汪 琦，張慧芬，俞紅嘯，汪育佑

（上海熱油爐設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中心，上海 200042）

在2020年9月的聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，中國(guó)鄭重承諾在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰值，爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2021年3月5日，中國(guó)提出“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要草案，設(shè)置了8個(gè)約束性指標(biāo)，有7個(gè)集中在“綠色生態(tài)”和“安全保障”方面。目前，印染企業(yè)的熱定形機(jī)排放廢氣中含油霧和染料、助劑，飄落至企業(yè)周?chē)孛嫔蠒?huì)造成環(huán)境污染，并且廢氣內(nèi)的熱量排放到大氣環(huán)境中還會(huì)造成能源浪費(fèi)。所以，應(yīng)用天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐，在印染熱定形機(jī)的烘房加熱過(guò)程中，可將烘房中排放的含有害物質(zhì)的熱廢氣直接輸入爐內(nèi)進(jìn)行焚燒凈化處理，被加熱后的高溫導(dǎo)熱油循環(huán)供熱給定形機(jī)的各個(gè)烘房中，用于印染化纖織物的熱定形工藝。另外，設(shè)置廢氣余熱回收利用裝置和煙氣余熱回收裝置，從而可達(dá)到綠色生產(chǎn)及節(jié)能、減排、降耗的效果［1］。

熱風(fēng)拉幅定形是印染后整理工藝中的一道重要工序，棉、毛、絲、麻和化纖等織物浸軋印染助劑后，需要經(jīng)過(guò)拉幅、烘燥、定形等工藝，從而達(dá)到印染織物的品質(zhì)要求。化纖織物的熱定形過(guò)程如下：化纖織物被烘干并使其表面加熱至定形溫度，化纖織物芯部均勻地達(dá)到所需溫度，在定形溫度下保持停留一段時(shí)間使其纖維分子重新取向，冷卻后使纖維分子取向固定。不同的織物因原料成分、組織結(jié)構(gòu)、厚薄不同，在定形過(guò)程中有不同的升溫曲線(xiàn)，通過(guò)測(cè)試織物溫度變化、調(diào)節(jié)定形機(jī)的車(chē)速控制織物的定形時(shí)間，就可以精確、有效地控制織物的定形效果，以確保在最高生產(chǎn)效率下達(dá)到最佳的定形效果。

1 天然氣與廢氣混燒型燃燒器概述

天然氣與廢氣混燒燃燒器主要包括天然氣噴嘴、廢氣噴槍、火焰穩(wěn)定器、燃燒筒、點(diǎn)火系統(tǒng)、火焰檢測(cè)器、風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)與電機(jī)組、天然氣閥組、天然氣過(guò)濾器、廢氣閥組、廢氣過(guò)濾器、安全閥、調(diào)節(jié)閥及連接管路等；風(fēng)門(mén)電動(dòng)調(diào)節(jié)和燃?xì)忾y組中調(diào)節(jié)器組成燃燒器的天然氣與空氣按照比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并由程序控制器和狀態(tài)控制器發(fā)出指令，實(shí)施各種工況（清掃、點(diǎn)火、負(fù)荷變化、熄火等）的全自動(dòng)調(diào)控和安全聯(lián)鎖保護(hù)，從而保證天然氣與空氣的合理配比和高效率燃燒［2］。為了保護(hù)大氣環(huán)境，可采取煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)，利用燃燒器頭部出口處高溫高速燃燒氣體的引射作用，通過(guò)燃燒器噴頭出口小孔及出口洞吸入爐膛內(nèi)的煙氣，即煙氣回流到天然氣中，使燃燒區(qū)域內(nèi)的惰性氣體含量增加。因?yàn)闊煔馕鼰崆医档土搜鯕獾馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)，空氣中的含氧量低于21%，從而使得火焰燃燒速度和溫度降低，NOx排放量降低，約為40 mg/m3，所以燃燒產(chǎn)物中的污染物排放量均符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

天然氣主要成分為甲烷（CH4），燃燒惰性大，即火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?，約為0.38 m/s，所以天然氣與廢氣混燒的燃燒器噴頭采用平行多管式結(jié)構(gòu)，天然氣經(jīng)過(guò)多管頂端出口洞及側(cè)面上的小孔噴出，大量天然氣噴射點(diǎn)有利于與助燃空氣均勻混合。燃燒空氣的分配：經(jīng)過(guò)火焰穩(wěn)定器（或者旋流盤(pán)）的風(fēng)量約為15%，并且要產(chǎn)生中心旋流；其余風(fēng)量（包括廢氣風(fēng)量）經(jīng)過(guò)火焰穩(wěn)定器的外環(huán)通道進(jìn)入，外環(huán)氣流也要產(chǎn)生旋流?？傊?，多管結(jié)構(gòu)或者多孔供給的混燒型燃燒器設(shè)計(jì)方案要保證天然氣和助燃空氣快速、均勻混合，燃燒器的中心火焰是濃態(tài)火焰，即天然氣過(guò)剩、氧氣不足，從而抑制NOx的生成；但是燃燒器中心火焰的周?chē)獠垦a(bǔ)充空氣（或輸入廢氣）為淡態(tài)火焰，即天然氣不足、空氣（或廢氣）過(guò)剩，從而降低了周?chē)獠炕鹧鏈囟?，抑制NOx的生成。兩組火焰的燃燒產(chǎn)物在爐膛內(nèi)互補(bǔ)，達(dá)到完全燃燒所要求的總空氣系數(shù)，所以總的燃燒效果是使?fàn)t膛內(nèi)的NOx生成量降低20%～40%，清潔環(huán)保效果十分明顯。

