CN203270284U - 一种梯级利用热能的太阳能染色机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种梯级利用热能的太阳能染色机系统。目前在退浆、煮练、染色等生产过程中，所排废水温度达到80℃以上，直接排放不但浪费能源，而且排入废水处理池，使所有废水的温度达到46℃以上，严重影响好氧生化处理。本实用新型包括太阳能供热系统、余热回收系统、高温供热补偿系统、染色机系统和冷却系统，所述的太阳能供热系统形成两路循环，一路为由若干根串联的用于水加热的太阳能真空管、冷水管道和热水管道组成的水循环，另一路为由若干根串联的用于导热油加热的太阳能真空管和油管道组成的油循环。本实用新型实现热能的温度分段式回收，解决了现有余热回收装置低温热能过剩的问题。

Description

一种梯级利用热能的太阳能染色机系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能与余热综合利用领域，具体地说是一种梯级利用热能的太阳能染色机系统。

背景技术

印染行业是个能耗大户，印染过程中电、煤、油、汽等能源消耗高，占加工成本的30％以上，万元产值综合能耗平均达0.86吨标准煤，比其它行业平均0.42吨标准煤高出一倍多。节能减排已成为各级政府和行业的管理目标。在2010年修订版的《印染行业准入条件》中对资源消耗的评估要求：新建或改扩建印染项目，棉、麻、化纤及混纺机织物综合能耗由原来的《印染行业准入条件(2008版)》每百米≤38公斤标准煤提高到每百米≤35公斤标准煤；现有印染企业棉、麻、化纤及混纺机织物综合能耗由每百米≤54公斤标准煤提高到每百米≤42公斤标准煤。

据2010年印染行业协会统计数据表明，一个染整大厂年综合能源消耗可达 5万吨以上标煤，大量热废气、废水直接排放造成了能源浪费，与国外同行业相比，中国的印染产品能源消耗比发达国家(美国、日本等)高3倍。例如，在退浆、煮练、染色等生产过程中，所排废水温度达到80℃以上，直接排放不但浪费能源，而且排入废水处理池，使所有废水的温度达到46℃以上，严重影响好氧生化处理；这些流失的热能，如果能够合理地回收利用，可大大降低印染产品的单位能耗。另一方面，我国太阳能资源极其丰富,而且可无限制地无偿利用，太阳能热水系统经济实惠、高效节能、安全、卫生、无污染，已经广泛推广应用于日常生活中，但在工业上的应用还处于起步阶段。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种梯级利用热能的太阳能染色机系统，其充分利用太阳能的免费资源、依据热平衡原理，采用分段式热能回收，实现不同温度热能的回收和利用，不至于造成低温热能过剩，最大限度地回收适合印染工艺特点的热能，达到节能的目的。

为此，本实用新型采用如下的技术方案：一种梯级利用热能的太阳能染色机系统，包括太阳能供热系统、余热回收系统、高温供热补偿系统、染色机系统和冷却系统；

所述的太阳能供热系统形成两路循环，一路为由若干根串联的用于水加热的太阳能真空管、冷水管道和热水管道组成的水循环，另一路为由若干根串联的用于导热油加热的太阳能真空管和油管道组成的油循环；

所述的染色机系统包括一间歇式染缸和一用于控制间歇式染缸工作的控制柜；所述的高温供热补偿系统包括可对间歇式染缸内的水进行热补偿的蒸汽管道和可对导热油进行热补偿的电加热管；间歇式染缸上装有感温元件，所述的间歇式染缸带有夹套，该夹套内装有导热油和所述的电加热管，电加热管置于导热油中，电加热管通过控制柜控制，感温元件用于将测得的温度传递给控制柜；

所述的余热回收系统包括一通过管道可与间歇式染缸连通的热废水暂储箱、一热交换器和一温水暂储箱，热废水暂储箱通过管道与所述的热交换器串联，该热交换器还分别与冷水管道和温水暂储箱连接，间歇式染缸使用后的热废水进入热废水暂储箱，热废水暂储箱出来的热废水与冷水管道出来的冷水通过热交换器进行热交换，所述的温水暂储箱形成两个互不相通的储存腔，为低温储存腔和中温储存腔，热交换后得到的温水根据水温进入相应的储存腔；

