关于加弹机热箱节能技术改造的研究

随着世界能源耗量的不断剧增，能源危机正在愈来愈深刻地影响着全球社会和经济的发展。近年来，我国化纤纺丝行业发展迅速，作为高电能耗产业，不仅要面对全国电力资源的紧缺，还要面临产能过剩的竞争，而生产成本特别是劳动力成本每年递增，以上问题给我们涤纶加弹纺丝行业带来了很大的压力，如何降低成本是每个纺织企业当务之急，因此必须寻找的新的生存途径。
1、现状
高速加弹机是化纤行业的主要生产设备，相关生产技术已经比较成熟，其工艺思路自加弹机诞生以来仍然维持原来的工艺设计，未有根本性的改变。国内加弹机制造企业仍处于模仿学习阶段，生产技术水平相对较低。目前，代表加弹机发展方向的德国巴马格(Barmag)公司和日本的TMT机械株社会社设备制造厂家推出的新型设备为了满足降低生产成本，满足现今化纤织造厂家的主要需求，从以下四方面做了改进：
1、大型化
机台大型化，从每台机216锭位变为最高384锭位，高产量的趋势提高机台利用效率，提高设备的产能，降低了人力成本，满足客户降本增效的目标。
2、、自动化
在加弹机上增加自动落筒、自动升头等自动化功能，降低企业管理成本，提高产品质量，定长定重准确，满足高端客户的需求，最大化增加利润。
3、数字化
利用在线张力系统及内网络的应用采集分析控制和共享数据，在加弹机DTY生产中，为了控制化纤长丝变形工序生产过程中质量，主要通过在线张力监控系统，及时发现不良原丝，防止不适当的操作与工艺，分离出质量有问题的成品丝，提高丝的整体质量。同时，通过定长单锭控制精确地控制卷绕时间，达到等长效果，提高经纱可用率，提高售价，增加效益。
4、低耗能
加弹机耗能主要是机械传动和加热两部分组成，这两部分占整个加弹机能耗的90％以上。如何降低加弹机能耗各设备制造厂家主要从这两大部分人手。
①在机械传动方面
应当尽可能选用高性能电机，同时将传统的同步带传动改为单电机变频传动，在一定程度上达到了节能效果，同条件台机耗能降低了5kW以上。
②热箱节能方面
现各加弹机设备生产厂家及热箱维修制造厂都在采取措施，比如在热箱进出口加挡板，提高密封性能，减少油烟对岩棉的污染降等保温的性能，增加热箱绝缘材料，这些都是以降低热箱的散热，达到节能目的。对新型设备配置高温短热箱，通过减少热箱长度减少散热面积，从而达到低能耗的目的。我公司在2014年2～5月份和两家热箱改造做了跟踪试验：一种是在热箱后面外部包保温材料，另一家换了热箱(增厚热箱保温层)，通过2个多月的生产记录电费，节电效果不明显，年节电在10000元左右，改造意义不大。
我司2014年6月与某热箱制造厂合作，通过对现有热箱基础上进行保温节能改造，实现节能增效的目的，加弹机20个上热箱整机改造后，持续跟踪改造后热箱耗电情况，并对改造前后能耗进行统计分析。
③我公司加弹机现状
公司拥有国内一流水平的RT-V1000、巴马格FK6-V1000加弹机共32台，可日产涤纶低弹丝(DTY)96吨。公司十分重视企业的内部管理和科技创新，企业内部推行现场5S及目视管理，同时持续推行ISO质量管理体系，以全面提升公司的管理水平，持续满足顾客需求。
我公司加弹机2011年建厂投入使用，设备运行状态良好，设备参数如下：
机械速度：1100m/min；锭距：110mm
锭数：240(10x24)或264(11 x24)
适纺原料纤度：涤纶POY，成品纤度20D-200D
假捻方向：z、s(实际情况根据用户要求)
假捻方式：叠盘式摩擦假捻
变形热箱长度：2000mm(V型)
定形热箱长度：1460mm
冷却方式和长度：冷却板冷却、LMax=1300mm
变形热箱温度范围：150～250℃
定型热箱温度范围：80～220℃：
热箱加热方式：联苯加热
全机噪声：1000m/min时≤95dB(A)
卷装规格：φ250(max)×250
原丝卷装直径：max≤φ435
电机额定总功率：118kW
电机空载功率：≤82％额定总功率
