磷酸鐵鋰電池恒溫恒濕凈化車間

磷酸鐵鋰電池與正極材料廠恒溫恒濕凈化車間

1 工程概況

該磷酸鐵鋰電池和正極材料廠占地面積 25 畝。按功能可劃分為五個(gè)區(qū)域，磷酸鐵鋰電池車間為二層鋼結(jié)構(gòu)廠房，總面積 3600 平方米；磷酸鐵鋰正極材料車間為單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，總面積 1800 平方米；配套設(shè)施區(qū)域位于車間南側(cè)，面積為 400 平方米；實(shí)驗(yàn)和辦公樓位于車間東側(cè)，框架結(jié)構(gòu)，面積為 2500 平方米；生活區(qū)位于車間東南側(cè)，面積為 3700平方米。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

2. 1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

室外設(shè)計(jì)參數(shù)在當(dāng)?shù)貧庀蟛块T數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上附加安全裕度：夏季大氣壓為101. 15kpa，環(huán)境參數(shù)按最大干球溫度為 36℃，相對(duì)濕球 95%，絕對(duì)含濕量為31. 7g/kg。

2. 2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

磷酸鐵鋰正極材料車間、電池車間設(shè)計(jì)參數(shù)（見(jiàn)表 1）：

車間內(nèi)的發(fā)熱量主要來(lái)自輕度勞動(dòng)強(qiáng)度產(chǎn)熱（100w/h. p）、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合熱負(fù)荷（140w/㎡）和室外環(huán)境溫度（冬季熱補(bǔ)償按夏季熱負(fù)荷 60%設(shè)計(jì)）；產(chǎn)濕量主要來(lái)自著隔濕服戴口罩下人員輕度勞動(dòng)強(qiáng)度產(chǎn)濕（100g/h. p）、人員開(kāi)門濕氣交換 1m3/h 次、人員進(jìn)出次數(shù)按 2h/次。為提高空氣品質(zhì)，在可能產(chǎn)生酸性有機(jī)氣體的車間（如涂布車間、燒結(jié)車間和化成車間），設(shè)計(jì)單向工藝排風(fēng)。

3 恒溫恒濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇

3. 1 恒溫恒濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由表 1 得出該廠車間需控制溫濕度的房間體積為7072立方米，需10 萬(wàn)級(jí)凈化的房間體積為4594 立方米，且溫濕度控制同時(shí)系數(shù)較高。該車間樓層凈高為5. 7米，有充足的空間安裝風(fēng)管，南側(cè)有為配套設(shè)備預(yù)留的空間和電源，因此，設(shè)計(jì)三臺(tái)組合式轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組，配合 8 臺(tái)風(fēng)冷式冷水機(jī)組。

由于車間為鋼結(jié)構(gòu)廠房，為了達(dá)到密閉要求，車間內(nèi)部隔斷全部采用 50mm 厚聚苯泡沫板， 搭接處全部采用陰陽(yáng)角方式封堵。

3. 2 設(shè)備選擇

經(jīng)過(guò)除濕體積與風(fēng)量計(jì)算，正極材料車間選用一臺(tái)組合式轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)。該機(jī)組總制冷量242. 35kw、總除濕量128388g/h、新風(fēng)量 1800m3/h、設(shè)計(jì)換氣次數(shù)：14 次/小時(shí)，設(shè)置初、中、 高三級(jí)凈化系統(tǒng)。冷水源為一臺(tái)制冷量 325kw的冷水機(jī)組。

電池車間一層選用一臺(tái)組合式轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)。該機(jī)組總制冷量175. 02kw、 總除濕量 96384g/h、 新風(fēng)量 1500m3/h、設(shè)計(jì)換氣次數(shù)：14次/小時(shí)，設(shè)置初、中、高三級(jí)凈化系統(tǒng)。

冷水源為一臺(tái)制冷量 91. 2kw的冷水機(jī)組。電池車間二層選用一臺(tái)組合式轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)。該機(jī)組總制冷量 312. 41kw、總除濕量 172828. 80/h、新風(fēng)量 2500m3/h、設(shè)計(jì)換氣次數(shù)：14次/小時(shí)，設(shè)置初、中、高三級(jí)凈化系統(tǒng)。冷水源為一臺(tái)制冷量 325kw 的冷水機(jī)組。

4 主要經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)

該廠恒溫恒濕系統(tǒng)夏季冷負(fù)荷為1470. 98kw；冬季熱負(fù)荷為1540. 78kw。建筑面積平均冷負(fù)荷指標(biāo)為137w/㎡，平均熱負(fù)荷指標(biāo)為 150 w/㎡。系統(tǒng)風(fēng)管采用鍍鋅鐵皮現(xiàn)場(chǎng)加工，設(shè)計(jì)風(fēng)速 7. 5m/s，采用初、中、高三級(jí)過(guò)濾模式。

5 工程設(shè)計(jì)節(jié)能創(chuàng)新與特點(diǎn)

