纺织厂空调能耗控制及节能改造

纺织厂空调能耗控制及节能改造

1空调节能的必要性纺织厂的空调是影响纺织机质量的重要因素。在节能减排的严峻形势下,空调能耗过高是困扰企业经营者的急需解决难题。我国发电效率很低,电量和一次能源的比例为1:3.45。纺织厂空调节能刻不容缓,不仅可以降低能源消耗,还可以保护环境。文章在低温水等自然资源一定情况下,从空调系统设计角度、空调设备改造和空调系统运行等方面,结合河南省太阳石纺织有限公司具体情况介绍减少空调能耗的工程实践。2由于空调能耗过高，主要原因是主要症状2.1纱线覆盖整片处理细纱机断头吸棉排风量大,资源量小,风道老化,操作孔不实。据纱线,资空调室设置在车间一侧,属单侧送风。车间全长90m,风道内表面粗糙,造成阻力损失大,处理过的空气无法达到末端。另外,风道老化,操作孔和检修孔覆盖不严造成漏风。细纱机断头吸棉排风量大于吸棉总风道排出量。热量不能及时排除,造成车间温度升高、区域温湿度差异大。2.2制冷机组运行不合理车间温湿度标准确定不当,空调冷负荷量偏大,造成设备容量选择过大,使设备在低效率下运行。另外,气流组织不合理,车间送、排风量不当,制冷机组管路系统设计及机组运行不合理,机组效率低。同时,空调系统运行过程不能随冷负荷变化实现自动调节,各参数调节只能依靠空调工人手动进行,控制精度差且滞后现象严重,风机和水泵都在恒速运行,耗电量大。2.3热湿交换效率低传统纺织空调喷淋室中空气与水雾接触面积小且不均匀,热湿交换效率低;同时,由于送风和回风组织不好以及水质硬度高、挡水板选择不当,使整个空调系统阻力上升,能耗增加。2.4风机受到腐蚀风机在安装和运行过程中发生振动,常年在潮湿环境中工作,风机受到腐蚀,造成叶片边缘至风圈距离不匀,最大处达15mm,风机送风量减小、工作效率下降。2.5空调室内通风面积和压力该公司所处位置水质硬度较大,造成喷排和挡水板结垢严重,迎风面水垢厚度达3mm,管内壁最厚达6mm,空调室内通风面积减少,阻力增大,能耗增加。同时由于循环水水池内漂浮物较多,喷嘴堵塞严重,喷水量减少且喷出水滴雾化度不好,空气经过处理后效果不理想。2.6进国内,进国内空调工操作不当,造成室外新风窗虽开启角度很大,但进风量很小;车间侧墙上回风窗不但起不到回风和过滤作用,反而往车间吹风,造成车间气流紊乱,飞花增多。3该系统的设计减少了空调的能耗3.1加热负荷法实现大可降温车间温湿度大小不但与棉纤维性能有密切关系,而且也影响到人体健康和工作效率,同时对空调系统能耗有很大影响。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,它的吸湿性能强,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。3.2热负荷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。但在纺织厂由于机器发热量为车间热负荷的主要部分,为了简化计算,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。运行表明,该方法在节能方面具有重要意义。3.3保持车间正压新风负荷在空调负荷中占有较大比重。在满足卫生要求的同时,还要保持车间正压。一般情况下,新风量取系统总送风量的10%即可。纺织厂送风量较大,其10%己远远满足每人每小时30m3新风的卫生要求。3.4气流组织气流组织对于空调系统性能起着重要作用,也决定其能耗大小。3.4.1空气管道和风道的设计从图1中可以看出,风机工况点A是由风机性能曲线L-p和管道特性曲线所决定。空气流量为LA,风机工作压力是PA,PA时刻与管网阻力hA保持平衡,即PA=hA,风机性能曲线不发生变化。而通风管网阻力减小时,则风机工况点就沿着L-p曲线向右移动,空气流量增加。项目研究中用低阻力蛇形挡水板替换4折档水板(见4.2),减少管网阻力损失,增大风机流量。为减小空气流经弯头和管道突变处造成的阻力损失,对风管做了减小阻力处理。在送风风道和排风风道内,将较大面积的无用空间(死区)进行隔离,减小风压损失和涡流损失;同时,对操作孔进行密封处理,减少漏风量。扩展了主回风沟道和支回风沟道,管道设计采用较低的空气流速,采用仿罗瓦风口。细纱断头吸棉总风口距风机距离最远,阻力最大,而且总风口两侧风道截面较大,经测速仪测量发现,风道口截面积设计值较小。故扩大吸棉总风口面积,使之与两侧风道截面相当。并在车肚地排风道口加装调节门,调整车肚排风和吸棉排风,合理优化二者比例,及时排除车间余热。3.4.2支风道进风端初速比为有效控制支风道出风口送风量,在车间内建立均匀温湿度场,在对原风道内风速进行复核计算基础上,注意了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。3.4.3机叶片角度的测试风机在确定管网中工作,在一定限度内加大叶片角度,风机性能曲线上移,空气流量随之增大。