卷煙工藝空調(diào)冬季節(jié)能運(yùn)行策略

王守強(qiáng)，高憲君

（河南中煙工業(yè)公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南鄭州 450000）

0 引言

中央工藝空調(diào)為卷煙生產(chǎn)車間提供恒溫、恒濕（根據(jù)區(qū)域不同溫度25～30 ℃、濕度55%～70%不等）的工作環(huán)境，其能源消耗主要是蒸汽和電能。根據(jù)國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，1 kW·h 電能相當(dāng)于0.1229 kg 標(biāo)煤，1 t 蒸汽相當(dāng)于133 kg 標(biāo)煤，即以kg 標(biāo)煤計(jì)算能耗，1000 kW·h 電約相當(dāng)于1 t 蒸汽。根據(jù)中原地區(qū)某卷煙廠能源管理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2017 年11 月1 日—2018 年10 月31 日一個(gè)完整年度中央工藝空調(diào)機(jī)組耗蒸汽32 021 t，耗電956 萬(wàn)kW·h 時(shí)，按照上述折算方法，全年耗蒸汽量占總能耗的比例是77%；2017 年11 月15 日—2018 年3 月15 日取暖季中央工藝空調(diào)機(jī)組耗蒸汽18045 t，耗電409 萬(wàn)kW·h 時(shí)，蒸汽量占總能耗的比例是81%；全年能耗折合蒸汽為41 582 t，供暖季能耗折合蒸汽為22 123 t，供暖季4 個(gè)月時(shí)間占全年的1/3，但是能耗卻占全年的53.2%。以上統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)表明，中央空調(diào)機(jī)組蒸汽的消耗占據(jù)主要比重，中央空調(diào)節(jié)能應(yīng)以節(jié)約蒸汽使用量為先，尤其需要降低冬季供暖時(shí)段的蒸汽消耗。

1 冬季空調(diào)運(yùn)行節(jié)能分析

中央工藝空調(diào)為生產(chǎn)車間保供溫、濕度時(shí)，因?yàn)檐囬g的蒸汽加熱設(shè)備、電烙鐵、電機(jī)、機(jī)械動(dòng)能以及照明發(fā)熱最終均轉(zhuǎn)化為熱能，和周圍流動(dòng)的空氣發(fā)生熱交換，使車間溫度上升，要維持溫度相對(duì)恒定，就需要經(jīng)空調(diào)器回風(fēng)吸走熱能，通過(guò)一定方式將熱量交換掉。只要生產(chǎn)運(yùn)行（不含停產(chǎn)再開(kāi)機(jī)的初期），一年四季車間是需要降溫的，數(shù)九寒冬也不例外[1]。

中央工藝空調(diào)通常采用的降溫的方式有：新風(fēng)降溫、制冷機(jī)降溫、冷水板換降溫和微霧加濕降溫4 種。中原地區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候，1 年當(dāng)中11 月份到次年3 月份顯著特點(diǎn)是氣溫低、空氣濕度小，空氣中絕對(duì)含濕量≤5 g/kg，但是生產(chǎn)車間需要12 g/kg 以上含濕量的空氣環(huán)境。無(wú)論采用哪種降溫方式，由于要維持生產(chǎn)車間一定比例的新風(fēng)量，降溫的同時(shí)，蒸汽增濕也是必然的，且不同的降溫方式，再加濕所需要的蒸汽量有顯著差異。

1.1 新風(fēng)降溫和冷媒水降溫蒸汽消耗量比較

采用“全新風(fēng)降溫+蒸汽加濕”與“冷媒水降溫+蒸汽加濕”蒸汽消耗量進(jìn)行比較，通過(guò)圖1 新風(fēng)降溫和冷媒水降溫空氣處理工程焓濕圖來(lái)進(jìn)行理論分析。

