CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY
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半月刊
纺织工艺用热与太阳能热水系统结合的分析
发布日期:2016-01-05

纺织工艺用热与太阳能热水系统结合的分析


北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司 李亚鹏


摘要:太阳能光热系统在生活中使用越来越广泛,目前使用的主要途径包括有:家庭单机式太阳能热水器,工程集中式太阳能热水系统,住宅及大棚太阳能采暖系统,和工业及泳池换热系统等。得益于太阳能资源的取之不尽用之不竭,太阳能系统作为新型的可再生能源,拥有传统能源不可替代的优势,也有区别于传统能源的缺陷,比如能量提供的不持续性和不稳定性。因为有如此之多的差异,太阳能系统设计时也会和其他能源设备设计有一些本质上的区别。本文将对太阳能热水系统在纺织印染工艺中的应用进行分析描述,讨论如何实现太阳能系统与纺织印染工艺用热的结合。

关键词:太阳能 ;纺织印染工艺;可再生能源;传统能源


目录


第一章 纺织工艺流程分析. 2


第一节 纺织生产工艺流程. 2


一、化学原料生产工艺流程. 2


二、天然原料生产工艺流程. 2


三、纺织生产工序. 2


第三章 纺织工艺用热讨论. 5


第一节 浆纱工艺用热方式. 5


一、浆纱设备与方式. 5


二、工艺用热要求. 5


三、太阳能系统接入方式. 5


第二节 烧毛工艺用热方式. 5


一、烧毛设备与方式. 5


二、工艺用热要求. 6


三、太阳能系统接入方式. 6


第三节 退浆工艺用热方式. 6


一、退浆设备与方式. 6


二、工艺用热要求. 6


三、太阳能系统接入方式. 6


第四节 精炼工艺用热方式. 7


一、精炼设备与方式. 7


二、工艺用热要求. 7


三、太阳能系统接入方式. 7


第五节 漂白工艺用热方式. 7


一、漂白设备与方式. 7


二、工艺用热要求. 7


第三章 纺织用热方式及太阳能系统优势总结. 8


第一节 用热工艺总结. 8


第二节 太阳能系统优势. 8



第一章 纺织工艺流程分析


第一节 纺织生产工艺流程


一、化学原料生产工艺流程


化学原料经过切片干燥、纤维的纺丝成形、纺丝卷绕、纤维后加工形成化学纤维。化学纤维经过纤维准备、针刺成网、水刺法加固、热粘合成形、化学粘合成形、纺丝成网、熔喷形成 非织造织物。


二、天然原料生产工艺流程 


天然原料(包括棉、毛、麻和蚕丝)经过切片干燥、纤维的纺丝成形、纺丝卷绕、纤维后加工形成天然纤维。天然纤维经过开松、混合、梳棉、精梳、并条、粗纱、细纱、环锭纺纱或转杯纺纱形成纱线。纱线经过圆纬机、袜机、横机、经编机形成针织物。纱线经过络筒、整经、浆纱、穿经、织造、验布、成包形成机织物


三、纺织生产工序


主要工序有清棉工序、梳棉工序、条卷工序、并条工序、粗纱工序、细纱工序、络筒工序 、捻线工序、成包工序、整经工序、浆纱工序、穿经工序、织造工序。


清棉工序的主要任务有开棉、清棉、混棉、成卷。开棉是将紧压的原棉松解成较小的棉块或棉束,以利混合、除杂作用的顺利进行;清棉是清除原棉中的大部分杂质、疵点及不宜纺纱的短纤维;混棉是将不同成分的原棉进行充分而均匀地混和,以利棉纱质量的稳定;成卷是制成一定重量、长度、厚薄均匀、外形良好的棉卷。主要机械有混棉机械、棉箱机械、打手机械。混棉机械由自动抓包机即12只抓手和抓棉小车组成,作用是抓取平台上多包混合的原棉,用气流输送到前方,同时起开棉作用;棉箱机械由棉箱除杂机、棉箱组成,棉箱除杂机作用是混合,开松棉块,清除棉籽、籽棉等较大杂质,同时控制好原棉的输送量;棉箱的作用是开松小棉块,具有较好的均棉、松解作用。


梳棉工序的主要任务有分梳、除杂、混合、成条,分梳的作用是将棉块分解成单纤维状态,改善纤维伸直平行状态;除杂的作用是清除棉卷中的细小杂质及短绒;混合的作用是使纤维进一步充分均匀混合;成条的作用是制成符合要求的棉条。主要机械名称和作用分别是刺辊:齿尖对棉层起打击、松解作用,进行握持分梳,清除棉卷中杂质和短绒,并初步拉直纤维;锡林:将经过刺辊松解的纤维进行自由分流,使之成为单纤维状态,具有均匀混合作用;盖板:除去纤维中残留的细小杂质和短绒,制成质量较好的纤维层,转移给道夫;道夫:剥取锡林上的纤维,凝聚成较好的棉网,通过压辊及圈条装置,制成均匀的棉条。


