导热油供热系统在印染业中节能效果和经济效益

汪琦季炳奎俞红啸

(1.上海热油炉设计开发中心2.上海恒欣化工有限公司)

导热油供热系统在印染业中节能效果和经济效益

汪琦*1季炳奎2俞红啸1

(1.上海热油炉设计开发中心2.上海恒欣化工有限公司)

分析了导热油锅炉用于印染业中的定形机的节能案例。用导热油供热系统代替蒸汽锅炉供热，可节约热能，提高热效率。论述了热油炉选型、导热油供热系统工艺流程设计、热油系统工艺管线设计和膨胀系统改进等问题。

导热油供热系统节能经济效益印染业

0 前言

化纤织物经过高温整理后，有风格好、收缩小、挺括、不皱和手感好等特点。因此，目前印染行业中，经高温整理的产品品种越来越多。所谓高温整理，就是使化纤织物经过较高温度（180～210℃）的烘房处理，让化纤纤维分子排列朝人们所期待的方向变化，如形态稳定、手感好、染色性能好等方向。以热定形机为例：化纤织物在控制张力情况下，在高温烘房（180～210℃）中经历升温阶段——热渗透阶段——分子链调整阶段——冷却阶段（已离开烘房）后，破坏了纤维原来长链较不稳定的次阶交键，解放该部位分子链段，使它得以自由转动，取得适当的形态，并逐步建立新的在这种温度和条件下较稳定的次价交键。冷却后当时的形态就稳定下来了，达到了定形的目的。当今印染厂使用的整理设备，常采用载热体燃煤加热炉代替电加热。最近几年来，我们帮助一些企业应用导热油锅炉对多台电加热设备进行了改造。其改造效果无论从满足生产工艺条件、保障产品质量方面，还是从节约能源、提高企业经济效益角度来看，都是令人鼓舞的。

油锅炉加热，提高印染厂节能效果和经济效益，主要从以下几个方面体现出来。

（1）液相循环系统热损失少，效率高。

油锅炉采用循环使用的导热油作传热介质，即煤燃烧把油炉内的导热介质加热到280℃左右的高温（该油仍为液态，无汽化），然后经有保温措施的管道将导热油送入用热器（散热器）。散热后的“冷油”（实际温度很高，约230℃）并不废弃，而是通过油泵把它送回油锅炉继续加热，循环使用。导热油始终在液相——液相状态下循环使用，热量损失少，热效率高，不像一般蒸汽炉那样，传热过程由热水变成蒸汽，放热后再转成冷凝水或废汽排出，即液——汽——液循环，热量不易收回，造成的热损失较大。

导热油液相循环的油锅炉，热效率较高，可达72%以上（未加余热回收装置的情况）。

（2）供能成本低，节能效果大，很快回收设备投资。

用油锅炉对定形机、高温拉机等机台进行煤代电的改造，都取得满意效果。现以定形机为例，经改造前后的对比计算可知，使用油锅炉后一年可节省标煤7 997.86 t，节约费用389.24万元。计算中我们把油锅炉的维修费用与电加热设备的电热棒损耗费用相抵消。我们采用的是1 675 kJ/h的油炉，当时油锅炉本体、管道、导热油等附属设施共耗金额20万元，改造后2个月就能回收投入的费用。

（3）工艺重现性好，产品质量稳定。

由于油锅炉运行稳定，温度波动极小（链条炉排更是如此），出口温度高且极易控制，因此能方便地满足印染加工工艺条件，工艺重现性好，产品质量稳定可靠。

（4）运行安全系数高。

印染后整理工艺要求较高的温度，一般进机热源要求达到280℃左右，而油锅炉可方便地达到该温度。如此高的温度若用饱和蒸汽来供给，那么蒸汽压力要达6～7 MPa，而油锅炉压力仅为0.3 MPa，缩小至蒸汽压力的4%～5%，大大降低了供热设备压力等级。油锅炉不作为压力容器，这对企业设备管理工作带来很多方便。

