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工藝排風(fēng)熱值回收的節(jié)能分析

2014-04-01 07:11:40,,
關(guān)鍵詞:外排排風(fēng)新風(fēng)

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(中原工學(xué)院, 鄭州450007)

機(jī)器對(duì)電能的消耗,除部分以機(jī)械能的形式轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中外,大多以摩擦熱的形式存在。這些熱量若不及時(shí)排出,會(huì)使機(jī)器運(yùn)行溫度升高,功率消耗增大,最終可能導(dǎo)致機(jī)器損壞。為了維持機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn),需要對(duì)機(jī)器進(jìn)行冷卻、抽風(fēng)或者清潔處理,將這部分排風(fēng)稱(chēng)為工藝排風(fēng)。一般情況下,工藝排風(fēng)溫度比車(chē)間溫度高5~15 ℃[1],其攜帶大量熱量,而這部分熱量中很大一部分是可以被回收利用的,若將其全部排出室外是極大的浪費(fèi)。鑒于此,有必要對(duì)工藝排風(fēng)中的熱值進(jìn)行回收。本文針對(duì)大發(fā)熱量車(chē)間的情況,對(duì)如何回收利用工藝排風(fēng)中的熱值進(jìn)行了分析和探討,為改善車(chē)間工作條件、空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排設(shè)計(jì)和改造提供技術(shù)依據(jù)。

1 原 理

機(jī)器密集型車(chē)間散熱量較大,即使在冬季,車(chē)間溫度也偏高,需要將較高溫度的工藝排風(fēng)排出室外,同時(shí)不停地向車(chē)間送冷風(fēng),以確保車(chē)間溫度不會(huì)過(guò)高。而機(jī)器設(shè)備較少的車(chē)間,因?yàn)檎w發(fā)熱量小,在冬季僅靠機(jī)器發(fā)熱量不足以保證車(chē)間的溫度。為滿足人體衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和工藝生產(chǎn)要求,在冬季必須對(duì)機(jī)器較少的車(chē)間補(bǔ)充熱量。這樣便出現(xiàn)了缺熱的車(chē)間需補(bǔ)熱,而溫度較高車(chē)間的工藝排風(fēng)卻大量外排的矛盾。

為解決此類(lèi)矛盾,在冬季,只需在原基礎(chǔ)上設(shè)置工藝排風(fēng)遷移風(fēng)道,將工藝排風(fēng)中的熱值回收至缺熱的車(chē)間,工藝排風(fēng)量遷移示意圖如圖1所示。將機(jī)器密集型車(chē)間1的工藝排風(fēng)部分或全部轉(zhuǎn)移至機(jī)器較少的車(chē)間2,同時(shí)對(duì)車(chē)間1加大新風(fēng)量,保障車(chē)間的風(fēng)量平衡和正壓要求,減少空調(diào)室的需冷量。而在夏季及其他季節(jié),則關(guān)閉遷移風(fēng)道。

圖1 工藝排風(fēng)熱量遷移示意圖

在夏季,當(dāng)工藝排風(fēng)焓值低于新風(fēng)焓值時(shí),將全部或部分工藝排風(fēng)與新風(fēng)混合以降低新風(fēng)焓值,從而減少空調(diào)室需冷量和新風(fēng)使用量。但當(dāng)工藝排風(fēng)焓值高于室外新風(fēng)時(shí),目前常用的方法是把工藝排風(fēng)全部外排,但由于工藝排風(fēng)量較大,車(chē)間新風(fēng)使用量過(guò)多,增加空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用。因此,本文提出更節(jié)能的措施,即不論工藝排風(fēng)焓值是否高于室外新風(fēng),全部回收工藝排風(fēng),而后使用空調(diào)室的循環(huán)回水對(duì)其進(jìn)行預(yù)冷,使其焓值低于新風(fēng)焓值,這樣可大大減少新風(fēng)使用量,同時(shí)也降低了空調(diào)室的需冷量。

