玻璃纤维拉丝成型空调负荷计算方法的研究
时间：2020-12-29 00:04:44 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：我国池窑拉丝车间拉丝空调基本采用直流式全新风空调系统，拉丝空调能耗占整个生产能耗的10～15%，准确计算拉丝空调的能耗对于拉丝空调设计尤为重要。常规负荷计算方法将整个拉丝车间空调负荷折合成单块漏板所需风量计算空调负荷，但是随着玻纤产业的发展，玻璃纤维种类的变化，漏板的样式也在不断变化，按照单块漏板所需风量确定拉丝空调负荷已经不满足不断发展的玻纤行业的要求，本文从负荷产生的原因分析，给出负荷计算的新型公式。
关键词：拉丝空调；冷负荷；发热量；负荷系数
0 引言
我国的的玻璃纤维诞生于20世纪50年代，到了21世纪初我国的玻璃纤维产量已成为世界第一[1]。近年来我国玻纤企业产能过剩的问题日益凸显，为监控玻璃纤维生产和市场准入，淘汰落后工艺与设备，调整产业结构，我国制订了《玻璃纤维单位产品能源消耗限额》（GB29450-2012）标准[2]。该标准的制定要求玻璃纤维生产类企业在生产过程中不断提高生产工艺，降低生产能耗。
玻璃纤维的拉丝成型过程是一个得失热平衡的过程，玻璃液在成型过程中会释放大量的热量，该部分热量会被循环冷却水、喷雾水与空调风带走。准确确定空调风负荷不仅能提高玻璃纤维的成丝率，又能降低单位玻纤产品的能耗。传统计算拉丝空调负荷的方法是将空调负荷折合成单块漏板所需风量，然后计算车间空调负荷，玻璃纤维产业发展初期，漏板形式单一，该种方法在很长一段时间占据主导地位，直到目前为止，拉丝空调负荷仍采用该方法进行负荷计算。但我国玻璃纤维产业在经过了几十年的发展以后，不论产品种类，生产工艺都发生较大的变化，漏板也由800孔、1200孔、1600孔发展到现在的2000孔、2400孔、4000孔。玻璃纤维产业的发展需要拉丝空调负荷计算的方法也要发生变化以满足产业发展。
1 常规计算方法及不足
玻璃纤维拉丝成型过程中，浸润剂会分散到空气中，因此拉丝空调基本上均采用直流式全新风空调系统。常规空调负荷计算方法根据单块漏板风量法来确定整个拉丝成型车间空调系统的风量，从而计算拉丝空调负荷，计算公式见式1.1。
式中：
Q——空调负荷，kW；
vi——第i种漏板单块所需风量，m3/h/块；（根据经验一般800孔、1200孔取值2600 m3/h/块，1600孔取值3000 m3/h/块。）
ni——第i种漏板个数，块；
ρ——湿空气密度，kg/m3；
h2——新风焓值，kJ/kg；
h1——送风焓值，kJ/kg。
从我国玻璃纤维产业发展至今，一直沿用式1.1计算拉丝空调负荷，在初期这种方法为拉丝空调的设计提供了设计依据。随着玻璃纤维产业的不断发展，式1.1的弊端也暴露出来了。这种负荷计算方法来至于玻璃纤维生产的经验，而不是从拉丝空调负荷产生的根本原因上去确定空调负荷，一旦生产工艺和漏板形式发生变化，出现新的生产工艺及漏板形式，拉丝空调负荷就无法得到准确的计算，从而无法指导拉丝空调的设计。这就要求找到新的计算方法，从空调负荷产生的根本原因上寻找计算方法。
2 新型计算方法的提出
玻璃纤维拉丝成型区是个封闭区域，无外围护结构，常年冷负荷，空调负荷包括通过围护结构的热量、人体散热量、照明散热量、内部热源的散热量及各种散湿过程产生的潜热量。在玻璃纤维拉丝成型过程中，成型区操作人员数量极少，相对于内热源的散热量和围护结构传热量，其他热量可以忽略不计。通过围护结构的热量计算方法见《实用供热空调设计手册》[3]，如何确定成型区内热源及其形成的冷负荷是计算拉丝空调负荷的重点。
2.1新型负荷计算公式
拉丝空调区域主要内热源分别是漏板、玻璃液冷却、通路底、拉丝机和丝饼冷却，内热源发热量以一定的比例转化为即时冷负荷，冷负荷与发热量的比值定义为负荷系数ε。内热源形成的空调负荷见式1.2。
式中：
Q内——内热源形成的空调负荷，kW；
ε——负荷系数（漏板取0.7，玻璃液取0.6，通路底取1.0，拉丝机取1.0，丝饼取1.0）；
q1——漏板发热量，kW（1600孔，21kW/块；2000孔，25kW/块；2400孔，30kW/块；4000孔，40kW/块）；
q2——玻璃液冷却成型释放热量，kW（1600孔，32kW/块；2000孔，37kW/块；2400孔，47kW/块；4000孔，62kW/块）；
q3——通路底发热量，kW（2kW/m）；
q4——拉丝机发热量，kW（拉丝机为电动设备，其发热量按式1.3计算）；
q5——丝饼冷却发热量，kW（0.025kW/块）；
式中：
q——拉丝机发热量，kW；
n1——同时实用系数，取1.0；
n2——安装系数，取0.8；
n3——电动机的负荷系数，取0.5；
η——拉丝机效率，取0.85；
NM——电动设备的安装功率，kW。
通过式1.2、1.3可以计算出车间内热源形成的空调冷负荷，则拉丝空调冷负荷计算公式见式1.4。
式中：
Q——拉丝空调冷负荷，kW；
QW——围护结构冷负荷，kW。
2.2 应用
上文中从拉丝空调负荷产生的原因上给出了负荷计算方法，并在山东某玻纤厂的拉丝空调设计中得到了应用。该池窑拉丝项目年产5万吨，1600孔漏板13块，2000孔漏板47块，2400孔漏板8块，4000孔漏板20块，预留2000孔漏板8块，拉丝机共88台，预留8台。利用新型公式计算，该工程拉丝空调冷负荷为4604kW。空调采用直流式全新风空调系统，根据室内外计算参数最终选取两台风量为20万m3/h的组合式空调机组，单台空调冷负荷为2400kW。
目前该项目已建成，拉丝空调系统运行良好。
3结论
拉丝空调是玻璃纤维拉丝成型的关键，极大程度上决定了玻璃纤维成型率，同时拉丝空调采用的直流式全新风系统，空调能耗在整个池窑拉丝生产能耗占较大比例。空调负荷的准确计算，不仅有利于降低单位产品能耗，也為整个拉丝空调系统的设计提供设计依据。新型的计算方法从负荷产生的原因着手，既有设计经验的部分，也由理论计算的部分，相对于传统的纯经验公式而言，新型的计算公式既有准确性，又用传承性。在玻璃纤维产业日益高端化发展的今天，玻璃纤维生产的原材料、生产工艺都在发生较大的变化，新型公式可以根据玻璃纤维产业的发展不断去丰富和完善，不断适应日益发展的玻璃纤维产业。
参考文献
[1] 姜肇中 我国玻璃纤维工业近期发展概况[J]玻璃钢复合材料2012（1）：102-106.
[2] 陈建明 玻璃纤维单位产品能源消耗限额与节能措施[J]技术研究与应用研究2015（5）：15-23.
[3] 陆耀庆 实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社.2007.
（作者单位：中冶华天南京工程技术有限公司 南京 210019）