综上所述，油锅炉在印染行业中有非凡的成效，深受企业欢迎。

1 热油炉选型

（1）准确核算用户耗热量。

导热油供热系统的主机选型，首先要根据用户耗热量的需求，确定有机热载体炉的大小。需要注意的是，导热油供热没有蒸汽供热系统的凝结水排放或闪蒸引起的热损失，不能沿用蒸汽供热系统耗热量的计算方法。目前，热油炉大马拉小车现象十分普遍。某工程选用1台4.6 MW燃煤热油炉，正常运行时，鼓风机、引风机不开就可满足生产用热，可见设备选型偏大很多。有的主机选型偏小，以后数次增加有机热载体炉，扩建热油炉房，造成了热油炉房占地面积大、热油炉运行效率低的现象。因此，设计人员应认真核实用户的用热要求，做好有机热载体炉主机的选型工作。

（2）了解燃料性质，选择适当的燃烧方式。

有机热载体炉的燃烧系统与一般蒸汽锅炉或热水锅炉相似，有燃煤、燃油、燃气、燃用木材废料和电加热等多种。燃烧方式的选择，应根据当地燃料情况、环保要求、工程投资和运行经济性等综合比较后确定，应注意燃烧室对燃料的适应性。在现有工程中，有机热载体炉炉膛选择不当，造成燃料燃烧不完全的实例并不少见。常用的燃煤有机热载体炉的设计煤种为烟煤，若改变煤种，应将燃料特性提供给设备制造厂，要求厂方根据实际燃料情况对燃烧室进行适当调整，以确保热油炉设计的燃烧效率。

