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船廠(chǎng)四季型風(fēng)冷移動(dòng)式組合除濕機設計

作者:聯(lián)眾 | 發(fā)布時(shí)間:2021-01-15

摘要::船廠(chǎng)使用的四季型風(fēng)冷移動(dòng)式組合除濕機主要包括制冷系統、處理空氣加熱系統、轉輪除濕系統以及電氣控制系統等,本文通過(guò)結合具體示例的設計計算,詳細討論了這些系統的設計方法及其要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:除濕,制冷,轉輪,加熱,四季型,移動(dòng)型

 

Design of Air-cooling Removable Combined Dehumidifier Used

in Shipyard and Operated ALL Year Ro und

     Abstract:The air-cooling removable combined dehumidifier is widely used in shipyard and   operated all year round there. This kind of dehumidifier mainlyconsists of the refrigeration  system,heating system of process air, rotor dehumidifying system and electrica| control system. ln this paper`,the design methods and ther key points of these systems are discussed in detail throughthe design calculation of a demonstrat on example

    Keywords:dehumidify,refrigeration ,rotor;heating;operated all year roung;removable

1前言

        船廠(chǎng)造船或修船時(shí)對船體的表面防銹防腐處理要求很高,在噴漆之前須對船體進(jìn)行打磨、等除銹處理,而經(jīng)過(guò)除銹處理過(guò)的金屬表面在噴漆之前必須保持相當干燥,即處理過(guò)的船體金屬表面需保存在干燥的空氣環(huán)境中,一般空氣相對濕度要保證在40%以下,并保持合適的工作環(huán)境溫度,這樣的要求靠單純的制冷除濕系統或單純的轉輪除濕系統均無(wú)法實(shí)現,而必須采用制冷和轉輪組合起來(lái)進(jìn)行除濕和調節溫度。另外,因船廠(chǎng)一年四季都需要進(jìn)行造船或修船,并且對大型船廠(chǎng)而言,其船塢、涂裝車(chē)間均有多個(gè),其所造船體或修補的船體往往都較大,因而使用的除濕機還必須保證一年四季都可運行,并能通過(guò)吊機吊至不同的地方或都位使用,所以船廠(chǎng)造船或修船過(guò)程中使用的除濕機須是四季型風(fēng)冷移動(dòng)式組合除濕機。

2處理流程、原理及設計參數要求

        四季型風(fēng)冷移動(dòng)式組合除濕機的處理流程如圖2-1所示,它主要由制冷系統(包括表冷器)、 轉輪除濕系統(含除濕轉輪、轉輪驅動(dòng)系統及加熱再生系統)、 處理空氣電加熱系統及電制系統組成。表冷器和轉輪除濕對處埋空氣分別進(jìn)行冷凍和吸附除濕,處理空氣電加熱器用于在冬季調節處理空氣的溫度,并且還可便于在春秋季節調節開(kāi)啟制冷系統,保證除濕機能滿(mǎn)足要求地一年四季正常運行。

        由于夏季極限工況條件下,室外空氣含濕量較高,這增加轉輪再生難度,勢必要求增加再生加熱溫度,但由于轉輪耐高溫程度有限,溫度過(guò)高,轉輪會(huì )被燒毀,因此在此情況下,先將再生空氣經(jīng)過(guò)表面冷卻處理,出去部分濕度后,在加熱供轉輪再生。

         通常,船廠(chǎng)使用的四季型可移動(dòng)風(fēng)冷組合除濕機的設計參數如表2-1所示。

3具體系統設計

        本文以除濕處理空氣風(fēng)量G=10000mγh,其它設計參數要求均與表2-1相同為例,進(jìn)表2-1四季型風(fēng)冷移動(dòng)式組合除濕機設計參數行具體的設計方面的討論。

       根據表2-1的設計要求,夏季除濕處理出風(fēng)溫度tn≤3O℃,相對濕度RHn≤40%,為了確保設計滿(mǎn)足要求,可以考慮出風(fēng)溫度和相對濕度分別為小于、但分別很接近30℃和40%的數值。同樣,冬季時(shí)可以考慮處理出風(fēng)溫度和相對濕度分別為大于15℃和小于40%、但分別很接近15℃和40%的數值。另外,設計中應注意考慮處理風(fēng)機的溫生,一般估計為1℃左右。

        轉輪除濕時(shí),除濕處理空氣流過(guò)轉輪3抑 的區域,而再生加熱空氣反向流過(guò)轉輪1/4的區域。除濕處理空氣通過(guò)轉輪的面風(fēng)速為2,5~4m/s或質(zhì)量流速為3~48Kg/m2s,再生空氣風(fēng)量一般為處理空氣的1/4~1 /3,經(jīng) 過(guò)再生加熱到120~140℃后,反向流過(guò)轉輪吸濕后直接排空;現在基本都采用高效硅膠轉輪,轉速為8~10r/h[1]。 轉輪生產(chǎn)廠(chǎng)商均有轉輪性能曲線(xiàn)表或轉輪選用計算軟件供設計人員進(jìn)行轉輪選擇和系統設計計算。

