邢东敏
海南红塔卷烟有限责任公司， 海南 海口 571137
摘 要：随着生产力和科学技术的发展,人类从穴居到建造不同功能和不同质量的建筑物,从取火御寒、摇扇驱暑到人工地创造受控的空气环境,经历了漫长的岁月。目前,我国的卷烟工业企业的制丝、卷包等车间,都广泛地采用了中央空调进行生产控制。烟草行业动力车间主要负责为制丝、卷包车间提供水、电、气等能源,其中中央空调机组主要作为生产车间温湿度调节设备,其稳定、可靠运行,对保证车间温湿度的工艺达标至关重要。而在保证工艺达标的前提下,实现设备的经济运行,在当前提倡节能减排的形势下,也是刻不容缓的。
关键词：烟草；设备；空调设备节能
前 言：中央空调机组是动力车间对生产车间服务的“窗口设备”,之所以这样认为,这是由中央空调机组本身的特性决定的。首先,制丝卷包车间的温湿度条件是否达标,直接与中央空调的运行状况相关;第二,由于中央空调机组在动力能源传递过程中属于末端设备,在动力能源转化的起着重要作用,中央空调机组能源输入介质有蒸汽、冷冻水、电、新空气,其中蒸汽由锅炉设备提供,冷媒水由制冷机组提供,电能由变配电设备提供,中央空调机组能源输出介质为工艺达标的空气,用于保证车间温湿度达标;第三,中央空调机组运行时间长,且没有备用机台,能耗较高,其用电量约占动力设备用电总量的40%。由此可以看出中央空调机组的节能降耗具有重要意义。
一、烟草工业企业厂房空调特点
工艺性空调,为主要满足生产工艺要求,兼顾舒适性空调的原则进行选型和布置。对生产工艺特点及其要求进行分析,是十分有必要的,是设计的前提和基础。
1、车间空调冷热负荷、湿负荷差异较大。车何空调冷热负荷、湿负荷是确定卷烟厂空调系统送风量和空调设备容量的基本依据,空调及其自控系统的运行调节是靠消除车间各个时刻的冷热负荷、湿负荷来保持车间恒温恒湿环境。卷烟厂车间空调冷热负荷、湿负荷的特点决定着与之相匹配的空调系统的型式、设备容量选择和全年运行调节模式。为分析卷烟厂各车间热湿负荷的特性,本研究分别于年月、年月对烟厂生产车间进行了现场测试。测试方法是监测室内送回风温湿度和送风量参数,计算出各车间的冷负荷和湿负荷,综合的冷负荷、湿负荷特性。观察各车间的夏季冷负荷变化可以看出,卷接包车间、制丝车间、膨胀烟丝车间冷负荷较大,而储丝车间冷负荷较小内围护结构,且各车间冷负荷受室外空气温度影响不大,说明车间主要热负荷来源于生产设备以上,而源自围护结构的负荷较小大约左右。制丝车间湿负荷基本为正,源于该车间在生产过程中有喷蒸汽的工艺环节,导致室内大量产湿。除制丝车间外,其他车间的湿负荷都非常小,甚至有部分车间湿负荷为负数,说明烟丝在特定的室内环境下具有吸湿性。除制丝车间外,室内热湿比呈现,的趋势,个别车间有负热湿比的倾向。弄清卷烟厂各车间的热湿负荷特性对于设计空调设备及系统和制定全年运行调节策略具有十分重要的指导意义。
2、车间存在工艺设备排风除尘、风力送丝等。卷烟生产过程中因生产工艺的需要,在许多生产环节上存在工艺设备排风,比如制丝工艺环节的真空回潮、烟叶风力输送,卷包工艺环节的风边送丝、除尘等,这些工艺设备的排风需要消耗室内的空调风量,为维持车间空调区域的正压,防止未经空调热湿处理的室外空气经大门、窗户渗透到室内,而影响室内的温湿度场,空调系统必须补充足够的新风。根据研究在卷烟厂多年的工程经验,制丝车间空调系统的最小新风量应保持在一左右,卷接包车间空调系统的最小新风量应保持在左右。由于新风存在冷热负荷、湿负荷,空调系统和设备在进行选型设计时必须消除这部分负荷。
3、空调系统运行能耗高、节能空间大。卷烟厂空调制冷设备和系统都是按夏季车间的最大冷负荷量进行设备选型和设计的,而且工程设计师考虑了一定的安全系数个别工程设计师将安全系数考虑过大。在实际运行中,这种最大设计负荷在全年是很少发生的,或者基本不存在。据不完全统计,卷烟厂空调系统全年运行时间最多的空调负荷率发生在设计负荷50%-75%段。