条卷工序的主要任务是并合和牵伸和成卷,并合和牵伸一般采用21根予并进行并合、牵伸,提高小卷中纤维的伸直平等程度;成卷是将纤维制成规定长度和重量的小卷,要求边缘平整,退解时层次清晰。


精梳工序的主要任务有除杂、梳理、牵伸、成条,除杂的作用是清除纤维中的棉结、杂质和纤维疵点;梳理的作用是进一步分离纤维,排除一定长度以下的短纤维,提高纤维的长度整齐度和伸直度;牵伸的作用是将棉条拉细到一定粗细,并提高纤维平行伸直度;成条的作用是制成符合要求的棉条。


并条工序的主要任务是并合、牵伸、混合、成条,并合一般是用6-8根棉条进行并合,改善棉条长片段不匀;牵伸是把棉条拉长抽细到规定重量,并进一步提高纤维的伸直平行程度;混合是利用并合与牵伸,使纤维进一步均匀混合,不同质地、不同工艺处理的棉条,以及棉与化纤混纺等均可采用棉条混纺方式,在并条机上进行混和;成条是做将棉料成圈条成型良好的熟条,有规则地盘放在棉条桶内,供后工序使用。


粗纱工序的主要任务是牵伸、加捻,牵伸是将熟条均匀地拉长抽细,并使纤维进一步伸直平行;加捻是将牵伸后的须条加以适当的捻回,使纱条具有一定的强力,以利粗纱卷绕和细纱机上的退绕。


细纱工序的主要任务是牵伸、加捻、卷绕、成型,牵伸是将粗纱拉细到所需细度,使纤维伸直平行;加捻是将须条加以捻回,成为具有一定捻度、一定强力的细纱;卷绕是将加捻后的细纱卷绕在筒管上;成型是制成一定大小和形状的管纱,便于搬运及后工序加工。


络筒工序的主要任务是卷绕成形和除杂,卷绕成形是将管纱(线)卷绕成容量大、成型好并具有一定密度的筒子;除杂是清除纱线上部分疵点和杂质,以提高纱线的品质。


捻线工序的主要任务是加捻、卷绕和成型,加捻是用两根或多根单纱,经过并合,加拈制成强力高、结构良好的股线;卷绕是将加捻后的股线卷绕在筒管上;成型是做成一定大小和形状的管线,便于搬运和后工序加工。


摇纱工序是将络好筒子的纱按规定长度摇成绞纱,便于包装,运输及工序加工等。


成包工序的主要任务是将绞纱、筒子纱按规定重量、团数包数、只数等打成一定体积的小包、中包、大包、筒子包,便于储藏搬运。


整经的任务是根据工艺设计的规定,将一定根数和长度的经纱,从络纱筒子上引出,组成一幅纱片,使经纱具有均匀的的张力,相互平行地紧密绕在整经轴上,为形成织轴做好初步准备。整经的要求是整经时经纱须具有适当的张力,同时尽可能保持经纱的弹性和张力;在整经过程中,全幅经纱,张力应尽量均匀一致;经纱轴上的经纱排列和卷绕密度要均匀,经轴表面要校正,无凹凸不平现象;整经根数、长度或色经排列循环必须符合织造工艺设计的规定;整经机生产效率要高,回丝要少。


浆纱工序包括两个工序:调浆工序和上浆工序,对浆液和浆料的要求是浆液不仅应能浇到经纱的表面,同时还应能部分地渗透到纱的内部去,烘干后能在纱上形成一层浆膜;浆料应具有一定的吸湿性,不致使浆液凝固成为坚硬的薄膜,而降低经纱的弹性和伸长;浆料应具有防腐性;浆料应易于从织物上除去,不致影响漂洗和印染工程;浆液的性能应相应稳定;浆液应用价值低廉、货源充足的原料来配制,并尽可能的不采用主要粮食。对浆纱机械的要求应能保持一定的上浆率;应能保持一定的烘干回潮率,并使蒸汽消耗得最少;应能最大限度的保持经纱的弹性;机物料损耗少,回丝少,耗电少。


穿经工序是经纱准备工程中的最后一道工序。穿经的任务就是根据织物的要求将织轴上的经纱按一定的规律穿过停经片、综丝和筘,以便织造时形成梭口,引入纬纱织成所需的织物,这样在经纱断头时能及时停车不致造成织疵。


