（机械工程专业论文）化纤厂空调机组节能分析研究.pdf

中文摘要 论文题目：化纤厂空调机组节能分析研究 专业：机械工程 硕士姓名：张海军( 签名) 张缛旱 指导教师：刘晖( 签名) 梁更社( 签名) 摘要 我国化纤工业已有四十多年的历史，特别是近十几年来我国化纤工业取得了突飞猛 进的发展和令世人瞩目的成就。到2 0 0 7 年底，我国化纤产量达到2 0 0 0 万吨年，位居 世界第一。这不仅能满足国内化纤市场的需要，同时还能将部分产品出口到国外挣外汇。 但化纤企业属于高能耗行业，特别是空调机组的能耗，在化纤企业总能耗中所占比例很 大。目前，我国能源紧张与社会高速发展的矛盾十分突出，节能降耗、建设资源节约型 社会是我国“十一五”的重要目标之一，因此，如何降低空调机组的能耗，已经成为当 前亟需解决的课题。 本研究主要基于洛阳石化总厂和洛阳实华合纤有限责任公司所用空调机组的使用现 状，结合试验改造的方法，通过实际计算对多种影响节能的因素进行分析，比如空调机 组的合理组合、风机形式和选型、变频器的应用、凝结水的回收利用等，从而总结归纳 出化纤厂空调机组节能降耗的多种有效途径，为新建的化纤企业在空调机组的设计、建 设、使用等方面提出了很多宝贵建议，同时也为我国已建化纤企业在空调机组的节能改 造、挖潜增效、持续发展等方面提出了宝贵建议和切实可行的方法途径。本文不仅对化 纤企业节能降耗有益，对很多相关企业的节能降耗也有促进作用，从而为我国经济建设 过程中的节能降耗问题作出自己的贡献。 关键词：空调机组节能降耗合理组合风机形式变频器 论文类型：应用技术研究 i l 英文摘要 s u b j e c t ：a n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fe n e r g ys a v i n gm e t h o d sf o ra i rc o n d i t i o n i n gu n i to f c h e m i c a lf i b e rp l a n t s s p e c i a l i t y ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g n a m e ： z h a n gh a i j u n ( s i g n a t u r e ) i n s t r u c t o r ：l i uh u i ( s i g n a t u r e ) l i a n gg e n g s h e ( s i g n a t u r e ) a b s i r a c 。i c h e m i c a lf i b e ri n d u s t r yo fc h i n ah a sm o r et h a n4 0y e a r sh i s t o r y e s p e c i a l l yo v e rt h ep a s t d e c a d e ，c h e m i c a lf i b e ri n d u s t r yo fc h i n ah a se x p e r i e n c e df r o g l e a p i n gd e v e l o p m e n ta n dm a d e g r e a ta c h i e v e m e n t s t h eo u t p u to f c h e m i c a lf i b e rh a dr e a c h e d2 0m i l l i o nt o n sp e ry e a ri nc h i n a a tt h ee n do f2 0 0 7a n dr e s i d e di nt h ew o r l df i r s tp l a c e t h eo u t p u to fc h e m i c a lf i b e rh a sn o to n l y s a t i s f i e dt h en e e do fd o m e s t i cs y n t h e t i cf i b r em a r k e t ，b u ta l s oc a l lb ep a r t l ye x p o r t e da b r o a dt o e a r nf o r e i g ne x c h a n g e b u tc h e m i c a lf i b e ri n d u s t r yi sh i g he n e r g yc o n s u m e d ，e s p e c i a l l yt h e e n e r g yc o n s u m p t i o no fa i rc o n d i t i o n i n gu n i ta c c o u n t sf o ral a r g ep r o p o r t i o no ft h et o t a le n e r g y c o n s u m p t i o n c u r r e n t l yt h e