冰蓄冷技术在工业制冷工艺上的应用

　　摘要：本文通过一个蓄冷技术在工业制冷工艺上的应用实例，简要介绍了蓄冷技术在工业制冷工艺上的适用条件，阐述了蓄冷技术与工业制冷工艺和空调的应用结合，展望了蓄冷技术在工业领域的发展前景。

　　关键词：制冷工艺；冰蓄冷；冰盘管；冰水槽

　　0、概述
　　冰蓄冷技术，就是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用电动制冷机制冷，使蓄冷介质水结成冰，利用蓄冷介质的显热及潜热特性，将冷量储存起来。在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，使蓄冷介质融冰，把储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调或生产工艺的需要。
　　它最适用于全天间断运行和峰谷负荷差较大的空调或生产工艺系统，尤其是空调或生产工艺的峰值负荷与电网峰值负荷同步的系统。
　　冰蓄冷技术用于空调或生产工艺，可以转移用电高峰，均衡电网峰谷负荷。 采用冰蓄冷的空调或生产工艺，它既能避开日间高峰用电，同时又能减少制冷机组、水泵、冷却塔等的数量与装机容量，并充分利用电网低谷负荷廉价电力，大大节约运行费用。
　　冰蓄冷中央空调技术以其显著的社会效益和经济效益日益受到重视，且已经得到了较为广泛的应用。而其他行业应用冰蓄冷技术的生产工艺系统却相对较少。
　　本文是对某个乳品生产工艺系统应用冰蓄冷技术的简要介绍。

　　1、基本情况
　　1.1、乳品生产工艺流程
　　生产工艺流程一：收奶（10-15℃）——冰水冷却（2-4℃）——暂存——版式换热器杀菌（出口43℃）——发酵（43℃）——冰水冷却（15-20℃）——灌装——入冷库降温（4小时降至2-6℃）
　　生产工艺流程二：罐内升温杀菌（95℃）——罐内冰水降温（30℃）——板式换热器、冰水冷却到（2-6℃）——灌装——入冷库
　　1.2生产加工时间
　　生产加工分两班，加工时间为：早6：30至晚23：00。
　　1.3用电峰谷时段
　　业主所在地电业部门规定的用电峰谷时段及价格：峰电时段8:00-11:00，18:00-23:00，电价0.93元/度；平电时段7:00-8:00，11:00-18:00，电价0.62元/度；谷电时段23：00-7：00，电价0.31元/度。
　　1.4制冷负荷
　　需要制冷系统提供冷源的地方：冷库（乳制品储藏库）1-5℃、生产工艺冰水0-2℃、空调冷水7℃。
　　冷库和生产工艺负荷为2550kw，空调负荷为450kw，合计制冷负荷为3000kw。

