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洗衣房热源的技术和发展
发布时间:2013/6/25  阅读次数:4806  字体大小: 【】 【】【

1,前言


洗衣房对织物的处理需要热量的供给,比如水洗需要热量来激发洗涤剂与污垢的活性,烘干和烫平需要热量来蒸发残余水分,并对织物纤维排列进行复原定型;同样,干洗需要热量来烘干和蒸馏,后整理也需要蒸汽来进行定型处理,等等,可见充足热源的供给是洗衣房运营必不可少的先决条件。但是,地球的资源总是有限的,尤其是一些不可再生能源的逐步枯竭和紧缺,以及其相应产生的排放对环境的负面影响,都是人类要迟早或已经面临的严峻挑战。因此,如何有效地改善和整合洗衣房的热能资源,使其产生更高的经济效益和社会效应,这是我们行业从业者们必须去解决的新课题。


2,洗衣房的热源瓶颈


由于蒸汽热源具有水介质取材方便,热力学传导系数高,以及可以直接参与部分织物的定型工艺过程等优点,在洗涤行业已经获得了大量的使用。洗衣房蒸汽主要来源于两种方式,一是单位自备专用或共用的蒸汽锅炉,其优点是产生的饱和蒸汽品质好,使用可控性强,缺点是费用成本相对较高,安全和环保限制措施多。另一种是依托热电厂、化工厂的热网富余蒸汽,通过管道进行采购供热,其优点是成本相对较低,一次性的投资少,缺点是对热源供给的依赖性强,同时这种蒸汽通常都是过热蒸汽,传热效果差,而且压力波动大,存在较大的安全隐患。


随着经济和社会的发展,在当前社会大力倡导高效、节能、环保的可持续发展大环境下,蒸汽作为洗衣房主要的热源方式,已经出现严重的“不适应症”,主要瓶颈表现在以下几个方面:


热效率较低下。蒸汽作为最常用的传统热载体,虽然介质廉价和稳定,传热效果好,但由于蒸汽供热系统的热损耗较大,余热回收困难,系统中存在着大量的排放和浪费,比如水在常温与沸腾之间的加热和冷却热损,冷凝水排放和蒸发,蒸汽泄漏和系统维护损失等,综合使用热效率一般只有50%-60%左右,资源利用率较差。


使用维护成本高。蒸汽使用热效率低就决定了产生有效被利用热量的初级能源(如燃煤、燃柴、燃油、燃气等)的消耗成本也相应增大。蒸汽使用往往需要较高的温度,但在100℃以上蒸汽压力会迅速升高,压力越高设备投资成本也会急剧增大,而且相应的安全隐患也越大。此外,蒸汽供热系统管理和维护较为复杂,在启动、停车、给水软化、冷凝水回收,冷凝水污染及管线堵塞、疏水器失效、设备及管线腐蚀、系统跑冒滴、漏、冬季管线防冻、炉水化学处理等方面存在种种麻烦,这也会带来大量的显性或隐形的成本耗费。


限制政策增加。由于蒸汽锅炉是压力容器,存在着较大的安全隐患,锅炉的燃烧和排放对环境的负面影响较大(每产生一吨蒸汽将消耗一吨的水资源并排放166公斤的二氧化碳,以及其它的烟尘排放等),各级政府的控制措施日趋严格。蒸汽锅炉项目在城市的申请安装已经越来越困难,甚至已有的锅炉还会被随时升级的政策要求限期整改或取消,这已是当前洗衣房构建的主要瓶颈之一。


洗涤工艺瓶颈。布草处理工艺中需要不同的精准和稳定的温度控制,比如,熨烫和烘干工序要求温度较高,水洗工序要求温度相对较低,但蒸汽系统要提高温度极为困难,很难同时满足各类工序的不同需求,导致洗衣房产生部分作业工序效率低下,如“低温熨烫瓶颈”、“过压水洗加热”等问题,不利于均衡高效地生产作业。


3,洗衣房热源技术在国外的发展


鉴于蒸汽系统的不利影响已经成为整个社会和行业的共识,国外的龙头企业纷纷开始探寻和推广洗衣房的无蒸汽加热技术,比如简森的“清洁能源技术”系统(CleanTech)和凯尼基莎的“绿色洗涤”系统(The
Green Laundry),已经取得了良好的社会和经济效果,引领了行业的发展方向。


简森的CleanTech技术强调在洗衣房中完全取消对蒸汽锅炉系统的使用,对各类设备配备独立的燃气加热装置,将间接加热改为直接加热,将统一供热改为按需的独立和机动供热,再配合一些其它的能量利用技术,如洗涤龙的Spiralizer换热器和贯通式烘干机的RecoCross换热器,槽烫导热油的高温加热技术等,可以将一个用洗涤龙每小时处理3000公斤布草的洗衣厂的单位热源消耗从1.5KWh/kg降低为0.7KWh/kg,每年节省60%的能源费用,提高25%的产量,同时也减少了锅炉房的投资和维护成本,一举两得。


