纺织空调双喷淋室应用及节能分析

韩 淼 丁兆强 周义德

(1.河南省城乡建筑设计院有限公司，河南郑州，450006；2.中原工学院，河南郑州，450007)

随着纺织企业结构调整，车间装机规模逐步扩大，车间需要的降温冷负荷越来越多，鉴于生产成本和环境保护的要求，企业能够提供的降温冷源十分有限，致使纺织车间温度逐年升高，最高可达36 ℃以上[1]，严重影响车间生产效率和工人劳动条件，设备生产效率下降，事故频发，甚至造成人员中暑事件。如何在现有的条件下，挖掘空调设备潜力，降低车间温度是改善劳动条件、提高生产效率的主要任务。本文针对目前国内多数纺织车间空调设备现状，在利用原有空调设备及冷源的基础上，探讨采用双喷淋室空气处理方法，充分利用现有空调冷源的冷量，降低回风温度，降低空气处理过程需要的制冷量。

1 双喷淋室原理

所谓双喷淋室，就是在细纱、集聚纺等主机散热排风的回用通道上加装一套小型喷淋降温装置(简称辅助喷淋室)，利用原空调喷淋室的空调废水，喷淋处理细纱、集聚纺等车间主机的高温工艺排风，达到减焓降温的目的。由于一般空调室的位置紧张，辅助喷淋室可加装在工艺排风处理后回用的通道上，利用工艺排风机的余压，将高温工艺排风压入辅助喷淋室。经过喷淋降温装置处理后，空气状态从N1点至L12点，使空气温度降低，焓值减少，再送入回风通道和车间地排风混和。通过主喷淋室进行热湿处理后，将露点空气经车间主送风机送入车间，实现车间的空气调节。空气处理调节过程在焓湿图上如图1所示。

图1 双喷淋室空气处理调节过程

通过喷淋室热工性能分析可知，对于所有空气处理过程，喷淋室通用热交换效率计算公式如下[2]。式(1)中：t1、t2为处理前、后空气的干球温度，单位℃；ts1、ts2为处理前、后空气的湿球温度，单位℃；t3为理想状态下处理后空气的干球温度，单位℃。

(1)

从公式(1)可知，由于理想状态下处理后空气的干球温度t3取决于喷淋室水的温度，水温一定,t3基本保持稳定。实际过程处理后空气的干湿球温度和水温与喷水量有关，在喷水量满足要求的条件下，t2越接近t3，t2和ts2的温差越小，热湿交换效率越高。故喷淋室通用热交换效率的高低取决于t1、t2的温差，温差越大，热湿交换效率越高。

由于工艺排风温度高，含热量大，一般比车间排风温度高5 ℃～15 ℃。直接回用会造成车间温度升高，直接外排，由于室外新风的含湿量大，又会在夏季高温高湿季节难于控制车间相对湿度，造成罗拉胶辊缠绕，钢领变涩，断头增加，不利于生产。因此对夏季使用井水等天然冷源的纺织企业，在现有的空调设备条件下，挖掘空调潜能，降低车间排风温度，从而降低主喷淋室进风温度势在必行。采用在主喷淋室前加装辅助喷淋装置，利用主喷淋室的低温空调排水，冷却高温工艺排风，去除工艺排风中的高温热量，降低主喷淋室空调系统制冷量，从而降低车间温度，具有可行性。从公式(1)可知，由于工艺排风和主喷淋室空调排水温差很大，最大可达20 ℃以上，处理前、后t1、t2的温差越大，热湿交换效率越高，所以会获得较好的降温节能效果。

在辅助喷淋室设计方面，由于该过程夏季以降温为主，热湿处理过程应弱化加湿，强化降温的效果，因此应设置专门的空气处理装置进行处理，采用有利于对热风进行降温的粗中混合型喷淋结构喷淋处理。实现工艺排风减焓降温过程，减小主喷淋室空调热湿处理过程冷负荷，降低空气处理后露点温度，从而降低车间温度。辅助喷淋室采用主喷淋室喷淋后的空调废水进行喷淋，实现空调用冷水的最大温降，有效利用井水等天然冷源。辅助喷淋室水位控制应低于主喷淋室，宜采用连通管连接两个喷淋室水池，实现夏季在主喷淋室喷淋后的排水送至辅助喷淋室喷淋，然后由辅助喷淋室经溢水口排至室外回水管道。双喷淋空调室布置示意图如图2所示。