r ei sas t r o n gt e n t i o nb e t w e e ne n e r g ya n ds o c i e t yd e v e l o p m e n t ，s o d e c r e a s et h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n db u i l dt h er e s o u r c es a v i n gt y p es o c i e t y ：o n eo ft h em o s t i m p o r t a n tt a r g e t sd u r i n gt h ee l e v e n t hf i v e - y e a rp l a np e r i o d t h u sh o w t od e c r e a s et h ee n e r g y c o n s u m p t i o no f a i rc o n d i t i o n i n gu n i th a sb e e no n eo ft h en e c e s s i t a t e dp r o b l e m si np r e s e n t t h i sr e s e a r c hm a i n l yb a s e so nt h eu s i n ga c t u a l i t yo fa i rc o n d i t i o n i n gu n i t st h a tb e l o n gt o l u o y a n gp e t r o c h e m i c a lc o m p a n ya n dl u o y a n gs h i h u as y n t h e t i cf i b e rl i m i t e dl i a b i l i t yc o m p a n y c o m b i n i n gt h em e t h o do ft e s ta n dr e f o r m a t i o n ，a n a l y z e sm a n ye n e r g ys a v i n gf a c t o r st h r o u g h p r a c t i c a lc a l c u l a t i o n ，s u c h 硒r e a s o n a b l ec o m b i n a t i o no fa i rc o n d i t i o n i n gu n i t ，f o r ma n ds e l e c t i o n o ff a n ，a p p l i c a t i o no ft h ei n v e r t e r , r e c y c l i n go fc o n d e n s e dw a t e re t c t h u ss u m m a r i z e sm a n y e f f e c t i v ee n e r g ys a v i n gm e t h o d sf o ra i rc o n d i t i o n i n gu n i to fc h e m i c a lf i b e rp l a n t s p u tf o r w a r d s o m es u g g e s t i o n so ns a v i n ge n e r g yo fa i rc o n d i t i o n i n gu n i tb e l o n g e dt oc h e m i c a lf i b e ri n d u s t r y n e w l y b u i l d e di n d e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n du s i n g ，e t c m e a n w h i l e ，p r o p o s e d s o m ev a l u a b l e s u g g e s t i o n sa n dw o r k a b l em e t h o d sf o rc h e m i c a lf i b e rp l a n t st ot a pt h ep o t e n t i a la n dd e v e l o p s u s t a i n a b l l y n o to n l yc h e m i c a lf i b e rp l a n t s ，b u ta l s oa c q u a i n t a n c ee n t e r p r i s e sc a nb e n e f i tf r o m t h i sr e s e a r c ht od e c r e a s i n gt h ee n e r g yc o n s u m p t i o n a n dm a k ec o n t r i b u t i o no nt h ee n e r g ys