毛子勝，李 華， 胡爐劍

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

隨著電子產(chǎn)品需求量的增大，電子產(chǎn)品制造廠對產(chǎn)品過程制造的環(huán)境要求越來越高，尤其是對電子類產(chǎn)品制造車間的潔凈度和溫濕度控制要求非常嚴(yán)格［1］，而潔凈度、溫濕度控制一般都是通過組合式中央空調(diào)機(jī)組來實(shí)現(xiàn)的，中央空調(diào)機(jī)組主要包括進(jìn)風(fēng)段、初效過濾段、表冷段、加熱段、風(fēng)機(jī)段、中高效段和出口送風(fēng)段［2］。采用冷凍水先降溫除濕、再蒸汽加熱達(dá)到溫濕度控制目標(biāo)值。這種方式對蒸汽消耗非常大。

根據(jù)統(tǒng)計，某廠用于組合式空調(diào)機(jī)組溫濕度控制的蒸汽消耗量占該廠總蒸汽消耗的50%左右，通過對蒸汽和加熱段換熱面積的計算，用一定溫度的熱水替代蒸汽加熱，不僅充分利用工廠的余熱，還節(jié)能了蒸汽消耗。

2 潔凈車間恒溫恒濕控制原理

由于產(chǎn)品質(zhì)量控制要求，某廠潔凈車間必須保持恒溫恒濕，利用制冷原理來排除空氣中的水分。其原理是空調(diào)機(jī)組首先吸入外界空氣，經(jīng)過濾后進(jìn)入空調(diào)表冷段。通冷凍水的空調(diào)表冷段溫度低于被冷卻空氣的露點(diǎn)溫度 （露點(diǎn)溫度是 指空氣溫度降低到水蒸氣開始凝結(jié)為水時的溫 度）［3］，流經(jīng)表冷段的空氣冷卻降溫, 空氣中的部分水蒸氣凝結(jié)成水,由冷凝水管排出機(jī)外, 同時冷卻后的較干空氣經(jīng)過機(jī)組的加熱段升溫, 送入潔凈車間,通過蒸汽控制閥，將送風(fēng)溫度控制在設(shè)定溫度內(nèi)?？照{(diào)機(jī)組表冷段換熱器采用銅管串銅片結(jié)構(gòu)，內(nèi)部通5～7℃冷凍水。空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫濕度均采用PID控制原理［4］，PID控制器采集潔凈車間濕度傳感器的濕度信號，與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)濕度值對比，根據(jù)兩者濕度偏差值，PID自動調(diào)節(jié)冷凍水比例調(diào)節(jié)閥的開度，使?jié)穸瓤刂圃跇?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。同樣，加熱段換熱器采用銅管串銅片結(jié)構(gòu)，銅管內(nèi)通130℃蒸汽，目的是將將除濕后的低溫空氣加熱到設(shè)定溫度，蒸汽調(diào)節(jié)閥采用PID控制方式，控制器根據(jù)采集的潔凈車間溫度傳感器信號與設(shè)定溫度偏差，調(diào)節(jié)蒸汽閥的開度，使溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)?？刂圃韴D如圖1。

圖1 組合式空調(diào)恒溫恒濕控制原理圖

3 改造方案

為充分利用余熱，減少蒸汽消耗，決定對組合式空調(diào)的加熱段進(jìn)行改造，用該廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的熱水替代蒸汽加熱，實(shí)現(xiàn)余熱回收。

經(jīng)過計算，該廠工藝?yán)鋮s水循環(huán)系統(tǒng)中存在大量未利用的余熱，它是低溫冷卻水與高溫DI水進(jìn)行換熱，溫度20～30℃的冷卻水通過板式換熱器，對40℃左右DI水進(jìn)行降溫，吸熱升溫后的冷卻水再通過樓頂冷卻塔系統(tǒng)，將熱量散失到空氣中，從而控制系統(tǒng)中DI水溫度，進(jìn)而保證CUSO4溶液溫度穩(wěn)定。

根據(jù)某廠現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)，工藝?yán)鋮s水通過板換后，夏季溫度為40～45℃，冬季為38～42℃，為充分利用換熱后的冷卻水的熱量，決定將換熱后的冷卻水通過循環(huán)泵輸送到空調(diào)機(jī)組加熱段，對除濕后的低溫空氣進(jìn)行加熱，冷卻水閥門開度通過樓宇控制系統(tǒng)自動控制，實(shí)現(xiàn)對潔凈車間溫度控制。這樣，不僅可以節(jié)約蒸汽用量，減少天然氣消耗，而且還能降低冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷，節(jié)約用電。