图2 车间空调室布置示意图

车间工艺排风和地排风沟道分开敷设，车间工艺排风经工艺回风沟道进入13转笼滤尘器，经长毛绒滤料过滤后，通过工艺回风机12送入辅助喷淋室喷淋降温处理，处理后的空气实现降温减焓过程。和经过15转笼过滤器过滤后的地排风混和，然后再送入主喷淋室进行空气热湿处理。经主喷淋室处理后的露点空气经过二层主风机送入车间，实现车间空气调节过程。

2 双喷淋室降温效果理论计算分析

以河南某地区气候条件及集聚纺纺织企业为例,在夏季室外干球温度35.1 ℃、湿球温度27.9 ℃的气象条件下，车间保持干球温度33 ℃，相对湿度60%，车间工艺排风和地排风各占50%，集聚纺工艺排风单独排放处理。夏季最小新风量按10%计算，空调冷源采用20 ℃的深井水，主喷淋室和辅助喷淋室均采用双排对喷的条件下，分析不同处理方案的降温节能效果。不同处理过程状态点在焓湿图上如图3所示。 各空气状态点参数见表1。

图3 在焓湿图上不同处理过程状态点

表1 各空气调节状态点参数

符号释义温度/℃相对湿度/%含湿量/g·kg-1焓值/kJ·kg-1湿球温度/℃NN1WLC1C11L12C2C22C3室内状态点工艺排风状态点室外空气状态点送风状态点工艺回风和地排风混合点直接回用工艺回风混合点工艺回风辅助喷淋后状态点辅助喷淋后地排混合点C2和W混合点新风和地排风混合点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

针对上述各空气状态点参数，为便于分析，分别按照夏季工艺排风直接外排、工艺排风不经过处理直接和地排风混合后回用、工艺排风经过辅助喷淋室喷淋处理后回用三种情况，按照维持相同车间温湿度条件，计算分析空气处理过程需要的冷源参数。

2.1 工艺排风直接外排，采用最大新风量

该过程直接工艺排风外排，为保持送风量，直接采用补充新风，新风和室内地排风混合至C3点，经主喷淋室处理至L点，由主风机送入车间。空气处理过程如下。

主喷淋室需将C3状态点空气处理至L点，喷水室处理过程为减焓去湿过程，处理过程需要的单位制冷量是:iC3-iL=86.7-74.7=12(kJ/kg)。根据喷水室热工计算方法[3]，对处理过程理论计算得知：处理过程需要喷水系数为1.12，需要供水初温tw1为20.8 ℃，终温度tw2为23.3 ℃。

2.2 工艺排风直接回用，采用最小新风量

该过程直接将工艺排风和地排风混合至C1点，再加入10%的新风量至C11，然后送入主喷淋室，经主喷淋室处理至机器露点L点，由主风机送入车间，实现车间空气调节。空气处理过程如下。

主喷淋室需将C11状态点空气处理至L点，处理过程为减焓去湿过程，主喷淋室需要的单位制冷量是:iC11-iL=87.1-74.7=12.4(kJ/kg)。由处理过程的理论计算得知：处理过程需要喷水系数为1.24，需要供水初温tw1为20.4 ℃，终温度tw2为22.7 ℃，喷水量比直接外排更大，需要水温更低。

2.3 工艺排风采用辅助喷淋室处理

该过程工艺排风N1采用辅助喷淋室处理后至L12点，再和地排风混合至C2点，加入10%的新风量后至C22点，然后送入主喷淋室，经主喷淋室处理至机器露点L点，由主风机送入车间，实现车间空气调节。空气处理过程如下。

主喷淋室需将C22状态点空气处理至L点，处理过程为减焓去湿过程，主喷淋室需要的单位制冷量是:iC22-iL=82.1-74.7=7.4(kJ/kg)。理论计算得知：处理过程需要喷水系数为0.85，需要供水初温tw1为21.2 ℃，终温度tw2为23.3 ℃。与上述两方案相比，喷水量减少，需要水温可以稍高。若调整为和上述两方案相同水温20.4 ℃，两喷淋室采用相同的喷水系数0.85，根据能量守恒，计算可知主喷淋室水的终温度tw2为22.5 ℃。

