工艺排风热值回收的节能分析

2014-04-01，，

中原工学院学报 2014年3期

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(中原工学院, 郑州450007)

机器对电能的消耗，除部分以机械能的形式转移到产品中外，大多以摩擦热的形式存在。这些热量若不及时排出，会使机器运行温度升高，功率消耗增大，最终可能导致机器损坏。为了维持机器的正常运转，需要对机器进行冷却、抽风或者清洁处理，将这部分排风称为工艺排风。一般情况下，工艺排风温度比车间温度高5～15 ℃[1]，其携带大量热量，而这部分热量中很大一部分是可以被回收利用的，若将其全部排出室外是极大的浪费。鉴于此，有必要对工艺排风中的热值进行回收。本文针对大发热量车间的情况，对如何回收利用工艺排风中的热值进行了分析和探讨，为改善车间工作条件、空调系统的节能减排设计和改造提供技术依据。

1 原理

机器密集型车间散热量较大，即使在冬季，车间温度也偏高，需要将较高温度的工艺排风排出室外，同时不停地向车间送冷风，以确保车间温度不会过高。而机器设备较少的车间，因为整体发热量小，在冬季仅靠机器发热量不足以保证车间的温度。为满足人体卫生标准和工艺生产要求，在冬季必须对机器较少的车间补充热量。这样便出现了缺热的车间需补热，而温度较高车间的工艺排风却大量外排的矛盾。

为解决此类矛盾，在冬季，只需在原基础上设置工艺排风迁移风道，将工艺排风中的热值回收至缺热的车间，工艺排风量迁移示意图如图1所示。将机器密集型车间1的工艺排风部分或全部转移至机器较少的车间2，同时对车间1加大新风量，保障车间的风量平衡和正压要求，减少空调室的需冷量。而在夏季及其他季节，则关闭迁移风道。

图1 工艺排风热量迁移示意图

在夏季，当工艺排风焓值低于新风焓值时，将全部或部分工艺排风与新风混合以降低新风焓值，从而减少空调室需冷量和新风使用量。但当工艺排风焓值高于室外新风时，目前常用的方法是把工艺排风全部外排，但由于工艺排风量较大，车间新风使用量过多，增加空调运行费用。因此，本文提出更节能的措施，即不论工艺排风焓值是否高于室外新风，全部回收工艺排风，而后使用空调室的循环回水对其进行预冷，使其焓值低于新风焓值，这样可大大减少新风使用量，同时也降低了空调室的需冷量。

2 热湿处理过程

在冬季，新风与回风混合至状态C′后，与工艺排风混合到送风状态点O送入车间，缺热车间全部由工艺排风补热，全部使用工艺排风补热的处理过程如图2所示。如果新风与回风、工艺排风混合后低于室内送风状态O的要求，可将新风与回风混合空气分成两部分，一部分与工艺排风混合到状态点O″，另一部经喷淋室绝热加湿到机器露点K′，表面器再热到O′状态后，两者再混合至送风状态O送入车间，联合补热的处理过程如图3所示。

图2 全部使用工艺排风补热的处理过程

图3 联合补热的处理过程

图2、图3中虚线表示工艺排风全部外排的热湿处理过程，实线是工艺排风热值回收的过程；N、N′分别是大发热量和小发热量车间内的设计状态点；W为室外状态点；N1为工艺排风状态点；C为新风与回风的混和状态点；K为大发热量车间的机器露点。

在夏季，将新风与工艺排风混合经空调室的循环水预冷后，再与回风混合至C′，过程如图4所示。或将工艺排风预冷后再与空调回风混合至C′，过程如图5所示。

图4 工艺排风和新风混合预处理过程图

图5 仅预处理工艺排风的过程图

图4、图5中，虚线表示工艺排风全部外排；而实线和短划线表示回收工艺排风的热湿处理过程；D表示工艺排风或工艺排风与新风混合后的预冷状态点；D′是工艺排风与新风的混合状态点。

3 节能性分析及相应措施

3.1 夏季工艺排风热值回收节能分析和相应措施

3种不同工艺排风处理方式的热湿处理过程如图6所示。

图6 3种不同工艺排风处理方式热湿处理过程图

图6中C点是工艺排风全部外排，新风与回风混合的混合点；虚线表示当前应用较多的方式，即将工艺排风全部回用，与回风混合后，再与新风混合到C″，然后经喷淋室处理回用。本文提出将工艺排风用表冷器预冷到室内焓值，再与空调回风口的回风一起与新风混合到C′，经喷水室处理后送入室内。工艺排风是否回用直接影响着车间新风比。假设送风量G不变，工艺排风量为G2，占总风量的n%，通过空调回风口的回风量G1，占总风量的p%，车间正压渗透排风量为5%×G。当工艺排风全部外排时车间出现负压，空调无风可回, 只能用室外新风补充，致使新风比剧增，此时新风量为GW=G2+5%×G；当工艺排风全部回用时，新风量最小。参照文献[2]和文献[3]，最小新风比m取5%。

当G2全部外排时，新风量GW=G2+m%×G，则混合点C的焓值为：

(1)

其中,hN、hw分别为室内外状态点的焓值。

当工艺排风G2全部回收，与空调回风混合到N2，再与新风混合到C″时，使用最小新风量，则混合点C″的焓值为

(2)

其中,hN1为工艺排风状态点焓值；hN2为工艺排风与空调回风混合状态点焓值。

当工艺排风G2全部回收后预处理到N，与新风混合，使用最小新风量，则

(3)

工艺排风被全部回收和外排时，进入空调室前混合点的焓值比较为

hc″-hc=(hN1-hW)·n%

(4)

由式(4)可知，当hN1>hW时，hc″>hc，说明将工艺排风全部外排，空调室需冷量较少，即此时将工艺排风全部外排，空调室节能效果较明显。而当hN1

若将工艺排风预处理后，再与空调回风口的回风和新风混合，或将工艺排风全部回收但不预处理时，二者的混合点焓值比较为

hc″-hc′=(hN1-hN)·n%

(5)

假定空调室处理空气的机器露点K不变，则空调室需冷量减少为

G[(hc″-hK)-(hc′-hK)]=G(hc″-hc′)=

G(hN1-hN)·n%=G2(hN1-hN)

(6)

其中，hK为空调室处理空气的机器露点焓值。

若按工艺排风温度比车间温度高5～15 ℃，车间设计温度32.0 ℃，相对湿度58%计算，每回收1 kg工艺排风，空调室可节约需冷量7.29～15.63 kJ。以纺织厂细纱车间为例，按每锭细纱机工艺排风量3.75～4.5 m3/h[4]进行计算，每10万锭细纱空调可节约需冷量972～ 2 084 kW，具有较好的经济效益。进一步研究表明，若利用空调室循环水预处理工艺排风，室外湿球温度越低，空调室节能量越大，即若将工艺排风与新风混合后，经空调室循环水预处理，让一部分新风负荷也由预处理的循环水承担，可以更进一步降低空调室的需冷量，节能更可观，预处理工艺排风和新风的热湿处理过程如图7所示。