所述的冷却系统包括一热导热油暂储箱和一与热导热油暂储箱串联的油冷却器，所述的夹套接入所述的油循环中，使夹套中的导热油通过太阳能真空管进行循环加热；夹套还与热导热油暂储箱和油冷却器串联，油冷却器分别与冷水管道和温水暂储箱连接，该温水暂储箱的出水口与一温水管道连接，导热油与冷水管道出来的冷水通过油冷却器进行热交换，使导热油经冷却后返回至夹套中，热交换后得到的温水根据水温进入相应的储存腔；

所述间歇式染缸的热水入口通过管道与一水温调节器连接，该水温调节器还分别与热水管道和温水管道连接。

本实用新型既充分利用了太阳能，又充分回用了余热，使热能最大限度地循环使用，实现热能的梯级利用，达到了节能减排的目的。

进一步，所述的热交换器上开有废水排水口，将无利用价值的废水经废水排水口排放。

进一步，所述的热废水暂储箱中装有过滤器，使进入热交换器中的热废水基本无杂质，保证热交换效率。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：1.实现热能的温度分段式回收，解决了现有余热回收装置低温热能过剩的问题。2.本系统的各供热体系可以单独使用，即使在阴天，通过热废水余热和冷却能回收，依旧可以节省大量热能。3.本系统可以应用于多种纤维染色工艺，可根据染色工艺要求，智能调节最优节能方式，综合节能50%以上。4.由于导热油的易传热特性，导热油冷却速度快，可以缩短冷却时间，提高染色效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为现有棉针织纱活性染料染色工艺。

图3为现有羊毛衫成衣酸性染料染色工艺。

图4为现有涂料染色的工艺图。

图中，1、用于水加热的太阳能真空管，2、热水管道，3、水温调节器，4、经冷却后的导热油入口，5、温水管道，6、冷水管道，7、温水暂储箱，8、用于导热油加热的太阳能真空管，9、油冷却器，10、热导热油暂储箱，11、废水排水口，12、热交换器，13、冷水入水口，14、热导热油出口，15、热废水出口，16、热废水进口，17、热废水暂储箱，18、热导热油出口，19、热导热油入口，20、热水入口，21、热废水入口，22、温水进水口，23、间隙式染缸，24-夹套。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述。

实施例

如图1所示的太阳能染色机系统，其由太阳能供热系统、余热回收系统、高温供热补偿系统、染色机系统和冷却系统组成。

所述的太阳能供热系统形成两路循环，一路为由若干根串联的用于水加热的太阳能真空管1、冷水管道6和热水管道2组成的水循环，另一路为由若干根串联的用于导热油加热的太阳能真空管8和油管道组成的油循环。所述的染色机系统由间歇式染缸23和用于控制间歇式染缸工作的控制柜组成。所述的高温供热补偿系统由可对间歇式染缸内的水进行热补偿的蒸汽管道和可对导热油进行热补偿的电加热管组成。

间歇式染缸23上装有感温元件，所述的间歇式染缸带有夹套24，该夹套内装有导热油和所述的电加热管，电加热管置于导热油中，电加热管通过控制柜控制，感温元件用于将测得的温度传递给控制柜。间歇式染缸的热水入口20通过管道与水温调节器3连接，该水温调节器还分别与热水管道2和温水管道5连接。

所述的余热回收系统由通过管道可与间歇式染缸连通的热废水暂储箱17、热交换器12和温水暂储箱7组成，所述的热废水暂储箱中装有过滤器。热废水暂储箱17通过管道与所述的热交换器12串联，该热交换器12还分别与冷水管道6和温水暂储箱7连接，间歇式染缸使用后的热废水进入热废水暂储箱，热废水暂储箱出来的热废水与冷水管道出来的冷水通过热交换器进行热交换，所述的热交换器12上开有废水排水口11。所述的温水暂储箱7形成两个互不相通的储存腔，为低温储存腔和中温储存腔，热交换后得到的温水根据水温进入相应的储存腔。低温储存腔用于储存30-50℃的温水，中温储存腔用于储存50-100℃的温水。

所述的冷却系统由热导热油暂储箱10和与热导热油暂储箱串联的油冷却器9组成，所述的夹套24接入所述的油循环中，使夹套中的导热油通过太阳能真空管进行循环加热；夹套24还与热导热油暂储箱10和油冷却器11串联，油冷却器11分别与冷水管道6和温水暂储箱7连接，该温水暂储箱7的出水口与温水管道5连接，导热油与冷水管道出来的冷水通过油冷却器进行热交换，使导热油经冷却后返回至夹套中，热交换后得到的温水根据水温进入相应的储存腔。