（3）辅机配套。

导热油供热系统由导热油系统、燃烧系统、电器控制系统三大部分组成。

导热油系统由膨胀槽、储油槽、热油循环泵、注油泵、油过滤器、油气分离器等组成。

燃烧系统由鼓风机、引风机、除尘器、调速箱、上煤机、出渣机、空气预热器等组成。

电器控制系统由电器控制柜及其检测、显示、控制仪表等组成。

导热油供热系统的辅机一般由有机热载体炉设备制造厂配套供应，设计人员应根据用户用热情况，对设备厂配套辅机的型号规格和技术参数进行校核。

2 对导热油的要求和导热油的特点

国内外生产导热油的厂家很多，牌号品种繁杂，因此选用导热油时应从以下几点综合考虑。

（1）良好的导热性能。热导率大，比热容高，传热效率高。

（2）较高的极限使用温度。导热油是否具有较高的极限使用温度，是能否满足干燥工艺的需要，提供良好的稳定性和抗氧化的安定性，使导热油有较长的使用寿命的关键。

（3）具有较高的闪点、自燃点、沸点，以确保导热油在液态下安全使用。

（4）具有较低的酸值和残炭量。较低的酸值和残炭量，能较好地保证系统内设备、管道及附件不发生化学腐蚀作用。

（5）黏度、凝固点要低。黏度低运动阻力小，热载体流动畅通。凝固点低，适用于较寒冷地区。

（6）导热油应无毒无害，不污染环境。

应综合以上几点，结合加热工艺要求，选取最佳的导热油。此外，还要验证导热油出厂合格证书。下面拟举申星HD系列导热油为例来加以说明。

申星HD系列导热油的产品特点：

（1）可在低压力下以液相输送高温热量；

（2）可用于热回收系统；

（3）可广泛用于间接加热或冷却的循环系统；

（4）无味、无毒、无腐蚀性；

（5）在循环系统中无须采取氮封措施，降低设备投资；

（6）可精确地控制运行温度，满足工艺要求；

（7）有良好的抗氧化性，在高温工业环境中热稳定性好，使用寿命长；

（8）可与国内外同类导热油进行混用。

申星HD系列导热油的使用指南：

（1）在加热循环系统中必须安装膨胀槽和贮油槽，并且有一定的容积，以确保系统安全运行。

（2）循环系统管路中的过滤器，应定期清洗和更换。

（3）阀门及法兰连接处应使用耐油、耐压和耐高温石墨类垫片，以防渗漏。

（4）不同类型的导热油混用，需得到导热油生产厂家的认可方能进行。

（5）热油炉开车启动阶段，应参照升温曲线（见图1）进行，升温速度不宜过快。

（6）严禁超温运行。

（7）开车时先启动循环泵，再点火；停车时须先停火，保持循环泵仍然运转，直到油温降至100℃以下时才能停泵。

（8）燃煤导热油炉如果突然停电，应打开炉门，关闭进油口阀门，打开低位槽阀门，让油炉中的热油流到低位槽，同时让膨胀槽内的冷油流进炉管。

（9）导热油使用温度在280℃以上的，其性能指标每半年应进行一次测试；使用温度低于280℃的，每年测试一次。

图1 申星HD系列导热油升温脱水降温曲线（该曲线不包括烘炉时间）

3 导热油供热系统工艺流程设计

导热油供热系统的工艺流程，应根据用户用热要求进行设计。典型的导热油供热系统工艺流程如图2所示。

图2 导热油供热系统工艺流程

（1）供热循环

导热油由循环泵送入有机热载体炉加热，然后送至用热设备供热，再经油气分离器和油过滤器排除导热油中的气体和杂质，最后再经循环泵送回有机热载体炉，从而实现供热循环。

导热油供热方式有一次循环供热、二次循环供热和间歇性供热等几种。

（2）注油系统

向供热系统注入导热油有以下几种情况。

①将外部导热油经注油泵注入膨胀槽或储油槽。

②将储油槽内的导热油经注油泵注入膨胀槽。

③将储油槽内的导热油用注油泵排至供热系统外，以更换导热油。

（3）排气系统

导热油供热循环系统中的气体或蒸气经油气分离器排至膨胀槽，由膨胀槽或储油槽内的排气管排至系统外。膨胀槽和储油槽的排气管应该至安全地点，以防槽内导热油因沸腾等原因喷出而酿成火灾。

（4）冷油置换系统

遇突然停电紧急停炉时，可将膨胀槽的冷态导热油经有机热载体炉放入储油槽，以防有机热载体炉内导热油过热。

（5）紧急冷却系统

若导热油炉为重型炉墙，有机热载体炉内热量大，当采用冷油置换无法降低炉温时，或因用户停电较频繁，采用冷油置换不利于保证供热系统稳定时，需设置紧急冷却系统，即强制导热油在有机热载体炉和冷却水箱间循环，将有机热载体炉内的导热油关入冷却水箱进行循环冷却，以确保热油不超温变质。另外，冷却水箱也可兼作供油温度偏高时的应急冷却用。

（6）安全排放系统

当系统发生超压时，可通过安全阀自动泄压，泄压的导热油径直排入膨胀槽等安全位置。

（7）稳压旁路系统

当用户耗热量变化而调整导热油供油量时，为保证有机热载体炉内导热油流速大于2 m/s（不能降低热油炉内的供油量），应将一部分导热油走旁路循环。旁路导热油流量用自力式稳压阀进行控制。

4 热油系统工艺管线设计

（1）设置事故冷却循环油路

为防止紧急停电事故的发生，可在导热油循环系统中设置一组事故冷却循环油路，与基本循环油路并联（见图3）。事故油泵6的流量，一般选为油系统流量的1/2。事故油泵由一台汽油机或柴油机直接带动，启动时间在5 min内就行。启动前开启事故循环系统阀门，启动后把基本循环系统阀门关闭，使热油炉1内高温导热油经事故油泵6、冷却水箱7得到冷却。冷却后的回油返回热油炉1，不断把热油炉1内的高温油冷却，降至100～130℃后，方可转移为自然冷却，从而确保导热油及设备的安全。

（2）管线设计注意事项

①热油系统工艺管线中，在最高处应设有排气阀，最低处应设有排污阀。

②对较长的热油系统管线，应考虑热补偿设计。为防止热油泄漏，应选用自然补偿形式。

③热油系统的管线除设备接口、仪表接口或阀门等处必须采用法兰连接外，其他接口均采用焊接连接。采用法兰连接处，法兰面应是标槽面，且公称压力不低于1.6 MPa，对于大于300℃的导热油，则法兰公称压力不低于2.5 MPa。法兰宜选用对焊形式，不要用平焊形式的法兰。

