多功能紡織空調噴淋室節(jié)能改造與實踐

為了提高噴霧室的熱濕交換效率，降低空調系統(tǒng)的能耗，空調系統(tǒng)的設計、空調設備的改造和空調系統(tǒng)的節(jié)能運行三個方面。本文根據(jù)研究項目背景,介紹其理論分析和工程實踐。1空調系統(tǒng)的設計1.1穩(wěn)定傳熱計算法采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范規(guī)定,空調房間夏季計算熱量宜按不穩(wěn)定傳熱計算,但紡織廠一般采用穩(wěn)定傳熱計算法。該方法對熱量與冷負荷不加區(qū)分,計算出的空調冷負荷偏大,造成設備容量選擇過大,使設備在低效率下運行,增加了能耗。故應按文獻提出的冷負荷系數(shù)法計算紡織廠車間冷負荷,把熱量與冷負荷嚴格區(qū)別,該方法在節(jié)能方面具有重要意義。1.2溫度及濕度分析夏季車間溫度每降低1℃,每萬立方米風量約增加1kW的冷源動力,相當于空調動力增加50%。冬季當溫度基數(shù)從22℃降低到20℃,加熱負荷可減少約26%～31%。因此,從節(jié)能角度分析,夏季溫度基數(shù)選取上限,冬季溫度基數(shù)選取下限。棉纖維是一種親水性纖維,相對濕度對其性能影響比溫度對其性能影響大。夏季大部分地區(qū)相對濕度較大,因此其基數(shù)可以取較高值;冬天宜取較低值。1.3風機葉片角度試驗注重支風道進風端初速比對送風均勻程度影響和應采取的調節(jié)手段。為減少風道漏風等問題,設計改建了全部支風道,把原支風道改造成無機阻燃玻璃風道,并且采用980mm×800mm、980mm×600mm、980mm×400mm三種尺寸,以提高支風道末端風速,增大末端送風量,解決了車間送風不均勻、末端風送不到等問題。通過加大風機葉片角度增加風機流量。采取逐步加大風機葉片角度的辦法,并測試風量,同時對電機實耗功率進行監(jiān)測,直至電機功率接近滿負荷,此時,風機流量達到1.5×105m3/h,與改進前風機流量相比增加20%,滿足了系統(tǒng)送風量要求。同時,將風機電機的軸中心進行調整,盡量使風機葉片邊緣至風圈距離均勻,保持在規(guī)定的3～5mm以內,提高風機效率。1.4新勢力處理系統(tǒng)1.4.1空氣預處理室1-3為使新風含塵濃度、尤其是細微顆粒物濃度減少,新風在特定進氣樓結構中經(jīng)過合適過濾材料過濾然后送入混合室,如圖1所示。在進氣樓1側面距地面1～2m開設寬度為2～4m新風道1-2,在新風道1-2末端設空氣預處理室1-3,在空氣預處理室1-3左右兩側斷面安裝相互平行的濾網(wǎng)1-4和濾網(wǎng)1-5,濾網(wǎng)1-4和濾網(wǎng)1-5可同時使用,也可單獨使用。室外新風在進氣樓1、新風道1-2中經(jīng)穩(wěn)壓、穩(wěn)流、沉淀部分雜質后進入空氣預處理室1-3,在濾網(wǎng)1-4初過濾和濾網(wǎng)1-5二級過濾處理后,經(jīng)管式間接蒸發(fā)冷卻器進入混合室2,以改變參與混合的新風參數(shù)、提高新風質量,從源頭上保證新風質量穩(wěn)定。1.4.2駐極體過濾材料利用針刺非織造過濾材料阻力較小的性能,在形成濾料的高聚物中賦予大量的固定電荷,使長期帶有穩(wěn)定電荷的過濾材料在其周圍產生穩(wěn)定的電場,制作成駐極體過濾材料。該過濾材料在機械捕集機理的基礎上,利用靜電效應對顆粒物尤其是微細顆粒物進行捕集,具有較高的過濾效率,而阻力并不增加。丙綸纖維密度小(僅0.91g/cm3),在相同克重的條件下具有良好的覆蓋性。采用丙綸作為靜電駐極用過濾材料,過濾性能得到極大提高。項目研究中利用ZJ250(克重250g/m2丙綸針刺駐極體過濾材料)作為新風濾料,過濾性能提高,并可有效防治煤灰紗等現(xiàn)象。1.4.3側風道使用若室外空氣清潔度較高,使用旁通風道。