張中娟

（中國紡織經(jīng)濟(jì)研究中心，北京 100020）

定形機(jī)是紡織染整行業(yè)最常用的設(shè)備之一，也是染整生產(chǎn)過程中熱能消耗較大的設(shè)備之一，約占染整布耗熱量的1/4～1/3。2020 年，規(guī)模以上印染企業(yè)印染布產(chǎn)量為525.03 億m，定形機(jī)耗熱量超過1 000萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤。隨著人們對紡織服裝的質(zhì)量要求越來越高，定形機(jī)的使用會越來越普及，所消耗的熱能也將越來越高。為了促進(jìn)定形機(jī)生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)熱能效率更高的定形機(jī)，同時(shí)推動(dòng)定形機(jī)使用企業(yè)采取相應(yīng)措施，降低生產(chǎn)中的熱損耗，加強(qiáng)對定形機(jī)的管理和節(jié)能改造，本文從定形機(jī)的發(fā)展階段與設(shè)備種類、使用現(xiàn)狀、耗熱情況等方面入手，對定形機(jī)熱平衡測試方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1 定形機(jī)的發(fā)展階段與種類

1.1 定形機(jī)的發(fā)展階段

20 世紀(jì)90 年代以來，我國紡織印染行業(yè)快速發(fā)展，促進(jìn)了定形機(jī)的快速增長。定形機(jī)應(yīng)用的發(fā)展可以分成3 個(gè)階段：第1 階段是20 世紀(jì)70 年代到90 年代，高檔定形機(jī)從德國、瑞士、日本等發(fā)達(dá)國家引進(jìn)，國內(nèi)以生產(chǎn)拉幅機(jī)為主。第2 階段是20 世紀(jì)90 年代到2008 年，隨著我國印染行業(yè)的發(fā)展，對高檔定形機(jī)的需求大幅度增加，進(jìn)口定形機(jī)的渠道進(jìn)一步拓寬，韓國和中國臺灣生產(chǎn)的定形機(jī)進(jìn)口快速增長；與此同時(shí)，國內(nèi)的定形機(jī)研制和生產(chǎn)取得了長足的進(jìn)步，逐步得到市場的認(rèn)可和接受。第3 階段為2008 年至今，由于金融形勢的影響，進(jìn)口定形機(jī)的趨勢減緩，相比之下，國產(chǎn)定形機(jī)得到了快速發(fā)展，逐步占據(jù)市場。據(jù)中國紡織機(jī)械協(xié)會統(tǒng)計(jì)，我國生產(chǎn)中高檔定形機(jī)的企業(yè)在30 家以上，2016 年國產(chǎn)中高檔定形機(jī)量達(dá)到1 500 臺以上，2015 年達(dá)到1 200 臺以上，2016 年的產(chǎn)量較2015 年增長24%，基本能滿足國內(nèi)的需要，還有部分出口。未來定形機(jī)將向智能化、節(jié)能化及多功能化方向發(fā)展。

1.2 定形機(jī)的種類

我國紡織染整行業(yè)是從20 世紀(jì)70 年代后才廣泛使用定形機(jī)。目前，定形機(jī)已發(fā)展成為多種類多型號的生產(chǎn)設(shè)備大家族。

1.2.1 以熱源分類

各種熱源定形機(jī)有如下特點(diǎn)：

（1）蒸汽定形機(jī)：蒸汽定形機(jī)是以中高壓蒸汽為熱源，經(jīng)過定形耗熱后，蒸汽以汽水混合形式排出定形機(jī)。蒸汽定形機(jī)比較適用于定形溫度較低（定形溫度小于等于200 ℃）的織物，定形溫度受輸入蒸汽壓力和溫度變化的影響。在紡織染整工業(yè)園中，企業(yè)使用蒸汽定形機(jī)較多。