织造工序是纺织厂的重要工序。织造的任务是将经过准备工序加工处理的经纱与纬纱通过织布机根据织物规格要求,按照一定的工艺设计交织成织物。 


 


第三章 纺织工艺用热讨论


第一节 浆纱工艺用热方式


一、浆纱设备与方式


浆纱工作最重要的工艺是调浆,调浆一般使用的设备是调浆桶。调浆桶分常压调浆桶和高压调浆桶两种。各种调浆桶都具有蒸汽烧煮和机械搅拌两种功能。高压调浆桶的特点是采取高温高压煮浆,在高温高压条件下,粘着剂的溶解速率加快,调浆时间缩短,并且调合的浆液混和良好。在淀粉浆调制时,利用高温高压下的高速搅拌切力强行分解,还可以减少分解剂的用量,并使浆液迅速达到完全糊化状态。


二、工艺用热要求


浆液温度是调浆和上浆时应当严格控制的工艺参数,特别是上浆过程中浆液温度会影响浆液的流动性能,使浆液粘度改变,浆液温度升高,分子热运动加剧,浆液粘度下降,渗透性增加;温度降低,则易出现表面上浆。对于纤维表面附有油脂、蜡质、胶质、油剂等拒水物质的纱线而言,浆液温度会影响这些纱线的吸浆性能和对浆液的亲和能力。例如棉纱用淀粉浆一般上浆温度在95℃以上,有时,过高的浆液温度会使某些纤维的力学性能下降,如羊毛和粘胶不宜高温上浆(一般以5565℃为宜)。


三、太阳能系统接入方式


    浆纱工艺对温度的要求比较高,并且调浆桶还具备高温高压蒸汽烧煮的功能,所以太阳能系统选择的时候可以考虑太阳能辅助加热系统,这样做的理由是目前太阳能加热还不能持续做到90°以上的高温,并且提升基础水温对环境的保护和燃料的节约也是比较明显的。


第二节 烧毛工艺用热方式


一、烧毛设备与方式


烧毛一般可分为气体烧毛和金属板烧毛两类,气体烧毛的主要机件是长条形的火口,可燃气体从火口的狭缝中喷出燃烧,织物以平幅状态在火口的火焰上通过。燃料用煤气、天然气、丙烷、丁烷、液化石油气或汽油等。用汽油作燃料时,必须先将汽油雾化并加热汽化,然后送入火口。通常有46个火口,可使织物进行多火口和双面烧毛。气体烧毛机使用方便,适用于厚薄不同的织物。金属板烧毛常用的是铜板烧毛机,它有一个装有弧形铜板的小型反射炉,在炉膛内喷射柴油,燃烧到铜板炽热时,织物以平幅状态在铜板表面擦过。另有一种圆筒烧毛机,将金属制成圆筒,在圆筒内加热,烧毛时由于圆筒不断回转,金属的磨损比较均匀。此外,还有用电热板通电加热进行烧毛的方法,温度比较稳定且易于调节,但能耗较高。


二、工艺用热要求


烧毛的火焰温度通常在 9001000℃,炽热金属板的表面温度也达800℃,都高于各种纤维的分解温度或着火点。烧毛时,纱线或织物在一定的张紧状态下高速通过火焰,由于伸出表面的茸毛相对受热面积大,瞬时升温至着火点而燃烧,而纱线和织物本体因拈回和交织紧密,升温速度并不如此迅速,所以很少受到影响。烧毛工艺后织物温度非常高所以需要使用灭火槽对经过烧毛工艺处理的织物进行降温处理,灭火槽所需的温度一般为50°左右。


三、太阳能系统接入方式


烧毛设备所需的温度都比较高,并且不管是气体烧毛机还是金属板烧毛机都不需要水的参与,所以烧毛设备接入太阳能的可能性比较小,但是灭火槽是靠温水灭火,所需要的温度太阳能系统完全可以自主提供,所以建议灭火槽使用太阳能主热系统,热水直接接入灭火槽。


第三节 退浆工艺用热方式


一、退浆设备与方式


退浆使用的设备是退浆池。退浆方法有热水退浆法、碱液退浆法、酶退浆法,热水退浆法是织物浸轧热水后,在退浆池内保温堆置十多小时,使浆料溶胀而易于用水洗去。碱液退浆法是淀粉在氢氧化钠溶液作用下能发生溶胀,织物浸轧碱液后,6080℃堆置612小时;酶退浆法是织物浸轧淀粉酶液后,在4050℃堆置12小时可使淀粉充分水解。


