舒欣，何寅，王虎，褚文勇

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司杭州卷煙廠，浙江 杭州 310024）

隨著我國煙草行業(yè)“十一五”易地技術(shù)改造的實(shí)施，整體裝備水平大幅提高。卷煙廠中央空調(diào)系統(tǒng)是卷煙廠生產(chǎn)車間工藝溫濕度環(huán)境保證的重要設(shè)施，一般由聯(lián)合工房大型生產(chǎn)工藝空調(diào)和動(dòng)力車間制冷機(jī)組及相關(guān)冷水管道、閥門組成。根據(jù)卷煙廠能管平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗占全廠綜合能耗的50%以上，其中制冷機(jī)、水泵等設(shè)備的能耗占到空調(diào)能耗的40%以上；工藝空調(diào)的蒸汽能耗占空調(diào)能耗的60%以上，存在巨大的節(jié)能潛力和空間。

1 提高制冷機(jī)供水溫度節(jié)能點(diǎn)

卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)工況是7℃/12℃冷凍水供回水溫，制冷機(jī)供水溫度也是設(shè)定在7℃。但是，在空調(diào)系統(tǒng)的全年實(shí)際運(yùn)行過程中，由于受氣象條件等因素變化的影響，空調(diào)系統(tǒng)的逐時(shí)負(fù)荷是小于設(shè)計(jì)負(fù)荷的。而冷凍水溫度越高，制冷機(jī)組的制冷效率就越高。冷凍水供水溫度提高l℃，制冷機(jī)組的制冷系數(shù)可提高3%，即可節(jié)能3%左右的運(yùn)行能耗，如圖1 所示。因此，可以根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化，在部分負(fù)荷時(shí)段調(diào)整制冷機(jī)組供水溫度可以帶來節(jié)能機(jī)會(huì)。

圖1 離心式制冷機(jī)組的特性曲線圖

在過渡季節(jié)，車間溫濕度控制難度較低時(shí)改用較高的冷水出水溫度，則可以得到明顯的節(jié)能效果，也可以消除空調(diào)末端機(jī)組可能會(huì)發(fā)生過渡除濕、除濕后再加濕、冷熱抵消等能耗浪費(fèi)現(xiàn)象。

在過渡季節(jié)5～6 月，卷煙廠根據(jù)室外天氣情況由制冷機(jī)原設(shè)定7℃水溫適當(dāng)提高至9℃或10℃，按工業(yè)用電0.8元/kW·h 計(jì)算，其節(jié)能效果如表1 所示。

表1 5～6 月制冷機(jī)水溫設(shè)定9℃節(jié)能統(tǒng)計(jì)

從表1 可以看出，在適當(dāng)提高制冷機(jī)冷凍水出水溫度后，節(jié)能效果明顯，機(jī)組能效COP（COP=制冷量/機(jī)組功率）較歷年同期平均4.15 提高至4.25，僅2 個(gè)月節(jié)能收益就達(dá)3萬余元。

2 冬季冷卻塔供冷系統(tǒng)節(jié)能點(diǎn)

卷煙廠為解決冬季制冷機(jī)組“大馬拉小車”的能源浪費(fèi)現(xiàn)象，在冬季可利用自然冷源：設(shè)置冬季冷卻塔供冷系統(tǒng)，代替制冷機(jī)組提供空調(diào)系統(tǒng)所需要的冷水。冷卻塔供冷系統(tǒng)裝設(shè)一個(gè)板式換熱器，將冷卻水環(huán)路和冷水環(huán)路隔開，依靠板式換熱器來進(jìn)行能量的傳遞，如圖2 所示。

圖2 冷卻塔供冷系統(tǒng)圖

冷卻塔供冷是空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能降耗的一種形式，當(dāng)室外空氣濕球溫度低于某個(gè)值時(shí)，關(guān)閉冷水機(jī)組，以流經(jīng)冷卻塔的循環(huán)冷卻水間接向空調(diào)末端系統(tǒng)供冷，以減少高能耗的制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。