3.1制冷系統

      取表2-1中夏季最不利(極限)環(huán)境氣象參數作為進(jìn)風(fēng)設計參數,即tw=40℃ ,RHw=95%。 夏季處理空氣具體除濕處理過(guò)程在1-D圖中表示如圖3-1所示。

      根據1-D圖和轉輪選擇計算軟件(或性能曲線(xiàn)),在上述圖3-1處理過(guò)程中,除濕處理系統和轉輪再生系統各處理點(diǎn)

       參數見(jiàn)表3-1,其中再生空氣風(fēng)量設計為通過(guò)轉輪的處理空氣風(fēng)量的1/3,再生溫度設計為20℃,處理空氣流過(guò)轉輪的質(zhì)量流速設計為3,3Kg/m2.s(即面風(fēng)速為2.75m/s)。由圖3-1和表3-1可知,夏季處理空氣先經(jīng)過(guò)表冷器冷卻至18℃飽和態(tài),達到降溫去濕的效果,之后,部分處理空氣進(jìn)入轉輪進(jìn)行除濕處理,另外一部分處理空氣通過(guò)旁通,不經(jīng)轉輪除濕,這兩部分處理空氣在轉輪后混合,經(jīng)風(fēng)機送入工作區域。經(jīng)過(guò)這樣處理的除濕空氣,其出□溫tn=29℃,RHn=38%,完全滿(mǎn)足設計要求,并使機組有可靠的運行保證。

        根據表3-1,通過(guò)轉輪的處理空氣風(fēng)量占全部處理空氣風(fēng)量的比例r為:r=(iE-ic )/(iD-ic)=(52.6-49.3)/(l55.4-49.3)=3.3/6.1=0.54

       所以,通過(guò)轉輪的處理空氣風(fēng)量G1為:G1=r× G=0.54×10000=5400m3/h,已知再生空氣風(fēng)量設計為通過(guò)轉輪的處理空氣風(fēng)量的1/3,根據表3-1,機組所需總制冷量Q1計算如下:

Q1=G× ρ×(iA-iC)/3600+1/3× G1× ρ×(iL-iM)/3600

= 10000 ×12 ×(159.4-49.3)/3600+1/3 ×5400× 1.2×(159.4-96.3)/3600

=367+37.9(Kw)

=404.9(Kw)

式中ρ為空氣密度,取1.2Kg/m3,下 同。

        根據制冷量、冷凝溫度和蒸發(fā)溫度,可以選擇制冷壓縮機,并配置相關(guān)制冷部件和管路。選擇制冷壓縮機時(shí),可以選擇無(wú)級能量調節的壓縮機,也可選擇有級能量調節的壓縮機, 如0-25%-50%-75%-100%四級能調的壓縮機,在本文示例中,即采用這樣的四級能調的壓縮機。另外,為了調節和控制制冷系統,設計時(shí)還可控制冷凝風(fēng)機的開(kāi)啟臺數、通過(guò)變頻或調節閥門(mén)控制冷凝風(fēng)量。

3.2處理空氣電加熱系統

        取表2-1中冬季最不利(極限)環(huán)境氣象參數作為進(jìn)風(fēng)設計參數,即tw=-10℃,RHw=95%。 通過(guò)在l-D中觀(guān)察分析,冬季極限環(huán)境條件下無(wú)需開(kāi)啟轉輪除濕系統和制冷系統,只需對除濕處理空氣進(jìn)行加熱即可。本文示例中,設計將處理空氣電加熱至16℃,考慮1℃的處理風(fēng)機溫升,因此通過(guò)查l-D圖可知,除濕機出口處理空氣的溫度tn=17℃,相對濕度RHn=12.1%,完全滿(mǎn)足設計要求。具體各主要處理點(diǎn)參數如表3-2所示。

       根據表3-2參數,冬季除濕處理空氣所需最大加熱量Q2為:Q2=G× ρ×(iB-iA)/3600=10000× 1.2×[19.7-(-6.5)]/3600=87.3(KW)

       考慮到春秋季運行的可能,特別是當制冷壓縮機非無(wú)級能量調節時(shí),需在表冷器前設置加熱器。在本文示例中,選用0-25%-50%-75%-100%有級能調制冷壓縮機,故表冷器前加熱器的加熱量可設計為106Kw(該設計值大于404.9×0.25=101.2Kw,且冬季加熱器全開(kāi)時(shí),處理空氣出口溫度tn=20.9℃,相對濕度RHn=10%,滿(mǎn)足設計要求),加熱器可無(wú)級或分組控制,本文示例中分4組,每組26Kw。

