>> 加湿系统对蒸气用量评估分析案例介绍
(撰文/刘新宇 亚翔系统集成(苏州)股份有限公司 研发部)
Air washer与蒸气加湿，哪一个运转成本较省？
在我们承接了一个天津的案子后，开启了对这个问题的另一个认识，就让本期主题分享目前我们初步的发现。
>> 前言
前言
本期议题实际上是 Air washer 系统安装后的衍生物。
我们为一家北方的客户在既有MAU中安装了亚翔自主开发的Air washer系统，以应用于冬季SO2突增时段，透过水洗去除SO2，维持生产线的正常运转及良率。
由于 Air washer不仅可用于水洗，同时也可用于加湿，因此客户考虑是否可以仅靠Air washer 加湿，而关闭目前的蒸气加湿装置，以此来达到节省蒸气的目的。
然而，在Air washer运行的过程中发现，当OA的Dew point低于一定值时，Air washer 的加湿量不足以满足需求。
此时，蒸气加湿装置会自动打开，进行加湿的补充。
出现这种情况的原因是 Air washer 加湿过程为等焓加湿过程，即在这一过程中温度降低（显热下降）而含水量上升（潜热增加），这表明空气本身需要有足够的能量。
根据厂区内的总体需求， Air washer 前的预热盘管的入水温度为120~130℉，当外界露点温度降低到一定程度时，预热盘管无法供给 Air washer 的入风足够的能量，因此出现加湿量不足的状况。
基于上述情况，我们将评估三种加湿系统（Pure air washer加湿、Pure steam加湿和Air washer+steam加湿）对蒸气的用量，以得出较为经济有效的运行方式。
>> 评估方法
评估方法
我们将采用基本的能量守恒概念，以能量守恒来换算，实际蒸气的使用与需求量，我们共分成两大主轴：
1. 能量供应系统：即利用高压高温蒸气热能产生加湿用蒸气或预热用热水
2. 能量消耗系统：即指MAU侧的蒸气及热水的使用量
>> 能量供应系统
能量供应系统
在整个运行系统中，蒸气的消耗主要来自于两个方面。
一方面是MAU中热盘管的热水，其能量供应来自热水系统，通过蒸气和水的热交换加热水，供应于热盘管；另一方面是蒸气加湿系统，其所需蒸气来自低压蒸气产生系统。
■ 计算中用到的相关参数及平衡关系：
1. 热水系统 steam in 与 steam out 的饱和蒸气压为142psi（absolute)；
Steam generator steam in 的饱和蒸气压为142psi（absolute)，
产生的低压饱和蒸气为31.2psi；
由 Steam table 可得以下参数：
Specific Enthalpy of Steam(142psi)hg（kJ/kg）------------------ 2768.28
Specific Enthalpy of Water (142psi)hf ( kJ/kg) ------------------718.41
Specific Enthalpy of Evaporation(31.2psi) hfg（kJ/kg）-------- 2195.23
2. 平衡关系
Loss of steam = m steam ( hin - hout )
hin = hg；
hou t= hf + xhfg 其中 hfg为汽化潜热且hfg = x (hg-hf)；
X为干度： X = mg÷ ( mf+mg )
M steam 则为厂务端的高压高温蒸气耗用量，即本文的探讨主题。
>> 能量消耗系统
能量消耗系统
根据以上所述，我们将讨论三种加湿系统对蒸气用量的计算。分别为：
1. Pure air washer system
计算依据及相关设置：
设Air washer的饱和加湿效率为90%。Reheat coil后的温度厂方设为59℉。
在外气温度为50℉状况下，变化不同露点温度，进行对比计算。
Heat from water = loss of steam
Heat from water=Preheat coil gain + reheat coil gain
Loss of steam=m steam (hin-hout)
2. Pure steam system
Reheat coil后的温度厂方设为59℉。在外气温度为50℉状况下，变化不同露点温度，进行对比计算。
Heat from water+Steam = loss of steam（hot water system + steam generator)
Heat from water=Preheat coil gain
Loss of steam=m steam1 (hin-hout)+ m steam2 (hin-hout)