2 熱濕處理過(guò)程

在冬季,新風(fēng)與回風(fēng)混合至狀態(tài)C′后,與工藝排風(fēng)混合到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O送入車(chē)間,缺熱車(chē)間全部由工藝排風(fēng)補(bǔ)熱,全部使用工藝排風(fēng)補(bǔ)熱的處理過(guò)程如圖2所示。如果新風(fēng)與回風(fēng)、工藝排風(fēng)混合后低于室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài)O的要求,可將新風(fēng)與回風(fēng)混合空氣分成兩部分,一部分與工藝排風(fēng)混合到狀態(tài)點(diǎn)O″,另一部經(jīng)噴淋室絕熱加濕到機(jī)器露點(diǎn)K′,表面器再熱到O′狀態(tài)后,兩者再混合至送風(fēng)狀態(tài)O送入車(chē)間,聯(lián)合補(bǔ)熱的處理過(guò)程如圖3所示。

圖2 全部使用工藝排風(fēng)補(bǔ)熱的處理過(guò)程

圖3 聯(lián)合補(bǔ)熱的處理過(guò)程

圖2、圖3中虛線表示工藝排風(fēng)全部外排的熱濕處理過(guò)程,實(shí)線是工藝排風(fēng)熱值回收的過(guò)程;N、N′分別是大發(fā)熱量和小發(fā)熱量車(chē)間內(nèi)的設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn);W為室外狀態(tài)點(diǎn);N1為工藝排風(fēng)狀態(tài)點(diǎn);C為新風(fēng)與回風(fēng)的混和狀態(tài)點(diǎn);K為大發(fā)熱量車(chē)間的機(jī)器露點(diǎn)。

在夏季,將新風(fēng)與工藝排風(fēng)混合經(jīng)空調(diào)室的循環(huán)水預(yù)冷后,再與回風(fēng)混合至C′,過(guò)程如圖4所示?;?qū)⒐に嚺棚L(fēng)預(yù)冷后再與空調(diào)回風(fēng)混合至C′,過(guò)程如圖5所示。

圖4 工藝排風(fēng)和新風(fēng)混合預(yù)處理過(guò)程圖

圖5 僅預(yù)處理工藝排風(fēng)的過(guò)程圖

圖4、圖5中,虛線表示工藝排風(fēng)全部外排;而實(shí)線和短劃線表示回收工藝排風(fēng)的熱濕處理過(guò)程;D表示工藝排風(fēng)或工藝排風(fēng)與新風(fēng)混合后的預(yù)冷狀態(tài)點(diǎn);D′是工藝排風(fēng)與新風(fēng)的混合狀態(tài)點(diǎn)。

3 節(jié)能性分析及相應(yīng)措施

3.1 夏季工藝排風(fēng)熱值回收節(jié)能分析和相應(yīng)措施

3種不同工藝排風(fēng)處理方式的熱濕處理過(guò)程如圖6所示。

圖6 3種不同工藝排風(fēng)處理方式熱濕處理過(guò)程圖

圖6中C點(diǎn)是工藝排風(fēng)全部外排,新風(fēng)與回風(fēng)混合的混合點(diǎn);虛線表示當(dāng)前應(yīng)用較多的方式,即將工藝排風(fēng)全部回用,與回風(fēng)混合后,再與新風(fēng)混合到C″,然后經(jīng)噴淋室處理回用。本文提出將工藝排風(fēng)用表冷器預(yù)冷到室內(nèi)焓值,再與空調(diào)回風(fēng)口的回風(fēng)一起與新風(fēng)混合到C′,經(jīng)噴水室處理后送入室內(nèi)。工藝排風(fēng)是否回用直接影響著車(chē)間新風(fēng)比。假設(shè)送風(fēng)量G不變,工藝排風(fēng)量為G2,占總風(fēng)量的n%,通過(guò)空調(diào)回風(fēng)口的回風(fēng)量G1,占總風(fēng)量的p%,車(chē)間正壓滲透排風(fēng)量為5%×G。當(dāng)工藝排風(fēng)全部外排時(shí)車(chē)間出現(xiàn)負(fù)壓,空調(diào)無(wú)風(fēng)可回, 只能用室外新風(fēng)補(bǔ)充,致使新風(fēng)比劇增,此時(shí)新風(fēng)量為GW=G2+5%×G;當(dāng)工藝排風(fēng)全部回用時(shí),新風(fēng)量最小。參照文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3],最小新風(fēng)比m取5%。