④热油系统的法兰垫片不允许使用石棉橡胶板，应选用金属缠绕垫或膨胀石墨复合垫片。

⑤热油系统的阀门应选用不泄漏的波纹管密封阀门。

⑥热油系统管材，凡同热油相接触的，均不得选用铸铁或有色金属材料。

⑦热油系统应设有安全阀，安全阀宜选用不泄漏的波纹管密封安全阀。

⑧应选用专用的热油循环泵，而不能用一般热油泵代替。

图3 导热油循环系统

5 膨胀系统的改进设计

导热油在加热过程中温度每升高100℃，体积将有7%左右的膨胀，并产生少量的油蒸气，必须对此油蒸气加以释放，才能保证导热油在系统中正常循环。目前绝大多数导热油加热炉均采用开式膨胀系统来泄压，其简要工艺流程如图4所示。

图4 热油炉膨胀系统工艺流程

在系统最高处设一膨胀槽，膨胀管与膨胀槽底部相通，膨胀槽上方设一溢流管与储油槽相连，储油槽另设一透气口与大气相通以释放压力。但是开式膨胀系统使高温状态下的导热油直接接触到外界空气，从而使油质迅速恶化，同时热油蒸气排出造成了环境污染。

将开式膨胀系统改造成半开式膨胀系统，既能解决上述问题，又能满足系统膨胀及释放油蒸气压的要求。其具体做法为，将储油槽从中部隔成左右两半，下方用U形管连接，使储油槽中的导热油通过U形管实现左右互通，膨胀槽的溢流管与储油槽的左侧相连，在储油槽的右侧设置透气口，其工作原理如下所述。

（1）系统未运行前，膨胀槽及储油槽内的净压为零，储油槽内左右两室油位相平，如图5所示。

图5 系统运行前的油位

（2）系统开始运转加热后，热油膨胀至膨胀槽，将膨胀槽上方的油气挤至储油槽的左侧，压低左侧油位，使右侧油位提高，从而达到泄压的目的，如图6所示。

图6 系统运转加热后的油位

（3）停机降温后，各部分油位又回到正常，如图5所示。

此半开式膨胀系统运转时，高温导热油留在膨胀槽内，而热油蒸气被储油罐左侧的冷油阻隔，既不与外界大气接触，也不排出。降温后油蒸气又回到储油槽内，所以能充分保护油质，且不污染空气。

6 结束语

热定形机是印染行业主要设备之一。为了节能，我们对热定形机的加热源进行了改造，用导热油加热取代整机蒸汽加热和电加热。原蒸汽锅炉传热介质是水，锅炉将水加热变成蒸汽进入散热器，经散热后变成废汽或冷凝水排出。这种传热方式热量损失大。而热油炉的传热介质是一种特殊性质的导热油，经加热后其温度可高达280～290℃以上，而且并不发生汽化。高温油通过管路进入散热器散热后，不像蒸汽那样排出炉外，而是通过循环泵强制将导热油抽回油炉内继续加热，然后再将其导入散热器散热。这种闭路循环传热方式不仅热损失很少，而且经济效益较高。热油炉还具有低压高温的工作特性，能在小于0.1 MPa的低压力下获得280℃以上的工作温度，而且这样高的温度，工作压力仅仅相当于饱和蒸汽达到同等温度所需压力的1/68，这就可以大大降低用热设备的压力等级，所以原机台上的散热器稍加改造都可利用。我们对热定形机的加热源进行了节能改造，不仅大幅度节电、节汽、节水，还降低了生产成本，缓解了用电紧张情况，取得了较好的节能效益。

Energy Saving Effects and Economic Benefits of the Heat Conducting Oil Heating System in Printing and Dyeing Industry

Wang Qi Ji Bingkui Yu Hongxiao

This paper analyses energy saving cases of heat conducting oil boiler used for setting machines in printing and dyeing industry.Using heat conducting oil heating system instead of steam boiler can save heat energy and increase heat efficiency.It also discusses the selection of hot oil furnace,process design of heat conducting oil heating systems,process piping design of hot oil system and expansion system improvement and other issues.

Heat conducting oil;Heating system;Energy saving;Economic benefits;Printing and dyeing industry

TQ 054

*汪琦，男，1961年10月生，硕士，高级工程师。上海市，200042。

2011-05-04）