該廠有6臺組合式空調(diào)機(jī)組，送風(fēng)量為 70000m3/h， 風(fēng) 壓 1600Pa， 冷 量 為 650kW，熱量為390kW，蒸汽加熱盤管為2排2000mm*230mm*1260mm 銅管串銅片翅片管換熱器模式［5］。改用工藝?yán)鋮s水加熱，原蒸汽加熱盤管換熱面積不夠，需要重新制作空調(diào)機(jī)組加熱盤管。根據(jù)冷卻水系統(tǒng)余熱以及空調(diào)加熱盤管設(shè)計原則，需要至少加工4排與原尺寸相同的銅管串銅片的加熱盤管，進(jìn)入加熱盤管的工藝?yán)鋮s水量采用自動調(diào)節(jié)閥控制。原有的蒸汽加熱盤管保留，當(dāng)工藝?yán)鋮s水循環(huán)系統(tǒng)檢修時起備用作用。

冷卻水流量方面，目前工藝設(shè)備冷卻水泵有3 臺， 參 數(shù) 為 Q=187m3/h ， H=28m P=22kW ， 轉(zhuǎn)速=1480r/min。按冬天工藝?yán)鋮s水最低DI水溫度38℃和設(shè)計參數(shù)計算值，每臺空調(diào)機(jī)組需要的冷卻水流量大約為44.4m3/h，設(shè)計參數(shù)如圖2。

圖2 進(jìn)水溫度與進(jìn)水流量設(shè)計圖

按日常開啟一臺冷卻水泵，系統(tǒng)冷卻水循環(huán)量滿足給3臺同風(fēng)量、同加熱功率的空調(diào)機(jī)組加熱，進(jìn)水、回收主管采用DN100金屬管道，進(jìn)每臺空調(diào)機(jī)組加熱段熱水支管為DN50。具體改造示意圖如圖3所示。

換熱后的工藝?yán)鋮s水到冷卻塔之前，接一根DN100工藝?yán)鋮s水支管，用于空調(diào)機(jī)組加熱源，考慮到工藝?yán)鋮s水循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)因素，在工藝?yán)鋮s水進(jìn)入空調(diào)加熱段盤管之前進(jìn)行過濾，防止冷卻水中雜質(zhì)堵塞空調(diào)加熱盤管，然后每臺空調(diào)機(jī)組在總支管上接DN50水管至機(jī)組加熱段。

圖3 某廠空調(diào)機(jī)組加熱段改造系統(tǒng)圖

4 改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析

改造后，在停用蒸汽的情況下，對潔凈車間溫濕度控制指標(biāo)進(jìn)行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)溫濕度控制很好，指標(biāo)值完全滿足車間要求。也就是說，在滿足潔凈車間恒溫恒濕條件下，工藝?yán)鋮s水中的熱量被空調(diào)機(jī)組加熱段有效吸收。

根據(jù)現(xiàn)場記錄，3臺空調(diào)機(jī)組加熱段冷卻水入口夏季平均溫度為43.2℃，冬季為39.5℃，經(jīng)空調(diào)機(jī)組加熱盤管換熱后，冷卻水回水夏季平均溫度為32.3℃，冬季為29.7℃，夏、冬季冷卻水平均溫差為10.5℃。進(jìn)入每臺空調(diào)熱水循環(huán)量大約為25m3/h，按加熱盤管系統(tǒng)傳熱效率50%，潔凈空調(diào)每日運(yùn)行24h，則每臺空調(diào)熱水盤管每天產(chǎn)生的熱量Q：

Q=4.2*25000*10.5*0.5*24=13230000kJ

燃?xì)忮仩t效率為92%，天然氣熱值為35700kJ/m3，則每臺每日節(jié)省天然氣為13230000/35700/0.92=402.8m3，設(shè)備年運(yùn)行時間按220天計算，3臺空調(diào)每年可節(jié)約天然氣26.5848萬m3，6臺空調(diào)年節(jié)約天然氣52萬m3，改造后，廠單位產(chǎn)品天然氣單耗顯著下降。

5 結(jié)束語

工業(yè)余熱收利用是企業(yè)節(jié)能減排的重要措施之一［6］，據(jù)了解，國內(nèi)大部分企業(yè)僅回收高品位的廢熱，用于供暖、加熱、工藝補(bǔ)熱等，其余的廢熱則通過熱交換的冷卻方式或直接排放掉， 導(dǎo)致很大一部分低品位熱能的浪費(fèi)。其中，工業(yè)冷卻 水一般在 40℃左右，是一種低品位的低溫?zé)崮?，通常采用冷卻塔與空氣進(jìn)行熱交換而排放掉這部分熱能。 由于工業(yè)冷卻水總的余熱數(shù)量大，這不僅浪費(fèi)能源， 還要增加冷卻塔的投資成本及運(yùn)行成本。方案中用于工藝過程的冷卻水替代蒸汽，增加熱水盤管，盤管面積進(jìn)行合理計算、對DI水余熱充分回收利用，不僅為企業(yè)節(jié)省能源成本，也為社會做出節(jié)能減排的貢獻(xiàn)。