紡織空調(diào)雙噴淋室應(yīng)用及節(jié)能分析

韓 淼 丁兆強(qiáng) 周義德

(1.河南省城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)院有限公司，河南鄭州，450006；2.中原工學(xué)院，河南鄭州，450007)

隨著紡織企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，車間裝機(jī)規(guī)模逐步擴(kuò)大，車間需要的降溫冷負(fù)荷越來越多，鑒于生產(chǎn)成本和環(huán)境保護(hù)的要求，企業(yè)能夠提供的降溫冷源十分有限，致使紡織車間溫度逐年升高，最高可達(dá)36 ℃以上[1]，嚴(yán)重影響車間生產(chǎn)效率和工人勞動條件，設(shè)備生產(chǎn)效率下降，事故頻發(fā)，甚至造成人員中暑事件。如何在現(xiàn)有的條件下，挖掘空調(diào)設(shè)備潛力，降低車間溫度是改善勞動條件、提高生產(chǎn)效率的主要任務(wù)。本文針對目前國內(nèi)多數(shù)紡織車間空調(diào)設(shè)備現(xiàn)狀，在利用原有空調(diào)設(shè)備及冷源的基礎(chǔ)上，探討采用雙噴淋室空氣處理方法，充分利用現(xiàn)有空調(diào)冷源的冷量，降低回風(fēng)溫度，降低空氣處理過程需要的制冷量。

1 雙噴淋室原理

所謂雙噴淋室，就是在細(xì)紗、集聚紡等主機(jī)散熱排風(fēng)的回用通道上加裝一套小型噴淋降溫裝置(簡稱輔助噴淋室)，利用原空調(diào)噴淋室的空調(diào)廢水，噴淋處理細(xì)紗、集聚紡等車間主機(jī)的高溫工藝排風(fēng)，達(dá)到減焓降溫的目的。由于一般空調(diào)室的位置緊張，輔助噴淋室可加裝在工藝排風(fēng)處理后回用的通道上，利用工藝排風(fēng)機(jī)的余壓，將高溫工藝排風(fēng)壓入輔助噴淋室。經(jīng)過噴淋降溫裝置處理后，空氣狀態(tài)從N1點(diǎn)至L12點(diǎn)，使空氣溫度降低，焓值減少，再送入回風(fēng)通道和車間地排風(fēng)混和。通過主噴淋室進(jìn)行熱濕處理后，將露點(diǎn)空氣經(jīng)車間主送風(fēng)機(jī)送入車間，實(shí)現(xiàn)車間的空氣調(diào)節(jié)?？諝馓幚碚{(diào)節(jié)過程在焓濕圖上如圖1所示。

圖1 雙噴淋室空氣處理調(diào)節(jié)過程

通過噴淋室熱工性能分析可知，對于所有空氣處理過程，噴淋室通用熱交換效率計(jì)算公式如下[2]。式(1)中：t1、t2為處理前、后空氣的干球溫度，單位℃；ts1、ts2為處理前、后空氣的濕球溫度，單位℃；t3為理想狀態(tài)下處理后空氣的干球溫度，單位℃。

(1)

從公式(1)可知，由于理想狀態(tài)下處理后空氣的干球溫度t3取決于噴淋室水的溫度，水溫一定,t3基本保持穩(wěn)定。實(shí)際過程處理后空氣的干濕球溫度和水溫與噴水量有關(guān)，在噴水量滿足要求的條件下，t2越接近t3，t2和ts2的溫差越小，熱濕交換效率越高。故噴淋室通用熱交換效率的高低取決于t1、t2的溫差，溫差越大，熱濕交換效率越高。

由于工藝排風(fēng)溫度高，含熱量大，一般比車間排風(fēng)溫度高5 ℃～15 ℃。直接回用會造成車間溫度升高，直接外排，由于室外新風(fēng)的含濕量大，又會在夏季高溫高濕季節(jié)難于控制車間相對濕度，造成羅拉膠輥纏繞，鋼領(lǐng)變澀，斷頭增加，不利于生產(chǎn)。因此對夏季使用井水等天然冷源的紡織企業(yè)，在現(xiàn)有的空調(diào)設(shè)備條件下，挖掘空調(diào)潛能，降低車間排風(fēng)溫度，從而降低主噴淋室進(jìn)風(fēng)溫度勢在必行。采用在主噴淋室前加裝輔助噴淋裝置，利用主噴淋室的低溫空調(diào)排水，冷卻高溫工藝排風(fēng)，去除工藝排風(fēng)中的高溫?zé)崃?，降低主噴淋室空調(diào)系統(tǒng)制冷量，從而降低車間溫度，具有可行性。從公式(1)可知，由于工藝排風(fēng)和主噴淋室空調(diào)排水溫差很大，最大可達(dá)20 ℃以上，處理前、后t1、t2的溫差越大，熱濕交換效率越高，所以會獲得較好的降溫節(jié)能效果。