m steam2 (hin-hout)= mhumidity hfg
3. Air washer+steam system
设Air washer的饱和加湿效率为90%。Reheat coil后的温度厂方设为59℉。
在外气温度为50℉状况下变化不同露点温度，进行对比计算。
令Preheat coil后Air washer的最高送风温度为75℉，受热水供应温度及既有盘管大小的限制，则有如下的计算逻辑 。
>> 计算结果
计算结果
干度 X1 (Hot water system Steam out) 与 X2 (Steam generator Steam out) 自身的取值以及X1与X2的相对大小对三种系统耗费蒸气的量有直接关系，可影响计算结果中 pure air washer、pure steam 及 Air washer + steam 的蒸气耗用的趋势。
在此从以下几个方面讨论 X 的取值对计算结果的影响。
1. 对于 pure air washer系统来说，影响其计算结果的只有干度X1。其理论值分别取X1=0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，找出在不同的X1值情况下，pure air washer系统对蒸气用量的曲线分布情况。
2. 而对于 pure steam 与 air washer + steam 这两种系统来说，干度X1与X2同时影响其计算结果。因此，其理论值分别取 X1 = X2 = 0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，找出在不同的X值情况下，这两种系统对蒸气用量的曲线分布情况。
3. 根据上述1和2的计算结果，讨论X1与X2的相对大小的设定对结果的影响
4. 将理论设定计算后的综合结果与现实运转情况做比对，得出有效的结论。
>> 计算结果分析(一)
计算结果分析(一)
对于 pure air washer、pure steam 及 Air washer + steam 这三种系统来说，在不同的干度状况下，每种系统消耗蒸气的曲线分布状况基本相同，即当X1=X2小于等于0.5时，随着X值的增大，蒸气耗用量的增加不明显，而当X大于0.5时，蒸气的耗用量陡然增加，如下图所示。
>> 计算结果分析(二)
计算结果分析(二)
在不同干度值下，当X1=X2时，pure air washer、pure steam 及 Air washer + steam对蒸气的耗费状况相同。
当 OA dew point 越低时，Air washer + steam 系统对蒸气的用量越少，如下图所示。
>> 计算结果分析(三)
计算结果分析(三)
干度 X=0.5 是整个计算系统的分水岭。
据此，我们安排另一种方式进行讨论：
首先，在X1，X2都小于等于0.5的情况下，讨论X1与X2的相对大小对计算结果的影响。 可采用较为极限的方式，即X1=0.1，X2=0.5，或X1=0.5，X2=0.1。
目的是从曲线的分布状况，结合X1=X2=0.5的曲线分布，推出适合X1，X2皆小于0.5时不同系统对于蒸气用量的一个结论性的判断。
其次，讨论X1，X2皆大于等于0.5的情况，目的与1相同。
设X1=0.5，X2=0.9，或 X1=0.9，X2=0.5。
X1，X2都小于等于0.5的结果如下图所示：
无论X1，X2怎样取值，对于加湿系统来说，尤其在 OA 低dew point 的状况下，Air washer + steam 系统对蒸气的节省状况较明显。
X1，X2 都大于等于0.5 的结果如下图所示 :
>> 结论
结论
1. 对于干度大于0.5的状况，现实中遭遇的机率相对较小。因为在此情况下，蒸气的用量陡然上升，对于用户来说这种加热或蒸气产生系统的效率实在太差，会造成蒸气极大的浪费和运行费用的增多。因此，干度小于0.5的情况下的运行方式，应是占绝大比例的。
2. 无论X1与X2的相对大小如何，以及X1与X2怎样取值，尤其在外气低dew point的状况下，将Air washer + steam系统用于水洗和加湿较为节省蒸气，是一种相对经济有效的运行方式。
3. 另外，北方地区冬季寒冷而干燥。若采用Air washer + steam的加湿方式，对于应对突变的天气状况更为有利。
4. 二氧化硫对某些制程会产生危害，Air washer对其有很好的去除效率。本次经天津市环境监测中心以GB/T 16157-1996的标准进行检测，其入口浓度为28.5μg/m3，而出口则为＜3μg/m3(侦测极限)，其去除率> 89.34%以上。