比如对于空调系统的送风量来讲,卷烟厂一般工艺设备、照明等产生的冷负荷占70%-80%,围护结构传热产生的冷负荷占20%-30%,后者是随室外气象条件而变化的。当室外温度小于室内温度时,通过围护结构的传热量就是负值在冬季则更加突出。所以在空调制冷系统的实际运行中,根据空调实际负荷需要对空调制冷系统进行有效地控制,使空调系统和设备运行在最佳效率的工况下,可以为空调制冷系统带来极大的节能空间。
二、车间空调节能运行控制策略
车间面积大、温湿度控制精度高、兼顾节能运行控制、全年调节结构复杂、模式多变,因此制冷空调自控系统技术相对复杂;卷烟厂空调系统回风含尘浓度大,空调回风中带含焦油的烟尘,易造成堵塞表冷器、恶化换热效果、送风量下降等问题。
1、工况温湿度控制。空气参数为温度(T)、绝对含湿量(d)、相对湿度(φ)、焓值(i)。其中绝对含湿量(d)是湿空气中水蒸气密度与干空气密度之比即对应于1Kg干空气的湿空气所含有的水蒸气量。相对湿度(φ)指湿空气中的水蒸气压力(分压)与同温度下饱和湿空气的水蒸汽压力(分压)之比。焓值(i)是与温度、绝对含湿量有关的反映空气能量的物理参数。空气调节过程主要依据:对湿空气焓分析及应用、空调全年多工况分区控制理论。控参数及控制对象的确定。被控参数:温度,被控对象:加热阀(升温)、表冷阀(降温);被控参数:湿度,被控对象:加湿阀\微雾(加 湿)、表冷阀(除湿);被控参数:车间室内空气焓值,被控对象:新风阀开度;被控参数:温湿度指标偏差情况,被控对象:风机频率。传感器智能控制器(调节器)设定值执行机构调节对象。调节对象:车间的温湿度。当调节对象受外界干扰房间的热湿负荷变化时,传感器检测数值传入控制器与设定值进行比较运算,发出控制指令控制执行机构调节水、汽阀及风阀开度,调节送风参数,达到控制房间温湿度稳定的目的。
2、温湿度控制策略。串级调节依据送风温湿度参数作为串级调节中间变量,以提高车间温湿度参数的控制精度和自控系统的动态调节品质。分程调节通过在串级调节的输出基础上进行分程调节,避免造成影响同一个控制参数的两个被控对象同时动作。如对温度控制回路的输出进行分程,分别控制加热阀、表冷阀。对湿度控制回路的输出进行分程,分别控制加湿阀、表冷阀。选择控制是当同一个被控对象变化时会影响到系统的两个或以上的被控参数的变化,通过在串级调节的输出基础上进行选择最大需求输出调节。如对表冷阀的控制就要通过选择温度控制回路及湿度控制回路输出的最大值控制。针对空调系统特定的要求增加对控制输出的限制:送风温度上限控制:避免过度加热。送风温度下限控制:避免温度过低无法加湿。送风湿度上限控制:避免过度加湿。
3、表冷器旁通节能控制。热负荷比较小的车间,除湿工况下,空气处理到露点(L)后还需再热到送风状态点(O),出现冷热抵消、能源浪费现象,如图所示。
表冷器旁通风阀开度调节方案:根据送风温湿度参数来调节表冷旁通风阀的开度,表冷器台数节能调节方案,每台空调机组设2台电动表冷调节阀及相应的2套冷冻供回水支路,实现二组空气不同的降温、除湿效果,二组空气经表冷器不同程度的降温、除湿处理后进行二次混合后直接达到送风状态点。
4、风机变风量节能控制。风机的功率消耗与风量成三次方关系,变风量的控制主要有以下两种方式:定静压控制;末端风阀巡回检测法控制。而根据统计,烟厂空调80%时间在小于80%负荷下工作,使用变频器驱动风机电机,可大幅节约能源。
本系统通过对中央空调机组的温湿度、风机变风量以及表冷器旁通节能控制策略的分析,中央空调机组在烟草行业动力车间稳定、可靠运行。
参考文献：
[1] 巫莉.PLC 与变频器在中央空调节能改造中的应用[J],工业控制计算机,2018.23(7):15.
[2] 张爱华,桂凤平,郑访华.S7-300PLC 在中央空调系统中的应用[J],自动化应用,2018.12(11):04.
[3] 郭晓岩.变风量空调系统的模糊神经网络预测控制[J],沈阳工业大学学报,2019.35(1):03.