辅助喷淋室需将N1状态点空气处理至L12点，处理过程为减焓加湿过程，辅助喷淋室需要的单位制冷量是:iN1-iL12=90.3-78.7=11.6 (kJ/kg)。理论计算得知：处理过程需要喷水系数为1.13，需要供水初温tw1为22.7 ℃，终温度tw2为25.2 ℃。调整计算后主喷淋室排水温度22.5 ℃，能够满足辅助喷淋室的水温要求。

比较以上三种工艺排风回用处理方式的空气调节处理过程计算结果，从单位制冷量分析可知，采用辅助喷淋室处理工艺排风后，主喷淋室单位空调制冷量和工艺排风全部外排节省制冷量(12-7.4)/12×100%=38%，工艺排风直接回用方案减少制冷量(12.4-7.4)/12.4×100%=40%。从主喷淋室热湿计算结果分析可知，工艺排风直接外排和直接回用均需要较低的水温，需要供水初温tw1分别为20.8 ℃、20.4 ℃，终温度tw2分别为23.3 ℃、22.7 ℃。主喷淋室处理过程需要喷水系数均大于1，说明需要较大的喷水量才能满足要求。工艺排风采用辅助喷淋室处理后回用，主喷淋室处理过程需要喷水系数为0.85，需要供水初温tw1为21.2 ℃，终温度tw2为23.3 ℃。说明该过程需要的喷水量较小，供水温度可以稍高,更有利于利用深井水资源。由于辅助喷淋室采用主喷淋室使用过的空调废水,在不增加空调用水量的情况下，节能降温效果明显。

3 应用效果比较

将双喷淋室处理空气的技术应用于某纺织车间，车间规模6万锭，3万锭集聚纺和3万锭环锭纺，在集聚纺工艺回风管路上预留的间接蒸发降温装置位置加装辅助喷淋装置。空调室设计送风量22×104m3/h，工艺回风量9.4×104m3/h，地排风量9.4×104m3/h，夏季采用深井水降温处理，井水温度20.5 ℃，主喷淋室设计喷水量170 t/h，辅助喷淋室设计喷水量140 t/h，辅助喷淋室设计风速3.5 m/s，喷嘴孔径不宜小于4 mm，喷水系数1.2。采用辅助喷淋室工作与停机进行测试比较,实测空调送风露点温度，车间温度和相对湿度、实耗功率等参数。在相同送风量，用水量的情况下，夏季采用不同工艺回风处理回用情况的空调运行参数见表2。

表2 不同工艺回风处理回用及空调运行参数

回风使用方式车间送风露点温度/℃车间温度/℃车间相对湿度/%风机水泵装机功率/kW风机水泵实耗功率/kW主喷淋室喷水温度/℃辅助喷淋室喷水温度/℃空调室喷水量/t·h-1直接外排直接回用经辅助喷淋处理后回用26.326.623.236.236.533.362586010310311874.374.378.720.520.520.523165165140

从表2可以看出，采用工艺排风经过辅助喷淋处理后回用的处理方案，虽有辅助喷淋室增加喷水泵功率15 kW的情况，但主喷淋室喷水量减小，水泵运行功率减小，两个水泵合计实耗功率仅增加4.4 kW，但车间温度比前两种方法可降低2.5 ℃～3 ℃，降温效果明显。在当今地下水源紧张，开采量有限，车间温度升高，环境恶化，采用机械制冷成本较高，企业承受不起的情况下[4]，具有一定的推广应用价值。

进一步的理论分析可知，只要企业有采用深井水等天然冷源，采用增加辅助喷淋室的双喷淋室空气处理方法，都会对车间温度有一定的降低。在当今冷源紧张，车间温度居高不下的情况下，是一个有效的节能降温方法。

4 结论

(1)在纺织企业利用井水或井水资源有限的条件下，采用将细纱、集聚纺等车间工艺回风先经过辅助喷淋处理，实现降温减焓过程后，再和车间地排风混合回用，可比直接将高温工艺排风回用和外排，理论计算可以降低主空调室热湿处理过程需要的制冷量38%～40%，可减少主空调室的热湿处理负荷，减少喷水量。

(2)实测采用工艺回风先经过辅助喷淋处理，和直接将工艺排风回用和外排的方法相比，在相同喷水量和喷水温度下，可以降低空调露点温度，降低车间温度2.5 ℃～3 ℃，车间降温效果明显。

(3)辅助喷淋室由于和主喷淋室的热湿处理参数和过程有较大差异，应采用具有降温效果明显的粗中型复合喷淋装置，喷嘴孔径不宜小于4 mm，喷水系数不宜小于1.1。