多功能纺织空调喷淋室节能改造与实践

多功能纺织空调喷淋室节能改造与实践

为了提高喷雾室的热湿交换效率，降低空调系统的能耗，空调系统的设计、空调设备的改造和空调系统的节能运行三个方面。本文根据研究项目背景,介绍其理论分析和工程实践。1空调系统的设计1.1稳定传热计算法采暖通风与空气调节设计规范规定,空调房间夏季计算热量宜按不稳定传热计算,但纺织厂一般采用稳定传热计算法。该方法对热量与冷负荷不加区分,计算出的空调冷负荷偏大,造成设备容量选择过大,使设备在低效率下运行,增加了能耗。故应按文献提出的冷负荷系数法计算纺织厂车间冷负荷,把热量与冷负荷严格区别,该方法在节能方面具有重要意义。1.2温度及湿度分析夏季车间温度每降低1℃,每万立方米风量约增加1kW的冷源动力,相当于空调动力增加50%。冬季当温度基数从22℃降低到20℃,加热负荷可减少约26%～31%。因此,从节能角度分析,夏季温度基数选取上限,冬季温度基数选取下限。棉纤维是一种亲水性纤维,相对湿度对其性能影响比温度对其性能影响大。夏季大部分地区相对湿度较大,因此其基数可以取较高值;冬天宜取较低值。1.3风机叶片角度试验注重支风道进风端初速比对送风均匀程度影响和应采取的调节手段。为减少风道漏风等问题,设计改建了全部支风道,把原支风道改造成无机阻燃玻璃风道,并且采用980mm×800mm、980mm×600mm、980mm×400mm三种尺寸,以提高支风道末端风速,增大末端送风量,解决了车间送风不均匀、末端风送不到等问题。通过加大风机叶片角度增加风机流量。采取逐步加大风机叶片角度的办法,并测试风量,同时对电机实耗功率进行监测,直至电机功率接近满负荷,此时,风机流量达到1.5×105m3/h,与改进前风机流量相比增加20%,满足了系统送风量要求。同时,将风机电机的轴中心进行调整,尽量使风机叶片边缘至风圈距离均匀,保持在规定的3～5mm以内,提高风机效率。1.4新势力处理系统1.4.1空气预处理室1-3为使新风含尘浓度、尤其是细微颗粒物浓度减少,新风在特定进气楼结构中经过合适过滤材料过滤然后送入混合室,如图1所示。在进气楼1侧面距地面1～2m开设宽度为2～4m新风道1-2,在新风道1-2末端设空气预处理室1-3,在空气预处理室1-3左右两侧断面安装相互平行的滤网1-4和滤网1-5,滤网1-4和滤网1-5可同时使用,也可单独使用。室外新风在进气楼1、新风道1-2中经稳压、稳流、沉淀部分杂质后进入空气预处理室1-3,在滤网1-4初过滤和滤网1-5二级过滤处理后,经管式间接蒸发冷却器进入混合室2,以改变参与混合的新风参数、提高新风质量,从源头上保证新风质量稳定。1.4.2驻极体过滤材料利用针刺非织造过滤材料阻力较小的性能,在形成滤料的高聚物中赋予大量的固定电荷,使长期带有稳定电荷的过滤材料在其周围产生稳定的电场,制作成驻极体过滤材料。该过滤材料在机械捕集机理的基础上,利用静电效应对颗粒物尤其是微细颗粒物进行捕集,具有较高的过滤效率,而阻力并不增加。丙纶纤维密度小(仅0.91g/cm3),在相同克重的条件下具有良好的覆盖性。采用丙纶作为静电驻极用过滤材料,过滤性能得到极大提高。项目研究中利用ZJ250(克重250g/m2丙纶针刺驻极体过滤材料)作为新风滤料,过滤性能提高,并可有效防治煤灰纱等现象。1.4.3侧风道使用若室外空气清洁度较高,使用旁通风道。室外空气由新风窗直接进入混合室,减少系统阻力和系统能耗。1.5风处理系统1.5.1内吸式法滤尘如图2所示,除尘室3底面安装垂直放置的内吸式圆筒过滤器3-1,在除尘室侧面安装水平放置的回转式过滤器3-2。