坩埚拉丝冷却水余热在空调中的应用

摘要：分析了玻璃纤维坩埚拉丝冷却水余热回收的可行性，介绍了采用水源热泵机组回收该部分热量并用于车间空调的技术和效益。经计算结果表明，此技术回收大量余热，降低产品的成本，将获得良好经济和社会效益。

关键词：坩埚拉丝 空调 余热 水源热泵机组

坩埚拉丝生产工艺中对坩埚设备进行冷却需要大量的冷却水，即漏板、丝根冷却片冷却水。坩埚拉丝冷却水经过回收管流经过滤池，再流至蓄水池，用循环水泵将循环水输送至坩埚用于冷却降温，该系统冷却水降温主要依靠管道、水池自然降温，冷却水进水温度一般在35℃以下，全年24h连续运行。因拉丝坩埚不能断水，为了保证坩埚拉丝供水不间断，本系统采用双水源供水，工艺流程如图1所示。

同时该生产工艺中，拉丝、合纺、织布作业区需要供应空调风，空调采用的是老式纺织空调，采用喷淋管加湿，冬季采用蒸汽作为热源用热排管加热，全年24h连续运行，系统要求冬季送风温湿度大于等于17℃，65±10%，夏季送风温度小于等于30℃，70±10%左右，该系统无制冷设备装置，夏季采用循环水池加冰块降温，工艺流程图如图2所示。

图2为老式纺织空调传统设计，冬季运行时拉丝、合纺、织布空调需要大量的热量，而坩埚拉丝冷却水需要依靠自然冷却降温，而且降温效果差，循环水重复使用一段时间后需排放一部分，重新补充自来水，造成水资源的极大浪费。若能将该部分的热量进行回收用于拉丝、合纺、织布空调，可大大降低空调的蒸汽消耗量，达到节能减排的效果。

1.余热再利用项目概况

空调改造项目共涉及两条生产线，总建筑面积约14000平米；可利用余热资源为水温35℃，水量80m3/h的循环水。方案设计为将此余热资源作为空调系统热源，并结合水源热泵机组为建筑供热，夏季采用冷却塔作为系统的冷源。

2.可行性分析

2.1工艺方面

由于坩埚拉丝生产线属于高温作业，一般只需要向拉丝车间进行侧送风，不需要加湿及考虑回风。而合纺、织布生产工艺对温湿度指标都有要求。原有老式纺织工业空调系统中没有制冷装置，使得车间温度夏季难以满足车间生产工艺要求，冬季因用老式的热排管质换加热空气，质换效率低，造成能源的很大浪费。

坩埚拉丝生产工艺要求各工艺指标参数稳定，并且全年运行指标一致，坩埚拉丝冷却水温度在35℃左右，若利用水源热泵机组将冷却水温度降低13℃，从冷却水中提取的余热用于拉丝、合纺、织布生产工艺空调系统。通过改造，不仅完全可以回收冷却水中该部分热量，而且大大节约了水资源。

2.2经济方面

2.2.1空调系统所需热量计算

以热指标110W/m2计算，负荷计算见下表：

各车间空调需要总热负荷为1540kW。根据功率与热能转换关系1KJ=2.7778×10-4KWh，各车间空调系统需要的热量为

5.54×106KJ/h。

2.2.2坩埚拉丝循环冷却水热量计算

坩埚拉丝冷却水量以80m3/h计，循环水温度在35℃左右，如果将冷却水回水温度降低13℃，由此可以计算出每小时该部分冷却水回收的热量，具体计算如下所示：

3.空调改造方案的制定与实施

3.1设备改造

由于坩埚拉丝冷却水和空调送风存在较大的温差，因此选择水源热泵机组回收该部分热量。

3.1.1水源热泵系统的工作原理

主要工作原理是热泵的运作机制，以下为主要工作原理，分为四个能量转移过程。（以冬季为例）

第一过程：中介水与余热水通过板式换热器进行换热，将中介水由7℃加热到15℃，余热水经换热后以22℃排出。

式中QR为机组总制热量，为1540kW，4.6为机组制热能效比， 80为余热循环水量。

第二过程：机组内部的传热介质（即冷媒）在蒸发器内蒸发后吸收经与中介水换热后的热量，冷媒吸收热量后由液体蒸发为气体。15℃的中介水进入热泵机组，与蒸发器内的冷媒发生热交换后以7℃排出。

第三过程：机组内部冷媒循环：冷媒蒸发变成气体后被压缩机吸入并压缩，变成高温、高压的气体，进入冷凝器，实现热量向冷凝器转移的过程，而冷凝器是与末端系统连接的。

第四过程：高温、高压的传热介质（冷媒）进入机组的冷凝器冷凝，放出热量，并与末端空调系统进行热交换，即将末端空调水由40℃提升到45℃。实现将在蒸发器内吸收的热量和输入的电能的总和输给末端空调系统，达到冬季为车间供热的目的。

在整个过程中，机组的能量输入输出比最高可达到5，即电机输入电能是1kcal时，末端系统得到的能量是5kcal。在整个过程中消耗少量的电能，极大的利用循环水能量，从而达到节能目的。制冷过程则是制热过程逆过程。

工艺流程为实现这种能量的传输过程，包括有四个循环系统：①余热循环水的取水排水系统②余热循环水与中介水换热系统③中介循环水与冷媒换热系统④末端空调循环系统。其原理如图3所示。

3.1.2末端空调设备

末端系统全部采用组合式空气处理机组，机组含混合段、过滤段、加热段、表冷段、加湿段（除拉丝工艺生产不需要加湿）、风机段等功能段。

3.1.3空调水系统

主机房内设置水源热泵机组两台、板式换热器一台、、冷却水循环水泵各三台、两用一备，冬季利用一台冷却水循环泵作为中介水泵，并采用恒温差变频控制；负荷侧定压补水装置一套，包括补水泵两台，一用一备，定压罐、全自动软水器及软水箱各一台；空调机房通过集分水器连接各车间空调供回水管，集分水器之间安装压差旁通阀。空调末端水系统采用两管制，异程布置，空气处理机组回水管安装比例积分电动调节阀。

3.1.4空调风系统

除拉丝生产工艺外，其余场所全部采用一次回风全空气空调系统，气流组织采用下送下回，送风口采用方形散流器，回风口采用单层百叶风口，带过滤网。

3.2控制系统

3.2.1空气处理机组均安装比例积分电动调节阀，根据回风温度调节电动阀的开度；

3.2.2冬季利用一台冷却水循环泵作为中介水泵，采用恒温差变频控制；

3.2.3主机与水泵联动控制，机房采用全自动控制系统。

4.余热回收的效益

4.1经济效益

空调系统进行改造后，利用水源热泵空调机组提取坩埚拉丝冷却水余热、，用于两条生产线空调制热。空调系统改造项目总投资约500万元，年节约蒸汽100万元，投资回收期为5年。

4.2社会效益

水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染，每吨蒸汽的耗煤量（标准煤）约在140Kg，而每吨标准煤的二氧化碳气体的排放量约为2.66～2.72t，公司每年节约的6300吨蒸汽（采暖期按150天计），可以减少二氧化碳气体排放量2399吨，将会取得良好的环境效益和社会效益。

5.结论

玻璃纤维坩埚拉丝冷却水余热在空调中的应用，将冷却水的热量回收，在创造了一定经济效益的同时，也产生了社会效益，值得在有余热的场所推广。

参考文献：

[1]尉迟斌.实用制冷与空调工程手册[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2]李妍.动力管道设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.