2 天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐在熱定形機(jī)中的應(yīng)用

在紡織印染熱定形機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行的過(guò)程中，織物消耗的熱能僅占29%，定形機(jī)自身消耗的熱能占10%，熱定形機(jī)排放廢氣散發(fā)的熱能達(dá)到61%。而在印染定形工藝的中、后整理過(guò)程中需要采用高溫導(dǎo)熱油加熱烘房，尤其是熱定形機(jī)用于化纖織物定形工藝時(shí)，需要提供高達(dá)180～250℃的定形溫度，所以采取天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐應(yīng)用在印染定形工藝過(guò)程中，并采用導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)給熱定形機(jī)中的各個(gè)烘房進(jìn)行供熱［3］，再將熱定形機(jī)排放的廢氣直接輸入混燒型導(dǎo)熱油爐內(nèi)進(jìn)行焚燒凈化處理，可以滿(mǎn)足各類(lèi)印染定形工藝的高溫供熱需求和廢氣焚燒凈化處理要求。另外，廢氣進(jìn)入混燒型導(dǎo)熱油爐的輸入方式是采用防腐蝕、防靜電的送風(fēng)機(jī)將廢氣經(jīng)由廢氣噴槍燒嘴輸送到混燒型導(dǎo)熱油爐內(nèi)，并在廢氣管道上設(shè)置一個(gè)阻火器，廢氣管道與送風(fēng)機(jī)等均應(yīng)采取防靜電措施，以防止氣體爆炸。

天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐通常采用圓筒型結(jié)構(gòu)，有立式布置和臥式布置兩種爐型結(jié)構(gòu)。立式布置時(shí)燃燒器一般安裝在爐子頂部，但大型導(dǎo)熱油爐立式布置時(shí)燃燒器也可以安裝在爐子底部。臥式布置時(shí)燃燒器安裝在爐子前端蓋上，爐管束是由2圈或3圈圓形螺旋盤(pán)管組成，內(nèi)圈圓形螺旋盤(pán)管構(gòu)成爐膛燃燒室。天然氣與廢氣通過(guò)燃燒器混燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠趦?nèi)圈螺旋盤(pán)管內(nèi)側(cè)組成的爐膛輻射室中釋放出熱量后，流動(dòng)到爐體的后端蓋處反向折流180°，再向前沖刷進(jìn)入內(nèi)圈盤(pán)管外側(cè)與中圈盤(pán)管內(nèi)側(cè)的煙氣通道進(jìn)行對(duì)流放熱；然后煙氣流動(dòng)至爐體的前端蓋處再次反向折流180°，向后沖刷進(jìn)入中圈盤(pán)管外側(cè)與外圈盤(pán)管內(nèi)側(cè)的煙氣通道進(jìn)一步對(duì)流放熱；最后煙氣從爐體后端處的出煙口位置流出，并進(jìn)入煙氣余熱回收裝置和煙氣除塵設(shè)備后，再通過(guò)煙囪排向大氣中［4］。另外，在爐體后端蓋上安裝有可拆卸檢修門(mén)，使混燒型導(dǎo)熱油爐的內(nèi)部清掃和維修極為方便；并在爐體后端蓋煙箱處設(shè)置有一個(gè)觀(guān)察孔，可以全面觀(guān)察爐膛內(nèi)火焰燃燒情況，觀(guān)察孔的結(jié)構(gòu)采用套管螺紋連接，爐膛內(nèi)部一旦發(fā)生意外情況，可將觀(guān)察孔的外套管旋下，把觀(guān)察孔當(dāng)作滅火孔使用。而為了混燒型導(dǎo)熱油爐的維修方便，前后爐端蓋與爐殼體均采用殼體法蘭連接結(jié)構(gòu)，同時(shí)在煙箱與爐殼體連接處采用多重密封結(jié)構(gòu)，從而保證不會(huì)泄漏煙氣；并且為了減輕混燒型導(dǎo)熱油爐的質(zhì)量，爐體保溫層采用輕質(zhì)保溫材料，不僅材料密度小，而且其隔熱保溫性能好，能夠降低爐體的散熱損失。同時(shí)在混燒型導(dǎo)熱油爐的煙氣出口管道上安裝有一個(gè)煙氣防爆門(mén)，防止在爐子點(diǎn)火爆燃時(shí)能夠迅速起到泄壓的作用，在泄壓后，煙氣防爆門(mén)能夠自行恢復(fù)原狀，從而可以提高天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐運(yùn)行操作的安全性。