室外空氣由新風窗直接進入混合室,減少系統(tǒng)阻力和系統(tǒng)能耗。1.5風處理系統(tǒng)1.5.1內吸式法濾塵如圖2所示,除塵室3底面安裝垂直放置的內吸式圓筒過濾器3-1,在除塵室側面安裝水平放置的回轉式過濾器3-2。車間回風通過地排風道進入內吸式圓筒過濾器3-1,粉塵被阻留在塵籠內表面。過濾后空氣進入除塵室3,經(jīng)回轉式過濾器3-2過濾后經(jīng)轉籠敞開端進入噴淋室。而纖塵則被轉籠外表面過濾材料阻留下來。內吸式圓筒過濾器3-1內小吸嘴由機械吸臂驅動依次吸除塵籠內表面的粉塵,保持濾塵器正常工作?；剞D式過濾器3-2外設吸嘴,清除其外側雜質,送入集塵器。1.5.2回風過濾系統(tǒng)的應用針織起絨過濾布——長毛絨主要用于過濾纖維性粉塵,在紡織廠回風過濾中得到廣泛應用。項目研究中內吸式圓筒過濾器采用不銹鋼絲網(wǎng)和非織造過濾復合濾料,回轉式過濾器采用長毛絨濾料,實際運行取得較好過濾效果,見表1。1.5.3空調室使用情況通過新風和回風處理系統(tǒng)紡織車間空氣質量得到提高,表1為該系統(tǒng)在河南太陽石紡織有限公司2號空調室使用情況。棉塵時間加權平均容許濃度達0.59mg/m3,與改造前相比減少56.9%,與世界發(fā)達國家水平接近;短時間接觸容許濃度1.16mg/m3,與改造前相比減少66.5%。1.6材料設置與管道保溫冷凍水供回水管保溫,對冷水輸送效率影響較大。供水溫升一般以1℃計算,回水溫升按0.5℃計算,冷凍水供回水溫差為5℃。若管道保溫損失為1.5℃,則冷量使用效率僅70%,損失30%的冷量。因此,應選擇合適保溫材料和恰當?shù)墓艿婪笤O方式,盡量減少管道的保溫損失。項目研究中正確選擇保溫材料及其敷設厚度,管道保溫損失減少至0.5℃,提高了冷量使用效率。冷水機組供回水系統(tǒng),管徑按經(jīng)濟流速設計,而供回水管路系統(tǒng)設計既要滿足噴淋室節(jié)省冷凍水需要,又要保證冷水機組高效運行。溴化鋰等大型冷水機組其進出冷凍水溫差為5℃,如果溫差較大,將影響溴化鋰機組制冷效率。而噴淋室使用冷凍水量的多少直接影響該溫差值的大小?？照{運行過程中需用冷凍水量是變化的,為保持溴化鋰冷水機組高效工作,其水泵進出水量按制冷機要求配置選型,而空調需要冷凍水量的變化則通過調溫蓄水池,將冷水機組多余冷凍水量用“旁通管”直接送人調溫蓄水池的方法解決,如圖3示。2空調設備改造2.1種噴嘴的流量與孔徑分布特性長期以來我國紡織廠噴淋室所用噴嘴,一直采用仿制國外產品,噴淋室噴嘴在經(jīng)歷了仿蘇、仿瑞士等形式之后,相繼開發(fā)研制了PX-I型、PY-I型和FD型等新型大孔徑離心噴嘴。由于缺少三種噴嘴之間的性能對比資料,用戶選擇使用缺乏依據(jù)。項目對這三種具有代表性噴嘴進行實驗研究,運用回歸分析法并借助于計算機建立了三種噴嘴的流量與噴水壓力、出口孔徑之間的定量關系如表2示。在定量計算基礎上,將上述三種噴嘴與仿LUWA噴嘴進行了性能對比,并與文獻所做其它噴嘴試驗結果進行對比。結果指出:PX-I型的流量值和霧化角最大,水滴粒徑最細;仿LUWA型的分散度最小,而PY-I型和FD型介于二者之間。說明PX-I型噴嘴流量值和霧化性能最好,是實用中首選產品。項目研究中選用PX-I型噴嘴代替LUWA噴嘴,全熱交換效率提高51.7%,接觸系數(shù)提高21.9%,參見表1和表3內容。2.2新型多功能紡織空調噴霧室的設計與應用2.2.1噴嘴6水霧加淋及水霧保護如圖4所示,第一排噴淋排管在90°～0°之間向左可調,第二排噴淋排管在90°～45°之間向右可調,a2與a1可多種組合使用。噴嘴6從上到下按密度要求自密至稀安裝在噴淋排管1上、自稀至密安裝在噴淋排管2上;或同密度錯位排列安裝在噴淋排管1、2上。被處理空氣9自左進入噴淋室,依次經(jīng)過噴淋排管1、2而流出噴淋室。