王守強，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)國家相關(guān)技術(shù)標準，1 kW·h 電能相當于0.1229 kg 標煤，1 t 蒸汽相當于133 kg 標煤，即以kg 標煤計算能耗，1000 kW·h 電約相當于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)計的數(shù)據(jù)，2017 年11 月1 日—2018 年10 月31 日一個完整年度中央工藝空調(diào)機組耗蒸汽32 021 t，耗電956 萬kW·h 時，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)機組耗蒸汽18045 t，耗電409 萬kW·h 時，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 個月時間占全年的1/3，但是能耗卻占全年的53.2%。以上統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)表明，中央空調(diào)機組蒸汽的消耗占據(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段的蒸汽消耗。

1 冬季空調(diào)運行節(jié)能分析

中央工藝空調(diào)為生產(chǎn)車間保供溫、濕度時，因為車間的蒸汽加熱設(shè)備、電烙鐵、電機、機械動能以及照明發(fā)熱最終均轉(zhuǎn)化為熱能，和周圍流動的空氣發(fā)生熱交換，使車間溫度上升，要維持溫度相對恒定，就需要經(jīng)空調(diào)器回風吸走熱能，通過一定方式將熱量交換掉。只要生產(chǎn)運行（不含停產(chǎn)再開機的初期），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：新風降溫、制冷機降溫、冷水板換降溫和微霧加濕降溫4 種。中原地區(qū)屬溫帶季風氣候，1 年當中11 月份到次年3 月份顯著特點是氣溫低、空氣濕度小，空氣中絕對含濕量≤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量，降溫的同時，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 新風降溫和冷媒水降溫蒸汽消耗量比較

采用“全新風降溫+蒸汽加濕”與“冷媒水降溫+蒸汽加濕”蒸汽消耗量進行比較，通過圖1 新風降溫和冷媒水降溫空氣處理工程焓濕圖來進行理論分析。

圖1 新風降溫和冷媒水降溫空氣處理過程焓濕圖

如圖1 所示，車間空氣狀態(tài)為N 點，新風為W 點。①若采用“全新風降溫+蒸汽加濕”模式：混風狀態(tài)為H1，此時已經(jīng)達到送風S 點狀態(tài)的溫度20 ℃，再用蒸汽加濕處理達到送風狀態(tài)S 點，用的冷量為L1，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，混風狀態(tài)為H2，再用冷媒水降溫到A 點20 ℃，再用蒸汽加濕到送風狀態(tài)S點，用的總冷量為L2，僅冷媒水的冷量為L3，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，對比“全新風降溫+蒸汽加濕”模式，再加濕空氣達標，所耗蒸汽量明顯減少。

1.2 冷媒水降溫的實現(xiàn)方式

冷媒水降溫有“制冷機降溫”和“冷水板換降溫”兩種實現(xiàn)方式。由于制冷機降溫通常應(yīng)滿足空氣濕球溫度>16 ℃的條件，顯然冬季不需要開啟制冷機為車間降溫。冬季宜通過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，通過表冷器實現(xiàn)混風與冷媒水的熱量交換，最后通過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

微霧加濕是一個等焓加濕過程，只是送風溫度下降了，其車間熱能并沒有散失，還需要開啟新風或冷媒水進行降溫，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，一年四季其混風溫度或者表冷后溫度高于送風溫度時，啟用微霧加濕，能夠明顯降低蒸汽加濕的使用量。更進一步，沒有熱源區(qū)域，如貯絲房等貯物間，冬季混風溫度或者表冷后溫度有時低于送風溫度，啟用微霧加濕能否節(jié)能，通過圖2 低溫時微霧加濕焓濕圖進行分析。

圖2 冬季采用微霧加濕空氣處理過程焓濕圖

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

假設(shè)送風量10 萬m3/h，空氣密度1.2 kg/m3，A 點焓值50 kJ/kg，C 點焓值52 kJ/kg，無論蒸汽加濕或微霧加濕，絕對含濕量變化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——進入工房的送風量，m3/h

h2——送風點的絕對含濕量，kg/kg

h1——混風點的絕對含濕量，kg/kg

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

補償微霧加濕降溫所用蒸汽熱量H2=風量×空氣密度×比熱×焓差=100 000×1.2×1.004×（52-50）=240 960 kJ，補償上述熱量所需要的蒸汽質(zhì)量為240 960/2443=98.6 kg?？梢?，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，按百分比計算節(jié)約量為21.4/120≈17.8%。

由上述分析可知：冬季低溫時期，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)能策略與實施

2.1 確立冬季中央工藝空調(diào)節(jié)能運行策略

新風閥在10%開度情況下，用冷水板換降溫，微霧加濕優(yōu)先和蒸汽加濕為補充。

圖3 冬季制冷機系統(tǒng)的節(jié)能改造方案

2.2 冷水板換設(shè)備的改裝

如果沒有冷水板換設(shè)備，可以在制冷機和冷媒水、冷卻水管路相互交叉聯(lián)通，加裝閥門進行變通改造即可實現(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 形管道過濾器。改造后，冬季冷卻系統(tǒng)工作過程如下：關(guān)閉F1、F2、F3、F4、F5 蝶閥；關(guān)閉制冷機；打開F6、F7、F8 蝶閥；開啟冷媒水泵；開啟冷卻水泵；開啟涼水塔。這樣冷媒水經(jīng)過冷媒水泵加壓，被送至涼水塔自然降溫后，回到冷水池中，經(jīng)過冷卻水泵加壓，被送至空調(diào)表冷器進行熱交換。

3 節(jié)能效果驗證

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

（2）節(jié)能效果。工藝空調(diào)冬季節(jié)能策略實施后，與上年同期對比，能源管理系統(tǒng)統(tǒng)計的實際數(shù)據(jù)見表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47.8%；耗電量下降52 萬kW·h，降幅達12.7%，節(jié)能效果顯著。

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

4 結(jié)束語

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

（2）冬季低溫時段，微霧加濕優(yōu)先比蒸汽加濕優(yōu)先更節(jié)省蒸汽，無發(fā)熱源的儲物間空調(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)能運行策略：新風閥在10%開度情況下，用冷水板換降溫，微霧加濕優(yōu)先和蒸汽加濕為補充。該策略節(jié)能效果顯著，具有較強的推廣價值。