在輔助噴淋室設(shè)計(jì)方面，由于該過程夏季以降溫為主，熱濕處理過程應(yīng)弱化加濕，強(qiáng)化降溫的效果，因此應(yīng)設(shè)置專門的空氣處理裝置進(jìn)行處理，采用有利于對熱風(fēng)進(jìn)行降溫的粗中混合型噴淋結(jié)構(gòu)噴淋處理。實(shí)現(xiàn)工藝排風(fēng)減焓降溫過程，減小主噴淋室空調(diào)熱濕處理過程冷負(fù)荷，降低空氣處理后露點(diǎn)溫度，從而降低車間溫度。輔助噴淋室采用主噴淋室噴淋后的空調(diào)廢水進(jìn)行噴淋，實(shí)現(xiàn)空調(diào)用冷水的最大溫降，有效利用井水等天然冷源。輔助噴淋室水位控制應(yīng)低于主噴淋室，宜采用連通管連接兩個噴淋室水池，實(shí)現(xiàn)夏季在主噴淋室噴淋后的排水送至輔助噴淋室噴淋，然后由輔助噴淋室經(jīng)溢水口排至室外回水管道。雙噴淋空調(diào)室布置示意圖如圖2所示。

圖2 車間空調(diào)室布置示意圖

車間工藝排風(fēng)和地排風(fēng)溝道分開敷設(shè)，車間工藝排風(fēng)經(jīng)工藝回風(fēng)溝道進(jìn)入13轉(zhuǎn)籠濾塵器，經(jīng)長毛絨濾料過濾后，通過工藝回風(fēng)機(jī)12送入輔助噴淋室噴淋降溫處理，處理后的空氣實(shí)現(xiàn)降溫減焓過程。和經(jīng)過15轉(zhuǎn)籠過濾器過濾后的地排風(fēng)混和，然后再送入主噴淋室進(jìn)行空氣熱濕處理。經(jīng)主噴淋室處理后的露點(diǎn)空氣經(jīng)過二層主風(fēng)機(jī)送入車間，實(shí)現(xiàn)車間空氣調(diào)節(jié)過程。

2 雙噴淋室降溫效果理論計(jì)算分析

以河南某地區(qū)氣候條件及集聚紡紡織企業(yè)為例,在夏季室外干球溫度35.1 ℃、濕球溫度27.9 ℃的氣象條件下，車間保持干球溫度33 ℃，相對濕度60%，車間工藝排風(fēng)和地排風(fēng)各占50%，集聚紡工藝排風(fēng)單獨(dú)排放處理。夏季最小新風(fēng)量按10%計(jì)算，空調(diào)冷源采用20 ℃的深井水，主噴淋室和輔助噴淋室均采用雙排對噴的條件下，分析不同處理方案的降溫節(jié)能效果。不同處理過程狀態(tài)點(diǎn)在焓濕圖上如圖3所示。 各空氣狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見表1。

圖3 在焓濕圖上不同處理過程狀態(tài)點(diǎn)

表1 各空氣調(diào)節(jié)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

符號釋義溫度/℃相對濕度/%含濕量/g·kg-1焓值/kJ·kg-1濕球溫度/℃NN1WLC1C11L12C2C22C3室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)工藝排風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)室外空氣狀態(tài)點(diǎn)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)工藝回風(fēng)和地排風(fēng)混合點(diǎn)直接回用工藝回風(fēng)混合點(diǎn)工藝回風(fēng)輔助噴淋后狀態(tài)點(diǎn)輔助噴淋后地排混合點(diǎn)C2和W混合點(diǎn)新風(fēng)和地排風(fēng)混合點(diǎn)33.040.035.125.036.536.326.029.530.234.160.040.858.495.049.350.595.075.373.059.119.419.421.319.419.419.725.620.020.220.483.190.390.174.786.787.178.780.982.186.726.427.927.924.427.127.225.425.926.127.1

針對上述各空氣狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)，為便于分析，分別按照夏季工藝排風(fēng)直接外排、工藝排風(fēng)不經(jīng)過處理直接和地排風(fēng)混合后回用、工藝排風(fēng)經(jīng)過輔助噴淋室噴淋處理后回用三種情況，按照維持相同車間溫濕度條件，計(jì)算分析空氣處理過程需要的冷源參數(shù)。

