4.4. Текстильная промышленность
В текстильной промышленности есть ряд процессов, которые значительно отличаются друг от друга на первых стадиях, а на стадиях обработки почти одинаковы (например, производство синтетических, шерстяных и хлопчатобумажных тканей).
При этом наибольшими являются расходы на обработку (крашение, сушку и нанесение рисунков по трафарету), основную часть которых составляют расходы на энергию. В этом параграфе основное внимание уделяется процессам обработки, поскольку здесь используется оборудование; применяемое в ряде отраслей, а именно сушилки. При крашении потребляется большое количество горячей воды, и установленное здесь утилизационное оборудование может быть также применено в других отраслях или в других цехах завода.Процессы крашения. Утилизация теплоты из стоков ванн для крашения и других подобных установок в текстильной промышленности стала весьма популярной. Еще имеются случаи, когда теплота и. что не менее важно, отработанная вода в значительных количествах сбрасываются, несмотря на то что в процесс окраски уже внедрен ряд энергосберегающих мероприятий.
Процесс крашения не должен рассматриваться в отрыве от процессов в других цехах завода. Сбросная теплота из сушилок, сушильно-ширильных и моечных машин также может использоваться для нагрева воды при крашении, если она не возвращается назад в сушилку. Одно из предложений в этой области 14.231 состоит в утилизации теплоты кипящих стоков из моечной машины для нагрева питательной воды котла. В случаях, когда нужно осуществить быстрый нагрев, т. е. когда пар непосредственно вводится в жидкость, необходимо осуществлять контроль за тем, чтобы весь пар сконденсировался, прежде чем достигнет поверхности жидкости.
Можно сэкономить около 9 тыс. кг пара в сутки в результате использования теплоты сбросной воды процесса окраски (9 тыс. л в сутки) при условии, что ее температура будет снижена до 38 °С.
За год это дает экономию приблизительно в 6 тые. ф. ст. В данном-случае71
Рис. 4.14. Ліащниа для крашения пакової с утилизацией сбросной теплоты сточные вод:
/ — емкость красителей иод давлением; 2— гур бонасос; 3 и 4 — теплообменники
могут использоваться простейший типы теплообменников, хотя нужнlt;] обратить внимание на выбор мате риалов, стойких к коррозии. Обыч! ным компонентом в сбросной вод^ при крашении является волокнисте вещество, и поэтому необходим^ фильтрация перед теплообменником! чтобы исключить его забивание! которое снижает.со временем эффек] тивность теплопередачи.
Значительный интерес в текстильной промышленности представ-] ляет вопрос ускорения процессов крашения [4.251. Большинстве методов сводится к внедрению тщательного контроля за процессох в сочетании с точным знанием характеристик (массы и содержания влаги) каждой партии пряжи, поступающей на окраску. Для этогс следует применять вычислительную технику.
Большие возможности экономии энергии имеются в процессе OK-! раски паковки.
На рис. 4.14 показана усовершенствованная установка для крашения паковки. Этот агрегат отличается от стандартных моделей тем, что краситель вводят только после того, как достигнута максимальная температура крашения. При применении этого устройства исключается регулируемая стадия нагрева,] сокращается цикл и период крашения. При этом требуется меньше теплоты,! максимальная потребность в теплоте также снижается и уменьшается расход! раствора по сравнению с обычными машинами для крашения паковки под дав-| лением. Краситель нагревается до нужной температуры в емкости под давлением! 1 и с помощью турбонасоса 2 быстро и равномерно распределяется в резервуаре! для крашения. Два теплообменника 3 и 4 предназначены для использования! сбросной теплоты.
Затем идет набивка рисунка на ткань, где во время процесса фиксации температура достигает 180 °С, особенно для синтетических тканей, тканей из поли-] эфира и хлопка.
Обычно в этом процессе в качестве нагревательной среды приме-3 няется перегретый пар. В ФРГ проведены исследования, которые показали, что! стандартная система с рабочей шириной 2,6 м и пропускной способностью 200 м| ткани с наружным нагревом фиксатора потребляет 1700 кг пара в час. В пересче-! те па стоимость пара в ФРГ около 4,75 ф. ст. за 1000 кг общие эксплуатационные] расходы в год составляют 21 500 ф. ст. с учетом дв\ х рабочих смен в сутки. Уии-1 версальиая машина такой же производительности с нагревом непосредственно] в машине будет расходовать 560 кг пара в час, а эксплуатационные расходы со-| ставят 7 тыс. ф. ст. в год. Хотя этот тип оборудования более дорогой, но период! окупаемости всего 1 —1,5 года. При этом можно также некоторое количество пара! для нагрева заменить горячим воздухом без влияния иа качество набивки, если! использовать хорошие красители. Расход пара в данном случае снижается! более чем на 65%, а годовые эксплуатационные расходы — до 2,5 тыс. ф. ст.1 (4.27J. 
