溫濕度分控在卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用

徐明 胡劍波

浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司寧波卷煙廠

溫濕度分控在卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用

徐明 胡劍波

浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司寧波卷煙廠

針對寧波卷煙廠嘴棒成型車間傳統(tǒng)熱濕聯(lián)合處理空調(diào)系統(tǒng)存在的問題，采用新型溫濕分控空調(diào)系統(tǒng)對其進行節(jié)能改造，并提出最佳新風(fēng)量控制及新風(fēng)冷凝節(jié)能技術(shù)等理念。通過對改造后項目的實際測量和經(jīng)濟分析，該改造項目在制冷季節(jié)可以實現(xiàn)節(jié)能達到30%的改造目標(biāo)，對相應(yīng)沿海工業(yè)企業(yè)具有較大的推廣價值。

卷煙廠 節(jié)能改造 溫濕分控 新風(fēng)除濕

0 引言

隨著能源形勢的嚴峻，煙草行業(yè)對能源消耗的標(biāo)準也逐步提高。在煙廠總能耗中，空調(diào)系統(tǒng)能耗不容忽視[1]。以2012年寧波卷煙廠能源消耗為例，空調(diào)系統(tǒng)全年耗電量占比達27%，耗蒸汽量占比高達63%，而在夏季高溫季節(jié)，綜合能耗比例達到近50%。降低空調(diào)系統(tǒng)能耗特別是夏季能耗，對實現(xiàn)卷煙廠節(jié)能減排的總體目標(biāo)具有重要意義。

南部沿海地區(qū)空氣濕度大，特別在夏季高溫高濕的梅雨季節(jié)，而煙廠嘴棒成型生產(chǎn)區(qū)域又存在散熱量大、排風(fēng)量大、散濕量小等一系列特點，使得傳統(tǒng)的熱濕聯(lián)合處理方式存在其不合理性[2]。目前在國內(nèi)推出的新型節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)——基于雙溫冷源的溫濕分控空調(diào)系統(tǒng)[3～4]，可使制冷空調(diào)系統(tǒng)整體節(jié)能25%～30%，并已成功應(yīng)用于醫(yī)院手術(shù)部及制藥、電子等行業(yè)，取得40%以上的節(jié)能效果。通過雙溫空調(diào)系統(tǒng)對現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)進行改造，是嘴棒成型生產(chǎn)區(qū)域空調(diào)節(jié)能技術(shù)改造的新思路。但是由于不同地區(qū)、不同區(qū)域的氣候和環(huán)境條件差異較大，新風(fēng)的最佳高效控制、溫濕度獨立控制系統(tǒng)的節(jié)能效果與運行成本都存在著較大差別，本項目針對沿海地區(qū)的煙廠嘴棒生產(chǎn)區(qū)域，在這一特定環(huán)境條件下，分析溫濕度獨立控制系統(tǒng)在這一區(qū)域的運行性能及節(jié)能運行模式和效果，并確定新風(fēng)的最佳控制點，為該空調(diào)系統(tǒng)在該地區(qū)、區(qū)域應(yīng)用提供理論支持和實踐經(jīng)驗。

1 改造方案

由于濾棒成型發(fā)熱量較大，系統(tǒng)設(shè)置有專門的排熱裝置，該區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)必須相應(yīng)加大新風(fēng)比例以維持區(qū)域空調(diào)的風(fēng)量平衡，而加大新風(fēng)比例勢必會加重系統(tǒng)的除濕負荷。目前普遍采用冷卻冷凝除濕的方式，即將空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水降到7℃左右低溫。這一方面限制了制冷機組能效COP的進一步提高，另一方面，在冷卻除濕過程中，占總負荷約2/3的顯熱負荷用低溫冷凍水帶走，造成高品位能源的浪費。同時，系統(tǒng)中經(jīng)過冷凝除濕后的空氣，雖然濕度滿足要求，但仍存在送風(fēng)溫差太大、溫度過低、區(qū)域溫度不均勻、結(jié)水嚴重等問題，為達到工藝要求，必須將溫度過低的空氣進行再熱后送入空調(diào)區(qū)域，進一步加劇了能源的浪費。因此，現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的熱濕聯(lián)合處理方式存在很大的節(jié)能改造潛力。

針對現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題，提出以下改造思路：對新風(fēng)和回風(fēng)進行獨立控制，減少新風(fēng)帶來的熱濕負荷；新風(fēng)盡量采用低溫除濕，原空調(diào)箱末端中的表冷器盡量采用溫度相對較高冷凍水，以提高中央制冷機的制冷效率，并確定最佳新風(fēng)配比。

