卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)控制與節(jié)能研究

朱建中，郭海波，肖娥

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司公司，貴州 遵義 563000）

節(jié)能減排和促進(jìn)生產(chǎn)增長兩者屬于互相矛盾的關(guān)系，怎樣在促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長條件下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)是當(dāng)下卷煙廠進(jìn)行建設(shè)發(fā)展中最為關(guān)注的問題。作為卷煙廠整體能耗中所占比重較大的空調(diào)系統(tǒng)能耗，是當(dāng)下企業(yè)節(jié)能發(fā)展的主要創(chuàng)新目標(biāo)，為此對于能源消耗較大的空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)該合理應(yīng)用多重節(jié)能手段，幫助卷煙廠順利實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

1 卷煙廠中空調(diào)系統(tǒng)分析

卷煙廠中的生產(chǎn)工藝流程涵蓋煙葉處理、葉絲加工、膨脹煙絲、梗絲加工、濾棒成型、卷接包等環(huán)節(jié)，而不同加工處理車間在環(huán)境溫濕度方面的要求也各不相同，空氣中的相對濕度會對煙絲的含水率、物料消耗以及產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，也是空調(diào)系統(tǒng)中的核心控制參數(shù)，和某些恒溫恒濕系統(tǒng)相比，卷煙廠中空調(diào)系統(tǒng)大部分都滿足高溫高濕要求，比如，溫度維持在24～26℃，甚至在某些條件下還會超出30℃，空氣中的相對濕度需要維持在58%～65%?？照{(diào)機(jī)組相關(guān)濕熱負(fù)荷涵蓋車間內(nèi)部負(fù)荷以及新風(fēng)負(fù)荷。聯(lián)系廠房中卷接包車間，可以發(fā)現(xiàn)熱負(fù)荷通常是從設(shè)備發(fā)熱產(chǎn)生，占整體的70%，剩下的來自圍護(hù)結(jié)構(gòu)、照明以及工作人員。

卷煙廠中的空調(diào)覆蓋面積相對較大，相關(guān)設(shè)備也擁有較大的產(chǎn)熱量，而產(chǎn)濕量相對較低，熱濕比較大，接近正無窮。卷煙廠生產(chǎn)工藝從制絲到卷和接包，其中各個生活環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行恒溫、恒濕控制?？照{(diào)系統(tǒng)通常需要維持全年運(yùn)行，平均每年超出三分之二的時間當(dāng)中，冷水機(jī)組都需要維持連續(xù)供冷狀態(tài)，導(dǎo)致空調(diào)能耗進(jìn)一步擴(kuò)大。卷接包以及儲絲車間內(nèi)，對于空氣的濕度和溫度等方面都具有較高要求。因?yàn)榫頍煆S產(chǎn)熱量大，所以空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)風(fēng)量需要維持在每小時（200-300）×104立方米以上，空調(diào)設(shè)備在卷煙廠整體能耗中能夠占據(jù)30%～50%。為實(shí)現(xiàn)卷煙廠生產(chǎn)要求和節(jié)能目標(biāo)，需要加大技術(shù)改造力度，合理設(shè)計有效的節(jié)能措施。

2 卷煙廠中空調(diào)系統(tǒng)的多工況控制分析

戶外的空氣狀態(tài)在整年當(dāng)中存在較大的波動范圍，而室外空氣的狀態(tài)參數(shù)也在某種程度上影響空氣處理。為此在初

步確定空調(diào)系統(tǒng)后，可以進(jìn)一步聯(lián)系當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，劃分?jǐn)?shù)個空調(diào)工況區(qū)域，從而針對不同工況下的空調(diào)系統(tǒng)采取差異化運(yùn)行策略。空調(diào)工況分區(qū)控制中需要遵循以下規(guī)則：第一，加濕和除濕的分區(qū)界限，在新回風(fēng)混合條件下的絕對濕度超出或等于送風(fēng)條件下的絕對濕度時，該種季節(jié)下的工況便需要對空氣開展除濕工作，不然，則需要針對空氣開展加濕處理。第二，冷卻和加熱分區(qū)界限，當(dāng)溫度在新風(fēng)回風(fēng)混合條件下和送風(fēng)條件下溫度相等或更大，則該季節(jié)中，需要實(shí)施冷卻處理，不然便需針對空氣實(shí)施加熱處理。第三，新回風(fēng)比相關(guān)節(jié)能控制，除了濕季環(huán)境之外，假如室外新風(fēng)焓值和回風(fēng)焓值相等或更大，則可以選擇最小新風(fēng)，不然便需要實(shí)施最大新風(fēng)。加濕工況下，如果外部新風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度相等或更大，則應(yīng)該選擇最低新風(fēng)，假如室外新風(fēng)溫度比回風(fēng)溫度要低，但卻比送風(fēng)溫度大的條件下，為了進(jìn)一步降低制冷機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，可以選擇最高新風(fēng)，盡管該種條件下會進(jìn)一步擴(kuò)大蒸汽加濕量，但室外新風(fēng)溫度如果和送風(fēng)溫度相等或更小，應(yīng)該對新回風(fēng)比進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，達(dá)到最低新風(fēng)量為止。