2.1 工藝排風(fēng)直接外排，采用最大新風(fēng)量

該過程直接工藝排風(fēng)外排，為保持送風(fēng)量，直接采用補(bǔ)充新風(fēng)，新風(fēng)和室內(nèi)地排風(fēng)混合至C3點(diǎn)，經(jīng)主噴淋室處理至L點(diǎn)，由主風(fēng)機(jī)送入車間?？諝馓幚磉^程如下。

主噴淋室需將C3狀態(tài)點(diǎn)空氣處理至L點(diǎn)，噴水室處理過程為減焓去濕過程，處理過程需要的單位制冷量是:iC3-iL=86.7-74.7=12(kJ/kg)。根據(jù)噴水室熱工計(jì)算方法[3]，對處理過程理論計(jì)算得知：處理過程需要噴水系數(shù)為1.12，需要供水初溫tw1為20.8 ℃，終溫度tw2為23.3 ℃。

2.2 工藝排風(fēng)直接回用，采用最小新風(fēng)量

該過程直接將工藝排風(fēng)和地排風(fēng)混合至C1點(diǎn)，再加入10%的新風(fēng)量至C11，然后送入主噴淋室，經(jīng)主噴淋室處理至機(jī)器露點(diǎn)L點(diǎn)，由主風(fēng)機(jī)送入車間，實(shí)現(xiàn)車間空氣調(diào)節(jié)?？諝馓幚磉^程如下。

主噴淋室需將C11狀態(tài)點(diǎn)空氣處理至L點(diǎn)，處理過程為減焓去濕過程，主噴淋室需要的單位制冷量是:iC11-iL=87.1-74.7=12.4(kJ/kg)。由處理過程的理論計(jì)算得知：處理過程需要噴水系數(shù)為1.24，需要供水初溫tw1為20.4 ℃，終溫度tw2為22.7 ℃，噴水量比直接外排更大，需要水溫更低。

2.3 工藝排風(fēng)采用輔助噴淋室處理

該過程工藝排風(fēng)N1采用輔助噴淋室處理后至L12點(diǎn)，再和地排風(fēng)混合至C2點(diǎn)，加入10%的新風(fēng)量后至C22點(diǎn)，然后送入主噴淋室，經(jīng)主噴淋室處理至機(jī)器露點(diǎn)L點(diǎn)，由主風(fēng)機(jī)送入車間，實(shí)現(xiàn)車間空氣調(diào)節(jié)?？諝馓幚磉^程如下。

主噴淋室需將C22狀態(tài)點(diǎn)空氣處理至L點(diǎn)，處理過程為減焓去濕過程，主噴淋室需要的單位制冷量是:iC22-iL=82.1-74.7=7.4(kJ/kg)。理論計(jì)算得知：處理過程需要噴水系數(shù)為0.85，需要供水初溫tw1為21.2 ℃，終溫度tw2為23.3 ℃。與上述兩方案相比，噴水量減少，需要水溫可以稍高。若調(diào)整為和上述兩方案相同水溫20.4 ℃，兩噴淋室采用相同的噴水系數(shù)0.85，根據(jù)能量守恒，計(jì)算可知主噴淋室水的終溫度tw2為22.5 ℃。

輔助噴淋室需將N1狀態(tài)點(diǎn)空氣處理至L12點(diǎn)，處理過程為減焓加濕過程，輔助噴淋室需要的單位制冷量是:iN1-iL12=90.3-78.7=11.6 (kJ/kg)。理論計(jì)算得知：處理過程需要噴水系數(shù)為1.13，需要供水初溫tw1為22.7 ℃，終溫度tw2為25.2 ℃。調(diào)整計(jì)算后主噴淋室排水溫度22.5 ℃，能夠滿足輔助噴淋室的水溫要求。

比較以上三種工藝排風(fēng)回用處理方式的空氣調(diào)節(jié)處理過程計(jì)算結(jié)果，從單位制冷量分析可知，采用輔助噴淋室處理工藝排風(fēng)后，主噴淋室單位空調(diào)制冷量和工藝排風(fēng)全部外排節(jié)省制冷量(12-7.4)/12×100%=38%，工藝排風(fēng)直接回用方案減少制冷量(12.4-7.4)/12.4×100%=40%。從主噴淋室熱濕計(jì)算結(jié)果分析可知，工藝排風(fēng)直接外排和直接回用均需要較低的水溫，需要供水初溫tw1分別為20.8 ℃、20.4 ℃，終溫度tw2分別為23.3 ℃、22.7 ℃。主噴淋室處理過程需要噴水系數(shù)均大于1，說明需要較大的噴水量才能滿足要求。工藝排風(fēng)采用輔助噴淋室處理后回用，主噴淋室處理過程需要噴水系數(shù)為0.85，需要供水初溫tw1為21.2 ℃，終溫度tw2為23.3 ℃。說明該過程需要的噴水量較小，供水溫度可以稍高,更有利于利用深井水資源。由于輔助噴淋室采用主噴淋室使用過的空調(diào)廢水,在不增加空調(diào)用水量的情況下，節(jié)能降溫效果明顯。