當(dāng)G2全部外排時(shí),新風(fēng)量GW=G2+m%×G,則混合點(diǎn)C的焓值為:

(1)

其中,hN、hw分別為室內(nèi)外狀態(tài)點(diǎn)的焓值。

當(dāng)工藝排風(fēng)G2全部回收,與空調(diào)回風(fēng)混合到N2,再與新風(fēng)混合到C″時(shí),使用最小新風(fēng)量,則混合點(diǎn)C″的焓值為

(2)

其中,hN1為工藝排風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)焓值;hN2為工藝排風(fēng)與空調(diào)回風(fēng)混合狀態(tài)點(diǎn)焓值。

當(dāng)工藝排風(fēng)G2全部回收后預(yù)處理到N,與新風(fēng)混合,使用最小新風(fēng)量,則

(3)

工藝排風(fēng)被全部回收和外排時(shí),進(jìn)入空調(diào)室前混合點(diǎn)的焓值比較為

hc″-hc=(hN1-hW)·n%

(4)

由式(4)可知,當(dāng)hN1>hW時(shí),hc″>hc,說(shuō)明將工藝排風(fēng)全部外排,空調(diào)室需冷量較少,即此時(shí)將工藝排風(fēng)全部外排,空調(diào)室節(jié)能效果較明顯。而當(dāng)hN1

若將工藝排風(fēng)預(yù)處理后,再與空調(diào)回風(fēng)口的回風(fēng)和新風(fēng)混合,或?qū)⒐に嚺棚L(fēng)全部回收但不預(yù)處理時(shí),二者的混合點(diǎn)焓值比較為

hc″-hc′=(hN1-hN)·n%

(5)

假定空調(diào)室處理空氣的機(jī)器露點(diǎn)K不變,則空調(diào)室需冷量減少為

G[(hc″-hK)-(hc′-hK)]=G(hc″-hc′)=

G(hN1-hN)·n%=G2(hN1-hN)

(6)

其中,hK為空調(diào)室處理空氣的機(jī)器露點(diǎn)焓值。

若按工藝排風(fēng)溫度比車(chē)間溫度高5~15 ℃,車(chē)間設(shè)計(jì)溫度32.0 ℃,相對(duì)濕度58%計(jì)算,每回收1 kg工藝排風(fēng),空調(diào)室可節(jié)約需冷量7.29~15.63 kJ。以紡織廠細(xì)紗車(chē)間為例,按每錠細(xì)紗機(jī)工藝排風(fēng)量3.75~4.5 m3/h[4]進(jìn)行計(jì)算,每10萬(wàn)錠細(xì)紗空調(diào)可節(jié)約需冷量972~ 2 084 kW,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)一步研究表明,若利用空調(diào)室循環(huán)水預(yù)處理工藝排風(fēng),室外濕球溫度越低,空調(diào)室節(jié)能量越大,即若將工藝排風(fēng)與新風(fēng)混合后,經(jīng)空調(diào)室循環(huán)水預(yù)處理,讓一部分新風(fēng)負(fù)荷也由預(yù)處理的循環(huán)水承擔(dān),可以更進(jìn)一步降低空調(diào)室的需冷量,節(jié)能更可觀,預(yù)處理工藝排風(fēng)和新風(fēng)的熱濕處理過(guò)程如圖7所示。