水霧由噴嘴噴出后分別沿不同軌跡下落至底池7,在水霧下落過程中實現(xiàn)與被處理空氣的熱濕交換及洗滌過程。底池中的排污管8要及時排污,以確保循環(huán)水正常使用。2.2.2噴射管的噴淋方案如圖5示,第一排噴淋排管和第二排噴淋排管以90°對噴方式布置,其間安裝向上噴射的第三排噴淋排管?；蛘?第一排噴淋排管和第二排噴淋排管同向向上噴射,第三排噴淋排管設置在第一排和第二排噴淋排管一側,向第一排噴淋排管和第二排噴淋排管方向噴射。被處理空氣9自左進入噴水室,受到不同方位的高密集水霧噴射后,從右流出噴水室。水霧沿不同軌跡落入底池。2.2.3噴嘴錯位排列如圖6示,第三排噴淋排管和第四排噴淋排管按對噴方式布置,其間布置同向向上噴射的第一排和第二排噴淋排管。在第一和第二排噴淋排管上布置的噴嘴錯位排列。安裝在噴淋排管1和2上的噴嘴錯位排列,被處理空氣進入噴淋室后受到高密度水霧橫、逆噴作用,保證了熱濕交換效率,同時空氣得到較好洗滌。2.2.4噴淋排管的布置如圖7示,第三排噴淋排管和第四排噴淋排管按對噴方式布置,其間布置對噴的第一排噴淋排管和第五排噴淋排管,在第一和第五排噴淋排管之間布置向上噴射的第二排噴淋排管。安裝在第一、第二和第五排噴淋排管上的噴嘴錯位排列且密度上一排比下一排大。被處理空氣進入后受到多方位、高密度水霧噴射,空氣與水熱濕交換效率顯著提高,空氣中的短纖維、塵埃等雜質得以徹底洗滌。2.2.5噴淋排管系統(tǒng)改造使用中噴淋排管組由2至5排噴淋排管按照一定方式組合使用。根據(jù)需要噴淋排管1至5可由兩臺水泵供水,分別噴淋不同水溫的循環(huán)水和冷凍水。以五排噴淋排管噴淋室結構應用為例,對河南太陽石紡織有限公司4號空調室進行改造,表3為改造效果。在空調室其他設備不變情況下,對噴淋排管系統(tǒng)進行改造并將LUWA噴嘴更換為PX-I型噴嘴,全熱交換效率提高90.8%,接觸系數(shù)提高26.4%,冷水量減少54.5%。測試條件見表4。實驗序號1至4噴水壓力依次遞減為0.23、0.22、0.20和0.12MPa,空氣流速依次增加為2.4、2.6、3.0和3.0m/s。據(jù)噴淋室熱交換效率與噴水壓力和空氣流速關系,實驗序號1至4由于噴水壓力和空氣流速變化,熱交換效率應該減少或保持不變,但實驗結果顯示全熱交換效率依次遞增為0.629、0.867、0.954和1.200,說明采用除垢處理措施、使用PX-I型噴嘴及采用新型噴淋室等技術改造措施是有效的。測試系統(tǒng)如圖11示。2.3蛇形擋水板性能改造目前擋水板主要有三種形式,波紋型、蛇形及四折帶脫水槽型。蛇形擋水板阻力較小,紡織廠空調噴淋室多采用之。太陽石紡織有限公司空調用水硬度較高,蛇形擋水板使用一段時間后,表面結垢嚴重,空調系統(tǒng)阻力上升,能耗增加。此項目對蛇形擋水板進行改造。板間距仍采用25mm,但采用造價低、表面光滑的玻璃鋼材料。改造前后性能對比見表5,改造后效果見表6。送風能力增加2.68×104m3/h,半年后系統(tǒng)風量衰減率減少26.3%。2.4夏季使用熱風非熱吸濕水技術,適時使用以水包裝水單管式間接蒸發(fā)冷卻器(如圖8)與文中2.2噴淋室聯(lián)合使用,以極少的電能增加,在過渡季節(jié)獲得低于室外濕球溫度的送風溫度,夏季對新風進行預冷大大節(jié)省了噴淋室冷凍水需求量,減少了機械制冷及冷凍水泵的能耗。2.4.1風力壓降器,不能滿足工藝要求過渡季節(jié)一般關閉回風,使用全新風。若單純使用噴淋室處理空氣,如圖9虛線示,其送風溫度可達室外空氣濕球溫度,但往往不能滿足車間工藝要求。若將管式間接蒸發(fā)冷卻器與噴淋室結合使用,先對新風進行預冷,再經(jīng)過噴淋室處理,此時可獲得低于室外濕球溫度的送風氣流,產生較好的溫降效果,空氣處理過程線為:W→W1→L。2.4.2管式間接蒸發(fā)冷卻器的節(jié)能效果夏季利用管式間接蒸發(fā)冷器對新風進行預冷,再與車間回風混合,然后進入噴淋室。