紡紗廠空調系統解決方案及節能情況分析

1 引言　

　 紡織廠空調系統的作用是保障纖維織造工藝環境，對于紡織工藝質量具有重要的意義。紡織廠是高能耗企業，而紡織空調風泵類負載用電約占全廠用電的15%-30%，是用電量較大的一部分。紡織空調系統的節能不僅可以降低能源消耗，增加經濟效益，還可以保護環境，減少大氣污染。隨著自動控制技術的高度發展和應用變頻器的節能效果更為顯著。目前，我國紡織企業所使用的空調型式眾多，但總的要求和功能是一致的，既能使車間的溫濕度保持在所要求的范圍內，又能使車間的飛花和塵埃含量控制在允許限度內，同時要保持足夠的新鮮空氣補入車間以利于操作人員的身體健康。本文簡要介紹了變頻調速技術，同時對變頻調速器在紡織空調行業的用途和性能優點做了概括總結，比較詳細地論述了變頻調速器應用在紡織空調系統中的節能的基本原理，并對其自動控制方法做了簡單介紹.重點分析了變頻調速器的節能效果，且給出了相應的近似計算方法。

2 紡織空調流程流程介紹

　 現代紡織空調是隨著新中國紡織工業的發展而逐步建立起來的，其主要任務是在生產車間內創造和保持滿足一定要求的空氣條件，使車間內空氣的溫度、濕度、流動速度、含塵濃度與新鮮度能滿足生產工藝和人體舒適的要求，不因室外空氣參數和室內各種因素的變化而變化。紡織空氣調節的作用一般有兩個：其一、滿足纖維織造生產工藝所適合的溫度、濕度條件；其二、改善勞動條件，保護職工健康，提高勞動生產率。此外，在保證紡織企業生產質量和衛生條件的同時還必須要考慮系統節能。因此在設計時必須對幾種空調方案進行認真比較分析，從而決定合適的空調方式。紡織廠空調系統在保證車間溫濕度要求的前提下，應選擇合理、經濟、節能的空調系統。送、回風均應采用變風量調節的一次回風系統。為保證車間的氣流穩定、溫濕度區域差異小，各主要車間宜采用雙風機系統。筒搖、準備車間在現階段一股可采用單風機系統。、針對紡織廠的特點，空氣處理均采用噴水洗滌處理，每套洗滌室最大送風量宜小于15萬米3/時。空調室的設置應與工藝排列、廠房建筑相協調，符合占地而積小、系統布置經濟合理的要求。在適當的地點，應設空調管理人員值班室，如有集中自動控制屏宜放在值班室內。紡織車間空調參數的設定與能源消耗是密切聯系在一起的。據統計,夏季紡織廠車間溫度每降低1℃,就需多耗冷量約10%，冬季紡織廠車間溫度每提高1℃,也將消耗很大的熱能。例如我公司車間在冬季車間溫濕度考核指標將溫度下限定在24℃，僅靠車間的散熱量和車間的回風，車間溫度能維持在22℃，空調工為了溫濕度正表率也就被迫開光管加熱器進行加熱調整，但光管加熱器對空氣的處理是升溫降濕過程，所以需要增加蒸噴進行等焓加濕，結果為了考核指標溫度提高2℃，浪費了大量的熱能。圖1、圖2是紡織廠空調設備的具體平面圖。

圖1 紡織廠空調設備平面圖1

圖2 紡織廠空調設備平面圖2

3 紡織空調變頻控制系統改造思路

　風機是空調系統的核心設備，紡織空調原來使用的大多為仿蘇制y系列軸流風機，其特點是風量小、耗電大、效率低，皮帶傳動，運行成本高，有時還會形成“煤灰紗”，影響產品質量。后來改造為fz系列軸流風機后，電機軸與風葉直聯，不需要皮帶傳動，提高了運行效率，且為雙速風機，有高、低兩種轉速可滿足不同季節車間的需要，降低了運行成本，而且便于檢修，很快得到了推廣。這期間也出現了一些更加便于調節、節能的風機控制裝置，其一就是改造為變頻調速風機，這無論是加裝變頻調速器、還是加裝無級變速調控系統，都能使調節工對風量的調節更自如、實現按需調節，并可節能；風機和水泵是空調調節系統的主要耗能設備，也是節能的重點。選擇合適的空調風機和水泵，盡可能減少設計富余量，避免大馬拉小車。同時把風機電機改為變頻調速控制，從而改變了一年四季空調風機只能有一種轉速運行的情況，實現了調節工可根據氣象天氣條件和生產工藝變化，自主控制空調設備送風量。堅持實施這種措施，可節約這部分總電耗的30%左右。在冬季或室外天氣條件允許時適當關閉多套空調設備中的少數設備，滿足車間生產的基本溫濕度需要，節能效果更佳。改造后的空調風機電控原理如圖3所示。

圖3 空調風機變頻工頻控制原理圖(部分)