圖7 預(yù)處理工藝排風(fēng)和新風(fēng)的熱濕處理過(guò)程圖

3.2 冬季工藝排風(fēng)熱值回收節(jié)能分析和相應(yīng)措施

以紡織設(shè)備為例進(jìn)行分析。經(jīng)測(cè)試冬季紡織設(shè)備排風(fēng)溫度比車(chē)間設(shè)計(jì)溫度高3.5~9 ℃,即相當(dāng)于增焓3.5~9 kJ/kg,則每10萬(wàn)錠細(xì)紗機(jī)工藝排風(fēng)量相當(dāng)于車(chē)間的每小時(shí)補(bǔ)充熱量,即

100 000×1.2×4×5=2 400 000 kJ/h

標(biāo)準(zhǔn)煤熱值29 308 kJ/kg,則對(duì)冬季缺熱車(chē)間加熱1 h 消耗標(biāo)準(zhǔn)煤量為:

2 400 000/29 308=82 kg/h

冬季加熱時(shí)間按90 d計(jì),設(shè)備一天運(yùn)行24 h,則節(jié)煤量為:

82×90×24=176 t

原煤?jiǎn)蝺r(jià)約為760 元/t,折合為標(biāo)煤[5]約為1 064元/t,則冬季節(jié)省費(fèi)用約為:

1 064×176=18.8 萬(wàn)元

在工程實(shí)踐中針對(duì)這一問(wèn)題, 提出了相應(yīng)的解決辦法:

(1)設(shè)置專(zhuān)用工藝排風(fēng)遷移風(fēng)道,使產(chǎn)熱量大的車(chē)間與產(chǎn)熱量小的車(chē)間空調(diào)室相連通,在其上設(shè)置調(diào)節(jié)窗,冬季打開(kāi),夏季關(guān)閉。遷移風(fēng)道可采用普通的磚墻風(fēng)道或玻璃鋼風(fēng)道。對(duì)于產(chǎn)熱量大的車(chē)間,使其空調(diào)室的工藝排風(fēng)調(diào)節(jié)窗可調(diào),以保證在冬季工藝排風(fēng)可送至其他車(chē)間。工程實(shí)踐證明,該方法節(jié)能減排效果良好。

(2)若產(chǎn)熱量大的車(chē)間與產(chǎn)熱量小的車(chē)間相鄰,可在兩個(gè)車(chē)間的隔墻上設(shè)置可調(diào)的調(diào)節(jié)窗,冬季打開(kāi),夏季關(guān)閉。冬季增加產(chǎn)熱量大的車(chē)間的新風(fēng)量,既補(bǔ)充了因大量工藝排風(fēng)外排所降低的壓力,又降低車(chē)間溫度,同時(shí)延遲制冷機(jī)開(kāi)啟時(shí)間。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)設(shè)備密集型車(chē)間發(fā)熱量大,工藝排風(fēng)溫度高。采用傳統(tǒng)的處理方式會(huì)出現(xiàn)夏季空調(diào)室需冷量大,冬季在發(fā)熱量小的車(chē)間需額外補(bǔ)熱,發(fā)熱量大的車(chē)間大量余熱外排的現(xiàn)象。

(2)在冬季,大發(fā)熱量車(chē)間的余熱可以通過(guò)熱量遷移風(fēng)道對(duì)冬季缺熱的車(chē)間進(jìn)行補(bǔ)熱。以紡織廠細(xì)紗設(shè)備為例,每小時(shí)可節(jié)能2 400 000 kJ;整個(gè)冬季可節(jié)省標(biāo)煤量約176 t,節(jié)省費(fèi)用18.8萬(wàn)元。

(3)在夏季,采用表冷器將工藝排風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理,工藝排風(fēng)負(fù)荷和一部分新風(fēng)負(fù)荷由空調(diào)室的循環(huán)水承擔(dān),特別是使用深井水的用戶節(jié)能效果更明顯。按車(chē)間設(shè)計(jì)溫度32.0 ℃,相對(duì)濕度58%計(jì)算,每回收1 kg工藝排風(fēng),空調(diào)室可節(jié)省需冷量7.29~15.63 kJ。

參考文獻(xiàn):

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