卷烟工艺空调冬季节能运行策略

2021-01-04王守强高宪君

设备管理与维修 2020年23期

王守强，高宪君

（河南中烟工业公司黄金叶生产制造中心，河南郑州 450000）

0 引言

中央工艺空调为卷烟生产车间提供恒温、恒湿（根据区域不同温度25～30 ℃、湿度55%～70%不等）的工作环境，其能源消耗主要是蒸汽和电能。根据国家相关技术标准，1 kW·h 电能相当于0.1229 kg 标煤，1 t 蒸汽相当于133 kg 标煤，即以kg 标煤计算能耗，1000 kW·h 电约相当于1 t 蒸汽。根据中原地区某卷烟厂能源管理系统统计的数据，2017 年11 月1 日—2018 年10 月31 日一个完整年度中央工艺空调机组耗蒸汽32 021 t，耗电956 万kW·h 时，按照上述折算方法，全年耗蒸汽量占总能耗的比例是77%；2017 年11 月15 日—2018 年3 月15 日取暖季中央工艺空调机组耗蒸汽18045 t，耗电409 万kW·h 时，蒸汽量占总能耗的比例是81%；全年能耗折合蒸汽为41 582 t，供暖季能耗折合蒸汽为22 123 t，供暖季4 个月时间占全年的1/3，但是能耗却占全年的53.2%。以上统计分析数据表明，中央空调机组蒸汽的消耗占据主要比重，中央空调节能应以节约蒸汽使用量为先，尤其需要降低冬季供暖时段的蒸汽消耗。

1 冬季空调运行节能分析

中央工艺空调为生产车间保供温、湿度时，因为车间的蒸汽加热设备、电烙铁、电机、机械动能以及照明发热最终均转化为热能，和周围流动的空气发生热交换，使车间温度上升，要维持温度相对恒定，就需要经空调器回风吸走热能，通过一定方式将热量交换掉。只要生产运行（不含停产再开机的初期），一年四季车间是需要降温的，数九寒冬也不例外[1]。

中央工艺空调通常采用的降温的方式有：新风降温、制冷机降温、冷水板换降温和微雾加湿降温4 种。中原地区属温带季风气候，1 年当中11 月份到次年3 月份显著特点是气温低、空气湿度小，空气中绝对含湿量≤5 g/kg，但是生产车间需要12 g/kg 以上含湿量的空气环境。无论采用哪种降温方式，由于要维持生产车间一定比例的新风量，降温的同时，蒸汽增湿也是必然的，且不同的降温方式，再加湿所需要的蒸汽量有显著差异。

1.1 新风降温和冷媒水降温蒸汽消耗量比较

采用“全新风降温+蒸汽加湿”与“冷媒水降温+蒸汽加湿”蒸汽消耗量进行比较，通过图1 新风降温和冷媒水降温空气处理工程焓湿图来进行理论分析。

图1 新风降温和冷媒水降温空气处理过程焓湿图

如图1 所示，车间空气状态为N 点，新风为W 点。①若采用“全新风降温+蒸汽加湿”模式：混风状态为H1，此时已经达到送风S 点状态的温度20 ℃，再用蒸汽加湿处理达到送风状态S 点，用的冷量为L1，蒸汽加湿耗量为d1；②若采用“冷媒水降温+蒸汽加湿”模式：假设采用15%的新风，混风状态为H2，再用冷媒水降温到A 点20 ℃，再用蒸汽加湿到送风状态S点，用的总冷量为L2，仅冷媒水的冷量为L3，蒸汽加湿耗量为d2。显然，L1>>L3，d1>>d2，采用“冷媒水降温+蒸汽加湿”模式，对比“全新风降温+蒸汽加湿”模式，再加湿空气达标，所耗蒸汽量明显减少。

1.2 冷媒水降温的实现方式

冷媒水降温有“制冷机降温”和“冷水板换降温”两种实现方式。由于制冷机降温通常应满足空气湿球温度>16 ℃的条件，显然冬季不需要开启制冷机为车间降温。冬季宜通过冷水板换提供冷媒水，冷媒水送至中央工艺空调的表冷器，通过表冷器实现混风与冷媒水的热量交换，最后通过冷却塔将车间的热量排到大气中。

