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淺談鋰電池潔凈車間中恒溫恒濕凈化系統的應用

華銳凈化工程 2019-06-08 10:20:36 閱讀

鋰電池目前被廣泛應用于各類數碼產品受國家產業政策支持的電動汽車電動自行車等發展較快動力鋰電成為鋰電池的潛力領域然而其制造過程極為嚴苛需要非常干燥的環境通常要求環境空氣露點溫度達到-40℃以下[1]鋰電池類的制造過程有著極為嚴苛的生產環境要求因此在設計施工過程中任何一部分出現偏差都會給整個系統帶來損失另外為了對液晶有機發光顯示屏等新型電子元件的高性能化進行研究或為了提高生產效率降低生產成本等常常需要在超低露點(-85℃)以下環境中生產[2]因此隨著各種高性能電子元件的開發制造過程的實用化對超低露點干燥空氣環境的需求會越來越多

常用的超低露點環境是利用吸附技術對空氣中的水分進行吸附除濕獲得干燥空氣而采用硅膠或分子篩吸附除濕的方式已經逐步成為主流[3],吸附式除濕裝置又可以分為吸附塔式和轉輪式吸附除濕機轉輪式除濕技術已被國內企業接受和掌握并取得了長足的發展在核心部件采用進口除濕轉輪的基礎上已完全能夠勝任鋰電池生產過程中所要求的低露點和超低露點濕度控制并成為代表技術被各個行業所采用[4]。

1現行超低露點空調除濕系統存在的主要問題

1.1現行超低露點空調除濕系統流程

以鋰電池干燥房的露點溫度要求(-50℃)為例如圖所示)。在空氣處理過程中空氣處理系統分為個子系統工作間空氣處理系統和轉輪再生空氣處理系統

  

工作間空氣處理流程室外新風A 經初效過濾后進入前表冷器一通過冷卻除濕得到低溫飽和濕空氣B,經一級轉輪除濕至工況再與室內回風H1混合至工況經過前表冷器二降溫后得到E,其中大部分空氣進入二級轉輪進行深度除濕得到低露點空氣F,再經后表冷器和中效過濾器至工況后送至工作間

轉輪再生空氣處理流程:①一級轉輪再生系統的再生空氣來自二級轉輪再生空氣的排氣具體在二級轉輪再生系統中陳述。②由于室外空氣含濕量較高盡管加熱后其水蒸氣分壓力降低但仍高于二級轉輪再生段吸濕劑的水蒸氣分壓力不能滿足二級轉輪再生氣體的含濕量要求因此采用相對干燥的空氣進行轉輪再生才能克服這個難題所以在二級轉輪再生系統中二級轉輪再生氣體采用了經一級轉輪處理與室內回風混合并經除濕的干燥空氣E1(含濕量為0.44g/kg干空氣),經二級轉輪冷卻后至工況空氣中的含濕量變為約1g/kg干空氣在電加熱的作用下該氣體溫度升高至工況空氣中的水蒸氣分壓力降低并將其用于二級轉輪的再生空氣狀態變為L。盡管經過二級轉輪的再生使用該空氣與室外新風比較還是相對干燥的將二級轉輪再生空氣的部分排氣加熱至M 工況后用于一級轉輪的再生空氣從而提高了一級轉輪處理空氣的能力

1.2運行過程中存在的主要問題

1)現行超低露點除濕系統通常采用一級和二級轉輪串聯方式需要干燥的空氣除了一部分作為新風進入工作間還有一大部分作為二級轉輪的再生空氣[5]。因此一級轉輪的空氣處理量較大運行成本較高

2)由于各級除濕轉輪均配有再生加熱器且為了保證除濕效果經計算一級轉輪的再生溫度需要110℃,二級轉輪的再生溫度需要140℃,在系統運行時會消耗大量的再生能源

3)由于鋰電池生產環境要求極為苛刻任何一部分設計施工出現偏差都會給整個系統帶來難以估量的損失現行轉輪除濕系統較為復雜導致存在裝置大型化設備投資高控制點多運行調試較復雜等問題

2新型超低露點空調除濕系統構成及特點

2.1新型超低露點空調除濕系統流程

新型超低露點空調除濕系統流程如圖所示整個空氣處理系統分為個子系統但是個子系統相對較為獨立

工作間空氣處理流程室外新風經過轉輪再生系統表冷器除濕后(D2狀態點具體在轉輪再生

空氣處理系統中陳述與回風J1以及G1經轉輪預冷后的空氣混合至點工況此時工況空氣的含濕量已經很低經過中效過濾器和表冷器后至工況一部分(G1)經過轉輪預冷段和經除濕處理后的新風D2混合另一部分G2進入二級轉輪進行深度除濕至工況H,然后經過表冷器達到送風狀態點后進入工作間