　　2、制冷工艺方案
　　2. 1制冷系统
　　2.1.1制冷方式
　　整个制冷系统采用R717（氨）作为制冷剂，主机选用氨液冷却螺杆式制冷压缩机。供液方式采用氨泵强制供液。
　　2.1.2蒸发温度
　　因蒸发温度相近，将冷库、生产工艺、空调系统的制冷工艺合并为一个蒸发温度系统（-7℃）。
　　2.1.3冷却方式
　　2.1.3.1冷库系统的冷却方式
　　冷库内采用风冷方式，设备采用热浸锌高效空气冷却器。
　　2.1.3.2乳品工艺系统的冷却
　　乳品生产用冷量由冰水提供，冰水采用冰水槽冷却，冰水槽为带硬质聚氨脂保温层的钢结构槽体，内置螺旋管式蒸发器。采用多水道带搅拌机槽内强制循环。冰水槽的的设计冷量为日生产量平均负荷值。冷冻水泵采用变频控制，来满足生产工艺用冷量的变化。
　　2.1.3.3空调系统的冷却
　　空调系统不单独设置冷水机组，空调用冷由冰水系统提供。空调循环水通过板式换热器换热到空调水温度要求。
　　2.2蓄冷系统
　　2.2.1采用蓄冷的条件
　　根据业主提供的乳品加工生产加工时间是自早上6：00到夜间23：00，这个时间内，工艺生产和空调都同时用冷，冷负荷最大。而夜间23：00到早上6：00的最便宜的低谷用电时段只有冷库用冷，冷负荷最小，占整个负荷的不到1/10。整个工艺加工时段正好和高峰用电时段同步，整个工艺生产过程的用冷适合采用蓄冷技术。
　　乳品生产的的用冷是0-2℃的冰水，空调系统用的是7℃的冷水，冰蓄冷的出水温度能同时满足生产工艺和空调系统的要求。
　　为优化系统和降低运行费用，采用蓄冷技术来平衡生产和空调的峰谷负荷。
　　2.2.2蓄冷的形式和容量
　　蓄冷形式：蓄冷装置采用了制冷剂直接蒸发式的钢制蓄冰盘管，外部结构为带硬质聚氨脂保温层的钢结构蓄冰槽。融冰方式为外融冰，冰盘管上部和下部均设置布水装置。蓄冰槽的进出水方式为上下可调式，既能上进下出也能下进上出。蓄冷槽和冰水槽冷却系统串联使用。¬
　　蓄冰容量：生产工艺蓄冰采用分量蓄冰，容量为可测算的日工艺生产负荷峰值和平值之差的合计。空调系统的负荷相于工艺生产负荷相比，相对很小，采用全量蓄冰。总蓄冰量为前两者之和。
　　2.3系统流程和运行策略
　　2.3.1系统流程
　　冰水和空调冷水的流程如下图所示：
为充分保证生产工艺的冰水温度要求，蓄冰槽和冰水槽采用串联连接。工艺生产上的回水，首先进入蓄冰槽融冰降温，然后进入冰水槽二次降温，直至达到工艺温度要求。
　　2.3.2运行策略
　　2.3.2.1制冰运行
根据生产工艺的生产时间安排，23：00—6：00为非生产生产时段，而此时段为谷电时段，电价最低，是峰电价格的1/3。此段时间安排制冷机全力制冰运行。
　　2.3.2.2融冰运行
　　空调系统为全融冰系统。空调系统主要是办公用空调，运行时间为早8：00至下午18：00。
生产工艺的融冰时间为工艺生产峰值期间和峰电时段。非工艺生产峰值期间或平电时段，由冰水槽来满足生产工艺负荷要求。
　　2.3.2.3冬季运行
　　冬季运行时，由于没有了空调系统的冷负荷，蓄冰系统全力为生产工艺系统提供服务，具有更大的节约运行费用空间。

　　3、使用效果
　　3.1使用效果
　　整个制冷工艺系统中，原计划配置JZ2LG20主机四台，增加蓄冷量为1440RT的蓄冷装置后，减少主机一台。系统运行过程中，主机运行工况平稳，系统温度参数符合工艺要求。（本方案中的系统运行数据，笔者将另文叙述）
　　增加蓄冷装置后，不仅减少了主机容量，还减少了白天高价用电时段的同步开机数量，而且有应付生产负荷突然增大的能力，防止了因生产负荷的突然增大而造成的主机运行工况的波动，使主机在比较平稳的工况下运行，从而延长主机使用寿命。
　　3.2投资和回收期
　　本方案与常规方案比较，因增加蓄冷装置多投资25万。按当地的峰谷电价差别核算，投资回收期不到一年。
　　与空调系统的季节性运行不同，生产工艺的运行是全年不间断的。空调系统因增加蓄冷装置后而增加的投资，一般回收期为2~3年。而生产工艺因增加蓄冷装置后而增加的投资，当年就能收回。因此，工业制冷工艺采用冰蓄冷技术，具有更大的经济效益。

　　4.结束语
　　4.1系统设计
　　在系统设计上，工艺用冷和空调系统用冷的冷源一体化设计，既减少了配套设备更便于运行管理，值得进一步的探索。
　　4.2技术推广
　　冰蓄冷技术在工业行业中有很广的适用范围，如冰淇淋等冷食生产中的原料老化成熟；肉类家禽、蔬菜等食品生产冷却和车间空调系统；啤酒生产过程中的发酵成熟；奶业乳品生产中的冷却及车间空调系统；制药行业和化工行业产品生产过程中的冷却及空调系统等等。而市场调研发现，冰蓄冷技术在上述这些工业行业中的应用却很少，所以，冰蓄冷技术在工业领域的应用有着很大的发展空间，有着极广阔的推广前景，其经济效益比在空调领域中体现更为突出明显。