a v i n g i nt h ec o u r s eo fe c o n o m yc o n s t r u c t i o ni no u rc o u n t r yb yt h i sr e s e a r c h k e y w o r d s ： a i r c o n d i t i o n i n gu n i t ，d e c r e a s et h ee n e r g yc o n s u m p t i o n ， r e a s o n a b l ec o m b i n a t i o n ，f o r mo ff a n ，i n v e r t e r t h e s i s ：a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c h i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：张趣军日期：删二二邓 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：銎逛军日期：圣堕：! ：艿 导师签名： 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1问题的提出及意义 近几年，随着我国经济建设的发展和人民生活水平的提高，我国纺织工业迅速增长， 纺织产品内需持续扩大。而集中式空调机组已经被广泛应用于纺织、电子、医药及民用建 筑等诸多领域，发挥着越来越重要的作用。在我国化纤企业里，空调机组的能量消耗占企 业能量总消耗的比例很大。据统计，夏季空调因制冷而使用的电量约占化纤企业全部用电 量的2 5 。空调机组的电量和一次能源的比例为3 4 5 ，也就是说，使用一个单位的电量需 要3 。4 5 个单位能量的一次能源。和国外化纤企业相比，我国空调机组的能量消耗是相当大 的。因此，在空调系统的设计、运行、设备制造等方面进行研究分析，总结出一些行之有 效的节能措施是很有必要的。 1 2 国内化纤空调机组发展的历史 自8 0 年代改革开放以来，我国化纤工业的发展令世人瞩目。我国化纤工业的发展经 历了“九五规划前后两个阶段。“九五”以前是在计划经济体制下，由国家投资为主体， 建设了一批象上海石化、天津石化、辽阳石化、四川维尼纶厂以及江苏仪化等大型化纤企 业，使我国化纤产最从1 9 7 0 年的1 0 万吨，快速增加到1 9 9 5 年的3 2 0 万吨。第二阶段是 从“九五 开始，在这个期间，行业经济基本进入市场化运作，由卖方市场转向买方市场。 随着民营企业和“三资”企业等非公有资本的注入，使化纤行业得到了快速发展，到2 0 0 7 年，我国化纤总产量已达到2 0 0 0 万吨，产量位居世界第一。伴随着化纤行业的发展，我 国化纤机械工业从无到有，从小到大，从单机到成套，经历了漫长曲折的发展历程，基本 满足国内化纤企业生产的需要。中国化纤工业发展的初期和中期，基本上是以引进国外技 术和设备为主，自2 0 世纪9 0 年代中期开始，特别是近几年化纤工业的发展促进了我国化 纤机械工业的发展和提高。上世纪6 0 年代，我国纺织厂和化纤厂中使用的空调设备，大 多是从瑞士l u w a 公司或其他国家进口，或者是仿l u w a 国产设备。8 0 年代初，随着化纤生 产线的引进，化纤生产用的侧吹风、环吹风空调机组基本上配套引进。德国生产线一般配 k r a n t z 空调机组，瑞士则配l u w a 装置，也有从意大利和日本引进的设备。从9 0 年代初开 始，河南郑州及江、浙地区的国营和民营企业在消化吸收国外先进技术的同时，也开始研 制国产化纤工艺空调机组。从近几年实践表明，国产空调机组不仅达到了国际同等技术水 平，而且其价格比进口设备低得多。目前，国内许多大化纤项目包括引进的生产线，都配 备国产侧吹风或环吹风空调机组。比如绍兴赐富集团、浙江远东公司、保定天鹅集团、洛 阳实华合纤公司等都采用国产空调装置，其设备性能和技术指标都达到国外同类水平，但 价格比进口设备低得多，为我国化纤工业的发展作出了贡献。 西安石油大学硕士学位论文 1 3 国内化纤空调机组的能耗现状简介 化纤厂空调机组是一种集中处理空气的系统，其冷热量由风机通过风道输送到生产车 间的各个地方，以满足生产需要。目前，我国化纤厂空调机组基本实现国产化，其中南京 仪征化纤厂使用的空调机组是由浙江双良空调器厂设计制造的，天津石化化纤厂空调机组 是由北京安迪空调器厂设计制造的。 化纤空调机组是一个复杂的系统，它除了包括空调机组本身以外，还涉及了蒸汽系统、 冷冻水系统、冷却水系统等多个系统。因此，整个空调机组的能效高低和工程设计、安装 质量以及各个分系统的工况有很大关系。 化纤空调机组与家用空调器有很大的区别，家用空调器只要用户确定室外机和室内机 安装位置，由安装工进行安装，用制冷剂铜管连接室内、外机即可。但化纤空调机组不是 传统意义上的家电产品，它作为建筑工程的一部分，必须根据生产的具体情况进行设计， 必须由专业安装队伍进行施工安装。