空調風柜氣水混合冷霧加濕節能技術的研究與應用

謝光輝

長沙卷煙廠，湖南長沙 410014

0 引言

某卷煙廠空調風柜加濕方式采用干蒸汽直接加濕，車間內設計溫濕度值：1月1日～3月30日、12月1日～12月31日溫度（25±2）℃濕度（60±5）%；4月1日～11月30日溫度（23±2）℃濕度（58±5）%。因為設備的設計方面的問題以及室外溫度等因素，在春秋季節過渡時該系統調控精度較低，運行能耗較大，不利于節能降耗。

1 項目來源

1.1 原設備存在的主要問題

1）干蒸汽加濕近似為等溫加濕，對空氣加入蒸汽的同時一般不會改變空氣的溫度，但加濕量大時會略微有所上升。該廠生產車間面積較大，加濕量較大，導致在干蒸汽加濕時送風溫度會上升1℃～2℃。

2）春秋過渡季節或冬季的部分時間雖然室外空氣溫度較低，適宜采用增大新風比的方式來降低車間內部溫度，但此季節室外空氣干燥，如采風過量，將會導致加濕負荷明顯加大，從而車間里的溫度會大幅上升，此時又需開啟制冷機來降溫，此種情況下，一方面用干蒸汽加濕，一方面開制冷機降溫，造成能源的極大浪費。

1.2 項目的考察論證

卷煙生產工藝對溫濕度的控制要求非常高，對于溫度的要求基本近似于恒溫，通常在23℃～28℃，相對濕度在53%～65%之間。根據當前各卷煙廠的現狀，在設計和選用加濕系統時，必須從滿足工藝要求和節約能源兩個方面來考慮。目前等焓加濕可供選擇的加濕器主要有四種形式，一是噴淋加濕，二是濕膜加濕，三是高壓微霧加濕，四是氣水混合冷霧加濕。

1.3 新方案的提出

通過各項指標對比，氣水混合冷霧加濕系統為目前最適合在卷煙廠高精度控制要求的系統。因為：噴淋加濕效果不顯著，耗水量巨大，常常需配合干蒸汽加濕器使用；濕膜加濕控制不精確（滯后控制），而且濕膜本身為親水性材料，有過濾空氣作用，灰塵較多，長期運行更易孳生細菌，很容易引起呼吸系統疾病；由于高壓微霧加濕系統工作量大，不穩定、故障率較高。氣水混合冷霧加濕系統細霧能力強、反應靈敏、線性比例調節噴霧量等特點，能充分滿足精確控制濕度的要求，并在春秋季節可完全替代干蒸汽加濕器，節能效果顯著。

2 項目實施

2.1 氣水冷霧加濕系統的技術特點

氣水冷霧系統采用0.4MPa～0.7MPa的壓縮空氣與0.3MPa～0.6MPa的自來水在噴頭內混合形成沖擊湍流，經過一體化的諧振頭的阻擋和偏轉實現霧化，水霧粒徑0.5μm～5.0μm，蒸發效率高。噴頭無活動和易損零件、噴嘴孔徑較大（一般為2mm左右），對水垢雜質相對不敏感，不易堵塞和磨損，壽命長。比例控制系統調節范圍大（調節比分別為50∶1和100∶1），對控制信號響應迅速。控制系統根據加濕需求信號（0Vdc～10Vdc或4mA～20mA），轉變為氣壓信號控制水壓調節閥和氣壓調節閥，通過調節氣、水壓力來改變加濕量，通過保持恒定的氣、水壓差來實現最佳霧化效果。

2.2 加濕量計算

計 算 公 式 ：（1）hv=ρ·hq=ρ·（d內 -d外 ），（2）Ha=Q·hv/1000 = n·V·hv/1000（ρ：空氣密度，Ha：加濕量，d：焓值）。

以100000m3/h風柜計算，最大新風比40%，最大新風量40000m3/h，查空調設計手冊，該地區冬季空調室外計算溫度：-2℃；冬季空調室外計算相對濕度：79%。卷接包車間內設計溫濕度指標為：1月1日～3月30日、12月1日～12月31日溫度（25±2）℃ 濕度（60±5）%；4月1日～11月30日溫度（23±2）℃ 濕度（58±5）%，根據以上參數查I-D圖，在冬季最不利工況下得出以下數值：d內=2.53g/kg干空氣；d外=13.77g/kg干空氣，根據加濕量計算公式，得出冬季最不利工況下空調風柜加濕量：Ha=539.6kg/h

2.3 產品選型

以上計算結果是以冬季最不利工況計算得出，考慮到冬季最不利工況下采用干蒸汽加濕器進行加濕，過渡季節采用冷霧加濕器進行加濕，冷霧加濕器最大加濕量以最不利工況下加濕量的80%計算，則空調風柜的加濕負荷：432kg/h。根據以上計算，冷霧加濕器選型如下表：

AHU參數 氣水混合冷霧加濕系統序號風量（m3/h）最大設計加濕負荷（kg/h）總加濕能力（kg/h）加濕能力/噴頭（kg/h）耗氣量/噴頭（m3/h）總耗氣量（m3/h）總噴頭數噴頭數/噴桿總噴桿數噴嘴尺寸

注：壓縮空氣供氣壓力 0.5MPa～0.6MPa，最小供水壓力0.35MPa。

2.4 改造方案

在空調風柜的送風段干蒸汽加濕裝置的前端增加了一套冷霧加濕裝置，并與原空調控制系統聯動運行，用于春秋季節替代干蒸汽加濕系統運行。由于冷霧加濕方式必須有足夠長的蒸發距離，以使水霧能與氣流充分混合并蒸發，將空調器的加熱盤管沿來風方向向前移動至與表冷盤管基本并攏，這樣混合段的長度達到1.4m，能滿足蒸發需要，提高吸收效率。在混合段的末端加裝了帶接水盤的濕膜除霧柵，使部分沒有被吸收的水霧被濕膜吸收后在濕膜表面繼續蒸發。冷霧加濕系統最大允許空氣流速為3.8m/s，最佳流速為2.5m/s或更低，經測量該空調風柜空氣流速為2m/s，基本滿足上述要求。改造前后空調器內部結構圖如下：

3 改造后運行效果分析

1）該系統從安裝以來，工作正常、穩定，既能與干蒸氣配合并用加濕，又能單獨工作加濕，且不會出現送風管道滴水的現象；

2）冷霧加濕能很好的減少額外的制冷環節，該系統可以在高壓下利用回風蒸發水，既可加濕又冷卻回風；

3）與原來的干蒸汽加濕相比，該系統只需要很少量的新風，加濕負荷大大降低。

4 經濟效益分析

空調冷霧加濕技術改造投入運行后，每年可減少制冷機運行時間1440小時，制冷機裝機功率1124kW，冷凍水泵187kW，冷卻水泵110kW，合計總功率為1421kW，制冷機每小時運行費用約需1421×1×0.822（工業用電價）=1168元，全年預計節約制冷運行費用約168.2萬元。每年可節約蒸汽6000噸，按每噸100元計，可節約蒸汽費用60萬元。

5 結論

從整體運行情況來看，冷霧加濕模式更適合于卷煙空調春秋季過渡季節車間溫濕度的管理和控制，可有效提高卷煙車間溫濕度的合格率，降低能源消耗。該項目具有一定的先進性和開創性，適合在卷煙行業內進一步推廣和應用。

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