（2）導(dǎo)熱油定形機(jī)：導(dǎo)熱油定形機(jī)是以加熱的導(dǎo)熱油作為熱源。導(dǎo)熱油定形機(jī)的烘箱溫度較為穩(wěn)定，可以根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要調(diào)節(jié)溫度，可用于高溫定形（定形溫度大于等于200 ℃）。

（3）氣體燃料定形機(jī)：是以天然氣、液化氣等氣體燃料為能源的定形機(jī)。天然氣或液化氣等氣體燃料輸入到定形機(jī)內(nèi)，在定形機(jī)中燃燒，直接或間接加熱織物。與前面兩種定形機(jī)相比較，氣體燃料的能源利用效率最高。

（4）電定形機(jī)：電定形機(jī)是以電為能源，通過電發(fā)熱絲或電紅外線管進(jìn)行加熱。電定形機(jī)設(shè)定溫度穩(wěn)定，定形溫度容易控制，定形過程產(chǎn)生的廢氣量較少。但因耗電量較大，開機(jī)或關(guān)機(jī)時(shí)對電路的影響太大，目前正在運(yùn)行的電定形機(jī)數(shù)量較少。

1.2.2 以定形機(jī)的烘箱數(shù)量分類

定形機(jī)的烘箱數(shù)不同，不僅導(dǎo)致定形機(jī)的長度不同，還會影響到熱能的利用、工藝的多樣性以及生產(chǎn)效率。定形機(jī)的烘箱數(shù)越多，可使用的工藝越多，生產(chǎn)效率越高。常見的定形機(jī)烘箱數(shù)有4、6、8 和10節(jié)等。隨著技術(shù)的發(fā)展，8 箱以下的定形機(jī)已經(jīng)淘汰。目前已出現(xiàn)烘箱多于10節(jié)的定形機(jī)。

1.2.3 以織物幅寬分類

定形機(jī)的寬度決定了定形織物的寬度?？筛鶕?jù)定形織物的寬度對定形機(jī)進(jìn)行分類。定形機(jī)可分成超寬型定形機(jī)、寬幅型定形機(jī)或窄幅型定形機(jī)。

定形機(jī)還可以根據(jù)進(jìn)布方式、出布方式、整緯方式、調(diào)幅方式等功能的不同分成不同的類型。

2 定形機(jī)的生產(chǎn)工藝流程

纖維在一定的溫度（一般是在該纖維的玻璃化溫度以上）下受到張力作用，可達(dá)到尺寸穩(wěn)定的效果。定形機(jī)是根據(jù)纖維的這種特性而發(fā)展的設(shè)備。定形機(jī)可以用于織物印染后的整理，也可以用于印染前的處理和功能性整理。

2.1 印染前的處理

含有氨綸的彈力織物在染色時(shí)，為了避免在染色過程中織物應(yīng)力變化引起的皺紋或折痕，需要在染色前將彈力織物進(jìn)行一次定形。彈力織物染色前的定形所需要的溫度較高，但是定形的時(shí)間很短。在實(shí)際生產(chǎn)中采用的方法是加快織物的走速。

隨著旅游業(yè)在全球范圍內(nèi)的不斷發(fā)展，人們對于旅游的文化本質(zhì)認(rèn)識越來越深刻，盡管對于旅游文化定義眾說紛紜，但是對于“文化是旅游的本質(zhì)”這一命題國內(nèi)外學(xué)者的認(rèn)識是相當(dāng)一致的。

2.2 印花前的處理

為了保證印花的質(zhì)量，織物在印花前，尤其是針織布，需要進(jìn)行定形，以保證織物的幅寬準(zhǔn)確、單位面積質(zhì)量均勻、布面以及紋理平整，從而保證印花的質(zhì)量。

2.3 印染后的整理

初期定形機(jī)都是用于印染后的整理。織物在染色過程中受到各種拉力產(chǎn)生應(yīng)力釋放，導(dǎo)致織物幅寬和單位面積質(zhì)量變化較大，不穩(wěn)定。染色后對織物進(jìn)行定形處理的目的是穩(wěn)定織物的幅寬，使織物的單位面積質(zhì)量均勻，增加織物的表面平整度。