设计的科学性、合理性，施工质量的好坏，将直接影 响到空调机组的使用效果，甚至决定空调系统能否正常运行【。 审视我国化纤空调行业，不难看到，至今国家没有统一的行业标准来规范化纤空调机 组的设计、施工验收、运行管理等。由于部分化纤空调机组生产厂家行业自律不够，虽然 也有生产、经销安装的社会分工，但安装施工企业的经营理念和作业水平尚不能承担起安 装中每个环节责任，生产企业没有重视对经销商、工程公司在安装施工上去引导、培训、 规范及监管，以确保安装施工质量。因此，目前化纤空调行机组还没有摆脱无规范、无序 的激烈竞争，这无疑阻碍了我国化纤空调行业的发展，同时施工质量的好坏也直接影响到 空调机组未来的运行效率，导致我国化纤厂空调机组的能耗比国外相同企业高出很多。 另外，虽然近几年私人投资化纤行业的比例越来越大，但因为化纤行业对企业技术和 资金的要求都很高，所以我国化纤企业大部分都是国企。而国企特别是大型国企，以前对 节能降耗的意识并不强，近两年在国家创建节能型社会的号召下有了很大改善，但长期积 累下的问题并不是一朝一夕能解决的，国内化纤空调机组的效率就比国外相同企业的低很 多。除了上面提到的设计、安装质量问题以外还有很多因素，比如说蒸汽冷凝水和夏季表 冷器凝结水在我国化纤企业中大部分都当做生产废水处理掉，但其实它们也是一种能源， 如果加以利用，不仅可以减少环境污染，同时也可以为企业增加效益，降低成本。又比如 国内大部分空调机组的风机和水泵还使用普通的阀门来控制流量，而国外已经大量使用变 频器来控制转速从而调节流量，这样就导致了我国空调机组的能耗比国外高出很多。 我国化纤行业近十几年来发展迅速，产量已经位居世界第一，但也应看到我们在很多 地方存在不足。特别是在单位产品能耗上与发达国家相比还有很大差距，空调机组的能耗 占到化纤厂总能耗的2 0 以上，因此如何降低我国化纤厂空调机组的能耗就显得格外重 要。 1 4洛阳实华合纤有限责任公司简介 2 第一章绪论 洛阳实华合纤有限责任公司是洛阳石化宏达实业总公司的下属公司。该公司己建的 1 8 万吨年聚酯装置，采用中国纺织工业设计院先进的专用工艺技术，以锑系组分为催化 剂、精对苯二甲酸( p t a ) 和乙二醇( e g ) 直接酯化、连续缩聚工艺技术，生产纤维级聚酯， 为聚酯融体直纺涤纶短纤维提供丰富的原料。该项目中短纤装置的规模为1 8 万吨年，2 0 0 4 年6 月底，土建施工正式开始动工，2 0 0 6 年3 月短纤一线开工投产，2 0 0 6 年1 0 月短纤二 线正式生产出产品。该短纤装置使用了5 台郑州中恒空调器有限公司生产安装的空调机组。 其中三台是工艺空调，两台是环境空调。通过一年半的使用情况来看存在一些设计设、运 行、设备制造等方面的缺陷，从而导致水、电、汽等能源的很大浪费。结合我国化纤厂的 情况也存在同样的问题，所以大型空调机组的节能问题是一个急需研究和解决的课题。 1 5 研究内容及方法 本文通过对洛阳石化总厂长丝车间和洛阳实华合纤有限责任公司短纤装置空调机组 的使用现状分析，结合理论分析和实际计算，主要从六个方面对空调机组的节能降耗进行 分析： ( 1 ) 结合洛阳实华合纤公司短纤装置工艺空调机组的实际情况，通过计算分析，得出 不同空调机组组合形式的能耗差别。 ( 2 ) 结合洛阳实华合纤公司短纤装置工艺空调机组的情况，结合实际改造，分析不同 形式的风机所带来的能耗差别。 ( 3 ) 通过对洛阳实华合纤短纤装置工艺空调机组喷淋方式的改造，分析研究了喷淋水 泵采用变频器控制后所带来的能耗降低：通过对洛阳石化总厂长丝车间风机控制方式改 造，分析了风机使用变频器前后的能耗差别。 ( 4 ) 通过设备改造，对冷凝水和凝结水进行回收利用，从而降低空调机组的能耗。 ( 5 ) 从空调机组水系统着手，分别分析了影响冷冻水系统、冷却水系统和喷淋水系统 效率的各种因素。 ( 6 ) 从换热设备的使用、空调过滤袋的使用以及不同季节空调机组的调节方式来进行 节能降耗分析。 3 西安石油大学硕士学位论文 第二章从空调机组合理组合进行节能分析 2 1 空调机组的组合形式 化纤纺织企业中空调机组根据其用途可分为工艺用空调和环境用空调两大类。前者用 来为生产( 如f d y 侧吹风系统、短纤环吹风系统) 提供工艺用风，后者则为车间各区域提供 空气调节用风。由于两者服务对象不同，有的工厂中把它们分别设计为两个独立的系统。 近几年来，由于复合式空调机组的应用，也有把这两个系统设计成一个相互关联的大 系统。在大型的集中式空调系统中，均采用组合式空调机组，该种空调机组由各种空气处 理设备( 如加热、冷却、加湿、过滤、消音) ，输送设备( 如通风机、风阀) 和控制设备等单 元体组成。这些单元体可以根据各种需要进行组合，空调机组也可以根据现场的空问场地 进行适度的调整，安装起来非常方便。