圖1 新風(fēng)降溫和冷媒水降溫空氣處理過(guò)程焓濕圖

如圖1 所示，車間空氣狀態(tài)為N 點(diǎn)，新風(fēng)為W 點(diǎn)。①若采用“全新風(fēng)降溫+蒸汽加濕”模式：混風(fēng)狀態(tài)為H1，此時(shí)已經(jīng)達(dá)到送風(fēng)S 點(diǎn)狀態(tài)的溫度20 ℃，再用蒸汽加濕處理達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)S 點(diǎn)，用的冷量為L(zhǎng)1，蒸汽加濕耗量為d1；②若采用“冷媒水降溫+蒸汽加濕”模式：假設(shè)采用15%的新風(fēng)，混風(fēng)狀態(tài)為H2，再用冷媒水降溫到A 點(diǎn)20 ℃，再用蒸汽加濕到送風(fēng)狀態(tài)S點(diǎn)，用的總冷量為L(zhǎng)2，僅冷媒水的冷量為L(zhǎng)3，蒸汽加濕耗量為d2。顯然，L1>>L3，d1>>d2，采用“冷媒水降溫+蒸汽加濕”模式，對(duì)比“全新風(fēng)降溫+蒸汽加濕”模式，再加濕空氣達(dá)標(biāo)，所耗蒸汽量明顯減少。

1.2 冷媒水降溫的實(shí)現(xiàn)方式

冷媒水降溫有“制冷機(jī)降溫”和“冷水板換降溫”兩種實(shí)現(xiàn)方式。由于制冷機(jī)降溫通常應(yīng)滿足空氣濕球溫度>16 ℃的條件，顯然冬季不需要開(kāi)啟制冷機(jī)為車間降溫。冬季宜通過(guò)冷水板換提供冷媒水，冷媒水送至中央工藝空調(diào)的表冷器，通過(guò)表冷器實(shí)現(xiàn)混風(fēng)與冷媒水的熱量交換，最后通過(guò)冷卻塔將車間的熱量排到大氣中。

冬季送給表冷器的冷媒水溫度控制在（18～20）℃范圍，不能低于溫度25 ℃、濕度60%情況下空氣的露點(diǎn)溫度17 ℃，以防結(jié)露。

1.3 微霧加濕器用于降溫的局限性

微霧加濕是一個(gè)等焓加濕過(guò)程，只是送風(fēng)溫度下降了，其車間熱能并沒(méi)有散失，還需要開(kāi)啟新風(fēng)或冷媒水進(jìn)行降溫，才能真正滿足車間溫濕度需求。

1.4 微霧加濕器用于冬季空氣增濕適宜性分析

通常情況下，卷包車間、制絲車間等有發(fā)熱源的區(qū)域，一年四季其混風(fēng)溫度或者表冷后溫度高于送風(fēng)溫度時(shí)，啟用微霧加濕，能夠明顯降低蒸汽加濕的使用量。更進(jìn)一步，沒(méi)有熱源區(qū)域，如貯絲房等貯物間，冬季混風(fēng)溫度或者表冷后溫度有時(shí)低于送風(fēng)溫度，啟用微霧加濕能否節(jié)能，通過(guò)圖2 低溫時(shí)微霧加濕焓濕圖進(jìn)行分析。

圖2 冬季采用微霧加濕空氣處理過(guò)程焓濕圖

假定送風(fēng)和車間溫濕度值相等，在焓濕圖2 中，即N、S 重合在一個(gè)點(diǎn)上，混風(fēng)為A 點(diǎn)，經(jīng)微霧加濕后到達(dá)B 點(diǎn)，加濕量為d，B點(diǎn)低于送風(fēng)溫度，還必須再蒸汽加熱升溫才能達(dá)到S 點(diǎn)，需要的總熱量為H1；假定C 點(diǎn)是直接用蒸汽加濕的結(jié)果，那么扣除C～S 用熱量，B～C 點(diǎn)消耗的熱量就是補(bǔ)償經(jīng)微霧加濕降溫需用的熱量，即H2。下面用1 臺(tái)運(yùn)行中的空調(diào)器，計(jì)算優(yōu)先啟用微霧加濕、以蒸汽加濕為補(bǔ)償是否節(jié)能。

假設(shè)送風(fēng)量10 萬(wàn)m3/h，空氣密度1.2 kg/m3，A 點(diǎn)焓值50 kJ/kg，C 點(diǎn)焓值52 kJ/kg，無(wú)論蒸汽加濕或微霧加濕，絕對(duì)含濕量變化d=13-12=1 g/kg，24 ℃蒸汽的潛熱r=2443 kJ/kg，蒸汽溫度為135 ℃空氣的比熱值c=1.004 kJ/kg，則加濕量見(jiàn)式1。