车间回风通过地排风道进入内吸式圆筒过滤器3-1,粉尘被阻留在尘笼内表面。过滤后空气进入除尘室3,经回转式过滤器3-2过滤后经转笼敞开端进入喷淋室。而纤尘则被转笼外表面过滤材料阻留下来。内吸式圆筒过滤器3-1内小吸嘴由机械吸臂驱动依次吸除尘笼内表面的粉尘,保持滤尘器正常工作。回转式过滤器3-2外设吸嘴,清除其外侧杂质,送入集尘器。1.5.2回风过滤系统的应用针织起绒过滤布——长毛绒主要用于过滤纤维性粉尘,在纺织厂回风过滤中得到广泛应用。项目研究中内吸式圆筒过滤器采用不锈钢丝网和非织造过滤复合滤料,回转式过滤器采用长毛绒滤料,实际运行取得较好过滤效果,见表1。1.5.3空调室使用情况通过新风和回风处理系统纺织车间空气质量得到提高,表1为该系统在河南太阳石纺织有限公司2号空调室使用情况。棉尘时间加权平均容许浓度达0.59mg/m3,与改造前相比减少56.9%,与世界发达国家水平接近;短时间接触容许浓度1.16mg/m3,与改造前相比减少66.5%。1.6材料设置与管道保温冷冻水供回水管保温,对冷水输送效率影响较大。供水温升一般以1℃计算,回水温升按0.5℃计算,冷冻水供回水温差为5℃。若管道保温损失为1.5℃,则冷量使用效率仅70%,损失30%的冷量。因此,应选择合适保温材料和恰当的管道敷设方式,尽量减少管道的保温损失。项目研究中正确选择保温材料及其敷设厚度,管道保温损失减少至0.5℃,提高了冷量使用效率。冷水机组供回水系统,管径按经济流速设计,而供回水管路系统设计既要满足喷淋室节省冷冻水需要,又要保证冷水机组高效运行。溴化锂等大型冷水机组其进出冷冻水温差为5℃,如果温差较大,将影响溴化锂机组制冷效率。而喷淋室使用冷冻水量的多少直接影响该温差值的大小。空调运行过程中需用冷冻水量是变化的,为保持溴化锂冷水机组高效工作,其水泵进出水量按制冷机要求配置选型,而空调需要冷冻水量的变化则通过调温蓄水池,将冷水机组多余冷冻水量用“旁通管”直接送人调温蓄水池的方法解决,如图3示。2空调设备改造2.1种喷嘴的流量与孔径分布特性长期以来我国纺织厂喷淋室所用喷嘴,一直采用仿制国外产品,喷淋室喷嘴在经历了仿苏、仿瑞士等形式之后,相继开发研制了PX-I型、PY-I型和FD型等新型大孔径离心喷嘴。由于缺少三种喷嘴之间的性能对比资料,用户选择使用缺乏依据。项目对这三种具有代表性喷嘴进行实验研究,运用回归分析法并借助于计算机建立了三种喷嘴的流量与喷水压力、出口孔径之间的定量关系如表2示。在定量计算基础上,将上述三种喷嘴与仿LUWA喷嘴进行了性能对比,并与文献所做其它喷嘴试验结果进行对比。结果指出:PX-I型的流量值和雾化角最大,水滴粒径最细;仿LUWA型的分散度最小,而PY-I型和FD型介于二者之间。说明PX-I型喷嘴流量值和雾化性能最好,是实用中首选产品。项目研究中选用PX-I型喷嘴代替LUWA喷嘴,全热交换效率提高51.7%,接触系数提高21.9%,参见表1和表3内容。2.2新型多功能纺织空调喷雾室的设计与应用2.2.1喷嘴6水雾加淋及水雾保护如图4所示,第一排喷淋排管在90°～0°之间向左可调,第二排喷淋排管在90°～45°之间向右可调,a2与a1可多种组合使用。喷嘴6从上到下按密度要求自密至稀安装在喷淋排管1上、自稀至密安装在喷淋排管2上;或同密度错位排列安装在喷淋排管1、2上。被处理空气9自左进入喷淋室,依次经过喷淋排管1、2而流出喷淋室。