|
|
|
重构印染生产能源消耗结构的探讨广州弘禹生态科技有限公司 刘永旋 杨爱民 杨会玲 摘 要：纺织印染行业是能源消耗量较大的行业，也是碳排放量较大的行业。能源种类的构成对能源消耗量、污染物产生量及碳排放量起到主要作用。作者针对目前纺织印染生产中余热回收和利用的情况，结合再生能源的利用以及热泵等新技术的运用，对纺织印染生产能源消耗结构的改变提出设想，并开展了讨论。 关键词：印染行业、能源结构、再生能源、余热 0前言 纺织印染行业是能源消耗量较大的行业，同时，纺织印染行业能源消耗产生的碳排放量占总碳排放的70%或以上[1-2]。纺织印染行业的能源消耗成本已从过去的不到20%到目前已超过了25% 或以上。纺织印染行业的节能对降低生产成本、减少污染物产生以及降低碳排放量都具有积极的意义。能源种类的构成对能源消耗量、污染物产生量以及碳排放量都起到了主要作用。随着各种与能源相关的新技术不断发展和涌现，纺织印染生产过程中对能源种类的选择和应用的空间更大，可以建立更为经济、更为清洁和更为低碳的能源消耗结构。作者根据纺织印染生产的实际情况，结合部分新技术的原理，对纺织印染生产能源消耗结构的改变和更新提出设想和建议。 1.能源消耗的现状 第一，能源种类。纺织印染行业生产能源消耗有电能和热能，热能占总能耗60%以上。能源种类多样性是来自于热能的多样化[3]。热能的获得基本上是依赖化石燃料，例如，煤、油或天然气的燃烧。印染企业进入工业园后，能源种类主要是蒸汽和电力，少部分有天然气或生物质燃料，其他再生能源使用较少。 第二，能源利用效率。电的利用效率缺乏充分的数据。从行业所采用的各种节电措施，例如， 运用变频器、使用高效电机、使用高效空压机和风机、定形机和染色机的节电等等，可以认为电的利用效率有较大的提高。热能利用效率也有明显的提高，例如，各种保温措施、低能耗工艺的应用、 冷凝水和冷却水的余热利用、定形机废气余热回收利用等等。热能利用效率仍有较大的提升空间。许多企业抱怨热水不知如何利用，约50%左右定形机没有余热回收都说明热能利用效率有提升空间。 第三，再生能源的利用。随着碳达峰和碳中和的工作开展，行业也开展了再生能源利用工作，取得了一定的成绩，例如，光伏发电已得到较广泛的应用。但再生能源的利用没有引起足够的重视或未能发挥较大的作用。主要原因是光伏发电的回收期较长、可利用的地热和风能来源少以及生物质燃料使用受到限制。行业整体再生能源利用的占比较低。 2.余热的回收和利用 2.1可回收利用的余热 提高纺织印染行业热能利用效率的主要措施之一是加强余热的回收和利用。可回收和利用的余热可见表1。 表1可回收利用的余热情况
除了表1中的余热，还有其他形式的余热，例如，烘干余热、空压机余热等等。其他形式的余热品位较低，回收和利用量较小，在此不做讨论。 2.2余热回收利用的状况 大部分企业开展了余热回收利用的工作，如冷凝水、冷却水或高温废水余热的回收和利用、定形机废气余热回收和定形机乏汽余热利用等等。而各企业余热的回收率和利用率差异较大。 3.再生能源利用 我国大多数纺织印染企业处于华东和华南沿海一带。再生能源利用较多的是太阳能，光伏发电或太阳能制热。过去，因光伏发电的造价成本太高，回收期长，企业利用积极性不高。随着光伏发电成本大幅度下降，光伏发电得到广泛接受，太阳能制热将没有发展前景。 其他的再生能源利用较少。一是资源和环境所限，例如较多印染企业所在地风能、地热能资源较缺。二是政策的限制，例如生物质的利用受到各地环保部门的限制或严加监管。空气能属于品位较低的资源，印染生产需要热能的品位和温度较高，在没有高效技术的情况下，空气能无法利用。 4.能源消耗结构的创新 4.1新的能源消耗结构特点 随着再生能源和先进热泵技术的利用，强化余热回收利用，将会形成新的能源消耗结构。新的能源消耗结构表现出以下的特点： (1)综合性分析热能的使用，包括热能使用的状态、设备和温度等等。