交织点处及毛细管中的液体难以用机械方法去除，因此，只仅有限降低带液率，例如，选用低轧余率轧车，将进入烘燥的湿织物含水率轧至50％~55％。

有限施加法的工艺设备有如下几种：输液带给液、照相凹版给浆辊、刀辊给液轧车、喷雾给液机、泡沫整理设备等。低施液设备常用于后整理，根据工艺要求可使织物带液量降至10％~30％，节省大量的烘干热能及化学助剂，降低生产成本，改善工艺质量、友好环境。

2.3 高效水洗

水洗机冠名“高效”的颇多，是否名符其实呢？在选型时一定要从总体方案、单元特点进行考证；要符合高效水洗的机理，生产实践效果佐证。

2.3.1 符合水洗高效传质条件

织物水洗是一个传质过程，根据菲克（Ficks）第一定律，水洗的物质交换方程式：

G＝D/H（C1-C2）（1）

由公式（1）可知：要达到理想的高效水洗，重要的是需要较高的扩散系数D，缩短扩敬路程H，提高浓度梯度C1-C2。

2.3.2 几种水洗机洗涤效果对比

表2 几种水洗机水、蒸汽消耗及效率对比

水洗型式	水洗效率	水耗	蒸汽耗量
老式水洗	1	2.5	2.2
波浪辊	1.6	1.5	1.4
压力辊加分隔小槽	2.0	1.4	1.3
螺旋式逆流	2.4	1.2	1.0
高温水洗	3.0	1.15	0.8

表2 中以老式水洗机为目标对比，不同水洗有着不同的效果。

2.3.2.1 水洗采用波浪辊

老式自排式平洗增，织物仅仅是进入路径中两侧的水传质交换，极大部分的水无功溢流排入下水沟，利用率极低。波浪辊搅拌水浴，令参加传质交换的水增加。波浪辊水洗能否起到振荡水洗的效果，关健是“水穿布”，产生抽吸、排水，缩短扩散路程（H），振荡水洗适合织物组织结构松疏，不适合厚重、紧密、弹力梭织物。采用“花瓣”转鼓振荡水洗同理。

2.3.2.2 水洗采用压力辊加分隔小槽

在平洗槽的上导布辊加压橡胶小轧辊，提高水洗的浓度梯度差（C1-C2），让织物上所带杂物浓度（C1），始终比水浴的杂物浓度（C2）高，有利水洗传质的交换。采用上导辊加压小轧辊水洗，应注意结构设计防止导布辊变形导致织物起皱；每根下导辊采用分隔板形成一独立小槽，是为了配合小轧辊轧液提高浓度梯度差。

2.3.2.3 螺旋式逆流水洗

采用“蛇形”逆流供水是指水洗槽间逆流，水洗槽中分隔的小槽呈左右、上下逆差。根据多单元逆流水洗机水洗过程的净洗效率一般方程式：

式（2）中：Co——织物水洗前含污程度；

Cn——织物水洗后舍污程度；

式（2）中可见Cn/Co 净洗效率与流动比F 密切关联，反比。F 与给水量成正比，与织物带液量成反比，多单元逆流水洗的流动比一般在3.5 以内。织物带液量（W2）决定水洗过程中的脱水方式及脱水能力，当无小轧辊轧压时，W2 决定导布辊直径、进给张力、洗液动力粘度等因数，织物带液量一般在1kg/kg 布~1.2kg/kg 布。

由式（2）可见，Cn/Co 值的大小与水洗槽数n 值关系很大，例如将上47.5（导布辊）的平洗槽，分隔成低液位5 个小槽“蛇形”逆流，F 值从F 变成F ，一台5 单元水洗机，槽数扩大到25 槽；W1＝3t/t 布，W2＝1t/t 布，流动比F＝3，代入式（2）

过程，无需过份增大给水量，关键工艺过程保证小槽数（n）不变，可考核其分隔小槽的结构是否合理？！

2.3.2.4 高温水洗

洗涤速度同洗除物在纤维——水合体系中的扩散系数（D）成正比。提高洗涤温度可以减弱氢键结合力，减小静库仑力，降低纤维表面溶液的粘度，增加分子的动能（大于分子扩散能阻），从而致使D 值的提高。