轉輪再生空氣處理流程室外新風A1經過初效過濾器和表冷器后至工況與經過二級轉輪再生后的空氣混合至B1,經過表冷器后進入一級轉輪至工況其中一部分空氣作為新風D2與工作間的回風混合另一部分空氣D1被加熱之后用于二級轉輪的再生至工況E,此時空氣較室外空氣相對干燥為了節能將其經過顯熱換熱器后與處理的新風混合再經過表冷器后進入一級轉輪進行除濕處理如此循環

2.2新型超低露點空調除濕系統特點

1)系統運行穩定后室外空氣處理量就是工作間所需的新風量因此無論是二級轉輪還是一級轉輪的除濕量都大大減少新風量對整個系統的沖擊較小工作間的濕度得到較好控制

2)經過計算得出一級轉輪再生溫度需要100℃,二級轉輪的再生溫度則是80℃,較現行系統的再生溫度大大降低減少了轉輪再生能耗運行過程中節能降耗非常顯著二級轉輪的使用壽命得到延長并為以后利用低溫熱源創造了有利條件若與高溫熱泵結合在一起將進一步提升新型系統的節能效果

3)由于一級轉輪和二級轉輪相對獨立系統調試較為簡單且實際運行過程中由于二級轉輪的除濕量極少且較低的再生溫度使二級轉輪的使用壽命得到延長其價格在整機中比重較大),后期的維護費用相應降低。潔凈車間www.iwuchen.com

3改造前后系統運行狀態和節能性比較

以無錫新區某日資企業鋰電池的轉輪除濕空調系統改造項目為例由于除濕轉輪使用壽命和除濕效率的下降導致原有空調除濕系統如圖所示無法滿足工作間送風參數故對該系統進行節能改造所需干燥空氣送風量為5000m3/h,露點溫度為-50℃[6-7]。所示為圖中除濕系統各點對應的空氣狀態參數

    

 

 

 

 

所示為20132#干燥房實際運行過程中采集的各主要控制點參數其中工作間露點溫度最低是-53.0℃,滿足要求二級轉輪再生加熱溫度最高是85.4℃,月平均溫度是82℃。一級轉輪再生加熱溫度最高是103.1℃,月平均溫度是101.1℃。

     

所示為2014年一級轉輪和二級轉輪空氣再生加熱溫度的月平均值可以看出二級轉輪再生加熱溫度全年穩定年平均溫度是101.5℃。一級轉輪再生加熱月平均溫度在月和月較高最高值月份達到105.5℃。這是由于無錫月和月室外空氣相對濕度較大而一級轉輪再生用的就是室外新風因此再生加熱溫度較高但總體較為穩定年平均溫度是101.5 ℃。新風全年空氣狀態參數的變化對整個系統的影響較小工作間的濕度控制較好       

實際使用時考慮留有一些安全裕量一級轉輪再生溫度設定為102℃,二級轉輪的再生溫度為82℃,工作間空氣露點的實測平均值達到-59.6℃,滿足要求新型除濕系統能耗由額定工況參數見表1)算出與現行除濕系統的能耗比較結果在表中給出可以看出新型除濕系統總冷負荷與現行系統相當但總熱負荷比現行除濕系統降低約46.7%,大大節約了除濕轉輪的再生能耗           

4結論

筆者對新開發的超低露點空調除濕系統的系統構成操作條件節能性能等進行研究得出以下結論

1)新型轉輪除濕系統中經過一級轉輪的空氣量就是工作間所需的新風量使得一級轉輪的轉輪規格比改良前系統小在前期的設備投入方面節省了部分費用

2)新型轉輪除濕系統中二級轉輪和一級轉輪的再生溫度較改良前系統大大降低這使得二級轉輪的使用壽命得到延長并為以后利用低溫熱源創造了有利條件較低的再生溫度可以節省轉輪再生能耗運行過程中節能降耗顯著

3)一級轉輪和二級轉輪相對獨立使得新型轉輪除濕系統調試較為簡單

4)考慮到節約能耗和降低成本的要求還需要結合現場的生產工藝通盤考慮為后期生產建沒提供有益的幫助

 
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