卷烟厂生产空调系统节能机会浅析及应用

2019-09-24舒欣何寅王虎褚文勇

中国设备工程 2019年17期

舒欣，何寅，王虎，褚文勇

（浙江中烟工业有限责任公司杭州卷烟厂，浙江杭州 310024）

随着我国烟草行业“十一五”易地技术改造的实施，整体装备水平大幅提高。卷烟厂中央空调系统是卷烟厂生产车间工艺温湿度环境保证的重要设施，一般由联合工房大型生产工艺空调和动力车间制冷机组及相关冷水管道、阀门组成。根据卷烟厂能管平台数据统计，每年中央空调系统的能耗占全厂综合能耗的50%以上，其中制冷机、水泵等设备的能耗占到空调能耗的40%以上；工艺空调的蒸汽能耗占空调能耗的60%以上，存在巨大的节能潜力和空间。

1 提高制冷机供水温度节能点

卷烟厂空调系统一般设计工况是7℃/12℃冷冻水供回水温，制冷机供水温度也是设定在7℃。但是，在空调系统的全年实际运行过程中，由于受气象条件等因素变化的影响，空调系统的逐时负荷是小于设计负荷的。而冷冻水温度越高，制冷机组的制冷效率就越高。冷冻水供水温度提高l℃，制冷机组的制冷系数可提高3%，即可节能3%左右的运行能耗，如图1 所示。因此，可以根据空调系统负荷的变化，在部分负荷时段调整制冷机组供水温度可以带来节能机会。

图1 离心式制冷机组的特性曲线图

在过渡季节，车间温湿度控制难度较低时改用较高的冷水出水温度，则可以得到明显的节能效果，也可以消除空调末端机组可能会发生过渡除湿、除湿后再加湿、冷热抵消等能耗浪费现象。

在过渡季节5～6 月，卷烟厂根据室外天气情况由制冷机原设定7℃水温适当提高至9℃或10℃，按工业用电0.8元/kW·h 计算，其节能效果如表1 所示。

表1 5～6 月制冷机水温设定9℃节能统计

从表1 可以看出，在适当提高制冷机冷冻水出水温度后，节能效果明显，机组能效COP（COP=制冷量/机组功率）较历年同期平均4.15 提高至4.25，仅2 个月节能收益就达3万余元。

2 冬季冷却塔供冷系统节能点

卷烟厂为解决冬季制冷机组“大马拉小车”的能源浪费现象，在冬季可利用自然冷源：设置冬季冷却塔供冷系统，代替制冷机组提供空调系统所需要的冷水。冷却塔供冷系统装设一个板式换热器，将冷却水环路和冷水环路隔开，依靠板式换热器来进行能量的传递，如图2 所示。

图2 冷却塔供冷系统图

冷却塔供冷是空调制冷系统节能降耗的一种形式，当室外空气湿球温度低于某个值时，关闭冷水机组，以流经冷却塔的循环冷却水间接向空调末端系统供冷，以减少高能耗的制冷机组运行时间。

卷烟厂制冷系统经过冷却塔间接供冷技术改造后，冬季冷却塔供冷运行工况下，制冷机组额定工况下的COP 值（额定COP=额定制冷量/额定机组功率）为4.37，工业用电成本按0.8 元/kWh 计算。冬季冷水机组变水温运行模式与冷却塔供冷运行模式的能耗对比见表2 所示。

表2 冷却塔供冷运行模式节能效果统计

由表2 可知，仅采用冷却塔供冷模式12 月至次年3 月总4 个月，制冷系统提升COP 至均提高至6 以上。如未做改善前，总制冷量一定的前提下，4 个月总计节约33.4 万余元。

3 空调系统微雾加湿节能点

空调空气温湿度调节主要通过降温、除湿、升温、加湿等过程来满足生产车间温湿度的设定要求。其中，为实现空气的加湿调节过程，需要消耗大量的加湿蒸汽。工艺空调微雾加湿系统工作原理是利用高压微雾加湿泵站系统将供应的自来水加压至8MPa，并输送至空调内部的高压喷嘴，进行喷雾，加湿空气，送入车间，满足工艺需求，如图3 所示。其有加湿效率高、加湿量大、维护量低等性能特点。

图3 空调机组内微雾加湿原理图

工艺空调微雾加湿系统由高压微雾加湿泵站和空调内部喷雾系统组成。高压微雾加湿泵站一般采用高压柱塞泵将进水加压至8MPa，并对水压进行自动化调节,对目标空间进行湿度测量、显示与控制。空调内部喷雾系统一般采用高精细特制的专业喷嘴及耐高压管路,力使雾化效果达到最佳,单个喷嘴的水雾流量在3～6kg/h。

相对传统的工艺空调干蒸汽加湿方式，微雾加湿仅仅利用自来水，大大节约了能耗。卷烟厂卷接包车间空调高压微雾加湿投入使用以来，按蒸汽约360 元/t 计算，其节能效果统计如下表3 所示。

表3 部分空调微雾加湿和蒸汽加湿节能统计

由表3 可以看出，改造后下半年比同期改造前下半年蒸汽耗量降低1474.41t，直接经济收益达53 万余元，仅半年的节能效果十分显著。

4 空调变温湿度区间控制策略节能点

空调调节系统的基本要求是维持空调房间内的空气达到要求的空调温湿度参数，并且允许在微小范围内波动。卷烟厂生产工艺对卷包车间空调的温湿度控制精度标准为：温度22±2 ℃，相对湿度58±4%。此区域的温湿度控制目标中心值为：温度22℃，湿度58%。那么按空调PID 控制原理其受控温度走势如图4 所示。

图4 空调温度中心值受控走势图

由图4 可以看出，受控温度低于控制中心值22℃并接近温度下限20℃时，加热阀打开加热使受控温度上升后关闭；受控温度高于控制中心值22℃并接近温度上限24℃时，表冷阀打开制冷使受控温度降低后关闭，如此反复。

其实在不影响工艺操作条件下，为降低空调能耗，夏季生产区域设定温度可以上调，冬季可以下调。在保障空调系统稳定运行的情况下，尽量减少各阀门开度和动作时间，以减少制冷冷冻水和加热、加湿蒸汽的能耗。以卷包车间温度控制为例，其控制策略如图5 所示。

图5 空调变温度区间控制策略

如图5 所示，当环境受控温度处于程序内设定的安全区间内，则温度设定值处于变动跟随状态，不执行PID 控制；当受控温度升高偏出安全区间，达到上限a 点则温度设定值设定为程序内规定的上限值，PID 控制执行，a 点至b 点期间表冷阀开启制冷，使温度值达到安全区间内控制；当受控温度降低偏出安全区间，达到下线a’点则温度设定值设定为程序内规定的下限值，PID 控制执行，a’点至b’点期间加热阀开启制热，使温度值达到安全区间内控制。湿度的控制策略亦如此。

11 月份第二周对卷接包车间空调进行控制程序修改：由温湿度中心值控制更改为变温湿度区间控制，并与第一周进行了空调能耗对比实验，如表4 所示。