卷煙廠制冷系統(tǒng)經(jīng)過冷卻塔間接供冷技術(shù)改造后，冬季冷卻塔供冷運(yùn)行工況下，制冷機(jī)組額定工況下的COP 值（額定COP=額定制冷量/額定機(jī)組功率）為4.37，工業(yè)用電成本按0.8 元/kWh 計(jì)算。冬季冷水機(jī)組變水溫運(yùn)行模式與冷卻塔供冷運(yùn)行模式的能耗對(duì)比見表2 所示。

表2 冷卻塔供冷運(yùn)行模式節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)

由表2 可知，僅采用冷卻塔供冷模式12 月至次年3 月總4 個(gè)月，制冷系統(tǒng)提升COP 至均提高至6 以上。如未做改善前，總制冷量一定的前提下，4 個(gè)月總計(jì)節(jié)約33.4 萬余元。

3 空調(diào)系統(tǒng)微霧加濕節(jié)能點(diǎn)

空調(diào)空氣溫濕度調(diào)節(jié)主要通過降溫、除濕、升溫、加濕等過程來滿足生產(chǎn)車間溫濕度的設(shè)定要求。其中，為實(shí)現(xiàn)空氣的加濕調(diào)節(jié)過程，需要消耗大量的加濕蒸汽。工藝空調(diào)微霧加濕系統(tǒng)工作原理是利用高壓微霧加濕泵站系統(tǒng)將供應(yīng)的自來水加壓至8MPa，并輸送至空調(diào)內(nèi)部的高壓噴嘴，進(jìn)行噴霧，加濕空氣，送入車間，滿足工藝需求，如圖3 所示。其有加濕效率高、加濕量大、維護(hù)量低等性能特點(diǎn)。

圖3 空調(diào)機(jī)組內(nèi)微霧加濕原理圖

工藝空調(diào)微霧加濕系統(tǒng)由高壓微霧加濕泵站和空調(diào)內(nèi)部噴霧系統(tǒng)組成。高壓微霧加濕泵站一般采用高壓柱塞泵將進(jìn)水加壓至8MPa，并對(duì)水壓進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié),對(duì)目標(biāo)空間進(jìn)行濕度測量、顯示與控制。空調(diào)內(nèi)部噴霧系統(tǒng)一般采用高精細(xì)特制的專業(yè)噴嘴及耐高壓管路,力使霧化效果達(dá)到最佳,單個(gè)噴嘴的水霧流量在3～6kg/h。

相對(duì)傳統(tǒng)的工藝空調(diào)干蒸汽加濕方式，微霧加濕僅僅利用自來水，大大節(jié)約了能耗。卷煙廠卷接包車間空調(diào)高壓微霧加濕投入使用以來，按蒸汽約360 元/t 計(jì)算，其節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)如下表3 所示。

表3 部分空調(diào)微霧加濕和蒸汽加濕節(jié)能統(tǒng)計(jì)

由表3 可以看出，改造后下半年比同期改造前下半年蒸汽耗量降低1474.41t，直接經(jīng)濟(jì)收益達(dá)53 萬余元，僅半年的節(jié)能效果十分顯著。

4 空調(diào)變溫濕度區(qū)間控制策略節(jié)能點(diǎn)

空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本要求是維持空調(diào)房間內(nèi)的空氣達(dá)到要求的空調(diào)溫濕度參數(shù)，并且允許在微小范圍內(nèi)波動(dòng)。卷煙廠生產(chǎn)工藝對(duì)卷包車間空調(diào)的溫濕度控制精度標(biāo)準(zhǔn)為：溫度22±2 ℃，相對(duì)濕度58±4%。此區(qū)域的溫濕度控制目標(biāo)中心值為：溫度22℃，濕度58%。那么按空調(diào)PID 控制原理其受控溫度走勢如圖4 所示。