二、工艺用热要求


如果使用热水退浆法的话,需要的热水温度为80°以上,使用碱液退浆法的话需要60°到80°的水温,如果使用的是酶退浆的话需要40°到50°,这就要求我们实地考察,不同厂家、不同生产工艺所需要的退浆方式也不相同。


三、太阳能系统接入方式


通过考察,如果该厂使用的是酶退浆的话,我们考虑太阳能主热系统直接供热,如果使用的是其他两种退浆方式的话,考虑使用太阳能辅助加热系统提高基础水温,同样可以达到缓解污染、保护资源、节约成本的目的。


第四节 精炼工艺用热方式


一、精炼设备与方式


精炼是用化学和物理方法去除棉、毛、麻、蚕丝织物中天然杂质、沾污物以及残存浆料的工艺过程。化学纤维织物的精练主要是去除纺织过程中的浆料和油污物。蚕丝织物的精练称为脱胶。棉、麻纺织物的精练俗称煮练。羊毛纺织物通过洗毛、洗呢去除杂质。精炼的设备一般可分为精炼槽、平幅连续精炼机、星形架精炼机、高温高压精炼釜,常用方法有皂—碱法、合成洗涤剂—碱法、酶—合成洗涤剂法、高效精练剂精练法等。


二、工艺用热要求


精炼的工艺不同所使用的温度不同,不同类型的织物使用的温度也是有差别的,但是所使用的温度基本都在80°以上,粘胶纤维织物精练8090下进行处理;合成纤维织物已定形织物,处理温度在95100,未定形织物宜在7080


三、太阳能系统接入方式


由于精炼所使用的温度比较高,靠太阳能主热系统无法持续达到所需的温度,建议使用太阳能作为辅助热源来提高基础水温。


第五节 漂白工艺用热方式


一、漂白设备与方式


漂白设备及加工方式视织物品种和漂白剂而定,纯棉织物采用绳状连续漂机,厚重棉布和涤/棉织物则用平幅连续练漂机。NaClO漂白工艺过程中纯棉采用绳状轧漂,涤/棉织物采用平幅加工,工艺过程包括有浸轧漂液、堆置、水洗、酸洗、中和(Na2CO3)、水洗、脱氯、水洗;H2O2漂白生产工艺过程中棉布以汽蒸漂白为主,包括有浸轧漂液、汽蒸(95100℃,4560分钟)、水洗; NaClO2漂白工艺主要用于涤棉织物,多采用轧蒸法。


二、工艺用热要求


漂白剂对温度有一定的影响,不同的漂白剂所需要的温度也不相同,如果使用的是NaClO漂白的话一般在室温下进行就可以了,如果使用的是H2O2漂白的话则需要水达到沸腾的程度,使用NaClO2,条件允许的话使用蒸汽节约时间,设备不允许的话也可以使用常温堆置的方法。


 


第三章 纺织用热方式及太阳能系统优势总结


第一节 用热工艺总结


通过以上的了解,基本清楚了纺织行业主要用热方式和用热温度,(1)酶退浆工艺需要的温度较低可以用太阳能直接供热,通过其他辅助能源做到节约能源的效果,(2)其余工艺所需的温度都到了70°以上,所以目前大部分的工艺供热目前无法做到使用太阳能替代传统锅炉,所以我们可以考虑使用太阳能作为辅助加热系统来提高所需热量的基础温度,如果在设计太阳能设备的同时考虑废热回收,设计与太阳能一体的废热回收系统的话,不仅会提高太阳能的使用效率,同时对热量的提高和资源的节约也会起到很大的作用。


第二节 太阳能系统优势


纺织行业作为我国支柱型产业,每年消耗的能量十分多,据不完全统计,纺织厂每生产1km棉印染织物,耗水量近20t,印染厂加工1吨印染布用水量为300吨,我国纺织行业的年总能耗为6867万吨标准煤,年耗水量达95.48亿吨。


6867万吨标准煤用来加热的话可以将95.48亿吨的水的温度提高50.28°,如果使用太阳能提高基础水温的话,每提升一度,可以节约标准煤137.34万吨,转换为原煤的话节约137.34*10/7=196.2吨,按照当下原煤的价格320元每吨计算,节约人民币约6.278亿元,太阳能可以将基础温度为15°的水提升到50°,提高基础水温35°,节约标准137.34*35=4806.9万吨,节约人民币约219.744亿元。


在实践中发现,耗热设备的热利用率常常只有30%一42%,这对资源的浪费是非常大的,据统计给水温度提高6℃,锅炉燃料消耗减低1%,在这种大背景下,使用太阳能就成为一种趋势,不仅可以节约生产成本,同时与国家提倡的节能政策相吻和,极大的提高企业在政府与消费者心中的地位。



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