本发明涉及一种余热利用装置，特别涉及一种印染烘干设备余热利用装置。
背景技术：
我国是世界印染大国，全国印染布匹产量占世界总产量的1/3以上，印染业为我国国民经济发展、财政收入、出口创汇和就业岗位作出了重大贡献。但是随着印染工业不断的发展，生产能耗高、废气排量大等问题也随之产生。据统计，我国印染企业单位产值的能耗量与发达国家相比，大约是发达国家的2.3倍，而单位印染布的利润仅为发达国家的3%左右。这就要求我国印染机械行业在确保所加工的纺织产品的品质不变或者进一步提高的前提下，向着节能、环保和智能化的方向发展。因此迫切需要针对印染过程进行研究，降低印染行业的能耗，减少排污，提升产品质量及其在国际市场的竞争力。
印染工艺流程较为复杂，一般包括前处理、水洗、染色、印花、烘燥和后整理等阶段，在烘燥工艺阶段中用到的最主要的设备是印染热定型机。每台热定型机一般由八或九节烘房串接而成，每个烘房的长度为3-4米，宽度为4-5米，体积近40立方米，整台定型设备体积庞大，动力源与热源数量众多，使得热定型阶段的能耗量占整个印染过程总能耗量的1/3以上，废气排放量占印染废气排放总量的1/2以上。以拥有10台印染热定型机的中等规模企业为例，仅定型工段的每年耗电量就达2000万度。而欧洲发达国家同等规模企业，由于采用先进的印染热定型设备及控制技术，其定型工段每年耗电量仅为我国的62%左右，能耗差异巨大。同时，定型一般是整个印染过程的最后一道工序，故它还在很大程度上影响和决定着产品的质量与性能。因此，在节能、减排方面国产印染热定型机还有很多地方需要优化设计，开发新型节能环保印染热定型机和改进落后的印染热定型机是各印染企业和印染热定型机制造厂家当前的一项重要任务。针对以上问题，对印染热定型机各个部件的性能进行分析研究显得尤为重要，本文主要对当前印染热定型机烘房内的风道进行性能分析及结构优化，其目的是提高印染热定型机的热效率，实现印染热定型机的节能减排。
热定型工艺正是利用织物在潮湿状态下具有延展特性，在保持一定的拉伸力下，通过采用180-220℃的高温热空气对其进行熨烫，从而调整经纱和纬纱在织物中的形态，消除织物内部的应力和高弹性形变，使高弹性形变转化为塑性形变，确保织物在新尺寸下稳定下来。其热定型的目的是去除织物在其加工制造过程中产生的皱痕，从而提高织物纤维的热稳定性。定型后织物整体的干燥均匀性、手感丰富性与残余收缩率、以及单位织物的定型能耗量，是衡量定型机性能的主要技术指标，它们既相互独立，又高度关联。其中干燥均匀性指标要求定型后织物在整个幅宽范围内的干燥程度保持一致；残余收缩率是指定型后织物经过类似高温煮洗前后尺寸的变化百分比，它与定型后织物的残余应力有关；而织物的手感丰富性则主要与织物的整体平整度、有无折痕等相关。
为满足上述性能要求，需要确保从烘房一侧鼓入的热空气经过喷嘴后在织物整个幅宽范围内形成稳定均匀的温度场，同时确保织物在整个定型过程中始终处于相对稳定的悬浮状态。定型效果与能耗量由机械、流体、热、湿度的相互作用结果共同决定：首先，热空气从烘房一侧到达另一侧是一个气流压力和流量递变的过程，织物所处温度场特性由风道及喷嘴的结构特征和布局共同决定；其次，热风经喷嘴作用到布面上形成的流场非常复杂，风道和喷嘴需采取特殊结构来抑制湍流现象，否则极易造成布面在幅宽范围内无规律震荡，增加织物残余应力、造成折痕或破坏布面平整性。若震荡中织物与风道直接接触，还会使织物局部过热而泛黄，影响定型效果。因此，定型机风道结构要尽量保证织物幅宽范围内的温度均匀性和经喷嘴吹向织物气流的稳定性。
如今，国內大多数造纸织物定型机都是直接由国外公司进口或国内外校企合作研制，定型机是聚酷织物生产中的关键设备，其原理就是利用化纤受热烙化的热塑性，加热并使纤维维持规定的形态和尺寸，在所需温度将织物拉幅拉宽至规定尺寸，然后快速冷却，使受热变化的纤维微结构逐渐凝固固定下来，从而织物的尺寸和形态达到稳定。定型工艺的本质是化学纤维大段分子链段的重排，并且消除了织物的内应力，但是由于这类自动化设备只有少数国外企业能够开发研制，因此技术垄断严重影响了我国纺织工业整体的进步发展。