3 卷煙廠中空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

3.1 多工況分區(qū)節(jié)能

正常的空調(diào)系統(tǒng)通常都是根據(jù)過渡季、冬季和夏季三種工況下的運(yùn)行模式實(shí)施控制管理的，而處于該種控制模式下，無法對新風(fēng)自然冷源進(jìn)行充分利用，在冬季以及過渡季還需要繼續(xù)供冷的條件下，無法結(jié)合新風(fēng)冷源對車間中的余熱進(jìn)行有效處理。除此之外，工藝性質(zhì)的空調(diào)系統(tǒng)如果需要保持維持一天24小時持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，即便一天中存在較大的溫濕度變化，但卻按照三種工況方式實(shí)施控制，不但無法對新風(fēng)冷源進(jìn)行充分利用，同時，還會產(chǎn)生冷熱抵消的現(xiàn)象。而針對空調(diào)系統(tǒng)選擇多工況下的分區(qū)控制模式，可以對室外新風(fēng)冷源進(jìn)行充分利用，有效控制冷熱抵銷現(xiàn)象，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

針對空調(diào)系統(tǒng)的多工況分區(qū)式控制，主要是聯(lián)系全年中的氣候變化參數(shù)，于焓濕圖中合理制作氣象包絡(luò)線，結(jié)合不同工況合理劃分區(qū)域空間，采取有效的控制程序，進(jìn)而滿足相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)在精度要求下的節(jié)能需求?？照{(diào)系統(tǒng)實(shí)施多工況下的分區(qū)控制，通常劃分區(qū)域盡量維持在6～8個左右，如果工況分區(qū)過多，會進(jìn)一步擴(kuò)大控制難度，增加控制復(fù)雜性，沒有必要，假如分區(qū)數(shù)量過少，還無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期節(jié)能目標(biāo)?？照{(diào)機(jī)組需要在各個風(fēng)口區(qū)域合理設(shè)置濕度傳感器和溫度傳感器，于表冷器后設(shè)置露點(diǎn)式溫度傳感器，而自動控制系統(tǒng)能夠聯(lián)系新風(fēng)傳感器所測量的濕度以及溫度結(jié)果，對空氣濕度和焓值進(jìn)行準(zhǔn)確計算，隨后和多工況區(qū)域預(yù)設(shè)邊界線進(jìn)行對比分析，最終合理確定空調(diào)系統(tǒng)整體運(yùn)行工況和對應(yīng)的運(yùn)行方式，自動化控制系統(tǒng)相關(guān)輸出信號能夠?qū)︼L(fēng)閥執(zhí)行器、風(fēng)機(jī)變頻器、冷水閥、加濕控制閥、蒸汽閥等相關(guān)工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組控制目標(biāo)。

3.2 溫濕度分控設(shè)計

通過前文分析卷煙廠中的工藝特征和運(yùn)行負(fù)荷規(guī)律，能夠進(jìn)一步了解到，空調(diào)機(jī)組需要針對車間中的內(nèi)部新熱風(fēng)和濕負(fù)荷以及熱負(fù)荷等實(shí)施有效處理，同時，還可以額外設(shè)置兩種表冷器，分別針對車間中的新風(fēng)負(fù)荷以及熱負(fù)荷實(shí)施降溫處理，隨后把經(jīng)過處理的兩種氣流混合傳輸至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，如此能夠促進(jìn)冷熱之間的抵消，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