式中 D——工房所需的加濕量，kg/h

ρ——干空氣的密度1.2 kg/m3

V——進(jìn)入工房的送風(fēng)量，m3/h

h2——送風(fēng)點(diǎn)的絕對(duì)含濕量，kg/kg

h1——混風(fēng)點(diǎn)的絕對(duì)含濕量，kg/kg

將數(shù)據(jù)代入，得D=1.2×100 000×（0.013-0.012）=120 kg/h

補(bǔ)償微霧加濕降溫所用蒸汽熱量H2=風(fēng)量×空氣密度×比熱×焓差=100 000×1.2×1.004×（52-50）=240 960 kJ，補(bǔ)償上述熱量所需要的蒸汽質(zhì)量為240 960/2443=98.6 kg?？梢?jiàn)，在低溫情況下，用微霧加濕優(yōu)先的方式，可以節(jié)約蒸汽120-98.6=21.4 kg，按百分比計(jì)算節(jié)約量為21.4/120≈17.8%。

由上述分析可知：冬季低溫時(shí)期，微霧加濕比采用蒸汽加濕節(jié)省能源，約節(jié)省17%的蒸汽量。該結(jié)論打破了過(guò)去冬季供暖季節(jié)不能使用微霧加濕的誤區(qū)。

2 節(jié)能策略與實(shí)施

2.1 確立冬季中央工藝空調(diào)節(jié)能運(yùn)行策略

新風(fēng)閥在10%開(kāi)度情況下，用冷水板換降溫，微霧加濕優(yōu)先和蒸汽加濕為補(bǔ)充。

圖3 冬季制冷機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能改造方案

2.2 冷水板換設(shè)備的改裝

如果沒(méi)有冷水板換設(shè)備，可以在制冷機(jī)和冷媒水、冷卻水管路相互交叉聯(lián)通，加裝閥門(mén)進(jìn)行變通改造即可實(shí)現(xiàn)冷水板換的功能，給空調(diào)器供給冷媒水降溫，改造方案如圖3 所示。

其中：F1、F2、F3、F4 為原系統(tǒng)本身的蝶閥；F5、F6、F7、F8 為新加裝的蝶閥；F9 為孔徑為2 mm 的Y 形管道過(guò)濾器。改造后，冬季冷卻系統(tǒng)工作過(guò)程如下：關(guān)閉F1、F2、F3、F4、F5 蝶閥；關(guān)閉制冷機(jī)；打開(kāi)F6、F7、F8 蝶閥；開(kāi)啟冷媒水泵；開(kāi)啟冷卻水泵；開(kāi)啟涼水塔。這樣冷媒水經(jīng)過(guò)冷媒水泵加壓，被送至涼水塔自然降溫后，回到冷水池中，經(jīng)過(guò)冷卻水泵加壓，被送至空調(diào)表冷器進(jìn)行熱交換。

3 節(jié)能效果驗(yàn)證

（1）中央工藝空調(diào)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，采用冬季節(jié)能策略后，生產(chǎn)車間溫、濕度全部達(dá)標(biāo)，且運(yùn)行平穩(wěn)。

（2）節(jié)能效果。工藝空調(diào)冬季節(jié)能策略實(shí)施后，與上年同期對(duì)比，能源管理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的實(shí)際數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1 可以算出，2018.11.15 到2019.3.15 中央空調(diào)能耗與上一年同期數(shù)據(jù)對(duì)比，在生產(chǎn)日數(shù)增加16 d 的情況下，耗蒸汽量仍然下降8618 t，降幅達(dá)47.8%；耗電量下降52 萬(wàn)kW·h，降幅達(dá)12.7%，節(jié)能效果顯著。

表1 能源管理系統(tǒng)記錄的冬季時(shí)間段工藝空調(diào)能源消耗數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）冬季低溫時(shí)段，采用“冷媒水降溫”比“全新風(fēng)降溫”，所耗蒸汽量明顯減少。

（2）冬季低溫時(shí)段，微霧加濕優(yōu)先比蒸汽加濕優(yōu)先更節(jié)省蒸汽，無(wú)發(fā)熱源的儲(chǔ)物間空調(diào)可以節(jié)約17%的蒸汽量，制絲、卷包空調(diào)等有發(fā)熱源的空調(diào)可以節(jié)省更多的蒸汽量。

（3）冬季中央工藝空調(diào)節(jié)能運(yùn)行策略：新風(fēng)閥在10%開(kāi)度情況下，用冷水板換降溫，微霧加濕優(yōu)先和蒸汽加濕為補(bǔ)充。該策略節(jié)能效果顯著，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。