水雾由喷嘴喷出后分别沿不同轨迹下落至底池7,在水雾下落过程中实现与被处理空气的热湿交换及洗涤过程。底池中的排污管8要及时排污,以确保循环水正常使用。2.2.2喷射管的喷淋方案如图5示,第一排喷淋排管和第二排喷淋排管以90°对喷方式布置,其间安装向上喷射的第三排喷淋排管。或者,第一排喷淋排管和第二排喷淋排管同向向上喷射,第三排喷淋排管设置在第一排和第二排喷淋排管一侧,向第一排喷淋排管和第二排喷淋排管方向喷射。被处理空气9自左进入喷水室,受到不同方位的高密集水雾喷射后,从右流出喷水室。水雾沿不同轨迹落入底池。2.2.3喷嘴错位排列如图6示,第三排喷淋排管和第四排喷淋排管按对喷方式布置,其间布置同向向上喷射的第一排和第二排喷淋排管。在第一和第二排喷淋排管上布置的喷嘴错位排列。安装在喷淋排管1和2上的喷嘴错位排列,被处理空气进入喷淋室后受到高密度水雾横、逆喷作用,保证了热湿交换效率,同时空气得到较好洗涤。2.2.4喷淋排管的布置如图7示,第三排喷淋排管和第四排喷淋排管按对喷方式布置,其间布置对喷的第一排喷淋排管和第五排喷淋排管,在第一和第五排喷淋排管之间布置向上喷射的第二排喷淋排管。安装在第一、第二和第五排喷淋排管上的喷嘴错位排列且密度上一排比下一排大。被处理空气进入后受到多方位、高密度水雾喷射,空气与水热湿交换效率显著提高,空气中的短纤维、尘埃等杂质得以彻底洗涤。2.2.5喷淋排管系统改造使用中喷淋排管组由2至5排喷淋排管按照一定方式组合使用。根据需要喷淋排管1至5可由两台水泵供水,分别喷淋不同水温的循环水和冷冻水。以五排喷淋排管喷淋室结构应用为例,对河南太阳石纺织有限公司4号空调室进行改造,表3为改造效果。在空调室其他设备不变情况下,对喷淋排管系统进行改造并将LUWA喷嘴更换为PX-I型喷嘴,全热交换效率提高90.8%,接触系数提高26.4%,冷水量减少54.5%。测试条件见表4。实验序号1至4喷水压力依次递减为0.23、0.22、0.20和0.12MPa,空气流速依次增加为2.4、2.6、3.0和3.0m/s。据喷淋室热交换效率与喷水压力和空气流速关系,实验序号1至4由于喷水压力和空气流速变化,热交换效率应该减少或保持不变,但实验结果显示全热交换效率依次递增为0.629、0.867、0.954和1.200,说明采用除垢处理措施、使用PX-I型喷嘴及采用新型喷淋室等技术改造措施是有效的。测试系统如图11示。2.3蛇形挡水板性能改造目前挡水板主要有三种形式,波纹型、蛇形及四折带脱水槽型。蛇形挡水板阻力较小,纺织厂空调喷淋室多采用之。太阳石纺织有限公司空调用水硬度较高,蛇形挡水板使用一段时间后,表面结垢严重,空调系统阻力上升,能耗增加。此项目对蛇形挡水板进行改造。板间距仍采用25mm,但采用造价低、表面光滑的玻璃钢材料。改造前后性能对比见表5,改造后效果见表6。送风能力增加2.68×104m3/h,半年后系统风量衰减率减少26.3%。2.4夏季使用热风非热吸湿水技术,适时使用以水包装水单管式间接蒸发冷却器(如图8)与文中2.2喷淋室联合使用,以极少的电能增加,在过渡季节获得低于室外湿球温度的送风温度,夏季对新风进行预冷大大节省了喷淋室冷冻水需求量,减少了机械制冷及冷冻水泵的能耗。2.4.1风力压降器,不能满足工艺要求过渡季节一般关闭回风,使用全新风。若单纯使用喷淋室处理空气,如图9虚线示,其送风温度可达室外空气湿球温度,但往往不能满足车间工艺要求。若将管式间接蒸发冷却器与喷淋室结合使用,先对新风进行预冷,再经过喷淋室处理,此时可获得低于室外湿球温度的送风气流,产生较好的温降效果,空气处理过程线为:W→W1→L。