根据有无回风来划分，组合式空调机组常见的有三 种形式叨： 全新风空调机组 带有回风的空调机组 带有回风的复合式空调机组 各种方式空调组合流程图如图2 - 1 所示：图中( a ) 与( b ) 组合，构成定露点再热方式控 制的工艺用空调机组；( a ) 与( c ) 组合，构成露点送风的环境用空调机组： ( a ) 与( b ) 、( c ) 同时组合，构成向环境和工艺流程同时送风的三风机形式的复合式空调机： 以 翻 “)劬 图2 1 各种空调组合流程图 r a - 回风e a ：排风o a ：新风s a ：送风 ( a ) ：基本加热冷却单元彻：定露点再热送风单元( c ) ：送风单元 2 2 各种组合形式的特点 在空气处理过程中，定露点再热方式存在着一定的能量浪费。如在夏季，把空气先冷 4 第二章从空调机组的合理组合进行节能分析 却到所需的机器露点，再通过二次加热，达到所需的温度、湿度。在这一空气处理过程中， 存在着冷热抵销的的现象。但采用该种方式，其送风温湿度参数只受露点温度这一个参数 的影响，能保证送风参数的精确膨3 1 。 对于工艺用空调，其送风参数的精确度要求很高。例如短纤纺丝环吹风对工艺风的各 项参数具体要求为：风温1 9 - 4 - 0 5 c ，相对湿度为8 5 5 、送风风压在2 0 0 0 2 0 p a 。为了 保证送风参数控制在要求的精度范围以内，工艺用空调一般采用定露点再热方式，以多消 耗能量来获取精确度。 对于环境用空调来讲，其送风参数的精度要求不高，为了降低能耗，一般采用变露点 送风，露点温度随季节而变。如在夏季，露点温度设定为2 4 ，在冬季为1 8 ，并且可 以采用其它空气处理方式，如可以控制喷淋水泵的水量或采用干蒸汽加湿的方式来控制送 风相对湿度，节省水泵的能耗。 在图2 - 1 中的三种组合形式中，复合式空调机组能耗浪费最大。虽然复合式空调机组 存在着节省空间场地、相对造价低廉等优点，但由于工艺流程用风和环境用风均通过同一 喷淋室进行绝热加湿，只能根据某一路的送风参数来设定露点温度，为了保证工艺流程送 风参数的精确度，其露点温度是根据工艺送风参数来设定的，使得环境空调也只能在此露 点温度下运行，容易造成空调区域夏季过冷和冬季过热，不仅浪费能量，而且对人体舒适 和健康来讲也是不适宜的 4 1 。 对于全新风空调机组，由于全部采用室外新风，没有利用空调区域的回风，能量消耗 很大，所需的加热器和冷却器的管排数也比有回风的要多，同时也增加了风阻。除非工艺 流程或车间某一空调区域有特定的要求，一般不采用该种方式【5 1 。 2 3 洛阳实华合纤短纤装置工艺空调的组合形式 洛阳实华合纤有限公司短纤装置使用的三台工艺空调机组就是全新风空调机组，这种 情况主要是因为空调安装预留场地尺寸偏小以及设计上考虑到设备成本等因素造成的，但 这样就给我们日常生产中进行节能降耗带来了很大的弊端。 首先夏季室外温度比较高，而根据实际测量空调排风温度是2 4 ，无论冬夏季节基本 保持固定不变。带回风的空调机组可以通过混风阀把新回风根据实际需要按一定比例混合 制成接近送风温度的风源，而全新风空调机组只能利用室外新风作为补充风源，不能利用 空调排风作为补充风源。夏季空调机组是利用冷冻水对空气降温的，这样就造成了冷冻水 的浪费。 同样冬季室外温度比较低，全新风空调机组只能利用室外低温空气作为补充风源，冬 季空调机组是利用0 3 5 m p a 过热蒸汽对空气加热的，这样因不能使用回风也导致了蒸汽的 浪费。 5 西安石油大学硕士学位论文 2 4 全新风空调机组节能潜力分析 现在我们就以洛阳实华合纤短纤装置三台工艺空调为例通过实际计算来分析全新风 空调机组和带回风空调机组的能耗差别。 洛阳实华合纤有限责任公司短纤装置三台工艺空调机组采用的组合形式是全新风空 调机组形式，每台机组的名义送风量是6 1 2 0 0m 3 h ，机组的送风温度为1 9 ，排风温度 实际测量为2 4 。 2 4 1 夏季全新风空调机组和带回风空调机组的节能潜力分析 首先我们先计算分析在夏季这三台全新风空调机组和带回风空调机组的能耗差别。根 据资料记载洛阳地区夏季七到十月室外空气平均温度为2 7 5o c t 6 1 ，因为全新风机组的补充 风源不能利用排掉的空气( 排气温度为2 4 1 2 ) 作为回风，而只能全部使用室外新风( 温度 为2 7 5 c ) ，而工艺空调夏季是利用冷冻水为空气降温，这样就增加了冷冻水的用量，从 而增加了能耗。根据热量计算公式【7 】： q = c m a t 式中：c 一传热物质的比热， j ( k g 木c ) ； m 传热物质的质量，k g , t _ 一传热物质的温差，； 其中： 式中：p 一空气的密度， k g m 3 ： v 一空气的体积，m 3 ； 式中tt l 一夏季室外空气温度，； t 2 一夏季空调排气温度，； m = p v t - - t l t 2 因为知道了空调机组的名义送风量，根据体积计算公式： 式中：【广一空调机组送风量，m 3 h ： t 一送风时间，h ：、 悦t 6 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 第二章从空调机组的合理组合进行节能分析 可得到一个小时通过机组的空气体积： v = 6 1 2 0 0m 3 一个大气压下、温度为2 7 5 1 2 的空气密度可从表2 1 中近似查出为 9 1 ： 9 = 1 2 9 4k g m 3 表2 - 1 