該工程恒溫恒濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括生產(chǎn)車間、庫(kù)房、料倉(cāng)恒溫恒濕和車間辦公室舒適性保障兩部分。在針對(duì)生產(chǎn)車間、庫(kù)房、料倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)資源重復(fù)利用、 降低能耗是本次恒溫恒濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。

此外，由于廠區(qū)所在地區(qū)四季分明，且夏季濕度較高，恒溫恒濕系統(tǒng)必須按照最惡劣的天氣參數(shù)設(shè)計(jì)。如何能在滿足生產(chǎn)環(huán)境要求的情況下，最大程度的降低能耗是本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

5. 1 組合式轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)變頻系統(tǒng)

經(jīng)計(jì)算，本次設(shè)計(jì)的恒溫恒濕系統(tǒng)額定總功率為 481kw，其中電動(dòng)機(jī)額定總功率為 95kw，再生加熱段額定總功率為170kw；冷水機(jī)組額定總功率為 114kw。

結(jié)合組合式傳輪除濕機(jī)的除濕原理，針對(duì)電動(dòng)機(jī)加裝變頻系統(tǒng)（原理圖見(jiàn)圖 1）可以在效果和節(jié)能兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)雙贏。

針對(duì)夏季時(shí)的惡劣天氣，變頻器全頻運(yùn)行，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；冬季氣溫和濕度較低時(shí)，變頻器降頻運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)只需滿足生產(chǎn)工藝要求即可，表 2 是電池車間二層機(jī)組 2014年 12 月21日至25日的能耗曲線（室外溫度-3-5℃、濕度50%-60%、每日運(yùn)行10小時(shí)）。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在2014年12月21日-2014年12月25 日期間，電池車間二層機(jī)組實(shí)際用電量為 3060kwh；如機(jī)組電動(dòng)機(jī)全頻工作，實(shí)際用電量為 3945kwh。由此可得，加裝變頻系統(tǒng)后， 恒溫恒濕系統(tǒng)的能耗降低了 22. 4%。

5. 2 真空燒結(jié)爐熱回收再熱系統(tǒng)

真空燒結(jié)爐是磷酸鐵鋰正極材料生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。該設(shè)備額定功率為 270kw，在燒結(jié)完成后，爐膛溫度為 650℃，且需在 6 小時(shí)內(nèi)以水冷的方式降溫至 40℃后，才能進(jìn)行后續(xù)操作， 在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，該部分熱能相當(dāng)可觀。

針對(duì)真空爐冷卻系統(tǒng)的熱回收，采用了與恒溫恒濕機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)并網(wǎng)的方案。在熱回收系統(tǒng)開(kāi)啟的情況下，恒溫恒濕機(jī)組完全可以關(guān)閉冷水機(jī)組和再生加熱段，由熱回收系統(tǒng)提供熱源。熱回收系統(tǒng)供回溫差設(shè)計(jì)為 7℃，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，一般不需要調(diào)節(jié)供水溫度， 如在秋季時(shí)，因循環(huán)水溫太高，濕度無(wú)法控制，可以在供水管道上加裝比例調(diào)節(jié)閥。

6 恒溫恒濕系統(tǒng)運(yùn)行效果

該工程恒溫恒濕系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試一次成功，各生產(chǎn)車間的溫濕度控制精度、均勻度均達(dá)到了生產(chǎn)工藝要求。為了體現(xiàn)恒溫恒濕系統(tǒng)的節(jié)能效果，工廠在滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，分別對(duì)恒溫恒濕系統(tǒng)的能耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。從對(duì)比的運(yùn)行條件看，恒溫恒濕系統(tǒng)能耗最高的時(shí)間是夏季， 總負(fù)荷達(dá)到了355. 9kw；能耗最低的時(shí)間是1月份，總負(fù)荷為171. 8kw，未開(kāi)啟變頻系統(tǒng)和熱回收系統(tǒng)時(shí)的負(fù)荷為248. 6kw，能耗降低了30. 9%，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約電費(fèi)103680元。

7 結(jié)論

從近一年的運(yùn)行負(fù)荷來(lái)看，本次設(shè)計(jì)的恒溫恒濕系統(tǒng)，在夏季處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。 在 7 月 中旬出現(xiàn)過(guò)表顯濕度達(dá)到 29. 7%的情況，經(jīng)過(guò)降低循環(huán)水水溫等措施，濕度穩(wěn)定在28. 6%。 在冬季，由于室外濕度較低，恒溫恒濕機(jī)組主要起到恒溫的作用，通過(guò)降低電源頻率和降低再生加熱溫度，能耗降低了22%；通過(guò)燒結(jié)車間的熱回收系統(tǒng)，轉(zhuǎn)輪的熱源由真空燒結(jié)爐的循環(huán)水供給，與恒溫恒濕機(jī)組配套的冷水機(jī)組基本可以關(guān)閉，使得能耗較低了8. 9%，與傳統(tǒng)的恒溫恒濕系統(tǒng)相比，其節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。