2.4.2管式间接蒸发冷却器的节能效果夏季利用管式间接蒸发冷器对新风进行预冷,再与车间回风混合,然后进入喷淋室。处理过程如图10示,空气处理过程线为:W→W1→C(W1与N状态回风混合点)→O→N。可以看出,管式间接蒸发冷却器承担了部分显热负荷,降低了室外空气的焓值,使得喷淋室处理空气焓差减小。以送风量1.23×105m3/h、新风比为30%计算,管式间接蒸发冷却器的使用喷淋室冷负荷减少25%,冷冻水使用量减少,水泵能耗减少,冷水机组使用台数也可减少,达到节能效果,见表12。河南太阳石纺织有限公司4号空调室通过蛇形挡水板改造、新型多功能纺织空调喷淋室应用以及管式间接蒸发冷却器的使用,不仅很好满足车间温湿度要求,而且能耗明显降低,测试结果见表7。3空调系统的节能运行3.1高速喷雾技术的实践3.1.1喷射量和喷淋室实验在河南太阳石纺织有限公司9号空调室进行。设备情况:喷淋排管共5排,第1至4排为多方位横喷,第5排为逆喷;喷嘴PY-1型,孔径8mm;挡水板为SFD双波纹型;喷淋室截面2.5m×2.5m,如图11示。喷淋室测量仪表及精度如表8示。喷淋室测量试验流程如图11示,1位为空气处理前测试位,2位为空气处理后测试位。3.1.2淋排管单次喷水如表9所示。其中3,4,6,7,8组数据在第1至4排喷淋排管多方位横喷(循环水)测得;9,10组数据在第5排喷淋排管逆喷冷冻水测得;1,2,5组数据在1至5排喷淋排管全开情况下测得。该空调室全热交换效率可达1.154。3.1.3效率比较如图12所示,左边4组是低速状态下全热交换效率和接触系数值,右边6组是高速状态下的对应值。可以看出,不同速度下,通过采用不同的水气比,控制不同的喷水压力,效率相差不大。图中虚线表示平均值。在同一高速状态下,随着水气比减少,效率降低的趋势是明显的。该工程实践说明,喷淋室热湿交换能力受空气流速影响程度不大,随水气比增大而增大;高速空调系统的热湿交换效率是由水气比和喷水压力来保证,不必担心文献提到的“由于提高速度致使热湿交换时间缩短而影响效率”。高速状态下达到与低速状态时同样的热湿交换效率所需的水气比少,空调系统能耗及运行费用降低。3.1.4空调系统风速高、低压运行在不进行土建改造和不增加喷淋室截面积情况下,与技术改造前比空调系统送风量提高0.9倍。高、低速状态达到同样热湿交换效率所需水气比减少51.3%。表10为采用高速喷淋技术前后系统参数比较。3.2实现系统自动控制3.2.1湿度自动控制控制系统由相对湿度传感器、智能PID调节器及风机变频器构成。相对湿度传感器采集到车间相对湿度信息传递给智能PID调节器,变频器受智能PID调节器的控制调整送风量的变化,实现车间相对湿度自动控制。工作过程示意图见图13。3.2.2低功率低转速调节当车间相对湿度高于设定值时,由于传感器作用,变频器频率开始下调,主风机转速降低,电耗也随着降低。但由于相对湿度迟滞现象,变频器频率仍继续下降,从而风机转速和送风量都要继续下降。如开始时变频器频率45Hz,主电机功率为28kW,变频器频率一直下降到10Hz左右为止,此时,主电机功率只有4.0kW左右,车间相对湿度可下降2%左右。此后,又由于相对湿度传感器作用,变频器频率逐渐上升,车间相对湿度逐步开始上调,主电机的转速和送风量逐渐增加,电机功率也逐渐增大,直至达到设定的最高值为止。这样,由于变频器频率不断调节,主电机常在低功率和低转速状态下运行,从而达到节能降耗目的。4号空调室采用人工调节方式,风机