3.3轉輪除濕系統

     目前轉輪規格基本統—,直徑主要有如下幾種:

Φ350mm、Φ550mm、Φ770mm、Φ965mm、Φ1050mm、Φ1220mm、Φ1350mm、Φ1525mm、

Φ1740mm、Φ1940mm、Φ2190mm,厚度主要有200mm400mm兩種,但常用的轉輪厚度為200mm。

       本文設計示例采用轉輪計算軟件進(jìn)行轉輪選擇計算,并以此進(jìn)行轉輪除濕系統的設計,選擇計算結果如圖3-2所示[2]。

已知示例中再生風(fēng)量設計為通過(guò)轉輪除濕的處理風(fēng)量的1/3,再生溫度設計為120℃,處

      理空氣流過(guò)轉輪的質(zhì)量流速vm為3.3Kg/m2.s,即面風(fēng)速v設計為2.75m/s,并由3.1的計算已知通過(guò)轉輪除濕的處理風(fēng)量G1為5400m3/h,所以,轉輪所需直徑:

再生加熱量:

     Q3=1/3×G1× p×c×(tn-tm)/3600=l/3×5400×1.2×1.01×(120-30)/3600=54.5(KW)式中c為空氣比熱,取1.01Kj/Kg.℃。

        根據以上計算結果,可以選擇Φ965×200mm的硅膠轉輪。再生加熱器加熱量可設計為57Kw,可采取無(wú)級調節或分組調節控制,以防再生溫度過(guò)高,燒毀轉輪,本例中設計分為三組,每組19Kw。

3.4電氣控制系統

        機組控制和調節的參數較多,如制冷系統的開(kāi)啟和制冷壓縮機能量調節、冷凝風(fēng)機的開(kāi)啟臺數和風(fēng)量調節、處理空氣加熱器和再生空氣加熱器的調節、旁通風(fēng)量的調節等等,目前設計中基本都采用PLC或西門(mén)子LOGO!進(jìn)行控制。在本文示例中采用LOGO|控制,主要電氣控制設計如下圖3-3、 圖3-4、圖3-5所示,供參考[3]。

4小結

       船廠(chǎng)四季型風(fēng)冷移動(dòng)式組合除濕機主要包括制冷、轉輪、電氣控制等系統及機械外殼,具體設計應主要注意如下幾點(diǎn):

       4.1機組制冷量一般比較大,常選用無(wú)級或有級能量調節制冷壓縮機。另外,冷凝風(fēng)機系統要能輔助能調,這可單獨或聯(lián)合采用開(kāi)啟冷凝風(fēng)機臺數、調節風(fēng)機轉速或調節安裝在冷凝風(fēng)機出口的調節閥門(mén)來(lái)實(shí)現;

       4 .2為保證舂秋季機組能良好運行,特別當制冷壓縮機非無(wú)級能調時(shí),注意將處理空氣加熱器設置在表冷器前;

       4.3為保護轉輪,防止被燒毀,再生加熱器一般均無(wú)級或分組控制,并配置高質(zhì)量的溫度傳感器和控制器;

       4.4機組控制要求高,控制參數較多,一般均采用PLC或西門(mén)子LOGOl進(jìn)行邏輯控制,并合理配置溫濕度傳感器;

       4.5機組常年運行,一般夏季開(kāi)動(dòng)制冷系統、轉輪除濕系統,冬季只需開(kāi)動(dòng)處理空氣加熱系統,春秋季根據具體情形而定,因此,必須通過(guò)實(shí)踐,不斷修正和確定控制參數,調整控制程序,以保證機組最優(yōu)運行;

       4.6外殼機械設計應便于吊裝,并要有很強的耐碰撞能力,以適應船廠(chǎng)使用環(huán)境;此外,設計時(shí)可利用制冷系統冷凝排風(fēng)作為轉輪再生空氣源[4],并可在轉輪再生系統中使用非接觸式空氣熱交換器進(jìn)行再生系統進(jìn)出空氣熱量交換,以減少機組能耗。

參考文獻

[1]陸耀慶,等,實(shí)用供熱空調設計手冊(第二版)[M],北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.5

[2]ProFlute公司,轉輪選擇計算軟件Procalc2.14[Z],瑞典:ProFlute公司,2006.3,

[3]SIEMENS公司,LOGO| 手冊[M],德國:SIEMENS公司2003.6,

[4]杜塏,張衛紅,轉輪與冷卻除濕組合式空調系統變工況穩態(tài)性能模擬分析[J],南京:東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,35(1)∶86~89.

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