织物平幅洗涤时，织物表面与洗液之间所形成的一层“界面层”或叫粘性阻滞层。提高洗涤液温度和采用振荡的方法，都是致力于破坏“界面层”的饱和状态。洗涤扩散路程（H）主要由织物结构内的路程和“界面层”膜厚度δ 组成：

（3）式中：υ——洗液运动粘度；

τ——接近区长度；

v——洗液流速。（小槽低液位逆流速.加速）。

水的运动粘度在一个大气压（0.1Mpa）下，20℃时为1.004×10－6m2/s，水温升到100℃时，粘度降至0.3×10－6m2/s，这样υ 值的降低会令“界面层”变薄，有效缩短扩散路程（H）；水洗过程轧水，95℃水温比20℃的脱水率提高20％~80％，明显提高传质过程的浓度梯度（C1－C2）。

测试表明：用85℃热水替武95℃水温洗涤织物效果下降15％；在洗涤退浆织物时，由于PVA 对冷热极敏感，洗涤效果随水洗液升高而去除率提高，而在80℃以下达到一定浓度时，PVA 会发望凝集现能，沾污织物及导布辊。

高温水洗机应注意其箱体的密封性，织物进给过程防止过多通过“空气道”，避免散热损失。

采用高温水洗全面体会水洗的物质交换方程式［式（1）］中的高效水洗要素。在高效水洗机设计或选购时，可按以上介绍的四种水洗型式结合情况多少考虑。在染整生产中是没有通用、万能的高效水洗机的，在选型时一定要按完成工艺目标的前提下，用水、蒸汽、电最少，流程最短为好。

2.4 溢流机的小浴比

小浴比染色的优点：减少能源和水的消耗；降低盐和碱剂用量；减少染料用量，改善匀染性、再现性。

间歇式溢流染色机选购时，应注意其储布槽结构。织物全浸染型：储水槽中的染液穿过堆积的织物层再进入管路中循环，浴比较大，一般在1:10~1:15 左右；织物部分浸染型：储布槽底部加了隔层，使织物在储布槽内运行，染液一部分在隔层中快速循环，仅部分织物浸在染液中，降低染色浴比，一般在1:7~1:10；布液完全分离型：将部分浸染型的整块

特氟隆板，改进成特氟隆管条制成底板，染液顺畅由管条缝隙中流到隔层中快速循环，有效地使浴比降低，合成纤维行机浴比1:3~1:4，棉织物1:5~1:6。

《印染行业准入条件》规定间歇式谥流染色机浴比1:8，也就是要求选择“织物部分浸染型”更新。

小浴比染色机将间歇式水洗改进为具有省水、智能水洗，进行连续快速水洗效果，对比见表3。

表3 水洗效果对比

水洗方式	水洗时间（min）	耗水量（L/kg 布）	耗汽量（L/kg 布）	电能
水洗方式	水洗时间（min）	耗水量（L/kg 布）	耗汽量（L/kg 布）	耗电量（kwh/kg 布）	节约（％）
间歇	121	35	2.41	0.097	0
连续	70	32	2.28	0.067	26.4

由表3 可知连续快速水洗节省时间42％；减少耗水量8.57％；减少耗汽5.40％；节电26.4％。在间歇式染色机选型时，在滿足1:8 浴比的前提下，还要考虑其综合的技术条件，例如，是否具备快速省水系统。

2.5 废水与废气热回收及废气净化

废水与废气热回收的潜力很大，《印染行业准入条件》中有明确规定要求。

2.5.1 废水热回收

水洗连续排出的热污水与逆流供水新输入的冷净水量大致相等，若在热污水及冷净水这两种流体中间装上一台水/水热交换器，将热污水中的热量转给冷净水，这样便可以将通常随废水浪费掉的热量进行再循环使用。

湿加工工序会产生杂质，这些杂质不断随污水排出，污染物质类型可归纳为四类：

(1)化学杂质包括染料、助剂、酸、碱等；

(2)萃取物包括棉蜡、果胶、低聚物、各种浆料；

(3)沉淀物例如不溶解的碳酸盐类；

(4)机械性杂质包括纤维、纱线、棉绒等。

正由于染整污水杂质众多，因此，对水/水热交换器的结构要求就高了。首先要求防沾污，再有就是防水垢，净水道的耐水压。一般列管、板式静止型的水/水热交换皆存在随时序而热交换率的下降，直至停止工作，其原理就是对印染污水的适用性差。目前市场上颇受欢迎的自洁式转鼓水/水热交换器，转鼓净水道在小电机的转动下，搅拌逆向流动的热污水，在离心力、湍流作用下，自洁，且设有电子冷净水防水垢装置，热交换效率多年不变。表4是一测试报告。