加热额定功率：104KW(其中，上热箱20个×4kW，下热箱10个×2.4KW)

2、设备改造
联苯热箱工作原理：联苯热箱系统根据联苯汽化原理工作，即随着加热温度的上升，联苯的压力不断上升，在常压下257℃汽化，在200℃工作温度时，整个热箱内部处于负压状态。丝的受热是通过与热箱中的导轨接触来实现。这个接触或热轨以部件形式被制造成一个系统，该系统有6个双槽加热轨组成。每个系统装有调节及监测元件，温度检测通过PT100铂电阻实现，并且采用PLC智能温控方式，对热箱温度根据生产需要进行连续控制。
1、改造前后热箱配置对比
2、设备改造原理及其性能分析
改造原理：图2为改造前后加弹机热箱内部配置。原有加弹机热箱仅加热导轨底面有保温材料，两侧为导热系数较高的传统石膏隔板与热轨接缝处间隙大，保温性能有限，在生产过程中会有大量热能散发损耗，因此造成加弹机耗能增加，电能消耗增大，生产成本提高。通过对热箱节能进行研究，本次改进通过对热箱三面及顶盖全部安装新型高效热箱保温材料，材质为柔性新型岩棉保温层，热箱保温性能大幅提高，同时能够提高热箱密封性能，避免热能散发、油烟等有害气体进入热箱内部，侵蚀保温材料，造成热箱保温性能下降，进一步减少热箱能耗损失。
3、效果分析
对7、8号加弹机热箱完成改造，并对改造完成后的耗能情况作出统计分析。
7号加弹机热箱改造完成后，热箱能耗明显降低，经过约5天的波动期后，热箱功率从改造后的73.8kW×h逐渐降低，最终稳定在72kW×h左右，相比改造前平均能耗84kw×h，通过改造实现每小时节能12kW×h，节能减耗14.29％；8号加弹机热箱改造完成后，功率由开始的90.58 kW x h逐渐降低，但是改造后第3天时能耗突然大幅增加，分析认为，能耗增加的原因为热箱改装后岩棉保温材料未达到最佳状态，岩棉保温层经过受热膨胀后，内部无间隙且趋于均匀稳定，保温性能达到最佳。随跟踪继续，能耗逐渐下降。稳定在76.83kW×h左右，改造完成每小时节约电能13.75kW×h，节能减耗15.18％。
从2014年6月份起，从第一台机其中一个热箱的跟踪对比试验(改前单热箱耗电1.765KWh，改后1.355KWh)，到8月份从7#整机改造跟踪对比，到批量改机至今，现已对公司32台机中改造完14台，改后所有机台稳定在71-76KWh，平均单台每小时节电12KW。每台拆装用工15个工作日(5人安装用时3天)，预计12月底全部改造完毕。
另改造后所有机台正常运行时，大部分出现短时间超温现象，须关掉辅助加热棒(此功能是为防止环境温度低散热过快而一直加热保温的装置，实践跟踪关掉后产品质量无任何影响)，说明保温性能提高后，原配置的加热功率已偏高，在以后加弹设备制造中可降低20％~30％的加热功率，这一现象为更进一步节能又提供了一个契机，有待于下一步的持续改造实践验证。
4、效益分析
改造投入：每台机改装材料费4.0万元、拆装热箱设备人工费0.5万元、热箱改造人工费0.38万元、运费0.2万元共计改造费用5.08万元/台，以7号机为例，改造完成后每天可以节约电能288kW×h，电费单价0.76元/kW×h，正常生产情况下8个月可通过节约电费收回改造成本，之后实现每年每台机器节约电能10.51万KW×h全年32台机为企业实观增加效益255万元。
节能减耗对于企业调整经济结构、转变增长方式、提高企业生产质量、维护绿色环境有着长远意义。我公司进行加弹机热箱节能技术改造应用实践符合我国建设资源节约型、环境友好型社会的政策要求，同时节能减耗也是企业可持续发展的必然选择。
5、结束语
本文通过对加弹机热箱改造前后的综合统计与分析，结合车间生产能耗跟踪情况，证明通过对加弹机热箱保温性能提高对于节能减耗据具有显著作用。在市场竞争日益激烈的背景下，充分利用先进技术进行节能减耗是纺织企业可持续发展的关键，本公司进行的热箱节能减耗改造合理有效、可实施性强、回报周期短，适合在加弹行业大范围推广改进。