Рис. 4.15. Установка по утилизации теплоты сточных вод моечиых машин:
/ — автоматический 4-ходовой обратный клапан; 2 — ручной 3-ходовой перепуск.ц©й клапан; 3 — предохранительный клапан; 4 — насос подачи стоков из отстойника; 5 — Ьсас насоса; 6 — вращающееся решето; 7 — решетчатый желоб; 8 — рабочий всас насоса; 9 — направляющая перегородка; 10 — отстойник
Процессы в текстильной промышленности, особенно процесс окраски, имеют много общего с процессами в прачечных, где также осуществляются меры по экономии теплоты и воды [4.28, 4.29, 4.301.
Источниками теплоты в прачечных, как и в текстильных производствах, могут быть сбросная вода систем кондиционирования воздуха (0,9—1,5 кВт на 1 кВт электрической мощности), теплота сточных вод при температуре 57 °С, теплота мгновенного вскипания или горячего конденсата (если он не возвращается в котел) и выбросы из сушилок.
(В последнем случае предпочтительнее использовать предварительно нагретый воздух для сушки, что будет рассмотрено ниже.)Установка по утилизации сбросной теплоты сточных вод моечных цехов из отстойника приводится на рис. 4 15 [4.281.
Сточные воды моечных цехов направляются через входное решето в отстойник. Уровень воды в отстойнике поддерживается постоянным, излишки отводятся в канализацию. Основание сливной трубы должно находиться ниже уровня ввода сточной воды, чтобы обеспечить полный дренаж. Отстойник разделен на две части: горячую за входной решеткой В и холодную А для перелива в канализацию.
Перегородка, открытая снизу, обеспечивает уравнивание под- руслового течения между двумя отделениями. Периодический слив от моечных колес в горячую часть отстойника вытесняет равный объем холодной сточной воды под перемычкой- и уходит даяее через линию перелива в канализацию. В качестве теплоутилизационной установки здесь используется специальный многоступенчатый кожухотрубчатый теплообменник. Сточная вода насосом подается через прямые трубы, а свежая вода проходит через цилиндрический кожух с перегородкой вокруг труб.
На рис. 4.16 приводится система, которая используется в прачечных [4.30] для обеспечения потребности в горячей воде таких периодических процессов, как стирка; Она позволяет получить значительно экономию первичной энергии.
Регулировкой вентиляции поток воды, проходящий через нагреватель, поддерживается постоянным независимо от нагрузки. Излишнее количество направляется в бак-аккумулятор. Нагретая вода хранится в баках-аккумуляторах и подается при необходимости прямо в трубопровод горячей воды из нагревателя. Для подпитки в бак-аккумулятор вводят холодную воду, которая смешивается с потоком горячей воды, возвращаемой из нагревателя.
Сушка на текстильной фабрике. Сейчас становится все более очевидным, что использование теплоты для испарения воды как средства для сушки волокна — очень дорогой процесс, поэтому на действующих производствах следует использовать для этих целей сбросную теплсту в сочетании с предварительной механической обработкой.
Большое значение имеет также тщательный контроль за сушкой: измерение температуры и влажности.Широко распространена контактная сушка, где испарение влаги из тканей происходит за счет теплоты, проходящей через стенки ци-
Рис. 4.16. Система нагрева горячей воды, обеспечивающая оптимальное использование энергии в прачечных:
I — бак-аккумулятор; ? — регулировочный вентиль; 3 — насос рециркуляции; «— теилоодт менинк; 5 — парораспределительный клапац
линдров, которые изнутри нагреваются паром. Равномерное распределение теплоты зависит от быстрого удаления конденсата, причем максимальная конденсация происходит в первых двух (из трех) цилиндрах. Потери теплоты с концов цилиндров и линий подачи сводятся до минимума теплоизоляцией. Что касается сушки бумаги, то дополнительный нагрев принудительным потоком воздуха, подаваемого на верхнюю часть бумаги, способствует удалению влажного воздуха и ускоряет сушку.