空气状态表 p t o1 02 03 0 4 05 06 07 08 0 9 0 m p a 0 0 9 81 2 5 1 51 2 0 7 21 1 6 6 11 1 2 7 61 0 9 1 7 1 0 5 7 71 0 2 6 l0 9 9 6 20 9 6 8 00 9 4 1 3 0 t o l1 2 9 2 81 2 4 7 l1 2 0 4 6 1 1 6 4 9 1 1 2 7 71 0 9 2 6 1 0 6 0 01 0 2 9 l1 0 0 0 00 9 7 2 4 0 1 9 62 5 0 3 0 2 4 1 4 42 3 3 2 2 2 2 5 5 2 2 1 8 3 42 1 1 5 4 2 0 5 2 2 1 9 9 2 4 1 9 3 6 01 8 8 2 6 0 2 9 43 7 5 4 5 3 6 2 1 63 4 9 8 33 3 8 2 5 3 2 7 5 13 1 7 3 1 3 0 7 8 3 2 9 8 8 62 9 0 4 02 8 2 3 9 0 3 9 25 0 0 6 0 4 8 2 8 84 6 6 “4 5 1 0 44 3 6 6 8 4 2 3 0 84 1 0 4 4 3 9 8 4 83 8 7 2 03 7 6 5 2 0 4 9 06 2 5 7 5 6 0 3 6 05 8 2 0 5 5 6 3 8 0 5 4 5 8 5 5 2 8 8 56 1 3 0 54 9 8 l o 4 8 4 0 04 7 0 6 6 0 5 8 87 5 0 9 0 7 2 4 3 26 9 9 6 66 7 6 5 6 6 5 5 0 26 3 4 6 2 6 1 5 6 6 5 9 7 7 25 8 0 8 05 6 4 7 8 o 6 8 68 7 6 0 58 4 5 0 48 1 6 2 77 8 9 3 27 6 4 1 97 4 0 3 9 7 1 8 2 76 9 7 3 46 7 7 6 06 5 8 9 1 0 7 8 41 0 0 1 29 6 5 7 69 3 2 8 89 0 2 0 8 8 7 3 3 68 4 6 1 6 8 2 0 8 8 7 9 6 9 67 7 4 4 05 5 3 0 4 0 8 8 21 1 2 6 31 0 8 6 41 0 4 9 41 0 1 4 89 8 2 5 39 5 1 9 3 9 2 3 4 9 8 9 6 5 88 7 1 2 08 4 7 1 7 0 9 8 01 2 5 1 51 2 0 7 2 1 1 6 6 l1 1 2 7 61 0 9 1 71 0 5 7 71 0 2 6 l9 9 6 2 0 9 6 8 0 09 4 1 3 0 1 0 7 81 3 7 6 61 3 2 7 91 2 8 2 7 1 2 4 0 31 2 0 0 81 1 6 3 41 1 2 8 71 0 9 5 81 0 6 4 81 0 3 5 4 1 1 7 61 5 0 1 81 4 4 8 61 3 9 9 3 1 3 5 3 l 1 3 1 0 01 2 6 9 2 1 2 3 1 31 1 9 5 4 1 1 6 1 61 1 2 9 5 1 2 7 41 6 2 6 91 5 6 9 31 5 1 5 91 4 6 5 81 4 1 9 21 3 7 5 01 3 3 3 91 2 9 5 0 1 2 5 8 4 1 2 2 3 6 1 3 7 21 7 5 2 l1 6 9 0 01 6 3 2 5 1 5 7 8 61 5 2 8 3 1 4 8 0 71 4 3 6 51 3 9 4 6 1 3 5 5 21 3 1 7 8 1 4 7 01 8 7 7 21 8 1 0 81 7 4 9 11 6 9 1 41 6 3 7 51 5 8 6 5 1 5 3 9 11 4 9 4 3 1 4 5 2 01 4 1 1 9 1 5 6 92 0 0 2 41 9 3 1 51 8 6 5 7 1 8 0 4 11 7 4 6 71 6 9 2 31 6 4 1 7 1 5 9 3 9 1 5 4 8 81 5 0 6 0 1 6 6 72 1 2 7 5 2 0 5 2 21 9 8 2 3 1 9 1 6 9 1 8 5 5 81 7 9 8 01 7 4 4 31 6 9 3 5 1 6 4 5 81 6 0 0 2 1 7 6 52 2 。5 2 72 1 。