凯尼基莎的The Green
Laundry系统则更上一层楼,考虑的是洗衣房整体能量链的优化和建设,强调洗衣房内的能耗节省可通过各系统间的能量相互利用来实现。The Green
Laundry包括了三大部分,除了采用了燃气加热的“无蒸汽加热”技术和设备自身的“机器技术”大量优化以外,还特别强调了“介质整合”技术,主要构成是其EMS能量管理子系统。水的蒸发需要的能量是加热的7倍,烫平机、烘干机的热排风的能量中包括了15%的温度和85%的冷凝。EMS就是一种利用冷凝效应的热交换器来加热清水的技术。洗衣机或洗涤龙排放的热水通过一个交换器把进入的新鲜冷水从15℃加热至27℃左右,再通过一个大型板式汽液交换器,清水逆向流动,被散热片上的热排风水汽加热为49℃左右的热水,从而提供了洗涤设备需要的初级能量,实现了废热利用的最大化。


由此看来,洗衣房的热源利用技术的发展也并不是仅仅实现“无蒸汽加热”那么简单,我们除了需要取消使用蒸汽锅炉和采用新的加热方式外,还需要对洗涤设备节能效率和洗衣房的整体能量环节进行综合考虑,比如:更少能量耗费的机器技术本身,废水中的水资源以及其中的热量再利用,热排风中的热量再利用,部分蒸汽疏水的热量再利用,环境热量的再利用(如空气源热泵技术和太阳能技术),低温洗涤技术等,都具有巨大的挖潜空间。


实际上,加热和蒸发过程总是符合热力学定律的,仅仅把加热方式从蒸汽加热改为燃气或其它加热方式并不会直接节省能源。国外“无蒸汽燃气加热”的节省主要表现在以下几个方面:其一,热量按照当下的需要提供,比如各类设备或单台设备的独立作业(如加班作业或先后顺序作业),而不必开动更大的锅炉系统让整个管路长时间充满蒸汽;其二,减少了能量的过程浪费,比如在蒸汽和冷凝管路中的辐射、泄露、疏水阀损失、闪蒸损失等;其三,稳定的能源保证,比如生产负荷增大时蒸汽压力降低的效率影响,或者增加设备时蒸汽锅炉扩容的困难等;其四,洗涤工艺的影响,比如不良的蒸汽质量,或者蒸汽进入增加水位对洗涤品质和资源消耗增加的影响,等等。


图1为一家国外布草租赁洗涤公司的成本构成,其中的能源成本只占到了其总成本的6%左右,而国内洗涤公司的能源成本比率一般为20%-30%左右。即便在这种情况下,国外各个企业还在大力发展无蒸汽和能量再利用技术,可见我们的差距有多大,但这也说明国内企业的挖潜空间会更大。








图1
一家国外布草租赁洗涤公司的成本构成


4,无蒸汽加热技术在国内的应用


4,1 无蒸汽加热技术在国内的应用


由于观念和技术的滞后,国内洗涤行业热源技术的发展还受到一些先天条件或理念落后的制约,比如,缺乏燃气加热的洗涤设备供应商,洗衣场所没有配置燃气管路或配备比较困难,以及对热源瓶颈和成本都不够重视等。但是,企业的经营生产迟早会受到稀缺资源的限制,洗衣房的无蒸汽加热和资源再利用已经成为了全球洗涤行业热源技术发展不可逆转的潮流,也需要我们来顺势而为,创新突破。


申光无蒸汽加热系统(简称SNS,Shenguang Non-steam-heated
System)就是其中一个典型的应用案例。SNS根据国外技术发展趋势并结合国内行业特点,针对目前国内洗衣房所普遍存在的热源困境,提供了一种更加高效和安全的无蒸汽加热整体解决方案。SNS主要包括:导热油载体循环加热专用系列洗涤设备(水洗、烘干、熨平、干洗等);直燃式加热系列洗涤设备(烘干、熨平等);辅助热源设备(导热油加热器、导热油锅炉,直燃热源等);无蒸汽系统的工程解决方案(方案配置、安装流程和使用工艺等),其核心是导热油加热设备及工程。


4,2 导热油加热的工作原理


导热油又称传热油,正规名称为有机热载体,分为矿物油和合成油两大类,具体可参见GB23971-2009《有机热载体》标准内容。导热油是一种良好的热量传递介质,由于其具有加热均匀,可在低压下产生高温,传热效果好,节能,调温控制准确,输送和操作方便等特点,近年来获得了广泛的应用。