1.1 系統(tǒng)改造方案

空調(diào)系統(tǒng)改造方案如圖1所示，采用基于現(xiàn)有冷源的新風(fēng)溫濕分控制空調(diào)系統(tǒng)，對現(xiàn)有冷水系統(tǒng)及表冷器進行改造，在空調(diào)機組中增加除濕盤管或在現(xiàn)有新風(fēng)管道上增設(shè)新風(fēng)除濕功能段，并把冷凝下來的冷凝水利用其自身重力進行噴灑至新風(fēng)入口，噴灑的冷凝水再一次同新風(fēng)進行熱交換，充分利用其冷量。如圖2所示，經(jīng)表冷盤管1所產(chǎn)生的冷凝水通過2、3、4、5噴灑形成細小顆粒與新風(fēng)氣流混合，從而把冷凝水的冷量釋放降低新風(fēng)氣流的溫度。再經(jīng)過擋水器7把混合在氣流中的水分分離達到節(jié)能減排的目的，分離出來的水分再經(jīng)過排水口排至地溝。

圖1 空調(diào)機組功能段改造示意圖

在改造后的系統(tǒng)中，新風(fēng)處理段或新風(fēng)處理柜按系統(tǒng)最小新風(fēng)量設(shè)計，不另增設(shè)風(fēng)機；新風(fēng)段冷水盤管的設(shè)計能力，應(yīng)可承擔(dān)全部新風(fēng)負荷及全部室內(nèi)濕負荷。空調(diào)機組完全按原來的單風(fēng)機方案設(shè)置，各功能段均不變；空調(diào)機組內(nèi)的冷水盤管只承擔(dān)降溫功能，其設(shè)計進風(fēng)工況為經(jīng)過除濕處理后的新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)的混風(fēng)狀態(tài)，其出風(fēng)工況為該系統(tǒng)的設(shè)計送風(fēng)工況。改造后的溫濕分控空調(diào)方案的處理流程及系統(tǒng)改造前后的空氣處理過程分別如圖3、4所示。

圖2 空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)改造示意圖

圖3 溫濕分控空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理流程

圖4 系統(tǒng)改造前后的夏季空氣處理過程

在過渡季及冬季，通過旁通風(fēng)閥切換，新風(fēng)可直接進入機組，不再經(jīng)過新風(fēng)段內(nèi)的冷水盤管；改造完成后，空調(diào)機組內(nèi)現(xiàn)有表冷器只作降溫用，不再承擔(dān)除濕功能，空調(diào)系統(tǒng)夏季不需要再熱投入。與改造前相比，系統(tǒng)在節(jié)省100%再熱能耗的同時，在設(shè)計工況下還可以節(jié)省接近30%的耗冷量。

該節(jié)能改造方案不僅可以徹底解決夏季冷熱相抵的不合理現(xiàn)象，大量節(jié)省夏季再熱量和制冷量，還可以利用新風(fēng)冷凝下來的冷凝水對新風(fēng)進行預(yù)冷，進一步降低冷凍水消耗。同時，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度的完全獨立控制，使得控制邏輯更為簡單，控制精度大為提高。該方案需要對現(xiàn)有空調(diào)自動控制系統(tǒng)進行相應(yīng)的調(diào)整，但不需要增加控制點數(shù)，不需要更換控制器。在自控系統(tǒng)配合下，改造后的空調(diào)系統(tǒng)可以采用變水溫運行，使冷源制冷效率提高15%左右。由于改造過程不影響過渡季變新風(fēng)或全新風(fēng)運行，不需要對空調(diào)機組和空調(diào)機房以外的設(shè)備及設(shè)施作任何改動，因此可將整個工程化整為零分步進行，不必要因大規(guī)模改造影響生產(chǎn)，具有實際可行性。

1.2 最佳新風(fēng)量的確定

在夏季高溫高濕季節(jié)，對嘴棒成型生產(chǎn)區(qū)域，由于其相鄰區(qū)域的濕度控制值相對較高，在其與相鄰空調(diào)區(qū)域接壤的部分會有水分滲入，進而影響該生產(chǎn)區(qū)域的空氣濕度。若采用熱濕聯(lián)合處理空調(diào)系統(tǒng)，只要滿足最小新風(fēng)量（實際運行中新風(fēng)量為10%，即2.4 m3/h左右）則其相鄰空調(diào)區(qū)域的影響就可以被消除，使得該區(qū)域保持在一定溫、濕度控制范圍內(nèi)。若采用新風(fēng)濕度的獨立控制，單獨采取最小新風(fēng)量進行控制就會由于除濕量不足而造成濕度控制超差，失去溫濕獨立控制的目的，反之若無限制地提高新風(fēng)量則會造成能源過度浪費，因而提出最佳新風(fēng)量的概念。

寧波卷煙廠嘴棒生產(chǎn)區(qū)域有2臺空調(diào)處理機，單機處理風(fēng)量為12.06萬m3/h，工藝排風(fēng)量為2萬m3/h。該區(qū)域與其它區(qū)域接壤的面積共計83m2，其中與輔料進口處接壤部分為21.8m2，與卷接車間的通道接壤部分為31.8m2，與封箱及卷接車間接壤部分為22.3m2，與煙箱輸送出口接壤部分為7.1m2。為防止其它區(qū)域的濕度滲透到嘴棒生產(chǎn)區(qū)域，設(shè)計該空調(diào)區(qū)域為正壓。一般空調(diào)正壓值為5Pa，按風(fēng)速=4.04×動壓1/2計算此時的向外排風(fēng)風(fēng)速在2.8 m/s左右，新風(fēng)量大大超過預(yù)計，為此不斷調(diào)整新風(fēng)量來測算向外排風(fēng)速度，在向外排風(fēng)速度控制在2.2～3.2m/min時，最佳新風(fēng)量為3.1～3.6萬m3/h就能滿足要求。即向外排風(fēng)量為：單位面積×排風(fēng)速度=單位時間的排風(fēng)量，由此計算得：83m2×2.2～3.2m/min×60min/h=10956～15936m3/h≈1.1～1.6m3/h。