7 2 92 0 9 8 9 2 0 2 9 61 9 6 5 0 1 9 0 3 8 1 8 4 6 9 1 7 9 3 l 1 7 4 2 41 6 9 4 3 1 8 6 32 3 7 7 82 2 9 3 62 2 1 5 52 1 4 2 4 2 0 7 4 22 0 0 9 61 9 4 9 51 8 9 2 7 1 8 3 9 21 7 8 8 4 1 9 6 l 2 5 0 3 0 2 4 1 4 4 2 3 3 2 22 2 5 5 2 2 1 8 3 42 1 1 5 4 2 0 5 2 2 1 9 9 2 4 1 9 3 6 01 8 8 2 6 空气的比热为： c 空= 1 0 1 k j ( k g , c ) 7 西安石油大学硕士学位论文 因不能使用排风作为补充新风导致必须将吸入的新风多降温3 5 c ，e p - a t 空= 3 5 然后将公式( 2 2 ) 和公式( 2 3 ) 代人公式( 2 - 1 ) 中可计算出因使用全新风形式每台空调 机组一个小时多消耗的能量： q 新= 2 8 1 0 8j 进而可计算出夏季7 到l o 月每台空调机组多消耗能量为： q 总= 5 , 1 0 1 1j 根据现场实际测量，空调机组冷冻水的进口温度8 ，出口温度为1 2 ，冷冻水经换热后 降温4 ，即： 水的比热为： a t 永- = 4 c 柬- 2 k j ( k g * c ) 那么根据热量计算公式( 2 1 ) 可计算出每吨冷冻水经过换热后吸收热量为： q 永_ 1 6 8 , 1 0 7j 这样通过计算q 总q 水可得出因使用全新风形式每台空调机组每年夏季多使用冷冻水量为： p = 4 9 6 1 5 0 0 0k g 每吨冷冻水按内部结算价1 3 元计算，则每台空调机组每年夏季因多使用冷冻水多浪费约 6 5 万元人民币。 2 4 2 冬季全新风空调机组和带回风空调机组的节能潜力分析 其次我们来计算分析在冬季这三台全新风空调机组和带回风空调机组的能耗差别。通 过资料可查出洛阳地区冬季l1 月到3 月平均温度为一7 ，因不能利用回风作为补充风源 8 第二章从空调机组的合理组合进行节能分析 空调机组将多消耗蒸汽来加热空气，机组的送风温度为1 9 c ，则： a t = 2 6 同理根据热量计算公式( 2 1 ) 、( 2 2 ) 和公式( 2 3 ) 可得因使用全新风形式每台空调机组 冬季- d , 时多消耗能量： q 暂= 2 0 8 1 0 9j 进而可得出每台空调机组每年冬季1 1 月到3 月多消耗能量： q 总= 7 7 3 7 6 1 0 杞j 在冬季我们是利用0 3 5 m p a 、1 4 8 c 的过热蒸汽对空气加热，经过现场测量加热器出口蒸汽 冷凝水的温度为7 0 c 。从0 3 m p a 、1 4 8 c 的过热蒸汽到7 0 c 冷凝水要经过三个放热阶段1 8 1 ： 第一个阶段为o 3 5 m p a 、1 4 8 4 c 的过热蒸汽变成0 3 5 m p a 饱和蒸汽放出的热量我们定 义为q - 。 第二个阶段为0 3 5 m p a 饱和蒸汽变为同温度下饱和水放出的热量我们定义为q 2 。 第三个阶段为饱和水变为7 0 度的冷凝水放出的热量我们定义为q ，。 下面我们分别计算这三个阶段变化所释放的热量。通过焓熵表查询软件e , a s y q u e r y 如图卜2 所示，我们可以计算出0 3 5 m p a 饱和蒸汽的温度为： t s = 1 3 8 8 9 1 同理也可计算出0 3 5 m p a 饱和蒸汽的汽化潜热： r = 21 4 7 9 k j k g 9 西安石油大学硕士学位论文 通过查询水蒸汽热力性质表可得03 5 m p a 、1 4 8 ( 2 水蒸汽的比热为 则 c = - - 22 2k j k g k a tl = 1 4 8 1 3 88 9 1 1 91 0 9 根据公式( 2 - i ) 可计算出每吨03 5 1 v i p a 、1 4 8 c 的过热蒸汽变成03 5 m p a 饱和蒸汽时放出 的热量为： 乱- 20 2 2 1 9 8 1 0 t j 因为一定温度的水汽化变成一定压力的水蒸气所吸收的热量和相同压力下水蒸气凝结成 相同温度的水所放出的热量相等，又0 3 5 m p a 饱和水蒸气的汽化潜热为： 第二章从空调机组的合理组合进行节能分析 所以根据汽化潜热计算公式： w = r x m( 2 4 ) 式中：r 一不同状态下水的汽化潜热， k j k g ； m 一水的质量，k g ； 通过计算可得一吨0 3 5 m p a 、1 3 8 8 9 1 。c 的饱和水蒸气变成相同温度饱和水时放出的热量 为： q 2 - - 2 14 7 9 1 0 9j 水的比热为： c 水= 4 2k j k g k 同理根据热量计算公式( 2 - 1 ) 可计算出1 3 8 8 9 1 饱和水变成7 0 的水放出热量为： o s = 2 8 9 3 4 2 2 1 0 8j 将三个阶段的放热量相加就可计算出每吨0 3 5 m p a 、1 4 8 c 过热蒸汽变为7 0 度水放出热量 为： 瓴= 2 4 5 7 4 6 4 1 8 1 0 9j 将q q 即可计算出每台全新风空调机组每年冬季比带回风的空调机组多消耗蒸汽： w = q q 4 = 3 1 4 8 6 0 0 k g 每吨蒸汽按内部结算价9 8 元计算，则每年每台空调机组冬季因多使用蒸汽而浪费资金约 3 1 万元。 2 5 小结 通过上面的分析计算，我们可以看出：全新风空调机组和带回风空调机组在能耗方面 的差别。特别是在冬夏两个季节，因室外新风温度过低或过高，全新风空调机组不能利用 排风作为补充风源，导致浪费了大量的冷冻水和蒸汽能源。因此，在空调机组的组合形式 上，已经不建议使用全新风空调机组。