2.4 功能性整理

隨著人們生活水平的提高，對服裝的要求也越來越高。服裝的功能性整理是提高服裝質(zhì)量和檔次的重要方法。服裝的功能性來自于織物的功能性。利用定形增加功能性是常用的生產(chǎn)工藝。在染色后的定形過程中，適當(dāng)?shù)丶尤胂嚓P(guān)助劑或者化學(xué)品就可以賦予織物某些功能，例如免燙、阻燃、防油、防污和防水等。

3 定形機(jī)的使用現(xiàn)狀

目前定形機(jī)使用狀況有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）隨著印染企業(yè)入園比例的增加，導(dǎo)熱油定形機(jī)的數(shù)量越來越少，蒸汽定形機(jī)所占的比例最大，約占定形機(jī)總數(shù)的30%以上，氣體燃料定形機(jī)所占的比例較低，不到10%。

（2）擁有8 節(jié)烘箱的定形機(jī)數(shù)量最多，約占定形機(jī)總數(shù)的90%。

（3）定形機(jī)從簡單的高溫焙烘設(shè)備逐步發(fā)展成為多功能、多技術(shù)的組合設(shè)備，例如增加智能整緯設(shè)備、尾氣余熱回收設(shè)備、尾部自動(dòng)切布設(shè)備等。

4 定形機(jī)熱平衡測試方法

根據(jù)定形機(jī)的發(fā)展階段、設(shè)備特點(diǎn)、耗熱情況等，對定形機(jī)熱平衡測試方法進(jìn)行研究。在進(jìn)行熱平衡測試方法研究中，邊界以外的熱量或者耗熱不予考慮。

4.1 熱平衡的計(jì)算

定形機(jī)輸入熱量包括各種熱源（如導(dǎo)熱油、蒸汽等）帶入的熱量、在定形機(jī)內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量（如天然氣、液化氣等在定形機(jī)中燃燒）以及高于基準(zhǔn)溫度的新鮮空氣和織物帶入的熱量。在實(shí)際生產(chǎn)中，對于某一類型的定形機(jī)，其主要輸入熱量是該定形機(jī)的熱源能源，如蒸汽定形機(jī)的主要輸入熱量是蒸汽。在大多數(shù)情況下，織物和新鮮空氣的溫度是低于基準(zhǔn)溫度的。因此，織物和新鮮空氣基本上不帶入熱量。

定形機(jī)輸出熱量可分為帶出熱量和損失熱量。帶出熱量有織物帶出熱量、定形機(jī)附件帶出熱量以及定形機(jī)尾氣帶出熱量。損失熱量包括機(jī)箱的散熱損失和定形機(jī)尾氣排放熱量損失。與輸入熱量相比較，輸出熱量的不確定因素較多，測量和計(jì)算較為復(fù)雜。需要說明的是，有的定形機(jī)安裝在地面上，有的定形機(jī)是懸空安裝，前者無法測量和計(jì)算定形機(jī)底面的散熱損失，而后者可以測量和計(jì)算其散熱損失。

有效熱包括織物吸收的熱量、織物含水吸收的熱量以及新鮮空氣加熱的熱量。嚴(yán)格來說，還應(yīng)該包括定形過程中部分助劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所吸收的熱量，由于這部分熱量很難測到，而且相比之下，熱量較小，可以忽略不計(jì)。

