提升热风烘干机能效的实践

张振林，马美华，夏 辉，岳 鹏，刘广亮

(鲁泰纺织股份有限公司，山东 淄博 255100)

1 热风烘干机工作原理

热风烘干机由干燥缸、加热器、冷却器、冷凝器、热风机、控制系统及相关管路阀门组成。其工作原理为：自然风经蒸汽加热器加热到烘干机所需温度后，由循环鼓风机将热风吹入干燥缸底部，干燥缸底部连接筒子架，热风从筒子架中间由内向外吹出，将筒子纱所含水分带走，湿热空气经冷却器冷凝排水，再经冷却器和分离器深度除湿，除湿后的热风经加热器加热到所需温度后吹入干燥缸，循环往复直至将筒子纱烘干到要求的湿度[1-2]。热风烘干机工作流程如图1所示。

图1 热风烘干机工作流程

笔者公司的热风烘干机于2000年开始使用，受当时技术水平制约，加热器和冷凝器的换热效果较差，压力脱水后纱线含水率在120%以上，影响后序热风烘干效果；且冷凝器对经过纱线的湿热空气的冷凝效果未达预期，在加热器将湿热空气加热到设定温度后，重新进入纱线的热风含水量增加，需要将烘干时间延长到约90 min，才能使纱线含水率达到5%～8%，造成烘干周期长、效率低和能源消耗大等问题。因此，对热风烘干机进行能效提升改造尤为重要。

2 热风烘干机现状

2.1 外观结构

采用竖式结构，占地面积较大，影响行车操作、纱架摆放，且存在烫伤危险。

2.2 电气控制部分

a) 采用温度控制器和时间继电器控制，控制简单，可靠性差。

b) 风机电机采用星三角控制，无法自动控制速度，能耗较高。

c) 电控柜电气元件多，线路杂乱，随着元件老化，故障率增大。

d) 开盖安全门锁保护需要人为来判断。当缸内压力已超过安全压力、缸内温度已超过安全温度或者风机还在运行时，缸盖仍然能够打开，存在较大的安全隐患。

3 改造方案

3.1 外观结构

机器改造前采用竖式结构，热风在缸体内的风阻较大，需穿过管道、爬坡转弯等导致升温或冷凝效率降低；机器改造后采用卧式结构，热风在缸体内的风阻变小，水平穿过每个结构，路径变短，升温或冷凝效率提高。

3.2 加热器

机器改造前蒸汽走加热器管内，其换热面积为78 m2；改造后蒸汽走加热器管外，换热面积增大为83.3 m2，换热面积较改造前增大，改造之后加热器加热效率提高。

3.3 电控柜

机器改造前采用温度控制器、时间继电器和星三角控制；机器改造后采用德国Setex707型电脑和PLC模块、变频器控制风机，可设定多个烘干工艺，适用于不同品种的纱线[3]。PLC模块的使用，不仅提高了设备稳定性、降低了维修率，而且各种传感器都可以接入控制，进行数据跟踪和优化；变频器的应用，可实现不同阶段的速度调节，节约能耗。

3.4 风机控制

机器改造前风机的电机采用星三角控制，无法自动控制速度，能耗较高；机器改造后风机的电机采用变频器控制，根据染程设定变频器控制速度，可实现自动调速。

3.5 压力控制

压力控制采用压力开关保护和压力传感器控制模式，以提高压力控制的准确性。机器改造前烘干的工作压力为低压0.38 MPa，缸内传播载体空气的密度低，可用于热量交换、冷凝的介质偏少，烘干时间约为90 min；改造后烘干的工作压力为0.40 MPa～0.44 MPa，缸内传播载体空气的密度增加，可用于热量交换、冷凝的介质增加，烘干时间约为60 min，缩短了1/3。

3.6 增加多种能耗计量仪表

热风烘干机增加了多种能耗计量仪表，如冷水/热水统计表、压缩空气消耗统计表、电量消耗统计表和蒸汽消耗统计表等，方便企业计算成本、优化相关机器参数。

3.7 冷凝器

机器改造前冷却水走管内，冷凝面积为53 m2；改造后冷却水走管外，冷凝面积为65.2 m2，冷凝面积较改造前增加、冷凝效率提高。同时增加冷却水水温监测装置，在机械流程图上实时显示当前冷却水出入口的温度，通过调节阀门大小提高冷却水利用效率，避免浪费；增加单独的汽水分离装置，可大幅度提高冷凝后的水汽分离效果。

3.8 增加湿度检测装置

机器改造后增加了干燥缸出口湿度计和冷凝器出口湿度计，通过观察湿度变化决定是否提前结束烘纱，通过观察湿度曲线波动率调整冷却水供应量。湿度在机械流程图上实时显示，并提供湿度历史记录曲线查询。

3.9 加装小冷却器

机器改造后增加小冷却器，小冷却器内部有一副由W板组成的冷却管路，主要作用是在湿热风进入冷凝器之前，进行第1次冷凝，增加冷凝水的凝结率，缩短整个烘干时间。

3.10 使用电脑智能控制开关

当同时满足缸内压力低于安全压力、缸内温度低于安全温度、以及风机和电脑未运行时，缸盖安全门锁才能打开，方可开盖；电脑运行后自动上锁，避免人为忘记关闭造成的安全隐患。

3.11 其他优化改进

为了进一步提升热风烘干机工作效果，公司还进行了以下改进：

a) 将压缩空气管路由干燥缸入口改到小冷却器顶部位置，压缩空气由上注入，增加脱水效果。

b) 冷凝器入口安装缓冲网板，使热风均匀进入冷凝器。

c) 冷凝器安装“人”字型过滤网，增加2个观察口；汽水分离装置的筛网部分可有效过滤掉冷凝出的大量水分，达到水汽分离的目的。

d) 在调试过程中对比发现，烘干前期用热水和后期用冷水的冷热混合方式较为合理，经过多批次综合烘干试验，最终确定以约50 ℃的冷热混合中温水作为冷却水最佳节能方案。

4 实施效果

4.1热风烘干机经过改造后，烘干时间从90 min减少到60 min，烘干时间缩短了1/3，效率提高了约30%。

4.2相比国产某品牌热风烘干机，改造后的热风烘干机吨纱多用电98.2 kW·h，蒸汽量节约0.33 t，用水量减少41.7 t，合计每吨纱节省235元；漂染工厂共4台热风烘干机：2台烘干量为200 kg/h，1台烘干量为90 kg/h，1台烘干量为300 kg/h，年均烘干量为5149 t纱。2台200 kg/h热风烘干机改造完成后，每年可为企业节约资金约62万元。

5 结语

改造后的热风烘干机引入先进的PLC、变频器和触摸屏控制方式，增强工艺的分析和追溯功能；采用压力开关保护和压力传感器的控制模式，提高压力控制的准确性；增加各种能耗记录仪器，在触摸屏上显示各项参数的运行曲线，方便计算成本，优化参数，使整个热风烘干过程实现闭环管理与控制。同时，考虑设备的运行安全，使用电脑智能判断条件控制缸盖安全锁，避免人为忘记关闭缸盖安全锁造成的人身安全隐患。综上，改造后大幅降低了热风烘干机的能源消耗、提升了烘干效率和安全性。