空调风柜气水混合冷雾加湿节能技术的研究与应用

谢光辉

长沙卷烟厂，湖南长沙 410014

0 引言

某卷烟厂空调风柜加湿方式采用干蒸汽直接加湿，车间内设计温湿度值：1月1日～3月30日、12月1日～12月31日温度（25±2）℃湿度（60±5）%；4月1日～11月30日温度（23±2）℃湿度（58±5）%。因为设备的设计方面的问题以及室外温度等因素，在春秋季节过渡时该系统调控精度较低，运行能耗较大，不利于节能降耗。

1 项目来源

1.1 原设备存在的主要问题

1）干蒸汽加湿近似为等温加湿，对空气加入蒸汽的同时一般不会改变空气的温度，但加湿量大时会略微有所上升。该厂生产车间面积较大，加湿量较大，导致在干蒸汽加湿时送风温度会上升1℃～2℃。

2）春秋过渡季节或冬季的部分时间虽然室外空气温度较低，适宜采用增大新风比的方式来降低车间内部温度，但此季节室外空气干燥，如采风过量，将会导致加湿负荷明显加大，从而车间里的温度会大幅上升，此时又需开启制冷机来降温，此种情况下，一方面用干蒸汽加湿，一方面开制冷机降温，造成能源的极大浪费。

1.2 项目的考察论证

卷烟生产工艺对温湿度的控制要求非常高，对于温度的要求基本近似于恒温，通常在23℃～28℃，相对湿度在53%～65%之间。根据当前各卷烟厂的现状，在设计和选用加湿系统时，必须从满足工艺要求和节约能源两个方面来考虑。目前等焓加湿可供选择的加湿器主要有四种形式，一是喷淋加湿，二是湿膜加湿，三是高压微雾加湿，四是气水混合冷雾加湿。

1.3 新方案的提出

通过各项指标对比，气水混合冷雾加湿系统为目前最适合在卷烟厂高精度控制要求的系统。因为：喷淋加湿效果不显著，耗水量巨大，常常需配合干蒸汽加湿器使用；湿膜加湿控制不精确（滞后控制），而且湿膜本身为亲水性材料，有过滤空气作用，灰尘较多，长期运行更易孳生细菌，很容易引起呼吸系统疾病；由于高压微雾加湿系统工作量大，不稳定、故障率较高。气水混合冷雾加湿系统细雾能力强、反应灵敏、线性比例调节喷雾量等特点，能充分满足精确控制湿度的要求，并在春秋季节可完全替代干蒸汽加湿器，节能效果显著。

2 项目实施

2.1 气水冷雾加湿系统的技术特点

气水冷雾系统采用0.4MPa～0.7MPa的压缩空气与0.3MPa～0.6MPa的自来水在喷头内混合形成冲击湍流，经过一体化的谐振头的阻挡和偏转实现雾化，水雾粒径0.5μm～5.0μm，蒸发效率高。喷头无活动和易损零件、喷嘴孔径较大（一般为2mm左右），对水垢杂质相对不敏感，不易堵塞和磨损，寿命长。比例控制系统调节范围大（调节比分别为50∶1和100∶1），对控制信号响应迅速。控制系统根据加湿需求信号（0Vdc～10Vdc或4mA～20mA），转变为气压信号控制水压调节阀和气压调节阀，通过调节气、水压力来改变加湿量，通过保持恒定的气、水压差来实现最佳雾化效果。

2.2 加湿量计算

计 算 公 式 ：（1）hv=ρ·hq=ρ·（d内 -d外 ），（2）Ha=Q·hv/1000 = n·V·hv/1000（ρ：空气密度，Ha：加湿量，d：焓值）。

以100000m3/h风柜计算，最大新风比40%，最大新风量40000m3/h，查空调设计手册，该地区冬季空调室外计算温度：-2℃；冬季空调室外计算相对湿度：79%。卷接包车间内设计温湿度指标为：1月1日～3月30日、12月1日～12月31日温度（25±2）℃ 湿度（60±5）%；4月1日～11月30日温度（23±2）℃ 湿度（58±5）%，根据以上参数查I-D图，在冬季最不利工况下得出以下数值：d内=2.53g/kg干空气；d外=13.77g/kg干空气，根据加湿量计算公式，得出冬季最不利工况下空调风柜加湿量：Ha=539.6kg/h

2.3 产品选型

以上计算结果是以冬季最不利工况计算得出，考虑到冬季最不利工况下采用干蒸汽加湿器进行加湿，过渡季节采用冷雾加湿器进行加湿，冷雾加湿器最大加湿量以最不利工况下加湿量的80%计算，则空调风柜的加湿负荷：432kg/h。根据以上计算，冷雾加湿器选型如下表：

AHU参数 气水混合冷雾加湿系统序号风量（m3/h）最大设计加湿负荷（kg/h）总加湿能力（kg/h）加湿能力/喷头（kg/h）耗气量/喷头（m3/h）总耗气量（m3/h）总喷头数喷头数/喷杆总喷杆数喷嘴尺寸

注：压缩空气供气压力 0.5MPa～0.6MPa，最小供水压力0.35MPa。

2.4 改造方案

在空调风柜的送风段干蒸汽加湿装置的前端增加了一套冷雾加湿装置，并与原空调控制系统联动运行，用于春秋季节替代干蒸汽加湿系统运行。由于冷雾加湿方式必须有足够长的蒸发距离，以使水雾能与气流充分混合并蒸发，将空调器的加热盘管沿来风方向向前移动至与表冷盘管基本并拢，这样混合段的长度达到1.4m，能满足蒸发需要，提高吸收效率。在混合段的末端加装了带接水盘的湿膜除雾栅，使部分没有被吸收的水雾被湿膜吸收后在湿膜表面继续蒸发。冷雾加湿系统最大允许空气流速为3.8m/s，最佳流速为2.5m/s或更低，经测量该空调风柜空气流速为2m/s，基本满足上述要求。改造前后空调器内部结构图如下：

3 改造后运行效果分析

1）该系统从安装以来，工作正常、稳定，既能与干蒸气配合并用加湿，又能单独工作加湿，且不会出现送风管道滴水的现象；

2）冷雾加湿能很好的减少额外的制冷环节，该系统可以在高压下利用回风蒸发水，既可加湿又冷却回风；

3）与原来的干蒸汽加湿相比，该系统只需要很少量的新风，加湿负荷大大降低。

4 经济效益分析

空调冷雾加湿技术改造投入运行后，每年可减少制冷机运行时间1440小时，制冷机装机功率1124kW，冷冻水泵187kW，冷却水泵110kW，合计总功率为1421kW，制冷机每小时运行费用约需1421×1×0.822（工业用电价）=1168元，全年预计节约制冷运行费用约168.2万元。每年可节约蒸汽6000吨，按每吨100元计，可节约蒸汽费用60万元。

5 结论

从整体运行情况来看，冷雾加湿模式更适合于卷烟空调春秋季过渡季节车间温湿度的管理和控制，可有效提高卷烟车间温湿度的合格率，降低能源消耗。该项目具有一定的先进性和开创性，适合在卷烟行业内进一步推广和应用。

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