將定形機(jī)作為一個(gè)系統(tǒng)，其熱平衡示意圖如圖1所示。

圖1 中，輸入熱量是指輸入定形機(jī)作為熱源的蒸汽、導(dǎo)熱油的熱量，也包括以天然氣為燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量；一般情況下將環(huán)境溫度設(shè)為基準(zhǔn)溫度。織物和新鮮空氣進(jìn)入定形機(jī)時(shí)基本上是環(huán)境溫度，所帶入的熱量可以忽略；散熱熱量損失包括定形機(jī)整個(gè)散熱損失，以烘箱散熱損失為主；尾氣排放帶出熱量是指從定形機(jī)直接出來時(shí)檢測的熱量，不考慮熱量回收等因素。根據(jù)熱力學(xué)第一定律和定形機(jī)實(shí)際情況，定形機(jī)熱平衡可用下式表示：

式中，Q織物帶出熱量為產(chǎn)品、工質(zhì)和定形機(jī)尾氣等帶出的熱量，kJ；Q出口風(fēng)量帶出熱量為定形機(jī)周邊散失和定形機(jī)廢氣排放的熱量，kJ；Q尾氣排放帶出熱量為用于加熱織物、新鮮空氣和水分的熱量，kJ；Q散熱熱量損失為定形機(jī)散熱導(dǎo)致的熱損失，kJ；Q輸入熱量為輸入定形機(jī)的熱量之和，kJ。

4.2 計(jì)量和測量儀器的要求

計(jì)量和測量儀器的要求分成兩個(gè)部分：（1）企業(yè)、車間或工序的計(jì)量應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來選擇和配備；（2）在實(shí)際工作中，定形機(jī)熱平衡測試一般都是在生產(chǎn)現(xiàn)場測試。因此，要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況配置相關(guān)計(jì)量器具，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和有效。

4.3 測試條件

（1）測試應(yīng)是在穩(wěn)定的生產(chǎn)過程中進(jìn)行。定形機(jī)升溫到設(shè)定溫度要超過20 min 以上。（2）定形機(jī)烘箱散熱點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。（3）在一般情況下，可以將車間內(nèi)環(huán)境溫度作為基準(zhǔn)溫度。但是要注意車間內(nèi)環(huán)境溫度的變化。若要將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行不同車間或不同時(shí)間段的對比，必須設(shè)定基準(zhǔn)溫度，且基準(zhǔn)溫度應(yīng)低于車間環(huán)境溫度。在這種情況下，織物、織物的含水以及新鮮空氣帶入的熱量就必須給予重視，不能忽略。（4）測試小組的成員應(yīng)熟悉定形機(jī)運(yùn)行，具備較好的能源知識以及熟悉各種測試方法。

4.4 測試流程

（1）測試前的準(zhǔn)備。做好測試工作計(jì)劃和測試方案，確定各種測試點(diǎn)以及測試方法，準(zhǔn)備好相關(guān)的記錄表。（2）測試。在現(xiàn)場按計(jì)劃進(jìn)行測定，做好記錄，尤其是出現(xiàn)異常情況時(shí)。（3）數(shù)據(jù)整理和分析。將現(xiàn)場測試所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并進(jìn)行分析。（4）編寫測試報(bào)告。

5 案例

定形機(jī)以導(dǎo)熱油為熱源。對其中一批全棉針織布定形過程進(jìn)行了熱平衡測試。現(xiàn)場檢測的有關(guān)數(shù)據(jù)見表1。表1 中的數(shù)據(jù)以1 t 產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)算。由表1可以看出，尾氣排放帶出的熱量最大。需要解釋的是，尾氣排放帶出的熱量不能全部看成是損失的熱量，其中相當(dāng)一部分是用于織物和循環(huán)空氣加熱的熱量。而織物和新鮮空氣吸收的熱量屬于有效熱量。要提高定形過程的能效，降低定形時(shí)的能耗，減少尾氣排放帶出的熱量是關(guān)鍵。基本方法是控制尾氣排放量和回收利用尾氣的余熱。在本文中，重點(diǎn)討論了定形機(jī)的熱平衡。由于篇幅關(guān)系，將另文對定形過程熱效率進(jìn)行分析和討論。

表1 全棉針織布定形過程現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)以及計(jì)算結(jié)果