即使是已经在用的全新风空调机组，也建议在有条 件的情况下，改造成带回风的空调机组。虽然增加了一定的投资，但从长期来看，对节省 西安石油大学硕士学位论文 能源是有很多好处的，增加的投资短期内也能收回。 另外，带回风的空调机组有两台风机，一台送风机，一台回风机，送风机一般安装 在送风段，送出的风只需经过中效和亚高效过滤段，如图2 - 3 所示： 霹风机 翻效 咬游段遐风飙串效 囊麓效 图2 3 带回风空调机组流程图 而全新风空调机组只有一台送风机，而没有回风机，这样它的送风机只能安装在空调机组 的新风段，送出的风要经过初效过滤段、喷淋水段、中效和亚高效过滤段，如图2 4 所示： 图2 _ 4 全新风空调机组流程图 这样全新风空调机组的送风机负荷要比带回风空调机组送风机负荷高得多，对送风机的要 求也特别苛刻，一般都使用国外进口风机来装配。 1 2 第三章从空调机组风机形式和选型进行节能分析 第三章从空调机组风机形式和选型进行节能分析 3 1 从空调机组风机形式进行节能分析 目前，国内空调机组使用的风机形式大部分为普通的离心式轴流风机，这种风机结构 简单，维护方便，技术比较成熟，送风的风量和风压比较平稳。但在近几年出现了喷雾风 机，并且在空调机组上的使用率不断增加【1 0 l 。喷雾风机实际上是在轴流通风机上安装了机 械雾化器，如图3 - i 所示，由于该雾化器的加入，使风机不仅具有送风功能，而且还有喷 雾加湿的功能，从而适应了纺织空调系统的需要，节省了水泵及电机、喷淋管道，减少了 占地面积和建设成本。下面我们就这两种风机形式进行节能分析。 l 2 图3 - i新型喷雾风机结构示意图 1 ：高压水泵2 ：风机叶轮3 ：电动机 3 1 1 空调机组喷淋室加湿方式简介 国内大部分纺丝空调机组都使用普通的离心式风机，使用离心式风机的空调机组一般 采用喷淋室加湿为主，干蒸汽加湿为辅的加湿方式。干蒸汽加湿就是通过控制电动阀的开 度进而控制干蒸汽的加入量，通过这种方式可以精确控制空调机组的送风湿度。它的具体 工作过程为：空气首先经过喷淋室加湿达到7 5 左右的相对湿度，然后经过干蒸汽加湿达 到工艺要求的8 5 送风湿度。喷淋室就是通过喷淋水泵把不同温度的水喷成雾滴，使之在 喷淋室中与空气直接接触并产生热湿交换，实现空气状态参数的多种变化，喷淋室加湿流 程如图3 - 2 所示： 1 3 西安石油大学硕士学位论文 图3 2 喷淋室加湿示意图 1 ：前挡水板2 ；后挡水板3 ：喷嘴及喷嘴排管4 ：补水浮球阀5 ：溢流管6 ：泄水管7 ：喷淋水泵 喷淋室加湿的工艺流程为：送风机输送的空气经前挡水板( 1 ) 进入喷淋室，喷淋水 泵( 7 ) 把水槽( 4 ) 中的水加压通过喷嘴( 3 ) 均匀喷出，空气与水雾在喷淋室中进行热湿交 换后经过后挡水板( 2 ) 送到现场供工艺用风使用。 a 挡水板挡水板分为前挡水板和后挡水板。前挡水板的目的是使空气进入喷淋室时气 流均匀，挡住可能喷出来的水滴；后挡水板的作用是将空气中悬浮的水滴分离出去，当水 滴与挡水板相碰后沾附在挡水板上，形成水膜，然后沿挡水板流入水池。实际经过挡水板 的空气中仍含有部分水滴，这部分水称为挡水板的过水量或空气带水量。从挡水效果看， 挡水板的折数多，夹角小是有利的，但空气通过挡水板的阻力也会增加。我们所用前后挡 水板的结构如图3 - 3 和图3 - 4 所示： 1 4 第三章从空调机组风机形式和选型进行节能分析 图3 - 3 前挡水板示意图 ；2 5 0 渺 图3 - - 4 后挡水板示意图 为了提高挡水效果，我们采用了塑料纤维挡水板，在每折挡水板的纵向还设置了若干条凸 道，以便更好地起到挡水作用，同时由于每折挡水板间的夹角均在1 2 0 4 ，也减少了风通 过时的阻力，一定程度上降低了空调送风机的负荷。在实际应用中，该两种挡水板的效果 还是比较理想的。但是，因为我们采用的喷淋水是新鲜水，而非软化水，导致挡水板在长 时间使用后表面结垢较为严重。这样以来，挡水板表面的水垢就会把凸道与凸道之间填平， 降低了挡水板的挡水效果，使挡水板的过水量增大，增加了空调机组和现场设备的锈蚀。 我们在日常维护中通过定期清理挡水板以提高挡水板的挡水效果。 b 喷嘴国内空调机组广泛使用的是y - i 型离心喷嘴，如图3 - 5 所示，它主要由喷嘴盖和 喷嘴座两部分组成。喷嘴盖前端的材质是不锈钢，不锈钢中心加工由圆形喷孔，喷孔孔径 一般为为2 5 5 m m 。喷嘴座材质为工程朔料，喷嘴的底部加工有内螺纹，用来与喷嘴排管 连接。具有一定压力的水由切线方向进入喷嘴空间，围绕锥体旋转，以螺旋运动形式由顶 盖中心的小孔喷射出来，形成有一定角度的圆锥形水幕。喷嘴喷出的水量、水滴大小、水 苗长短以及水苗扩散角度的大小，与咭喷嘴构造、孔径和喷水压力有关。同孔径喷嘴，水 压趣大，喷水量趣大，水苗越长，水滴越小，扩散趱大：在相同水压下，同类喷嘴的孔径 趣小，喷水量趣小，水滴越细。 西安石油大学硕士学位论文 图3 - 5 喷嘴结构示意图 。我们所用的喷嘴与其类似如图3 _ 6 ： 图3 _ 6 洛阳实华合纤所用喷嘴结构示意图 c 喷排喷嘴在喷淋室中