3 應(yīng)用效果比較

將雙噴淋室處理空氣的技術(shù)應(yīng)用于某紡織車間，車間規(guī)模6萬錠，3萬錠集聚紡和3萬錠環(huán)錠紡，在集聚紡工藝回風(fēng)管路上預(yù)留的間接蒸發(fā)降溫裝置位置加裝輔助噴淋裝置?？照{(diào)室設(shè)計(jì)送風(fēng)量22×104m3/h，工藝回風(fēng)量9.4×104m3/h，地排風(fēng)量9.4×104m3/h，夏季采用深井水降溫處理，井水溫度20.5 ℃，主噴淋室設(shè)計(jì)噴水量170 t/h，輔助噴淋室設(shè)計(jì)噴水量140 t/h，輔助噴淋室設(shè)計(jì)風(fēng)速3.5 m/s，噴嘴孔徑不宜小于4 mm，噴水系數(shù)1.2。采用輔助噴淋室工作與停機(jī)進(jìn)行測試比較,實(shí)測空調(diào)送風(fēng)露點(diǎn)溫度，車間溫度和相對濕度、實(shí)耗功率等參數(shù)。在相同送風(fēng)量，用水量的情況下，夏季采用不同工藝回風(fēng)處理回用情況的空調(diào)運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 不同工藝回風(fēng)處理回用及空調(diào)運(yùn)行參數(shù)

回風(fēng)使用方式車間送風(fēng)露點(diǎn)溫度/℃車間溫度/℃車間相對濕度/%風(fēng)機(jī)水泵裝機(jī)功率/kW風(fēng)機(jī)水泵實(shí)耗功率/kW主噴淋室噴水溫度/℃輔助噴淋室噴水溫度/℃空調(diào)室噴水量/t·h-1直接外排直接回用經(jīng)輔助噴淋處理后回用26.326.623.236.236.533.362586010310311874.374.378.720.520.520.523165165140

從表2可以看出，采用工藝排風(fēng)經(jīng)過輔助噴淋處理后回用的處理方案，雖有輔助噴淋室增加噴水泵功率15 kW的情況，但主噴淋室噴水量減小，水泵運(yùn)行功率減小，兩個水泵合計(jì)實(shí)耗功率僅增加4.4 kW，但車間溫度比前兩種方法可降低2.5 ℃～3 ℃，降溫效果明顯。在當(dāng)今地下水源緊張，開采量有限，車間溫度升高，環(huán)境惡化，采用機(jī)械制冷成本較高，企業(yè)承受不起的情況下[4]，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

進(jìn)一步的理論分析可知，只要企業(yè)有采用深井水等天然冷源，采用增加輔助噴淋室的雙噴淋室空氣處理方法，都會對車間溫度有一定的降低。在當(dāng)今冷源緊張，車間溫度居高不下的情況下，是一個有效的節(jié)能降溫方法。

4 結(jié)論

(1)在紡織企業(yè)利用井水或井水資源有限的條件下，采用將細(xì)紗、集聚紡等車間工藝回風(fēng)先經(jīng)過輔助噴淋處理，實(shí)現(xiàn)降溫減焓過程后，再和車間地排風(fēng)混合回用，可比直接將高溫工藝排風(fēng)回用和外排，理論計(jì)算可以降低主空調(diào)室熱濕處理過程需要的制冷量38%～40%，可減少主空調(diào)室的熱濕處理負(fù)荷，減少噴水量。

(2)實(shí)測采用工藝回風(fēng)先經(jīng)過輔助噴淋處理，和直接將工藝排風(fēng)回用和外排的方法相比，在相同噴水量和噴水溫度下，可以降低空調(diào)露點(diǎn)溫度，降低車間溫度2.5 ℃～3 ℃，車間降溫效果明顯。

(3)輔助噴淋室由于和主噴淋室的熱濕處理參數(shù)和過程有較大差異，應(yīng)采用具有降溫效果明顯的粗中型復(fù)合噴淋裝置，噴嘴孔徑不宜小于4 mm，噴水系數(shù)不宜小于1.1。