　淘汰落后的設備也是節能的有效途徑。為降低能耗，我公司對效率低、能耗高的設備進行更新。

　 (1) 將老式深井泵換為出水量大、能耗低的潛水泵。過去的出水量80t的水泵功率為45kw，更新后的水泵出水量200t功率為55kw。

　(2) 將老式軸流風機改為fz系列的節能風機，并增裝變頻器，實現無級變速。

　 (3) 采用新型節能噴嘴，由于新碰嘴壓力低，水量小，霧化好，所以循環水泵也由過去的15kw變為了7.5kw。

4 紡織空調水泵節能分析

　 在紡織產品市場競爭加劇、傳統紡織行業整體利潤率下降的情況下，由于空調能耗占紡織綜合能耗的30%左右，所以如何最大限度地減少空調能耗在紡織綜合能耗中的比例、降低生產成本，精心調節、合理使用空調設備就顯得十分重要。特別是企業產品類同，市場使各類企業都處于同一起跑線上，無論是企業整體調度、統一運作，還是車間承包獨立經營，都迫使經營者不得不認真核算生產成本，減少空調能耗成為一個重要方面。空調運行管理也由過去的以空調溫濕度指標考核為主，逐漸過渡到以滿足生產工藝需要為主、空調溫濕度指標考核為副。伴隨著這種變化，一方面對空調相關工種的調節手段、技術水平等提出了更高的要求，使調節操作人員隨時滿足不斷變化的生產工藝等諸方面的需要；另一方面也對傳統的空調運行管理模式帶來了挑戰。同樣的產品和質量，你的產品中所含的空調能耗費用較高、產品的制造成本相對就高，市場競爭能力勢必降低。因而，適時調整空調設備的運行臺時，在滿足生產工藝溫濕度需要的前提下，盡可能減少空調設備的運行臺數和運行時間，減少這部分能耗費用，進而降低產品的生產成本、提高產品的市場競爭能力。需要注意的是，這種情況下空調操作人員更應提高責任心，加強巡回檢查調節，針對車間情況迅速做出反應；對于個別區域要噴霧、單通風等輔助調節手段并用，力求花費較少的能耗費用來達到最佳的溫濕度效果。同時，防止過分強調節約能源而使生產車間溫濕度狀況惡化，嚴重危及操作人員的身心健康。這些都是新階段空調調節方面的新特點、新變化。統計表明目前正在運行中的產品存在著電機與負載匹配不合理，采用比較落后的阻力調節方式，負載的經濟運行效率較差且尚有不少屬于低效率的老型號產品。由于額定流量和功率是按照系統的高負荷來設計的，而系統的負荷卻常常是隨著工藝過程的需求而變化的。所以，在許多情況下，設備都運行在額定容量以下，因此需要采用各種工況調節手段。用普通閥門通過增加流阻來調節工況，必然會消耗大量能源，同時存在調節范圍狹窄、閥門開度與流量成非線性關系，不利于自動控制等缺點。而采用電機調速技術后系統的節能效果一般可達到30～40％左右，且變頻調速具有效率高、調速范圍廣、速度變化平滑等特點，并可不用更換電機，影響正常生產。對于運行工況需要進行調節的場合大多采用了調速技術，負載的經濟運行效率較高，取得了比較好的節電效果。風機、泵類設備多數采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現泵損壞同時電機也被燒毀的現象。近年來，出于節能的迫切需要和對產品質量不斷提高的要求，加之采用變頻調速器(簡稱變頻器)易操作、免維護、控制精度高，并可以實現高功能化等特點；因而采用變頻器驅動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。

變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60f(1-s)/p，(式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數)；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量q，壓力h以及軸功率p具有如下關系：即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。

　4.1 節能案例分析

　 (1)以一臺紡織空調使用的55kw風機為例。運行工況仍以24小時連續運行，其中每天11小時運行在90%負荷(頻率按46hz計算,擋板調節時電機功耗按98%計算)，13小時運行在50%負荷(頻率按20hz計算，擋板調節時電機功耗按70%計算)；全年運行時間在300天為計算依據。

　 則變頻調速時每年的節電量為：

w1=55×11×[1-(46/50)3]×300=40167.5kw·h
w2=55×13×[1-(20/50)3]×300=200772.5kw·h
wb=w1＋w2=40167.5＋200772.5=240940kw·h
擋板開度時的節電量為：
w1=55×(1-98%)×11×300=3630kw·h
w2=55×(1-70%)×11×300=54450kw·h
wd=w1＋w2=3630＋54450=58080kw·h
相比較節電量為：w=wb-wd=240940-58080=182860kw·h
每度電按0.5元計算，則采用變頻調速每年每臺可節約電費9萬多元。

　 (2) 另外還有二級水泵參數為：離心泵型號6sa-8，額定流量53.l/s，揚程50m；所配電機y200l2-2型37kw。在一天內變頻調速可比閥門節流控制節省275.1kw·h的電量，節電率達42.1%。風機、泵類等設備采用變頻調速技術實現節能運行是我國節能的一項重點推廣技術，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節約能源法》第39條就把它列為通用技術加以推廣。實踐證明，變頻器用于

　 風機、泵類設備驅動控制場合取得了顯著的節電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。直接和間接經濟效益十分明顯，設備一次性投資通常可以在9個月到16個月的生產中全部收回。

5 結束語

　隨著新技術、新設備的不斷推出，紡織空調也在不斷地改進和發展。同時，為適應紡織產品逐漸形成的多品種、多批量的發展趨勢和市場競爭的成本要求，空調設備的節能運行也成為紡織企業越來越關注的問題。這些都需要在今后的工作中做出更大的努力！中國的紡織行業方興未艾，紡機設備技術進步和更新換代的速度將越來越快。變頻器作為紡機設備的配套部件，將在提高紡機性能、改善紡織工藝、節約能源等諸多方便表現出越來越重要的作用。空調系統節能是一個系統工程，應該從多方面考慮。要使整個企業的空調系統提高到一個新的檔次——高效、節能，則還需廣大空調工作人員的共同努力。而我公司的空調系統經過幾次改造，達到了高效、節能的效果，保證了生產的順利進行。