空調(diào)風柜氣水混合冷霧加濕節(jié)能技術的研究與應用

謝光輝

長沙卷煙廠，湖南長沙 410014

0 引言

某卷煙廠空調(diào)風柜加濕方式采用干蒸汽直接加濕，車間內(nèi)設計溫濕度值：1月1日～3月30日、12月1日～12月31日溫度（25±2）℃濕度（60±5）%；4月1日～11月30日溫度（23±2）℃濕度（58±5）%。因為設備的設計方面的問題以及室外溫度等因素，在春秋季節(jié)過渡時該系統(tǒng)調(diào)控精度較低，運行能耗較大，不利于節(jié)能降耗。

1 項目來源

1.1 原設備存在的主要問題

1）干蒸汽加濕近似為等溫加濕，對空氣加入蒸汽的同時一般不會改變空氣的溫度，但加濕量大時會略微有所上升。該廠生產(chǎn)車間面積較大，加濕量較大，導致在干蒸汽加濕時送風溫度會上升1℃～2℃。

2）春秋過渡季節(jié)或冬季的部分時間雖然室外空氣溫度較低，適宜采用增大新風比的方式來降低車間內(nèi)部溫度，但此季節(jié)室外空氣干燥，如采風過量，將會導致加濕負荷明顯加大，從而車間里的溫度會大幅上升，此時又需開啟制冷機來降溫，此種情況下，一方面用干蒸汽加濕，一方面開制冷機降溫，造成能源的極大浪費。

1.2 項目的考察論證

卷煙生產(chǎn)工藝對溫濕度的控制要求非常高，對于溫度的要求基本近似于恒溫，通常在23℃～28℃，相對濕度在53%～65%之間。根據(jù)當前各卷煙廠的現(xiàn)狀，在設計和選用加濕系統(tǒng)時，必須從滿足工藝要求和節(jié)約能源兩個方面來考慮。目前等焓加濕可供選擇的加濕器主要有四種形式，一是噴淋加濕，二是濕膜加濕，三是高壓微霧加濕，四是氣水混合冷霧加濕。

1.3 新方案的提出

通過各項指標對比，氣水混合冷霧加濕系統(tǒng)為目前最適合在卷煙廠高精度控制要求的系統(tǒng)。因為：噴淋加濕效果不顯著，耗水量巨大，常常需配合干蒸汽加濕器使用；濕膜加濕控制不精確（滯后控制），而且濕膜本身為親水性材料，有過濾空氣作用，灰塵較多，長期運行更易孳生細菌，很容易引起呼吸系統(tǒng)疾??；由于高壓微霧加濕系統(tǒng)工作量大，不穩(wěn)定、故障率較高。氣水混合冷霧加濕系統(tǒng)細霧能力強、反應靈敏、線性比例調(diào)節(jié)噴霧量等特點，能充分滿足精確控制濕度的要求，并在春秋季節(jié)可完全替代干蒸汽加濕器，節(jié)能效果顯著。

2 項目實施

2.1 氣水冷霧加濕系統(tǒng)的技術特點

氣水冷霧系統(tǒng)采用0.4MPa～0.7MPa的壓縮空氣與0.3MPa～0.6MPa的自來水在噴頭內(nèi)混合形成沖擊湍流，經(jīng)過一體化的諧振頭的阻擋和偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)霧化，水霧粒徑0.5μm～5.0μm，蒸發(fā)效率高。噴頭無活動和易損零件、噴嘴孔徑較大（一般為2mm左右），對水垢雜質(zhì)相對不敏感，不易堵塞和磨損，壽命長。比例控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍大（調(diào)節(jié)比分別為50∶1和100∶1），對控制信號響應迅速?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)加濕需求信號（0Vdc～10Vdc或4mA～20mA），轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮盒盘柨刂扑畨赫{(diào)節(jié)閥和氣壓調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)氣、水壓力來改變加濕量，通過保持恒定的氣、水壓差來實現(xiàn)最佳霧化效果。

2.2 加濕量計算

計 算 公 式 ：（1）hv=ρ·hq=ρ·（d內(nèi) -d外 ），（2）Ha=Q·hv/1000 = n·V·hv/1000（ρ：空氣密度，Ha：加濕量，d：焓值）。