冬季送给表冷器的冷媒水温度控制在（18～20）℃范围，不能低于温度25 ℃、湿度60%情况下空气的露点温度17 ℃，以防结露。

1.3 微雾加湿器用于降温的局限性

微雾加湿是一个等焓加湿过程，只是送风温度下降了，其车间热能并没有散失，还需要开启新风或冷媒水进行降温，才能真正满足车间温湿度需求。

1.4 微雾加湿器用于冬季空气增湿适宜性分析

通常情况下，卷包车间、制丝车间等有发热源的区域，一年四季其混风温度或者表冷后温度高于送风温度时，启用微雾加湿，能够明显降低蒸汽加湿的使用量。更进一步，没有热源区域，如贮丝房等贮物间，冬季混风温度或者表冷后温度有时低于送风温度，启用微雾加湿能否节能，通过图2 低温时微雾加湿焓湿图进行分析。

图2 冬季采用微雾加湿空气处理过程焓湿图

假定送风和车间温湿度值相等，在焓湿图2 中，即N、S 重合在一个点上，混风为A 点，经微雾加湿后到达B 点，加湿量为d，B点低于送风温度，还必须再蒸汽加热升温才能达到S 点，需要的总热量为H1；假定C 点是直接用蒸汽加湿的结果，那么扣除C～S 用热量，B～C 点消耗的热量就是补偿经微雾加湿降温需用的热量，即H2。下面用1 台运行中的空调器，计算优先启用微雾加湿、以蒸汽加湿为补偿是否节能。

假设送风量10 万m3/h，空气密度1.2 kg/m3，A 点焓值50 kJ/kg，C 点焓值52 kJ/kg，无论蒸汽加湿或微雾加湿，绝对含湿量变化d=13-12=1 g/kg，24 ℃蒸汽的潜热r=2443 kJ/kg，蒸汽温度为135 ℃空气的比热值c=1.004 kJ/kg，则加湿量见式1。

式中 D——工房所需的加湿量，kg/h

ρ——干空气的密度1.2 kg/m3

V——进入工房的送风量，m3/h

h2——送风点的绝对含湿量，kg/kg

h1——混风点的绝对含湿量，kg/kg

将数据代入，得D=1.2×100 000×（0.013-0.012）=120 kg/h

补偿微雾加湿降温所用蒸汽热量H2=风量×空气密度×比热×焓差=100 000×1.2×1.004×（52-50）=240 960 kJ，补偿上述热量所需要的蒸汽质量为240 960/2443=98.6 kg。可见，在低温情况下，用微雾加湿优先的方式，可以节约蒸汽120-98.6=21.4 kg，按百分比计算节约量为21.4/120≈17.8%。

由上述分析可知：冬季低温时期，微雾加湿比采用蒸汽加湿节省能源，约节省17%的蒸汽量。该结论打破了过去冬季供暖季节不能使用微雾加湿的误区。

2 节能策略与实施

2.1 确立冬季中央工艺空调节能运行策略

新风阀在10%开度情况下，用冷水板换降温，微雾加湿优先和蒸汽加湿为补充。

图3 冬季制冷机系统的节能改造方案

2.2 冷水板换设备的改装

如果没有冷水板换设备，可以在制冷机和冷媒水、冷却水管路相互交叉联通，加装阀门进行变通改造即可实现冷水板换的功能，给空调器供给冷媒水降温，改造方案如图3 所示。

其中：F1、F2、F3、F4 为原系统本身的蝶阀；F5、F6、F7、F8 为新加装的蝶阀；F9 为孔径为2 mm 的Y 形管道过滤器。改造后，冬季冷却系统工作过程如下：关闭F1、F2、F3、F4、F5 蝶阀；关闭制冷机；打开F6、F7、F8 蝶阀；开启冷媒水泵；开启冷却水泵；开启凉水塔。这样冷媒水经过冷媒水泵加压，被送至凉水塔自然降温后，回到冷水池中，经过冷却水泵加压，被送至空调表冷器进行热交换。