导热油加热系统包括加热炉,循环泵,膨胀箱,储油槽,分离器,过滤器,控制器,管路和阀门等功能部件,其加热形式可以多种多样,如燃煤,燃气,燃油,燃柴,燃生物颗粒,电加热等,已经推广使用了五十年,是成熟加热产业,在化工、食品、塑料等行业被大量采用。导热油通过专用锅炉或加热器内的油路盘管来进行加热(无受热腔体),温度可高达320℃,加热后的导热油用循环泵通过密闭的管路输送给用热设备,流经设备的导热油温度降低30℃左右,回流到导热油炉进行循环再加热,周而复始,几乎没有能量损失(见图2所示)。






图2 导热油加热系统工作原理简图


4,3 导热油加热系统的特点


洗衣房采用导热油供热系统可减少蒸汽供热系统所存在的大部分缺陷,从节能、节水、节约投资和安全等几个方面获得巨大的经济效益,并减少了资源消耗,保护了环境。其特点表现为以下几个方面(见表2所示):


其一,经济效益高:导热油系统温度高,且进出温差小,循环加热,具有更高的系统热效率(85%~90%),同比被使用热值可以有效地节约了能源和燃料费用。其二,具有更高的安全可靠性:导热油系统是低压高温系统,系统内的压力仅为循环泵的扬程,避免了高温条件下的高压操作,减少了高压失控的爆炸风险,而且设备和管线投资比蒸汽系统更低。其三,使用维护更加方便:导热油传热介质不会对设备及管线产生腐蚀,设备和系统具有一个相当长的检修周期,节约了设备维护和系统检修费用。同时,完全减省了传统蒸汽加热系统的给水处理、炉水处理及回水处理系统,简化了传热系统操作和维护的复杂性,并节约了水资源消耗。其四,操作简单,自动化控制程度高:加热炉的操作控制已经实现成熟的全自动燃烧控制和精确温度调节,系统只需对循环泵的启、停加以控制,传热过程仅需通过自动调节阀门对导热油流量或温度进行任意控制。其五,对洗涤行业的适应性高:可以获得很高的传热介质操作温度,如设备(槽烫)需要200℃的最佳操作温度,提高了熨烫效率,彻底克服了熨烫瓶颈,也同时避免对高压设备的使用,更加安全和方便,等等。


当然,导热油加热系统也同样具有一些控制关键点,比如:要注意导热油的加热温度控制,防止出现劣化和积碳;注意防范管路泄露导致的燃烧安全隐患等,但这些都是采用正确的使用和安装规范可以有效克服的。


2   洗衣房成套设备供热方式比较










































比较项目


导热油加热


蒸汽加热


技术先进性


国内、外先进的供热方式


普通传统技术


加热成本


循环使用,热效率高(85%-90%),消耗低,运行成本比蒸汽型低30%


热效率底(50%-60%),消耗和损失大,成本较高


介质成本


低(导热油5-10年寿命期)


高(同比水资源的消耗和处理费用)


洗涤设备成本


高(比蒸汽设备高10%-15%)



热源设备成本


低(比蒸汽锅炉低20%-30%)



卫生环保


工作场所清洁卫生,节能、环保


工作场所环境差,能耗较高,环保差


安全性


好(高温低压)


差(锅炉和辊筒烫平机有爆炸风险)


性能、维护


温度稳定,控制精准,维修率低


容易出现温度波动,维修率高


国家行政审批


低压系统,审批和年检手续简单


审批和年审手续复杂且难,费用高


熨平机应用


温度高,是熨平机最佳供热方式。


温度低,熨平机工作效率低下。



经工作交换后,170℃的导热油回流进锅炉再被加热为200℃重新使用,没有排放环节,热损失极小,自然会节约大量锅炉加热介质的初级能源消耗,降低了成本

4,4 导热油加热系统提高运营效率的机理分析



理论上,消耗同样热值燃料的加热系统(如60万大卡的导热油锅炉与1吨的蒸汽锅炉比较),其本身并不会直接节省能耗。导热油加热系统之所以比蒸汽系统大幅提高了洗衣房的运营效率,降低了能耗成本,主要有以下两个方面的原因:



导热油系统的热效率比蒸汽系统提高了30%左右,同比降低了初级热源的消耗。蒸汽系统蓄集能量后,在传送和使用当中不可避免地存在着大量的热量损失,比如常温与沸腾之间的加热和冷却热损,冷凝水排放和蒸发,蒸汽泄漏和系统维护损失等,而导热油加热系统是循环加热,200℃油温


    导热油系统可以实现高温作业,大大提高作业效率。比如,200℃油温可以提高烫平机和烘干机工作速度30%以上,增加了单位时间的产出能力。这也就意味着,在原有产量需求不变的情况下,导热油加热可以减少对系统热源的需求,或者减少洗衣房烫平机或烘干机的配置数量需求,也同样节省了消耗和投资成本。

5,综述

无蒸汽加热技术是当前洗涤行业洗衣房热源技术的核心,也是行业发展的必然趋势。各个国家的资源配置和使用条件各不相同,如何更好的结合国家和行业特点,打破条条框框的限制,开发出适应时代需求的产品和系统,需要我们不断探索,共同行动。

  

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