工藝排風(fēng)量為 2萬 m3/h，則實際排風(fēng)量為1.1～1.6m3/h+2萬m3/h=3.1～3.6m3/h。

在實際運行測試中，取最佳新風(fēng)量為每臺1.8萬m3/h，兩臺共計3.6萬m3/h。

2 技術(shù)經(jīng)濟分析

2.1 夏季運行費用分析

以嘴棒成型區(qū)域一個設(shè)計總送風(fēng)量為12萬m3/h，總新風(fēng)量為3萬m3/h的空調(diào)系統(tǒng)為例，對兩種方案的夏季工況耗能情況進行對比分析，如表1。

表1 兩種方案夏季工況耗能情況對比

從表1數(shù)據(jù)可知，采用溫濕分控方案可節(jié)省夏季運行費用28.97萬元，具有顯著的經(jīng)濟效果。

2.2 改造成本分析

改造一臺單機風(fēng)量為12萬m3/h的嘴棒成型區(qū)域空調(diào)，其成本分析如表2所示。

表2 單臺空調(diào)改造成本

根據(jù)表2分析，該項目投資回收期不用一個夏季就能收回全部投資，經(jīng)濟效益非?？捎^。

2.3 節(jié)能效果統(tǒng)計

記錄設(shè)備改造后的機組能耗的實測驗證綜合三天的測試數(shù)據(jù)，節(jié)能效果統(tǒng)計如表3。

表3 節(jié)能效果統(tǒng)計

依據(jù)表3數(shù)據(jù)分析，常規(guī)溫濕聯(lián)控模式時總能耗為627kW，溫濕分控模式時總能耗為394kW，節(jié)能效果為37.1%。

2.4 社會效益分析

改造嘴棒成型區(qū)域的2臺單機處理風(fēng)量為12萬m3/h的空調(diào)處理設(shè)備可得到的社會效益如表4所示。

表4 社會效益統(tǒng)計

根據(jù)表4數(shù)據(jù)可知，項目實施后，各項指標(biāo)節(jié)約效果明顯，為節(jié)能減排起到示范帶頭作用，社會效益十分顯著。

3 結(jié)論

該改造項目有效降低了嘴棒成型區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，實現(xiàn)制冷季節(jié)平均節(jié)能達到30%的改造目標(biāo)，對實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)，減少碳排放具有重要意義。該改造方案可直接投用于沿海煙廠的嘴棒成型區(qū)域空調(diào)領(lǐng)域，對具有高溫、高濕環(huán)境條件、有排風(fēng)要求的、有嚴格的溫濕度要求的沿海工業(yè)企業(yè)的空調(diào)節(jié)能具有較大的推廣價值，對具體行業(yè)需要進行溫、濕度控制的中央空調(diào)企業(yè)也具有一定參考應(yīng)用和借鑒意義。

[1]張小芬,宋高舉,李先庭,等.卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)全年負荷特性與理想熱濕處理系統(tǒng)分析[J].建筑科學(xué),2012,(4):69-73

[2]張小芬,郜義軍,李先庭,等.卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)及節(jié)能研究現(xiàn)狀[J].暖通空調(diào),2011,41(11):107-110

[3]同方人工環(huán)境有限公司.雙冷源溫濕分控節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)[J].建筑科學(xué),2010,(10):362-364

[4]劉曉華,江億.溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

Ene rgy Sa ving Applic a tion of Inde pe nde ntTe m pe ra ture a nd Hum idity Control Te c hnology Applie d in Toba c c o HVAC Sys te m

XU Ming,HU Jian-bo
Ningbo Cigarette Factory of China Tobacco Zhejiang Industrial Co.,Ltd.

Based on the problems existing in the dependent temperature and humidity control air-conditioning system used in the tip forming workshop in Ningbo Cigarette Factory,a novel independent temperature and humidity control air-conditioning system was used as energy saving technology,and the ideas of optimum fresh air quantity and fresh air condensation energy-saving technology were proposed.According to the measurement and analysis of the improved system,the aim of the reforming project that the energy saving up to 30%can be achieved.This reforming project has promoting values for coastal industrial factories.

cigarette factory,energy saving reformation,independent temperature and humidity control,fresh air dehumidify

1003-0344（2015）02-087-4

2014-2-1

徐明（1960～），男，大學(xué)，工程師；浙江省寧波市曙光路109號寧波卷煙廠工裝科（315040）；0574-87056842；E-mail:twtming@163.com