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奥特发 引领水刺节能生产 背景 水刺法是无纺布标准缠结工艺之一。与针刺法等其他机械缠结工艺相比，水刺法的生产速度可超 过300米/分。虽然热粘合工艺也许可得到更快的生产速度，但水刺法依然有高出一筹的优势，主 要表现在于用水刺法生产无纺布时无需添加任何低熔点纤维。此外，水刺产品的柔软度等产品特 性也是其他工艺加工出的产品无法企及的。因此，对于快速发展的擦拭布或化妆棉市场，水刺法 是理想的无纺布生产方法。 尽管如此，水刺法也有一个最大的缺点：能耗巨大。水刺法所需的高压泵和抽吸风机功率高达数 百千瓦。烘干系统的热功率可能需以兆瓦计。总之，水刺法生产无纺布时，仅生产线水刺加固 段的能耗一般都在1.2kWh/kg和2.5kWh/kg间。尽管纤维成本依然在无纺布产品总成本中占大 头，但是水刺法工艺的能耗成本在一条生产线的其他费用（能源成本、折旧、贷款费用、保养费 用等）中占比达到40~50%。以一条每小时产能2000kg的无纺布生产线为例，水刺法工艺的能 耗成本合计达到150~250万欧元/年，具体视产品而定。为此，降低这些能耗成本可以显著节省 水刺法加工无纺布的生产成本。 奥特发解决方案 奥特发首先分析水刺法工艺的成本结构，决定重点关注水刺缠结（高压）部件和烘干系统。 水刺 分析系统的能量平衡时，可确定总共六个高能耗方面： 1. 泵：泵的效率一般在90%以上，这方面没有很大的改进空间。 2. 管路：长管和弯头会造成较大的压降。这可通过详细设计进行管路改进，这方面也已是最先进 的水平。 3. 脉冲过滤器：这种过滤系统始终会产生的一定的压降，因为导致压降和过滤效率的机理类似。 尽管如此，可以通过足够的过滤器细度和过滤面积实现优化。 4. 水刺头：水刺头内水流需均匀分布，喷水装置会造成压降。尽管如此，与水刺头的内部结构相 比，喷水孔的表面太小了，所以主要由水针板内的喷水孔喷水，水刺头的压降可忽略不计。 5. 喷水孔：消耗能源最多的是水针板上的喷水孔。典型的倒圆锥形喷水孔的能耗约占50%。采 用正圆锥形喷水孔后，能耗占比可降至20%。尽管如此，倒圆锥形喷水孔在水流聚集方面的 表现远优于正圆锥形喷水孔，因此，虽然能耗极高，但其水刺缠结效果也好得多。对此，目前 尚无合理的节能方法。 6. 射流：在射流中，空气和水流之间存在摩擦，射流分散。前者降低了射流力度，后者严重影响 射流与纤维间的相互作用。总的来说，射流集中可得到较好的水刺缠结效果。 分析了上述方面后，奥特发认为，最具改进潜力的是“射流”。显然，射流必须覆盖水刺头内的 一定距离。因为水刺头内压很高，所以壁厚应达到15~25mm。覆盖了这样一段距离时，因为与 空气的摩擦，射流丧失一定的能量，开始出现分散。此外，在水刺头狭窄的开口区还可能存在一 定的空气湍流，进一步降低水针的能量。这些因素综合作用的结果是削弱水刺缠结效果。反之， 缩短喷水孔出口和水刺头底部间距，则可改善水刺缠结效果。 为此，奥特发开发出专利V形水刺头。与常规水刺系统相比，V形水刺头将喷水孔与水刺头底的间 距从原先的15~25mm缩短为现在的0.5mm，从而最大限度控制了因与空气摩擦导致的力度降 低、空气湍流和喷水分散情况。在第一次现场试验中，在相同的缠结水压下，V形水刺头得出的 抗拉强度比标准水刺头高的多。换言之，在较低的水压下即可获得相同的抗拉强度。水压可降低 约20%左右。此外，使用相同口径和间距的喷水孔时，可节水10%。因此，采用V形水刺头后， 总节能达到30%。 标准水刺头 奥特发V形水刺头 烘干 当今，水刺无纺布最常用的烘干方式是转鼓烘干机。虽然近几十年来，已经优化了该系统的能 效，但是总体而言转鼓烘干机依然逊色于网帘式烘干机。转鼓烘干机只有一个干燥区，所以潮湿 产品和近干产品处于相同的烘干条件下，无法在最佳热动力条件下进行烘干。与转鼓烘干机相 比，网帘式烘干机可分成多个加热区，每个加热区都能在最优烘干条件下工作。网帘式烘干机的 缺点是占地面积过大，这是造成其无法用于水刺生产的主因。 奥特发SQ-V门式烘干机 为了在一个系统中融合上述两种烘干机的优点，奥特发开发出了SQ-V门式烘干机，这款烘干机 结合了鼓式烘干机占地面积小以及网帘式烘干机性能高的优点。 SQ-V门式烘干机中的喷气孔在整个工作宽度范围内等温匀速喷气，带来最佳的水刺网和最优的 表面质量。每小时水蒸发量2.5吨时，SQ-V门式烘干机使用4个干燥室，每个干燥室内的温度、 气流和湿度均可单独调节控制。SQ-V门式烘干机的模块化设计还可