Кроме возвращения конденсата в котел возможности прямой утилизации теплоты в цилиндрических сушилах не столь велики, как в сушильно-ширильных машинах, где применяется нагретый паром воздух. Использование рециркуляции и заслонок [4.231 может значительно повлиять на расход энергии. В некоторых сушилках за счет периодического отключения можно получить экономию электроэнергии вентилятора для удаления газов. Очень важно, чтобы влага из отработанного воздуха не попала в приточный воздух. Поэтому теплообменник для утилизации теплоты должен быть рекуперативного типа, где потоки нагреваемого и охлаждаемого воздуха надежно разделены. Установка типа экономайзера обходится недорого. Она имеет КПД до 50% [4.22] и охлаждает в 1 с 4,7 м3 отработанного воздуха со 175 до 90 °С, увеличивая одновременно температуру 3,25 м3/с свежего приточного воздуха с температуры окружающей среды до 90 °С.
Количество утилизируемой при этом теплоты составляет около 1 ГДж/ч.В США в процессах сушки текстильных изделий широко используются теплообменники с тепловыми трубами. Большую выгоду дает их применение в сушильно-ширильных машинах вместе с электростатическими фильтрами. Последние предназначены для сведения до минимума загрязнения уходящих газов волокнистыми веществами. Фирма Spierman Industries считает, что экономия при этом составляет от 2 до 1,6 тыс. ф. ст. в год соответственно для установок производительностью 2 и 9,9 м3 воздуха в секунду. Период окупаемости сравнительно мал.
Горячий воздух, выходящий из сушильно-ширильных машин и используемый для технологической обработки синтетических волокон, может содержать органические вещества, которые являются источником загрязнения атмосферы. В [4.22] сообщается об интересном применении каталитического горения паров выбросов из сушильно-ширильных машин, которое восстанавливает примеси до диоксида углерода и воды. Чтобы поддерживать реакцию, температура выбросов должна быть повышена до 360—380 °С, что достигается в помощью каталитической горелки. В приведенном примере для увеличения температуры выбросов до их соприкосновения с катализатором используется нефтяная горелка.
Если относительная влажность отработанного воздуха — на допустимо низком уровне, то можно использовать либо регенератор, если воздух сухой, либо рекуператоры указанного выше типа, причем эффективность утилизации составит 70%.
На рис. 4.17 приводится двухсТаДийнай каталитическая установка фирмы Engelhard, применяемая для очистки сбросных газов азотно-
Рис. 4.17. Пример утилизации теплоты после каталитической реакции:
/ — котел-утилизатор
кислотного производства, в которой каталитическая реакция проходит при температуре 800 °С. Как видно из рисунка, теплота газов после отдельных стадий катализа используется в котлах-утилизаторах.
В программе по экономии энергии в текстильной промышленности Великобритании предусматривается:
разработка установки для автоматизированного растворения, которая может дать большие количества раствора карбоната натрия: с использованием при этом холодной воды. В применяемых ранее установках расходовался пар;
¦ усовершенствование установок по очистке загрязненной шерсти с целью снижения расхода Горячей воды на 50%;
установка системы управления процессом сушки неплотной шерсти ДЛя сНйженйя‘Потерь теплоты; - :
! разработка Системы управления поступлением ткани для снижения расхода теплоты -в сушилках;
' внедрение методов обработки стоков для вторичного их использования;
внедрение установок и мгновенного вскипания для утилизации теплоты с периодом окупаемости 1 год;
; усовершенствование радиочастотных сушилок паковки со снижением стоимости сушки на 30%.
В некоторых исследованиях [4.311 приводятся также рекомендации и классификация мер по экономии энергии в текстильной промышленности (на 100 кг ткани):
Меры Экономия. МДж**
Технологические процессы с применением воды
Исключение недогрузки* —
Вторичное использование горячей воды 1,88
Использование противотока 1,36
Ограничение потерь при холостом ходе 0,94
Уменьшение количества промывочной воды ..... 1,36
Снижение температуры воды 0,94
Утилизация теплоты (35)***
Процессы сушки и нагрева Максимальное использование механической сушки , . , 0,21
Исключение пересушки 0,46
Снижение до минимума времени нанесения и фиксации красителя 0,21
Уменьшение количества отработанного воздуха до возможного минимума. Регулирование влажности в процессах сушки (25)*4 Исследование тепловой эффективности систем принудительной
конвекции*5 —
Уменьшение потерь при холостом ходе, например отключением оборудования 0,46
Утилизация теплоты отработанного воздуха ..... (25)*4
* Пропорционально загрузке.
** В скобках ~ в процентах.
*** Процент общего количества теплсты.
*4 Процент, общей экономии.
*5 Низкая.