项目研究中对2号空调室轴流风机,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1.25×105m3/h相比增加2.5×104m3/h,增加率为20%,满足了系统送风量要求。同时,在项目实施过程中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。对个别风机,经过上述措施其流量仍满足不了空调系统要求且效率较低,则更换为高效、大流量、低噪声、低能耗的新一代先进翼型空调轴流风机。3.5空气预处理为使新风含尘浓度、尤其是细微颗粒物浓度减少,项目研究中使用新风预处理设备,使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2所示。在进气楼1侧面距地面1-2米开设宽度为2-4米新风道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和滤网1-5或滤网1-4或滤网1-5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。若室外空气清洁度较高,为减少系统阻力,则使用旁通风道,使室外空气由新风窗直接进入混合室,减少系统能耗。3.6社区制冷机组冷量的使用应注意使用冷冻水供回水管保温,对冷水输送效率有着极其重要影响。目前,供水温升一般以1℃计算,回水温升按0.5℃计算,冷冻水供回水温差一般为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,提高冷水输送效率。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。对于制冷机组供回水系统,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,又要保证制冷机组高效运行。大型企业往往使用溴化锂等大型制冷机组,其进出冷冻水温差为5℃,如果温差较大,将影响溴化锂制冷机组制冷效率。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,为保持溴化锂制冷机组高效工作,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在制冷机组旁边设置调温蓄水池,将制冷机组供多余冷冻水量用“旁通管”直接送入调温蓄水池的方法解决,如图3示,既满足喷淋室冷冻水需要,又确保制冷机供回水温差5℃要求,保持制冷机高效运行。4空调设备的节能改造4.1喷淋室结构改造该结构喷淋室包括设置在底池7之上的喷淋排管1至5、分别安装在喷淋排管上的喷嘴6,以及通过循环水管与喷淋排管相连通的水过滤器和水泵。不同结构喷淋室的喷淋排管组由2至5排喷淋排管按照一定方式组合使用。如图4所示为该结构喷淋室的一种即五排喷淋排管喷淋室结构示意图。被处理空气进入喷淋室后受到多方位、高密度水雾喷射,空气与水热、质交换速度增大,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。使用中根据纺织车间工艺要求,喷淋室可分别选取两排喷淋排管、三排喷淋排管、四排喷淋排管乃至五排喷淋排管喷淋室结构等。同时根据需要喷淋排管1至5按照不同组合由两台水泵供水,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,对河南省太阳石纺织有限公司4号空调室进行改造,改造后示意图如图4示。表1为改造前后测试结果。可以看出,在空调室其它设备不变情况下,对喷淋排管系统进行改造并将LUWA喷嘴更换为PX-I型喷嘴,改造后喷淋室全热交换效率提高90.8%,接触系数提高26.4%,而且喷淋室中冷水温升高,水气比小,冷水量减少为原来的54.5%。该技术推广应用到公司9套空调室,由于所需冷水量减小,制冷机组使用台数减少,减少了制冷机组能耗,达到节能效果,见表7。4.2蛇形挡水板的改造目前挡水板主要有三种形式,即波纹型、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。由于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,表面结垢现象严重,板间空气通道面积减小。这虽在一定程度上改善了挡水板的挡水效果,却使整个空调系统阻力上升,空调系统能耗增加。为此,项目对4号空调室蛇形挡水板进行改造。板间距仍采用25mm,但采用造价低、表面光滑的玻璃钢为材料,挡水板厚度为1～1.2mm,边缘厚度仅为3mm。改造后局部阻力下降,通风量上升。改造前后性能对比见表2,改造后效果见表3。从表3中看出,以玻璃钢为材料的蛇形挡水板不仅造价低、安装过程损失小,而且由于其表面光滑、不易结垢,降低了除垢费用。同时,空调系统送风能力增加2.68×104m3/h,半年后系统风量衰减率减少26.3%。