圖4 空調(diào)溫度中心值受控走勢圖

由圖4 可以看出，受控溫度低于控制中心值22℃并接近溫度下限20℃時(shí)，加熱閥打開加熱使受控溫度上升后關(guān)閉；受控溫度高于控制中心值22℃并接近溫度上限24℃時(shí)，表冷閥打開制冷使受控溫度降低后關(guān)閉，如此反復(fù)。

其實(shí)在不影響工藝操作條件下，為降低空調(diào)能耗，夏季生產(chǎn)區(qū)域設(shè)定溫度可以上調(diào)，冬季可以下調(diào)。在保障空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，盡量減少各閥門開度和動(dòng)作時(shí)間，以減少制冷冷凍水和加熱、加濕蒸汽的能耗。以卷包車間溫度控制為例，其控制策略如圖5 所示。

圖5 空調(diào)變溫度區(qū)間控制策略

如圖5 所示，當(dāng)環(huán)境受控溫度處于程序內(nèi)設(shè)定的安全區(qū)間內(nèi)，則溫度設(shè)定值處于變動(dòng)跟隨狀態(tài)，不執(zhí)行PID 控制；當(dāng)受控溫度升高偏出安全區(qū)間，達(dá)到上限a 點(diǎn)則溫度設(shè)定值設(shè)定為程序內(nèi)規(guī)定的上限值，PID 控制執(zhí)行，a 點(diǎn)至b 點(diǎn)期間表冷閥開啟制冷，使溫度值達(dá)到安全區(qū)間內(nèi)控制；當(dāng)受控溫度降低偏出安全區(qū)間，達(dá)到下線a’點(diǎn)則溫度設(shè)定值設(shè)定為程序內(nèi)規(guī)定的下限值，PID 控制執(zhí)行，a’點(diǎn)至b’點(diǎn)期間加熱閥開啟制熱，使溫度值達(dá)到安全區(qū)間內(nèi)控制。濕度的控制策略亦如此。

11 月份第二周對(duì)卷接包車間空調(diào)進(jìn)行控制程序修改：由溫濕度中心值控制更改為變溫濕度區(qū)間控制，并與第一周進(jìn)行了空調(diào)能耗對(duì)比實(shí)驗(yàn)，如表4 所示。

表4 卷包車間空調(diào)溫濕度控制策略節(jié)能比較

由表4 可以看出，使用變溫濕度區(qū)間控制的卷包車間空調(diào)機(jī)組各項(xiàng)能源消耗均有所下降，日均空調(diào)綜合單耗由0.94標(biāo)煤/萬支下降至0.73 標(biāo)煤/萬支。如推廣至全廠生產(chǎn)空調(diào)使用變溫濕度區(qū)間控制，那么節(jié)能效果巨大。

5 結(jié)語

根據(jù)以上的制冷空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能機(jī)會(huì)分析，并實(shí)施相應(yīng)的改造都取得了顯著的成效。

其中，相應(yīng)的節(jié)能改造還應(yīng)在保障基本參數(shù)達(dá)標(biāo)和車間正常生產(chǎn)的情況前提下進(jìn)行，并提出以下建議以供參考：

（1）應(yīng)按空調(diào)機(jī)組的制冷、除濕需求來適當(dāng)提高制冷機(jī)組的冷凍水溫度，使制冷機(jī)組的能耗降到最低。

（2）冷卻塔間接供冷技術(shù)是適用于過渡季或冬季室外空氣濕球溫度較低的場合。

（3）空調(diào)高壓微霧加濕系統(tǒng)可采用雙級(jí)泵組變頻控制高壓微霧加濕水源，以解決加濕供水壓力不穩(wěn)定和供水量不足的問題。

（4）實(shí)際運(yùn)行中生產(chǎn)區(qū)域空調(diào)溫濕置信度要求低的區(qū)域，溫濕度可以在工藝允許范圍內(nèi)采用變溫濕度區(qū)間控制運(yùn)行。