表4 自洁式转鼓水/水热交换器测试报告

自来水					热污水				热交换效率（％）
流量(kg/h)	进水(℃)	出水(℃)	吸热量(KJ/h)	折合蒸汽(kg/h)	流量(kg/h)	进水(℃)	出水(℃)	给热量(KJ/h)	热交换效率（％）
3000	35	75	502080	183	3000	80	37	539736	93
3000	28	70	527184	192.5	3000	76	30	577392	91.3
3000	20	56	451872	165	3000	68	28	502080	90

2.5.2 废气热回收及净化

2.5.2.1 热管热回收

热管是一种具有高导热性能，被学术界誉为超导热原件。由于热管具有传热量大，结构简单，工作可靠等特点，已日益受人们欢迎。

定形机废气含有大量纤谁、油雾，在热交换过程中极易粘附在热管表面，严重影响传热，若不及时清理，易造成烟气堵塞，影响定形机正常工作。选型时应注意：热管固定（焊接）安装，很难拆开，快速维护保养；组合式热管可拆卸地安置在壳体内，可快捷取出清理和维护。

2.5.2.2 气/气热回收

循环喷淋洗涤两级处理工艺设备，热回收系统简单可靠，设备价格低廉，运行可靠，基本上不存在火灾事故隐患；存在问题：废气中油烟净化效率低，排气中水雾量大，有含油污水产生，需要油水分离设备。当设备存在质量问题或调试不当，烘箱内可拿漏水，影响织物品质。

2.5.2.3 水/气热交换器

干式静电除尘两级处理工艺设备，含油烟气净化效率高；废油回收效果好；不会产生含油污水；设备紧凑，不需要油水分离器；存在问题：热回收的低品位热水利用价值低，废气必须先过滤除尘然后再净化，机械过滤网应定期清洗维护，应防范净化单元着火和爆炸隐患，净化器内要安装自劫喷淋灭火装置，必须防止油垢沉积对收尘极的污染和水汽对高压绝缘的破坏作用。

2.5.2.4 热能回收

喷淋洗涤——静电除尘三级处理工艺设首，采用喷淋洗涤——湿式静电除尘技术一体化净化塔作为核心设备，较好地解决了定形机废气处理时的环使、节能和安全三者兰间的关系。

在定形机废气处理选型时还需重视两个问题：

(1)排气太多，热能浪费，必须合理控制。

(2)排气大少，排气不畅，易致使回烟，造成布面搭色，沾污，牙白色等浅色织物泛黄或泛红。

2.6 箱体散热

散热是指热损失，根据有关热平衡测定，圆筒烘燥机外壁散热占供热的23.26％，热定形机占9.72％。《印染行业准入条件》中明确规定了：“箱体隔热板外表面与环境温差不大于15℃，这就提出了在选用热能设备时，箱体散热的标准，也就是评价该设备隔热板结构设计是否合理，保温效果的优劣，提供了依据。

染整企业的特点是蒸汽管道和用热设备很多，热能的无效消耗严重。尤其是多数液流染色设备的缸体及机上管道，缺少隔热保温措施。例如：每1m 管径为25mm 裸管每小时热损失8×105J，经保温后热损失下降到1.3×105J。若一台设备上设置了10mφ25mm 裸管，每年按6000h 工作计，蒸汽（0.3Mpa）将浪费22.4t；高温高压溢流染色机的缸体喷涂热保温涂料后，工艺蒸汽消耗减少了32％，升温时间缩短12.76％。对现行设备进行保温隔热技改措施，在选购新设备时，有无保温隔热措施作为决策依据，凸显节能效果。

三、结语

染整企业在进行技技改造或扩产、更新购选设备时的依据：改善工艺品质，提高生产效率外，就是节能减排。

合理的织物门幅与设备幅宽的配合；前处理的高给液，后整理的低施液；高效水洗；小浴比溢流机的应用；废水热回收及废气热回收、净化；设备的散热等仅是工作的一部分，清洁生产需要我们做更多更多的工作。

参考资料：

［1］陈立秋《染整工业节能减排技术指南》北京,化学工业出版社2009.01