處理過程如圖10示,空氣處理過程線為:W→W1→C(W1與N狀態(tài)回風混合點)→O→N?？梢钥闯?管式間接蒸發(fā)冷卻器承擔了部分顯熱負荷,降低了室外空氣的焓值,使得噴淋室處理空氣焓差減小。以送風量1.23×105m3/h、新風比為30%計算,管式間接蒸發(fā)冷卻器的使用噴淋室冷負荷減少25%,冷凍水使用量減少,水泵能耗減少,冷水機組使用臺數(shù)也可減少,達到節(jié)能效果,見表12。河南太陽石紡織有限公司4號空調室通過蛇形擋水板改造、新型多功能紡織空調噴淋室應用以及管式間接蒸發(fā)冷卻器的使用,不僅很好滿足車間溫濕度要求,而且能耗明顯降低,測試結果見表7。3空調系統(tǒng)的節(jié)能運行3.1高速噴霧技術的實踐3.1.1噴射量和噴淋室實驗在河南太陽石紡織有限公司9號空調室進行。設備情況:噴淋排管共5排,第1至4排為多方位橫噴,第5排為逆噴;噴嘴PY-1型,孔徑8mm;擋水板為SFD雙波紋型;噴淋室截面2.5m×2.5m,如圖11示。噴淋室測量儀表及精度如表8示。噴淋室測量試驗流程如圖11示,1位為空氣處理前測試位,2位為空氣處理后測試位。3.1.2淋排管單次噴水如表9所示。其中3,4,6,7,8組數(shù)據(jù)在第1至4排噴淋排管多方位橫噴(循環(huán)水)測得;9,10組數(shù)據(jù)在第5排噴淋排管逆噴冷凍水測得;1,2,5組數(shù)據(jù)在1至5排噴淋排管全開情況下測得。該空調室全熱交換效率可達1.154。3.1.3效率比較如圖12所示,左邊4組是低速狀態(tài)下全熱交換效率和接觸系數(shù)值,右邊6組是高速狀態(tài)下的對應值?？梢钥闯?不同速度下,通過采用不同的水氣比,控制不同的噴水壓力,效率相差不大。圖中虛線表示平均值。在同一高速狀態(tài)下,隨著水氣比減少,效率降低的趨勢是明顯的。該工程實踐說明,噴淋室熱濕交換能力受空氣流速影響程度不大,隨水氣比增大而增大;高速空調系統(tǒng)的熱濕交換效率是由水氣比和噴水壓力來保證,不必擔心文獻提到的“由于提高速度致使熱濕交換時間縮短而影響效率”。高速狀態(tài)下達到與低速狀態(tài)時同樣的熱濕交換效率所需的水氣比少,空調系統(tǒng)能耗及運行費用降低。3.1.4空調系統(tǒng)風速高、低壓運行在不進行土建改造和不增加噴淋室截面積情況下,與技術改造前比空調系統(tǒng)送風量提高0.9倍。高、低速狀態(tài)達到同樣熱濕交換效率所需水氣比減少51.3%。表10為采用高速噴淋技術前后系統(tǒng)參數(shù)比較。3.2實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制3.2.1濕度自動控制控制系統(tǒng)由相對濕度傳感器、智能PID調節(jié)器及風機變頻器構成。相對濕度傳感器采集到車間相對濕度信息傳遞給智能PID調節(jié)器,變頻器受智能PID調節(jié)器的控制調整送風量的變化,實現(xiàn)車間相對濕度自動控制。工作過程示意圖見圖13。3.2.2低功率低轉速調節(jié)當車間相對濕度高于設定值時,由于傳感器作用,變頻器頻率開始下調,主風機轉速降低,電耗也隨著降低。但由于相對濕度遲滯現(xiàn)象,變頻器頻率仍繼續(xù)下降,從而風機轉速和送風量都要繼續(xù)下降。如開始時變頻器頻率45Hz,主電機功率為28kW,變頻器頻率一直下降到10Hz左右為止,此時,主電機功率只有4.0kW左右,車間相對濕度可下降2%左右。此后,又由于相對濕度傳感器作用,變頻器頻率逐漸上升,車間相對濕度逐步開始上調,主電機的轉速和送風量逐漸增加,電機功率也逐漸增大,直至達到設定的最高值為止。這樣,由于變頻器頻率不斷調節(jié),主電機常在低功率和低轉速狀態(tài)下運行,從而達到節(jié)能降耗目的。4號空調室采用人工調節(jié)方式,風機