以100000m3/h風柜計算，最大新風比40%，最大新風量40000m3/h，查空調(diào)設計手冊，該地區(qū)冬季空調(diào)室外計算溫度：-2℃；冬季空調(diào)室外計算相對濕度：79%。卷接包車間內(nèi)設計溫濕度指標為：1月1日～3月30日、12月1日～12月31日溫度（25±2）℃ 濕度（60±5）%；4月1日～11月30日溫度（23±2）℃ 濕度（58±5）%，根據(jù)以上參數(shù)查I-D圖，在冬季最不利工況下得出以下數(shù)值：d內(nèi)=2.53g/kg干空氣；d外=13.77g/kg干空氣，根據(jù)加濕量計算公式，得出冬季最不利工況下空調(diào)風柜加濕量：Ha=539.6kg/h

2.3 產(chǎn)品選型

以上計算結(jié)果是以冬季最不利工況計算得出，考慮到冬季最不利工況下采用干蒸汽加濕器進行加濕，過渡季節(jié)采用冷霧加濕器進行加濕，冷霧加濕器最大加濕量以最不利工況下加濕量的80%計算，則空調(diào)風柜的加濕負荷：432kg/h。根據(jù)以上計算，冷霧加濕器選型如下表：

AHU參數(shù) 氣水混合冷霧加濕系統(tǒng)序號風量（m3/h）最大設計加濕負荷（kg/h）總加濕能力（kg/h）加濕能力/噴頭（kg/h）耗氣量/噴頭（m3/h）總耗氣量（m3/h）總噴頭數(shù)噴頭數(shù)/噴桿總噴桿數(shù)噴嘴尺寸

注：壓縮空氣供氣壓力 0.5MPa～0.6MPa，最小供水壓力0.35MPa。

2.4 改造方案

在空調(diào)風柜的送風段干蒸汽加濕裝置的前端增加了一套冷霧加濕裝置，并與原空調(diào)控制系統(tǒng)聯(lián)動運行，用于春秋季節(jié)替代干蒸汽加濕系統(tǒng)運行。由于冷霧加濕方式必須有足夠長的蒸發(fā)距離，以使水霧能與氣流充分混合并蒸發(fā)，將空調(diào)器的加熱盤管沿來風方向向前移動至與表冷盤管基本并攏，這樣混合段的長度達到1.4m，能滿足蒸發(fā)需要，提高吸收效率。在混合段的末端加裝了帶接水盤的濕膜除霧柵，使部分沒有被吸收的水霧被濕膜吸收后在濕膜表面繼續(xù)蒸發(fā)。冷霧加濕系統(tǒng)最大允許空氣流速為3.8m/s，最佳流速為2.5m/s或更低，經(jīng)測量該空調(diào)風柜空氣流速為2m/s，基本滿足上述要求。改造前后空調(diào)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：

3 改造后運行效果分析

1）該系統(tǒng)從安裝以來，工作正常、穩(wěn)定，既能與干蒸氣配合并用加濕，又能單獨工作加濕，且不會出現(xiàn)送風管道滴水的現(xiàn)象；

2）冷霧加濕能很好的減少額外的制冷環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)可以在高壓下利用回風蒸發(fā)水，既可加濕又冷卻回風；

3）與原來的干蒸汽加濕相比，該系統(tǒng)只需要很少量的新風，加濕負荷大大降低。

4 經(jīng)濟效益分析

空調(diào)冷霧加濕技術改造投入運行后，每年可減少制冷機運行時間1440小時，制冷機裝機功率1124kW，冷凍水泵187kW，冷卻水泵110kW，合計總功率為1421kW，制冷機每小時運行費用約需1421×1×0.822（工業(yè)用電價）=1168元，全年預計節(jié)約制冷運行費用約168.2萬元。每年可節(jié)約蒸汽6000噸，按每噸100元計，可節(jié)約蒸汽費用60萬元。

5 結(jié)論

從整體運行情況來看，冷霧加濕模式更適合于卷煙空調(diào)春秋季過渡季節(jié)車間溫濕度的管理和控制，可有效提高卷煙車間溫濕度的合格率，降低能源消耗。該項目具有一定的先進性和開創(chuàng)性，適合在卷煙行業(yè)內(nèi)進一步推廣和應用。

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