聚酯织物的主要材料是聚酯切片，聚酯切片先经烙融拉丝后抽离成聚酯纤维。利用聚酯纤维加工其它产品前，必须先对这些聚酯纤维进行工艺加工，比如在预设的温、湿度的条件下，对聚酯纤维进行规定次数的纵向拉伸和横行拉幅。再完成干燥工序后，这些经加工过后的聚酯织物的长度和宽度都会出现显著的改变，会将原先整齐的聚酯织物出现的表面不平整、厚度不均匀、边缘不整齐的现象，甚至更严重的情况能导致整幅织物面目全非，不能正常使用造成织物报废、物料损失。因此在利用这些聚酯织物进行生产前，必须先对其进行热处理能够恢复聚酯纤维的本来属性，使得聚酯织物光滑平整、厚度均匀并且边缘整齐，使织物达到可用的工艺要求。在进行拉幅热定型工艺处理时使用的全自动大型机械定型设备就是热定型机，它是利用在设定，的温度和张力下对经先期加工后的聚酯织物进行工艺处理，使织物符合造纸用聚酯网生产的技术要求。
近年来，由于能源短缺、环境日益恶化以及自然灾害频频发生，能源节约以及环保问题不断引起人们的重视，同时印染热定型工业的能量消耗高、排放废气大也要求人们对传统印染机械进行结构优化。因此国内外对印染热定型机的研究也日趋增多，其共同目标是实现定型机的节能减排，打造出一台节能环保的新型印染松弛热定型机。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种印染烘干设备余热利用装置，可以将印染烘干设备中排放浪费的热量加以利用，减少热量的浪费，提高印染加工的经济效益和环境效益。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种印染烘干设备余热利用装置，包括余热热源、导热缆、温差发电机、电源、控制模块和印染设备冷却模块供能装置；所述控制模块包括温度传感器、继电器、工控机；印染设备冷却模块供能装置包括电缆和电源转换装置；余热热源为印染烘干设备中的热量较大的烘干房部分；根据余热热源的具体形状、位置、余热量和面积，在余热热源上布置多条导热缆；多条导热栏的一端与不同位置的余热热源连接，另一端都与温差发电机的受热面连接；电源转换装置位于温差发电机的输出端；电源转换装置通过电缆与印染设备冷却模块相连，为印染设备冷却模块供应工作所需的电能；电源转换装置包括蓄电池；温度传感器设置在余热热源上，温度传感器与工控机连接；继电器分别与工控机和温差发电机连接。
优选地，所述导热缆由保温层和导热丝组成，保温层包裹在导热丝的外周；导热丝选用石墨烯纤维、碳纤维或碳纳米管材料制成；导热丝一端与余热热源相连，另一端与温差发电机连接；保温层由柔性绝热材料制成。
优选地，所述柔性绝热材料为橡胶。
优选地，所述导热缆通过槽道固定在余热热源上。
优选地，所述余热热源为印染烘干设备中的热量较大的烘干房部分，包括烘干房的烘干废气排放口、烘干废气排放管道、燃烧室或燃烧器的废气排放管道、烘干房高温外壁。
优选地，所述导热缆设置在各废气排放管道、废气排放口以及的烘干房高温外壁的外表面。
优选地，所述温度传感器为热敏电阻传感器。
优选地，所述温差发电机由热电材料制成。
优选地，所述导热缆与余热热源及温差发电机的受热端的使用钎焊焊接固定方式。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
现有技术对于烘干设备的余热采用简单的直接排放方式，即造成了浪费，也影响了环境；而本发明使用导热缆将烘干设备的余热热源进行了集中管理，一方面导热缆使得热源集中变为可行，导热缆柔韧性良好、有高机械强度、体积小且长度可定制，因而可以根据热源的具体需要进行铺设；同时导热缆具有定向高导热性，热量只导热缆的轴向进行传递，径向传递的热量几乎忽略不计，因而在将热量从热源处集中导到温差发电机的过程，导热缆不会发热，不会导致导热缆的熔化，也不会对烘干设备的其他零部件产生不利影响。最重要的是发明人发现，集中的热源可以利用温差发电机进行发电的同时，配合工控机、温度传感器和继电器的调控，将余热热量转变为电能，采用该电能驱动烘干设备后续的冷却设备工作，余热的热量可以很快被消耗和利用，并不会使得烘干厂房内局部温度显著升高，降低了因温度过高而带来的生产危险。
本发明使用导热缆将热量传导并进行集中热管理时，温差发电机无需配合余热热源的外形进行专门设计，可以使用商用产品。且温差发电机的面积也不再受到热源的限制，易于维修和替换。
导热缆利用的是碳材料的高导热性，能够将热量从热源处迅速导到温差发电机的受热端，可在任意温度差下进行。导热缆，尤其是石墨烯类材料具有定向高导热性，即沿着导热缆的轴向方向具有高导热系数，沿着导热缆的径向方向具有低导热系数。故而在传导过程中，导热缆不会向周围传导热量。导热缆良好的柔韧性以及高机械强度使得其非常适合用于铺设热管理设计路线。良好的柔韧性使得它能够任意弯曲，高机械强度则保证了铺设线路和使用过程中的安全性。
本发明还加入了控制模块，通过温度传感器可检测余热热源的温度，可以根据余热热源的温度变化，通过继电器来调整温差发电机中各单元的串并联情况，既能有效提高整体的温差发电效率，还能避免因为电流过大而损坏温差发电机中的单元或者限制发电功率。