由于導(dǎo)熱油爐輸出的高溫導(dǎo)熱油出口溫度一般在280～330℃，如果不設(shè)置煙氣余熱回收裝置，則導(dǎo)熱油爐排煙溫度會(huì)達(dá)到330～380℃，從而使導(dǎo)熱油爐運(yùn)行的熱效率降低，并且由于爐子排煙溫度較高，會(huì)對(duì)尾部煙道與引風(fēng)機(jī)等設(shè)備的使用壽命產(chǎn)生一定負(fù)面影響，所以增設(shè)導(dǎo)熱油爐尾部空氣預(yù)熱器或者煙氣余熱水箱都是非常好的節(jié)能降耗措施［5］。天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐的煙氣余熱回收裝置通常安裝設(shè)置一組熱交換器，采用煙氣余熱來(lái)加熱工藝用水，冷水被加熱到60～90℃后，可供印染企業(yè)中的染色設(shè)備使用，從而達(dá)到節(jié)能、減排、降耗的效果。導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)的冷油（回油）則從圓形螺旋盤(pán)管的后端進(jìn)入爐體內(nèi)的爐管受熱面，在圓形盤(pán)管內(nèi)螺旋前進(jìn)，獲得熱量后的高溫導(dǎo)熱油（出油）再?gòu)那岸肆鞒鰻t子，進(jìn)入導(dǎo)熱油循環(huán)供熱系統(tǒng)加熱印染定形機(jī)的各個(gè)烘房［6］。天然氣與廢氣混燒圓筒型導(dǎo)熱油爐的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、基建成本低，特別適合在紡織印染企業(yè)中推廣應(yīng)用。

熱定形機(jī)排出的廢氣進(jìn)入混燒型導(dǎo)熱油爐內(nèi)直接焚燒凈化的處理方法是：利用天然氣在導(dǎo)熱油爐膛內(nèi)燃燒釋放的高溫?zé)崃浚瑢U氣焚燒加熱到一定溫度（750～900℃）以上，并且使廢氣在爐膛內(nèi)駐留一定時(shí)間（0.3～0.5 s），從而使廢氣中可燃的有害物質(zhì)經(jīng)高溫焚燒分解后變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)［7］。另外，熱定形機(jī)排出的熱廢氣在進(jìn)入混燒型導(dǎo)熱油爐之前，先要進(jìn)入廢氣余熱回收利用裝置和廢氣過(guò)濾設(shè)備，因此熱的廢氣先要流入熱交換器加熱新鮮的空氣，從而可以將熱廢氣中的余熱傳遞給新鮮空氣，然后再通過(guò)廢氣過(guò)濾設(shè)備清除廢氣中的污染物。綜上所述，充分利用熱定形機(jī)排出的熱廢氣余熱去加熱新鮮空氣，可使其預(yù)熱到100～120℃，按照濕度控制比例，補(bǔ)充的新鮮空氣先進(jìn)入一組熱交換器，被加熱后再進(jìn)入熱定形機(jī)的各個(gè)烘房中，可減少熱能的消耗，達(dá)到節(jié)能、減排、降耗的目的［8］。

3 結(jié)束語(yǔ)

《國(guó)家環(huán)境保護(hù)稅法》從2018年1月1日起開(kāi)始執(zhí)行，根據(jù)該項(xiàng)法律，應(yīng)稅大氣污染物的稅額幅度為每污染當(dāng)量1.2～12.0元，水污染物的稅額幅度為每污染當(dāng)量1.4～14.0元。具體稅額由各地在法定稅額幅度內(nèi)確定，環(huán)境保護(hù)稅的稅額標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高的地方有：北京、上海、天津、河北、山東等。因此，綠色生產(chǎn)是推動(dòng)紡織印染行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的理念引領(lǐng)，節(jié)能、減排、降耗是實(shí)現(xiàn)紡織印染行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，所以，將天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐應(yīng)用于印染熱定形機(jī)中，可以加快提升印染企業(yè)綠色創(chuàng)新能力，并促進(jìn)節(jié)能、減排、降耗技術(shù)在紡織印染行業(yè)中的推廣應(yīng)用。

在印染熱定形機(jī)中采用天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐作為導(dǎo)熱油循環(huán)加熱系統(tǒng)供熱給印染后整理工藝的方法有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以提供高達(dá)180～250℃的定形溫度，充分滿(mǎn)足化纖織物定形工藝的要求；

（2）能夠有效焚燒或凈化熱定形機(jī)排放廢氣中的塵埃顆粒物、有機(jī)物、油煙、短纖維、苯類(lèi)、醛類(lèi)等有害物質(zhì)，防止這些有害物質(zhì)排放到大氣環(huán)境中，造成印染企業(yè)周?chē)貐^(qū)的環(huán)境污染，從而更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境；

（3）對(duì)熱定形機(jī)排放廢氣中的熱量進(jìn)行有效的余熱回收利用，并對(duì)天然氣與廢氣混燒型導(dǎo)熱油爐排放的中溫?zé)煔庖策M(jìn)行余熱回收利用，達(dá)到節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)的目的。