当间歇式染缸处于始染状态时，温水管道中通入低温储存腔中的温水，当间歇式染缸处于染色保温和水洗状态时，温水管道中通入中温储存腔中的温水；如经水温调节器调节后的水温低于间歇式染缸设定温度时，采用蒸汽管道或/和电加热管进行加热补偿。

本实用新型一般工作流程为（以图2棉针织纱活性染料染色工艺为例）：

一、设置温水暂储箱的储存温度，低温储存腔设置成用于储存50℃的温水，中温储存腔设置成用于储存70℃的温水。经水温调节器3调节得到的40℃左右热水从热水入口20进入间歇式染缸内，上一阶段的50摄氏度热油从热导热油暂储箱10经冷却后的导热油入口4进入保温油罐，该温度阶段保温由夹套内电辅助加热装置和间歇式染缸内的蒸汽加热装置保证。

二、高温补充阶段，升温至98摄氏度阶段。温度较高的循环导热油从太阳能真空管8经热导热油入口19进入夹套，温度较低的导热油经热导热油出口进入太阳能真空管8，夹套与太阳能真空管内的导热油处于循环状态（此时如果装置由于各种天气等原因温度达不到98℃，则关闭循环，使用夹套内的电辅助加热装置和间歇式染缸内的蒸汽加热装置同步加热），当温度达到98摄氏度时，装置保温（保温可选择关闭循环状态使用电辅助加热装置和蒸汽加热装置保温或循环导热油循环保温，视循环导热油温度而定）。

三、余热回收阶段，降温度85℃阶段。

油路：此时夹套内的循环导热油经热导热油出口14进入热导热油暂储箱10中，紧接着热导热油暂储箱中的循环导热油进入油冷却器9与从冷水管道6进入油冷却器9的冷水经行热交换，交换后为85℃的循环导热油从导热油入口4进入夹套内，经过热交换得到的温水经温水进水口22进入温水暂储箱的中温储存腔。

水路：参照热废水暂储箱17的工作原理，经过梯级热交换后，无利用价值的废水经废水排水口11排放。

四、二次余热回收阶段，至50℃阶段。

油路参见三阶段油路，

此阶段完毕后夹套内的50℃循环导热油去向视后续工序时间长短决定，若后续间歇式染缸内无其他工序，开始第二次作业，则夹套内50℃循环导热油无需引入热导热油暂储箱内，可直接利用，若后续间歇式染缸内有其他工序作业，则50摄氏度循环导热油被引入热导热油暂储箱至储存。

水路参见三阶段水路

此时一个工作流程结束。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。

应用例1：应用于棉针织纱活性染料染色。

工艺程序及工艺条件见图2，梯级利用方案为（低温储存腔设置温度50℃，中温储存腔设置温度70℃），工作原理如本实用新型一般工作流程。

本例按照常规染色机染色（以1吨加工量，浴比1:20，自来水温15℃）为例，如果全部由蒸汽供热则需要90℃水20t（含60℃水20t），95℃水20t（含70℃水20t），50℃水20t。

因此4.2×103 J/kg?℃×[（90-15）℃×20t+（95-15）℃×20t+（50-15）℃×20t]＝1.5960×107kJ， 按蒸汽的焓值 2760 kJ/kg 来换算成蒸汽量，则需蒸汽用量 5.78t，按每吨蒸汽220元计算，需蒸汽费用1271.6元。

使用本系统，设置中温储存腔、低温储存腔分别为70℃和50℃，60℃始染热水有热水管道出的热水混合冷水提供，70℃和50℃水由中温储存腔、低温储存腔直接提供，因此补充热能为60℃升至90℃，70℃升至95℃，因此需要外部供热为4.2×103 J/kg?℃×[（90-60）℃×20t+（95-70）℃×20t]＝4.62×106kJ，折合需蒸汽用量1.67t。

应用例2：应用于羊毛衫的成衣酸性染料染色示例，

工艺程序及工艺条件见图3，其梯级利用方案为（低温储存腔设置温度40℃，中温储存腔设置温度80℃），工作原理如本实用新型一般工作流程。

本案例按照常规染色机染色（同样以1吨加工量，浴比1:20，自来水温15℃）为例，如果全部由蒸汽供热则需要60℃水20t（含40℃水20t），98℃水20t。

因此4.2×103 J/kg?℃×[（60-15）℃×20t+（98-15）℃×20t]＝1.0752×107kJ， 按蒸汽的焓值 2760 kJ/kg 来换算成蒸汽量，则需蒸汽用量 3.89t，按每吨蒸汽220元计算，需蒸汽费用857元。