热能形式有蒸汽、热水和热风；使用设备有密闭式染色机、开敞式水洗槽和定形机等等；使用的蒸汽有不同的温度和压力，如l200℃蒸汽、140℃左右蒸汽等等。 (2)加强回收和利用各种余热，各种余热应作为生产所需的主要热能之一。例如，利用余热加工成较高温的热水或各种压力或温度的蒸汽用于生产。 (3)加大太阳能光伏发电的应用，以光伏电替代化石燃料产生热能，降低用热过程的碳排放量。可用光伏电直接产生蒸汽，也可以用光伏电结合热泵使冷凝水产生蒸汽。 (4)充分利用空气能。用热泵技术利用空气产生80℃热水或130℃左右的蒸汽[5]。 (5)新的能源消耗结构是低碳的，高效的。回收利用各种余热提高了能源利用效率，减少能源消耗量和碳排放量；使用再生能源促进碳零排放。 4.2新能源利用形式 4.2.1高温热水 利用空气能或水的余热可以得到高温(≥80℃)热水。见图1。
图1 利用余热／空气能获得高温热水 图1可见，利用空气能或各种水的余热可获得高温热水（60℃≤水温≤90℃）。 4.2.2 130℃左右的蒸汽部分生产工序可使用130℃左右蒸汽，例如，长车水洗、烘干等等，可以利用热泵技术获得。 见图2。
图2余热回收产生蒸汽示意图 图2中生产蒸汽所用的水质量要求较高，当冷凝水水质不符合要求时需改为用新鲜的软化水。 4.2.3 180℃左右蒸汽 130℃左右蒸汽适用范围有限，需要加压升温，扩大蒸汽的适用范围。见图3。
图3产生180℃蒸汽示意图 图3过程所消耗的电耗较大。 4.2.4定形机余热利用 定形机废气排放所含的余热是品位较高的余热。较为理想的回收利用形式可见图4。
图4定形机废气余热回收方式之一 图中的水温和各种气温可以根据生产需要调节，产生的热水可以用于制备蒸汽或直接使用。当用中压蒸汽作为定形机热源时，定形后的蒸汽／冷凝水混合物是余热的一部分。常见的利用方式可见图5。
图5 定形机后汽水混合物余热回收利用 图5余热回收也属于蒸汽的多级利用。需要说明的是，定形蒸汽的余热利用一定是指蒸汽离开定形机后的余热，而不包括在定形机内的。 4.2.5新的能源消耗结构 从上述讨论可见，余热回收和利用、空气能的利用以及热泵技术的运用将组成新的能源消耗结构。图6是一种新的热能供给形式。
图6空气能和液态余热组合成的能源消耗结构 图6可见，利用空气能和液态余热可以获得多种品位的热能可用于印染生产。在该过程仅需要电力。当所消耗的电力是绿电，该过程就可认为是碳零排放过程。 4.3经济性分析 空气能利用和余热回收利用都需要消耗电力，可节约蒸汽费用。电费和蒸汽价格决定该技术运用的成本。当电费低于0.70元/kW·h或蒸汽价格高于220元／吨的情况就有较好的经济效益，投资回收期3～5年。 随着热泵的广泛应用，热泵的成本会逐步下降，而蒸汽价格只有上涨的趋势，从发展趋势可见该技术应该有很好的经济效益。 5.小结 (l)从以上讨论可见，以化石燃料转化热能的能源消耗结构可以进行改进或补充，增加空气能的利用和加大余热的回收利用，能减少能源的消耗和提高能源的利用效率，改变了原有的能源消耗结构。 (2)利用空气能和充分回收利用各种余热所需要的技术是成熟的，可靠的。 (3)以上讨论没有涉及到供应量和供应速度。在实际工作中还应考虑供应量和供应速度。在一般情况下，空气能和余热是不可能全部替代热能的供应。 (4)在改变能源消耗结构中，光伏发电将起到十分重要的作用，不仅仅可降低耗电的费用，还可以推进实现双碳目标。 参考文献 [1]杨爱民，杨会玲.纺织印染行业温室气体排放核算（一），印染，第45卷第10期.2019 年5月， [2]杨爱民，杨会玲，纺织印染行业温室气体排放核算（二），印染，第45卷第11期.2019 年6月， [3]柯亮，广东省顺德区纺织印染企业能源利用概况，印染，2010第17期. [4]杨爱民.印染行业用能用水现状分析及减排建议，中国印染行业绿色发展报告，中国纺织出版社有限公司，2022年11月. [5]工业热泵发展白皮书（2023年），中国节能协会热泵专业委员会，2023年8月.
|