3.3 高供水溫度表冷器

通過前文分析卷煙廠中的工藝特征，能夠發(fā)現(xiàn)通過前文分析卷煙廠中的工藝特征中的空調(diào)系統(tǒng)擁有空調(diào)露點(diǎn)夏季溫度過高的現(xiàn)象，為此可以適當(dāng)提升供水溫度。在提升供水溫度后，冷水機(jī)組相關(guān)蒸發(fā)溫度進(jìn)一步提升，而整體運(yùn)行效率擴(kuò)大。制冷操作中，冷凍水相關(guān)供水溫度每次提升一度，便會導(dǎo)致冷水機(jī)組自身能耗下降3%。通過適當(dāng)提升供水溫度，可以促進(jìn)冷水機(jī)組能耗下降，對于系統(tǒng)節(jié)能具有重要意義。

為確保表冷器處于高溫供水狀態(tài)下，依然可以穩(wěn)定制冷除濕，需要針對表冷器實(shí)施特殊設(shè)計。通過小件實(shí)驗(yàn)總結(jié)高溫度供水條件下，換熱器傳熱系數(shù)計算公式，同時，將其當(dāng)成換熱器主要計算選型依據(jù)，并聯(lián)系各臺機(jī)組相關(guān)風(fēng)進(jìn)出參數(shù)實(shí)施選型設(shè)計，確保機(jī)組性能滿足相關(guān)要求。通過設(shè)計選型后，大量機(jī)組對應(yīng)回風(fēng)表冷器大致維持3～4排即可，至于新風(fēng)表冷器主要是在4～6排左右，考慮到表冷器運(yùn)行數(shù)年后因?yàn)榕K污堵塞而影響換熱性能，導(dǎo)致溫度參數(shù)無法滿足車間生產(chǎn)要求，可以針對表冷器實(shí)施冗余設(shè)計，在設(shè)計過程中，對表冷器預(yù)留充足的換熱面積，盡管該種設(shè)計措施會進(jìn)一步擴(kuò)大投資規(guī)模，但卻能夠有效降低能耗，保證設(shè)備性能。

3.4 霧式加濕技術(shù)

結(jié)合卷煙廠中空調(diào)運(yùn)行參數(shù)擁有高濕高溫的特征，處于過渡季節(jié)下，可以進(jìn)一步借助等焓加濕的基礎(chǔ)原理，針對霧式加濕器進(jìn)行合理設(shè)計，最終實(shí)現(xiàn)加濕降溫目標(biāo)，滿足過渡季節(jié)相關(guān)節(jié)能要求。此次項目于卷包車間內(nèi)，率先利用11套空調(diào)機(jī)組，額外設(shè)置由快吸式的干蒸汽加濕器以及高壓微霧加濕器，蒸汽加濕器通常是用來幫助冬季加濕處理。過渡季節(jié)中的空調(diào)在新風(fēng)運(yùn)行狀態(tài)下，相關(guān)加熱盤管會始終處于少量補(bǔ)熱以及關(guān)閉狀態(tài)下，而高壓微霧加濕器在最大程度上能夠把空氣等焓加濕到設(shè)備的露點(diǎn)狀態(tài)。在6月和9月期間內(nèi)采取高壓微霧加濕措施，可以有效控制室內(nèi)溫濕度，使其滿足具體要求。在5月和10月運(yùn)行全新風(fēng)，同時開展高壓微霧加濕，合理補(bǔ)熱升溫，能夠通過有效處理，達(dá)到室內(nèi)要求。為此處于過渡季節(jié)中，可以選擇全新風(fēng)以及等焓加濕降溫相結(jié)合的措施進(jìn)行處理，從而進(jìn)一步降低制冷主機(jī)負(fù)荷，延長主機(jī)開機(jī)時間，降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

3.5 其他節(jié)能措施

除了上述措施之外，卷煙廠中的空調(diào)系統(tǒng)還可以選擇風(fēng)機(jī)變頻控制技術(shù)。此外，還可以針對空調(diào)設(shè)備相關(guān)部件，采取有效的降阻措施，比如，初效過濾器可以選擇W型進(jìn)行設(shè)置，從而進(jìn)一步取代常規(guī)條件下的平直型設(shè)置模式，使整個過濾面積擴(kuò)大一倍左右，而初效阻力能夠減少70%。對于擋水板部件可以采取移動化設(shè)計方式，處于非制冷環(huán)節(jié)內(nèi)，撤出擋水板，有效降低風(fēng)機(jī)阻力。

4 結(jié)語

綜上所述，在卷煙廠中，空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)能耗所占比例較大，為此需要針對空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，采取有效的節(jié)能措施，從而進(jìn)一步減少煙廠整體能耗，注重各個細(xì)節(jié)的優(yōu)化處理，將空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備中的不同部件潛能充分挖掘出來，提升空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率。