使用本系统，设置中温储存腔、低温储存腔分别为80℃和40℃，40℃始染热水有热水管道出的热水混合冷水提供，40℃水由低温储存腔直接提供，因此补充热能为40度升至98℃，因此需要外部供热为4.2×103 J/kg?℃×（98-40）℃×20t＝4.872×106kJ，折合需蒸汽用量 1.76t。

应用例3：应用于多组分织物涂料染色示例

工艺程序及工艺条件见图4，其梯级利用方案为（低温储存腔设置温度40℃，中温储存腔设置温度80℃），工作原理如本实用新型一般工作流程。

本例按照常规染色机染色（同样以1吨加工量，浴比1:20，自来水温15℃）为例，如果全部由蒸汽供热则需要85℃水20t（含40℃水20t）。

因此4.2×103 J/kg?℃×（85-15）℃×20t＝5.88×106kJ， 按蒸汽的焓值 2760 kJ/kg 来换算成蒸汽量，则需蒸汽用量 2.13t，按每吨蒸汽220元计算，需蒸汽费用468.6元。

使用本系统，设置中温储存腔、低温储存腔温度分别为80℃和40℃，40℃水由低温储存腔直接提供一半，加80℃一半可使温度升高至60℃，因此需要外部供热为4.2×103 J/kg?℃×（85-60）℃×20t＝2.10×106kJ，折合需蒸汽用量 0.76t。

Claims (3)

1.一种梯级利用热能的太阳能染色机系统，包括太阳能供热系统、余热回收系统、高温供热补偿系统、染色机系统和冷却系统；

所述的太阳能供热系统形成两路循环，一路为由若干根串联的用于水加热的太阳能真空管(1)、冷水管道(6)和热水管道(2)组成的水循环，另一路为由若干根串联的用于导热油加热的太阳能真空管(8)和油管道组成的油循环；

所述的染色机系统包括一间歇式染缸(23)和一用于控制间歇式染缸工作的控制柜；所述的高温供热补偿系统包括可对间歇式染缸内的水进行热补偿的蒸汽管道和可对导热油进行热补偿的电加热管；间歇式染缸上装有感温元件，所述的间歇式染缸带有夹套(24)，该夹套内装有导热油和所述的电加热管，电加热管置于导热油中，电加热管通过控制柜控制，感温元件用于将测得的温度传递给控制柜；

所述的余热回收系统包括一通过管道可与间歇式染缸连通的热废水暂储箱(17)、一热交换器(12)和一温水暂储箱(7)，热废水暂储箱(17)通过管道与所述的热交换器(12)串联，该热交换器(12)还分别与冷水管道(6)和温水暂储箱(7)连接，间歇式染缸使用后的热废水进入热废水暂储箱，热废水暂储箱出来的热废水与冷水管道出来的冷水通过热交换器进行热交换，所述的温水暂储箱形成两个互不相通的储存腔，为低温储存腔和中温储存腔，热交换后得到的温水根据水温进入相应的储存腔；

所述的冷却系统包括一热导热油暂储箱(10)和一与热导热油暂储箱串联的油冷却器(9)，所述的夹套(24)接入所述的油循环中，使夹套中的导热油通过太阳能真空管进行循环加热；夹套(24)还与热导热油暂储箱(10)和油冷却器(11)串联，油冷却器(11)分别与冷水管道(6)和温水暂储箱(7)连接，该温水暂储箱(7)的出水口与一温水管道(5)连接，导热油与冷水管道出来的冷水通过油冷却器进行热交换，使导热油经冷却后返回至夹套中，热交换后得到的温水根据水温进入相应的储存腔；

所述间歇式染缸的热水入口(20)通过管道与一水温调节器(3)连接，该水温调节器还分别与热水管道(2)和温水管道(5)连接。

2.根据权利要求1所述的梯级利用热能的太阳能染色机系统，其特征在于，所述的热交换器上开有废水排水口。

3.根据权利要求1所述的梯级利用热能的太阳能染色机系统，其特征在于，所述的热废水暂储箱中装有过滤器。

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