卷烟厂空调系统控制与节能

卷烟厂空调系统控制与节能

[摘要] 本文结合西昌分厂2007年的技改工程，介绍了在工程中采用的多工况分区、变风量空调节能控制技术。

[关键词] 卷烟厂空调系统节能

1.概述

卷烟生产工艺和生产设备对车间环境有较为严格的要求，要求全年保持恒温恒湿。车间生产环境直接影响烟丝含水率、产品的品质、物料消耗以及卷烟机的有效作业率。

卷烟厂空调的主要特点为:

(1) 卷烟厂整个生产过程从制丝、贮丝到卷、接、包(卷烟、接过滤嘴、包装)，各个环节都要求在恒温、恒湿的环境中进行。全厂空调面积大，空调系统需全年运行。

(2) 卷烟生产设备发热量大，空调送风量大，一般在43×104m3/

h 以上。空调设备运行能耗高，空调设备能耗占全厂总能耗的20 %～

35 %。为达到卷烟生产条件的要求，同时实现空调节能的目的，西昌分厂进行了技术改造，本文结合空调系统的技改工程，对其中的节能措施加以分析和介绍。

2.空调的多工况分区

本工程的空调系统全部采用智能化控制，由中央监控室对所有空调设备(包括冷水机组、水泵、冷却塔、空调机组等) 进行远程集中监控，可随时掌握各车间温、湿度变化以及设备运行状况。车间的空调系统采用全年多工况分区节能控制，根据被控车间的热湿

负荷特性和当地室外气象条件，自动将全年分成若干个工况区域，每个工况区域内制订出一个最合理、最节能的温湿度控制模型，有效的解决了系统高位平衡和降低了系统无效功耗，实现空调系统节能运行。分区工况按照理想工况制定，即不考虑室内热湿负荷变化，在实际控制中，控制器将根据实际情况与理想状况的偏差利用pid 计算公式自动修正。

图1 空调工况分区图

图1为空调系统全年运行工况分区图，图中四边形的阴影面积为室内空气温湿度的允许波动范围。其中黄色的阴影部分面积是全新风区。o为送风状态点；n为室内状态点；m点在no延长线上，为m%（最小新风比）=no/nm。to、in 线分别与气象包络线相交于a、b点；in、do线分别与相对湿度φ=95% 的机器露点曲线相交于e、f点；do线和in线相交于k点。这些等焓线、等温线、等含湿量线和om线把室外气象区划分成五区域。见下表1。

在ⅰ、ⅱ、ⅲ区域内

上图中细线为机组加湿能力线，例如：根据西昌分厂空调机组设计其中kb1、kb2的加湿能力为293kg/h，如当室外气候点处于该线左侧时就应考虑尽量减少新风量，以减少加湿负荷，假设现在为极限情况，全新风运行，则293kg/h的加湿能力无法将空气处理到送风状态所要求的o点对应的d0线上，故必须有室内回风加以混合，此时对新风与回风的比例可用pid进行调节，其混合比的约束条件是混合后的状态点应处于细线右恻，再进行蒸汽等温加湿即可将其

拉至送风点。因此必须检测混风段的温湿度，并将其作为混风比的pid控制值。

其中ⅰ区中：尽量通过新回风比将混风拉至to温度线上，湿度控制在加湿能力线内，再等温加湿到送风状态点o；此区域控制执行器为新回风阀、加湿阀。

ⅱ区中：通过新回风比将混风状态拉至细线内，但需小比例开制冷阀将空气冷却至to温度线上，再等温加湿到送风状态点o；其小比例开水阀保证表冷温度>露点温度。此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加湿阀。

ⅲ区中，采用最小新风，满足车间卫生要求，经制冷、加湿至送风状态点o；此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加湿阀。

ⅳ区：高温高湿工况，采用最小新风，制冷与除湿同时进行，将表冷器温度降至露点温度，此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀。ⅴ区，低温高湿，采用全新风，此时需大量除湿，将空气冷却至露点，由于温度低于送风温度，故需开启加热阀辅助加热；此区域控制执行器为新回风阀、制冷阀、加热阀。

综上所述：在什么样的状态可以大量利用新风节能，应在tn线以下，加湿能力线与do线之间，以及ⅴ区域内，可大量应用新风。

3.空调的变风量运行

所­有空调机组的送、回风机均由变频器控制，实现变风量运行。

图2 是典型的卷烟厂空调夏季空气状态变化过程示意图，图中n

点为室内状态点，s 点为送风状态点。空调系统采用定风量运行，

当室内负荷下降时，室内状态点由n 点变化为n′点(温度下降，

相对湿度增高) ，此时自控系统会自动开启加热，使送风状态点s

变化为s′，室内状态点由回n′到n 点。如果采用变风量运行，

不但可以避免冷热抵销，而且大大降低风机运行能耗[1] 。

图2 变风量工况下空气状态变化过程示意图

3.1 变风量运行时回风机风量的确定

由于车间设有除尘系统，机械排风量( l p ) 较大，需要利用新

风补偿排风，新风量lf= l p。在设计工况下空调机组回风机的风

量为:

lr = l s – lf = ls - l p (1)

式中 ls —在设计工况下送风机送风量， m3/ h ；

lf —在设计工况下新风量， m3/ h 。

在变风量工况下，当送风机风量由ls 变化为l′s(对应的供电

频率为f′s) ，此时回风机的回风量

l′r = l′s- l p (2)

l′r= l r ( f′r/ f 0) (3)

式中 l′r —在变风量工况下回风机风量， m3/ h ；

l′s —在变风量工况下送风机风量， m3/ h ；

f′r —在变风量工况下回风机供电频率，hz ；

f 0 —在设计工况下供电频率， f 0 = 50hz。

由公式(3) 可以计算出回风机变频器对应的供电频率。

3.2 保持新风量恒定的措施

如果照此运行，由于送风机转速下降，在新回风混合室的负压会相应变小(即通过新风阀的压差变小由δp 变化为δp′) ，新风量会相应下降。为保持新风量不变，此时应采取的措施是按照新风阀的阻力特性，开大风阀的角度，减小新风阀的阻力。在变风量工况下，新风通过新风阀的阻力(即混合室负压值) 为：

式中δp′—在变风量工况下，通过新风阀的阻力；

ζ′—调整后的新风阀局部阻力系数；

v0 —在设计工况下新风口风速，m/ s。

通过ζ′的下降，让v0 保持不变，新风量保持恒定。上述一切措施均可在plc(可编程控制器) 中，预先编入控制程序加以实现。

4.结论

(1) 本文所介绍的空调节能措施已在工程中应用，取得良好的节能效果，与传统的控制方式相比，可降低运行能耗15%～20 %。上述措施也适用于其他的空调工程。

(2) 本文所介绍的只是卷烟厂空调节能的部分措施，其他的节能控制方案(如冷却水系统变水量运行、空调水系统的大温差运行、车间排风的热回收等) 可进一步研究并加以推广应用。

(3) 传统的制丝车间空调采用局部岗位送风。为减少烟叶破碎