4.3式间接蒸发冷却器蒸发冷却技术利用干湿球温差作为推动力,使空气和水进行热湿交换。项目研究中将管式间接蒸发冷却器(结构见图5),与文中3.1介绍的新型多功能纺织空调喷淋室联合使用处理新风,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。4.3.1虚线空气湿球温度在春秋过渡季节,一般关闭回风,使用100%全新风送风。若单纯使用喷淋室处理空气,如图6虚线所示,其送风温度可以达到室外空气湿球温度,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,开启管式间接蒸发冷却器对新风进行预冷,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。4.3.2管式间接蒸发冷却器与空气实行专网融合,符合资在夏季,开启管式间接蒸发冷器对新风进行预冷处理,然后再与车间回风混合,之后进入新型多功能纺织空调喷淋室。处理过程如图7所示,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,水泵能耗相应减少。由于所需冷冻水量减小,该公司制冷机组使用台数也可减少,制冷机组能耗减少,达到节能效果,见表7。河南省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,而且能耗也明显降低,测试结果见表4。5空调系统的节能运行5.1实现系统自动控制5.1.1控制精度差且滞后传统空调系统对车间温湿度控制,依靠空调工人巡回检查,发现相对湿度偏高或偏低时,将水泵阀门开大或关小,或者变更回风和新风比例,各参变量调节只能依靠工人经验进行。因此,控制精度差且滞后现象严重。更重要是系统通风量按夏季空调计算参数确定,并按此风量乘以一个裕量系数确定风机容量,水泵流量选择也与此相对应。由于室外条件变化和生产工艺要求,风机和水泵全年仅在短时间内需满负荷运行,其余大部分时间则在部分负荷下运行。如果风机和水泵全年都在恒速运行,势必造成能耗大、运转费高。为了节约能源,必须对风机风量和水泵流量进行自动调节。5.1.2通过智能设备进行自动控制控制系统主要由THT2NZ63A相对湿度传感器、XMT25000型智能PID调节器及ECO24500/3型风机变频器构成。5.1.2.湿度自动控制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。当外界相对湿度过高,送风量已降至车间允许的最小风量时仍无法降低车间湿度,系统告警,5min后关闭供水泵。当外界相对湿度降低时,车间相对湿度已低于下限值,打开供水泵开始加湿。外界相对湿度过低时,送风量已升至最大,车间相对湿度仍达不到下限值,5min后系统自动开启辅助水泵。图8所示为采用智能调节、变频技术改造后的空调系统工作过程示意图。5.1.2.现有电机的相对稳定性主电机和按频率控制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为45Hz,主电机功率为28kW,变频器频率一直下降到10Hz左右就不再下降了,此时,主电机功率只有4.0kW左右,这时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,风机耗电672kW·h/d,水泵耗电374kW·h/d,共计1046kW·h/d。而采用智能调节实现自动控制,不仅使车间相对湿度控制在±1%以内,而且能耗降低,测试结果见表5。系统能耗日减少477kW·h,与人工调节方式比减少45.60%,一年共减少171720kW·h,系统投资回收期1.16年。5.2空调设备节能改造中小企业使用多台中小型冷水机组,其在部分负荷运行时,制冷效率不高。项目实施过程中合理选择冷水机组运行台数,尽量减少主机运行总台数,让主机处于近满负荷状态下运行,确保节能效果。河南省太阳石纺织有限公司使用ICW1620Ta型冷水机组,名义工况制冷量1620kW,冷水流量279t/h,单台冷水机组制冷量百分比与实际运行电流对应值如表6所示。该公司9套空调室夏季需总冷量3600KW,需要温差5℃,冷冻水620t/h,开三台机组在80%制冷量下工作。项目研究中通过空调设备节能改造,采用管式间接蒸发冷却器对新风进行预冷处理,喷淋室节省冷负荷25%,需要冷冻水465t/h,只需要两台冷水机组在80%制冷量下工作;若同时使用新型多功能纺织空调喷淋室,所需冷水量为原来的54.5%,此时共需冷冻水244t/h,仅需开一台冷水机组在90%制冷量下工作即可。分析表明,通过空调设备节能改造,制冷机组的使用由三台在80%制冷量下工作减少为一台在90%制冷量下工作,仅此一项每小时耗电减7少653kW,减少率64.33%,年节电高达1410480kW,具体数值见表7。而且从制冷设备运行情况分析,冷水机组近满负荷运行不仅效率高,设备寿命也不会减少