附图说明
图1是本发明中印染烘干设备余热利用装置的部分结构示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种印染烘干设备余热利用装置，包括余热热源、导热缆、温差发电机、电源、控制模块和印染设备冷却模块供能装置；所述控制模块包括温度传感器、继电器、工控机；印染设备冷却模块供能装置包括电缆和电源转换装置；余热热源为印染烘干设备中的热量较大的烘干房部分；根据余热热源的具体形状、位置、余热量和面积，在余热热源上布置多条导热缆；多条导热栏的一端与不同位置的余热热源连接，另一端都与温差发电机的受热面连接；电源转换装置位于温差发电机的输出端；电源转换装置通过电缆与印染设备冷却模块相连，为印染设备冷却模块供应工作所需的电能；电源转换装置包括蓄电池；温度传感器设置在余热热源上，温度传感器与工控机连接；继电器分别与工控机和温差发电机连接。
优选地，所述导热缆由保温层和导热丝组成，保温层包裹在导热丝的外周；导热丝选用石墨烯纤维、碳纤维或碳纳米管材料制成；导热丝一端与余热热源相连，另一端与温差发电机连接；保温层由柔性绝热材料制成。
优选地，所述柔性绝热材料为橡胶。
优选地，所述导热缆通过槽道固定在余热热源上。
优选地，所述余热热源为印染烘干设备中的热量较大的烘干房部分，包括烘干房的烘干废气排放口、烘干废气排放管道、燃烧室或燃烧器的废气排放管道、烘干房高温外壁。
优选地，所述导热缆设置在各废气排放管道、废气排放口以及的烘干房高温外壁的外表面。
优选地，所述温度传感器为热敏电阻传感器。
优选地，所述温差发电机由热电材料制成。
优选地，所述导热缆与余热热源及温差发电机的受热端的使用钎焊焊接固定方式。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
现有技术对于烘干设备的余热采用简单的直接排放方式，即造成了浪费，也影响了环境；而本发明使用导热缆将烘干设备的余热热源进行了集中管理，一方面导热缆使得热源集中变为可行，导热缆柔韧性良好、有高机械强度、体积小且长度可定制，因而可以根据热源的具体需要进行铺设；同时导热缆具有定向高导热性，热量只导热缆的轴向进行传递，径向传递的热量几乎忽略不计，因而在将热量从热源处集中导到温差发电机的过程，导热缆不会发热，不会导致导热缆的熔化，也不会对烘干设备的其他零部件产生不利影响。最重要的是发明人发现，集中的热源可以利用温差发电机进行发电的同时，配合工控机、温度传感器和继电器的调控，将余热热量转变为电能，采用该电能驱动烘干设备后续的冷却设备工作，余热的热量可以很快被消耗和利用，并不会使得烘干厂房内局部温度显著升高，降低了因温度过高而带来的生产危险。
本发明使用导热缆将热量传导并进行集中热管理时，温差发电机无需配合余热热源的外形进行专门设计，可以使用商用产品。且温差发电机的面积也不再受到热源的限制，易于维修和替换。
导热缆利用的是碳材料的高导热性，能够将热量从热源处迅速导到温差发电机的受热端，可在任意温度差下进行。导热缆，尤其是石墨烯类材料具有定向高导热性，即沿着导热缆的轴向方向具有高导热系数，沿着导热缆的径向方向具有低导热系数。故而在传导过程中，导热缆不会向周围传导热量。导热缆良好的柔韧性以及高机械强度使得其非常适合用于铺设热管理设计路线。良好的柔韧性使得它能够任意弯曲，高机械强度则保证了铺设线路和使用过程中的安全性。
本发明还加入了控制模块，通过温度传感器可检测余热热源的温度，可以根据余热热源的温度变化，通过继电器来调整温差发电机中各单元的串并联情况，既能有效提高整体的温差发电效率，还能避免因为电流过大而损坏温差发电机中的单元或者限制发电功率，可以做到即时响应和智能调控。
余热热源、导热缆、温差发电机、电源、控制模块和印染设备冷却模块供能装置；所述控制模块包括温度传感器、继电器、工控机；印染设备冷却模块供能装置包括电缆和电源转换装置；余热热源为印染烘干设备中的热量较大的烘干房部分；根据余热热源的具体形状、位置、余热量和面积，在余热热源上布置多条导热缆；多条导热栏的一端与不同位置的余热热源连接，另一端都与温差发电机的受热面连接；电源转换装置位于温差发电机的输出端；电源转换装置通过电缆与印染设备冷却模块相连，为印染设备冷却模块供应工作所需的电能；电源转换装置包括蓄电池；温度传感器设置在余热热源上，温度传感器与工控机连接；继电器分别与工控机和温差发电机连接。